基于单片机的楼道照明自动控制系统设计

基于单片机的楼道照明自动控制系统设计1.设计内容本次设计的内容为楼道照明自动控制系统的设计。它利用光敏电阻和热式电红外传感器，单片机等器件对楼道照明灯具进行自动控制。使电灯白天不亮，夜间有人走动时自动点亮，人走后延时一段时间自动熄灭，从而达到节能的目的。2.设计方案和主要元器件的选择2.1设计方案本次设计的三个要求：第一电灯白天不亮，第二晚上有人走动时自动点亮，第三人走后延时一段时间自动熄灭。针对，电灯白天不亮，我们采用光控，采用光敏电阻，利用它的导电特性予以解决；针对行人走动电灯自动点亮，我们采用热式电红外传感器，利用它将热转化为电压的特性予以解决；针对延时，我们采用单片机的延时程序予以解决。2.2主要元器件的选择（一）光敏电阻的结构和工作原理1结构光敏电阻的结构和电路图形符号如图1所示。光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。如图2所示光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时即可加直流电压，也可加交流电压。无光照时候，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流很小。当光敏电阻收到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大，一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。2工作原理用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物，硒化物等半导体。通常采用涂敷，喷涂，烧结等方法在绝缘底上制作很薄的光敏电阻体及梳妆欧姆电极，然后接出引线，封存在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高。当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则阶带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在阶带中产生一个带正电荷的空穴，这种有光照产生的电子--空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子--空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。（二）热释电红外传感器任何发热体都会产生红外线,辐射的红外线波长跟物体温度有关。表面温度越高,辐射能量越强。人体的正常体温为36~37.5℃，其辐射的最强的红外线的波长为9.67~9.64um，中心波长为9.65um。故考虑采用热释电人体红外传感器(PIP)。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化产生正、负电荷,随温度的变化而变化。Ｄ端接电源正极，Ｇ端接电源负极，Ｓ端为信号输出。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用,因而需要用电阻将其转换为电压形式,该电阻阻抗高达104ＭΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。传感器只对移动或运动的人体、体温近似人体的物体起作用。（1）人体经过探头先后被A源或被B源感应，SaSb或SaSb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图（3C）。（2）人对着探头呈垂直状态运动，Sa=Sb不产生差值，双源很难产生信号输出。径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。目前国内市场上常见的热释电红外传感器有上海尼赛拉公司的SD02、PH5324和德国海曼LHi954、LHi958。菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生误动作和漏动作，致使用户或者开发者对其失去信心。配用得当充分发挥人体感应的作用，使其应用领域不断扩大。菲涅尔透镜的作用有两个：一是聚焦作用，即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到10米。第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。（三）处理芯片处理芯片采用STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口(RXD/P3.O，TXD/P3.1)直接下载用户程序，数秒即一可完成一片。而且具有看门狗功能。因此采用STC89C52RC芯片。（四）所应用元器件汇总STC89C52RC、热释电红外传感器、TORCH_LDR光敏电阻、11.059MHz的晶振、30pF瓷片电容、1uF电解电容、5.1Ω电阻、300Ω电阻、820Ω电阻、510Ω电阻、G5C-14-DC5继电器、按钮开关、+5V电源、+10V电源、+6.5V电源3.电路设计楼道照明自动控制电路设计总电路图如下图3.它有4部分组成，复位电路，时钟电路，光敏电阻控制电路，热释电红外传感器控制电路做成。①：复位电路（采用按键电平复位）按键电平复位原理：将复位端通过按键与VCC相连。当RST引脚上出现连续两个机器周期的高电平时，单片机就能完成一次复位。②：时钟电路采用内部时钟方式。MCS-51单片机片内有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，其输入端为芯片引脚XTAL1（19）脚，输出端为引脚XTAL2（18脚）。只需在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体和两个微调电容，就可以构成稳定的自激振荡器并产生震荡时钟脉冲，这种方式称为内部时钟方式。振荡器的工作频率选择11.0592MHZ，微调电容取30pF。该图为光敏电阻与单片机的连线图。该图为热电式红外线传感器与单片机的连线。因为proteus中无法仿真热电式红外线传感器故用滑动变阻器代替演示。4．程序流程图5．程序代码开始任务调度机制第0路亮度与人体检测应亮？亮灯人走后十秒左右灭灯NY第1路亮度与人体检测应亮？亮灯人走后十秒左右灭灯NY第2路亮度与人体检测应亮？亮灯人走后十秒左右灭灯NY第3路亮度与人体检测应亮？亮灯人走后十秒左右灭灯NY第4路亮度与人体检测应亮？亮灯人走后十秒左右灭灯NY第5路亮度与人体检测应亮？亮灯人走后十秒左右灭灯NY第6路亮度与人体检测应亮？亮灯人走后十秒左右灭灯NY第7路亮度与人体检测应亮？亮灯人走后十秒左右灭灯NY程序如下：#includertx51tny.h#includereg52.hsbitP0_0=P0^0;sbitP0_1=P0^1;sbitP0_2=P0^2;sbitP0_3=P0^3;sbitP0_4=P0^4;sbitP0_5=P0^5;sbitP0_6=P0^6;sbitP0_7=P0^7;sbitP1_0=P1^0;sbitP1_1=P1^1;sbitP1_2=P1^2;sbitP1_3=P1^3;sbitP1_4=P1^4;sbitP1_5=P1^5;sbitP1_6=P1^6;sbitP1_7=P1^7;sbitP3_0=P3^0;sbitP3_1=P3^1;sbitP3_2=P3^2;sbitP3_3=P3^3;sbitP3_4=P3^4;sbitP3_5=P3^5;sbitP3_6=P3^6;sbitP3_7=P3^7;job0()_task_0{unsignedlongi;P3=0;os_create_task(1);os_create_task(2);os_create_task(3);os_create_task(4);os_create_task(5);os_create_task(6);os_create_task(7);while(1){if(P1_0==0){P3_0=0;}if(P0_0==1){P3_0=0;}if(P0_0==0){if(P1_0==1){P3_0=1;for(i=0;i10000;i++);}}}}job1()_task_1{unsignedlongi;while(1){if(P1_1==0){P3_1=0;}if(P0_1==1){P3_1=0;}if(P0_1==0){if(P1_1==1){P3_1=1;for(i=0;i10000;i++);}}}}job2()_task_2{unsignedlongi;while(1){if(P1_2==0){P3_2=0;}if(P0_2==1){P3_2=0;}if(P0_2==0){if(P1_2==1){P3_2=1;for(i=0;i10000;i++);}}}}job3()_task_3{unsignedlongi;while(1){if(P1_3==0){P3_3=0;}if(P0_3==1){P3_3=0;}if(P0_3==0){if(P1_3==1){P3_3=1;for(i=0;i10000;i++);}}}}job4()_task_4{unsignedlongi;while(1){if(P1_4==0){P3_4=0;}if(P0_4==1){P3_4=0;}if(P0_4==0){if(P1_4==1){P3_4=1;for(i=0;i10000;i++);}}}}job5()_task_5{unsignedlongi;while(1){if(P1_5==0){P3_5=0;}if(P0_5==1){P3_5=0;}if(P0_5==0){if(P1_5==1){P3_5=1;for(i=0;i10000;i++);}}}}job6()_task_6{unsignedlongi;while(1){if(P1_6==0){P3_6=0;}if(P0_6==1){P3_6=0;}if(P0_6==0){if(P1_6==1){P3_6=1;for(i=0;i10000;i++);}}}}job7()_task_7{unsignedlongi;while(1){if(P1_7==0){P3_7=0;}if(P0_7==1){P3_7=0;}if(P0_7==0){if(P1_7==1){P3_7=1;for(i=0;i10000;i++);}}}}6.参考文献[1]童诗白，华成英.数字电子技术基础(第四版)高等教育出版社2006.1[2]张道德.单片机接口技术（C51版）中国水利水电出版社2007.1[3]张岩、胡秀芳、张济国.传感器应用技术[M]福建科学技术出版社2006.1[4]陈有卿.使用灯光控制电路[M]中国电力出版社2005.27.设计心得与小结通过这次对楼道照明自动控制电路的设计，我加深了对数字电路和模拟电路的了解，同时对自动控制电路及所用元器件的选择和参数有进一步的认识，又增强了对电路分析及解决问题的能力，为以后的工作时间积累了许多经验。对于这次课程设计，一开始我不知所措，无从下手，一片茫然，但是经过和同学一次次的帮助和讨论，我的思路开始清晰了，有头绪了。为了把课程设计做的好，我大量收集资料，与小组同学讨论。另外，在这次课程设计中用的知识非常的广泛，这对我们三年所学的知识进行很好的回顾，全面概括专业知识，尤其是在传感器及应用技术和数字电子技术方面。在设计过程中对知识有了更进一步的学习，锻炼了自己如何去思考问题，发现问题，解决问题，对以前有的知识有了进一步的了解，对没有见过的知识也有了认识，使自己不断吸收新的知识，把理论运用到时间中去。也使我懂得，做事情要认真、有耐心去对待，为自己即将踏上社会做好准备，迎接新的挑战！