2012届本科毕业论文(小区楼道灯设计)

毕业论文题目：小区楼道灯设计学生姓名：学生学号：系别：物理与电子信息系专业：电子科学与信息技术届别：2012指导教师：聂文艳目录小区楼道灯设计学生：指导教师：淮南师范学院物理与电子信息系摘要：小区楼道灯控制，一要节约用电、控制自动化；二要方便住户对楼道照明用电的管理；三要投资少。根据这三个原则，本文介绍了一款基于单片机的声光控小区楼道灯的设计。用声光控小区楼道灯代替住宅小区的楼道上的照明，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。该设计可作为企业、宾馆、商场及住宅的走廊、楼梯、电梯间、卫生间、库房等处的自动开关，起到“人来灯自亮，人走灯自灭”的作用，既新颖方便，又节约用电，在某些场所还能起到威慑盗窃活动的防范作用。本设计结构简单，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。关键词：声光控电路；延时；节能ResidentialcorridorlampdesignAuthor:Supervisor:HuainanNormalUniversityDepartmentofphysicsandelectronicinformationAbstract:Villagecorridorlightscontrol,oneistosaveelectricity,controlautomation;Theconvenienceofcorridorofilluminationresidentsmanagement;Third,weneedlessinvestment.Accordingtothethreeprinciples,thispaperintroducesabasedonSCMcontrolvillagevoiceofcorridorlightsdesign.Byacousticelectricvillagecorridorlightsinsteadofresidentialareainthecorridorofthelighting,onlyafterdark,whensomeonewalkedbythestairschannel,afootstepsorothervoice,thecorridortotheparadeautomaticlight,withlighting,whenpeopleenterthehouseoroutoftheapartment,corridorlightswillbeafewminutesafterdelaygoesout.Duringtheday,evenavoice,corridorlightsalsowillnotlight,canachievethepurposeofsavingenergy.Thisdesigncanbeusedasenterprises,hotels,storesandresidentialhallway,stair,elevator,toilet,theTreasuryoftheplacesuchasautomaticswitch,risetopeopletothebrightlights,peoplewalkoutthelightseffect,bothnovelconvenient,andtosaveelectricity,and,insomeplacesstillcanrisetotheactivitiesoftheguardagainsttheftdeterrenteffect.Thisdesignissimpleinstructure,thepowerconsumptionofthedeviceisverysmall,thepriceischeap,easytoconceal,applicationrange,socanbeextendedtoreachofactualapplication.Keywords:soundelectriccircuit;Delay;Energysaving前言电力作为一种洁净方便的能源广泛的应用与我们的生活与生产方面，因此电能的节能尤为重要，要节能首先就要做到节约能源，其次再通过科学研究发明更加人性化和节能的用电器。我国照明缺乏独创产品，模仿产品居多，基础加工落后，只顾外表，轻视功能，产品的品种比较单一，性能差。尤其是在“智能”照明方面，缺乏创新，与国外智能灯具在技术研究方面有着不小的差距。我国现阶段的照明系统大多都是应用模拟电子技术进行设计，分立元件多，不可靠，而且许多声控开关的平均使用寿命不长，主要是因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。如果在设计中采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效地防止可控硅元件启动时的电流过载，大大地延长了开关的使用寿命，并且可以起到保护灯泡的作用。全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国实现社会经济可持续发展所急需解决的问题。基于目前国内国际形势，尤其是能源紧缺，智能照明必是以后照明系统的发展方向。如今单片机技术已经相当成熟，未来的发展方向趋向于运用单片机可以设计出智能型的声控开关，电路设计好后，运用软件编程来实现其功能，灵活方便，修改简单。在使用过程中更加的安全节电，智能环保。同时，智能照明将会使人们利用起来更加便利，改善家庭环境，不仅为建筑照明提供多种的艺术效果，而且使灯具控制和维护变得更为简单，而且具有可靠性高、安装布线容易。1课题分析1.1课题现状公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。因此，设计一个基于单片机的声光控小区楼道灯，使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。1.2课题的研究内容运用单片机可以设计出智能型的声光控楼道灯，电路设计好后，运用软件编程来实现其功能，灵活方便，修改简单，在使用过程中更加的安全节电，智能环保。1.3课题意义（1）利用单片机作为中央处理器；（2）具有光控功能，白天不亮灯，晚上有声音时亮灯；（3）延时时间可调节；（4）具有过零检测功能；（5）所设计的电路系统应做到节能、智能、耐用、可靠性高以及维护方便。2硬件系统的设计2.1声音信号采集电路的设计如图1所示为声音信号采集电路。R6为声传感器，当没有声音时，其输出为低电压信号，若有声音时，输出一电压值，该电压值经过运算放大器OP07放大，放大倍数为R2/R4，R2为可变电阻，可以调节其阻值，使其放大倍数改变，起到调节声音灵敏度的作用。图1声信号采集电路图2TLC2543为A/D转换器，TLC2543采用串行接口，与外围电路的连线简单，三个控制输入端为CS（片选）、输入/输出时钟（I/OCLOCK）以及串行数据输出端（DATAINPUT）。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试电压中的一个，采用一保持是自动的，转换结束，EOC输出变高。TLC2543的引脚排列如图2所示。引脚功能说明如下：AIN0～AIN10：模拟输入端，由内部多路器选择。对4.1MHz的I/OCLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于50Ω；CS：片选端，CS由高到低变化将复位内部计数器，并控制和使能DATAOUT、DATAINPUT和I/OCLOCK。CS由低到高的变化将在一个设置时间内禁止DATAINPUT和I/OCLOCK；DATAINPUT：串行数据输入端，串行数据以MSB为前导并在I/OCLOCK的前4个上升沿移入4位地址，用来选择下一个要转换的模拟输入信号或测试电压，之后I/OCLOCK将余下的几位依次输入；DATAOUT：A/D转换结果三态输出端，在CS为高时，该引脚处于高阻状态；当CS为低时，该引脚由前一次转换结果的MSB值置成相应的逻辑电平；EOC：转换结束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC由高电平变为低电平并保持到转换完成及数据准备传输；VCC、GND：电源正端、地；REF＋、REF－：正、负基准电压端。通常REF＋接VCC，REF－接GND。最大输入电压范围取决于两端电压差；I/OCLOCK：时钟输入/输出。图2TCL2543A/D转换器TLC2543的主要特性如下：（1）11个模拟输入通道；（2）66ksps的采样速率；（3）最大转换时间为10μs；（4）SPI串行接口；（5）线性度误差最大为±1LSB；（6）低供电电流（1mA典型值）；（7）掉点模式电流为4μA。由于TLC2543具有以上特点，其转换速度快，与单片机接口简单，占用的I/O口少，因此在本设计中选择进行A/D转换，用于采集声音信号。2.2光信号判断电路的设计楼道上的声控开关出了声音控制外，还必须有光控功能，即在白天时无论有无声音，都不会点亮灯泡，只有在夜晚或是光线较暗时，发出声音后，才会开灯。这就必须设计一个光控电路，原理图如图3所示。图3光信号判断电图中D1为光敏电阻器，光敏电阻器的主要功能是，当没有光照或光线不足时，其阻值较大，达到兆欧级以上，相当于处于短路状态，此时R1电位器中间抽头输出为低电平。而当有光照时，光敏电阻阻值下降，阻值相当小，此时电位器R1的中间抽头输出为高电位。LM393和电位器R8组成一电压比较器，当同相输入端电位高于反相输入端时，LM393输出一高电平，反之，当反相输入端电位高于同相输入端时，LM393输出一低电平，输出信号经过具有施密特功能的反相器74LS14，送到单片机，由单片机进行检测，判断是否有光照。2.3过零启动保护电路的设计普通的白炽灯正常发光时的灯丝与不发光时灯丝电阻值相差甚远，从而使得其在启动瞬间的冲击电流非常大，例如一只60W的灯泡，在正常发光时，电阻约为800欧，工作在标准市电220V时，工作电流不到0.3A。然而在不放光时，灯丝的电阻阻值约为6欧，当启动时，电流会很大，约有3.5A左右。这种大电流的冲击，很容易损坏可控硅。如图4为白炽灯启动时的电流波形图。图5白炽灯启动电流波形图市电电压是交流220V，交流电始终是从零值到峰值的变化，只要使白炽灯在零值或零值附近启动，就可以避免大电流的冲击。如图5为过零启动保护电路。D2为整流桥，SCR为可控硅，过零启动主要是由电阻Rx1～Rx5，二极管D3和二极管O6组成。Rx2～Rx3是采样电阻，当整流桥2号端子的电压处于低电压时，Rx2和Rx3之间的电压也很低，Q6处于截止工作状态，protect端输出高电平。当整流桥的2号端口为高电压时，Rx2和Rx3之间的电压亦很高，使Q6工作在导通状态，protect端输出低电平。把protect的低电平信号送到单片机的I/O上进行检测，由单片机作出判断，再决定SCR端得电压值，当protect为高，此时的电压为低，可以驱动SCR导通，点亮白炽灯，当protect为低，此时的电压为高，使SCR关闭，暂时不点亮白炽灯，等到过零点电位时才运作。因此，无论什么时候有声音信号来，只有在低电位时，才驱动SCR可控硅打开，声控信号才起作用，实现零压启动。图5过零启动保护电路白炽灯点亮以后，可控硅SCR导通，二极管D3的阳极电位就会下降，此时二极管D3就起到了过零电压启动取消的作用。当有高电压来时，Rx1与Rx2之间的电位就会高于D3的阳极电位，二极管导通，从而使Q6的基极输入电位下降，有效地避免了灯泡的闪烁现象。2.4定时电路的设计声控开关在打开后，需要定时一定的时间，一般为几十秒，设计时可以借助时钟芯片，这里选用一款美国DALLAS公司生产的高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片DS1302.DS1302与CPU通过三线接口同步通信，其接口电路如图6所求。图6定时电路2.5驱动输出电路的设计前面提到，当单片机检测到声光信号后，要控制图6