单片机光控人体感应灯参考文献

单片机路灯控制系统的设计摘要：随着社会需求和单片机应用领域的不断扩展，各类智能产品、控制系统都是以单片机技术为核心来进行开发设计的。本系统采用STC系列单片机STC12C5A60S2和相关的人体检测设备设计智能灯控制系统，实现了能根据实际光线条件通过STC芯片的P2.0口控制继电器的开关来控制开关灯的功能，并通过按键来设置延时开灯的时间，掉电可以保存掉电设置时间。关键词：晶体三极管，人体感应模块，光敏电阻，STC单片机。1、整体方案的设计本电路主要利用单片机及少数外围元件组成光控人体感应节能灯，白天，由于光线照射，该灯始终处于关闭状态，一到晚上，在黑暗中，该灯只要收到一个人体红外信号，灯就自动点亮，而后人离开时，可以通过按键设置延时时间来控制灯的自动熄灭，可以达到节电的目的，其装置省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强的特点。根据设计要求，提出总体方案并画总体程图如如图1-1所示图1-1结合上面的框图，提出一下基本设计思路：设计一个光控电路，主要用于检测外界光照信号；设计一个人体感应电路，主要用与检测人体红外信号；另外设计一个主控电路，用于接受各模块检测的光信号、人体红外信号、并对两者进行处理；最后设计灯电路，用于照明。2、单片机介绍2.1单片机概述单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）、随机数据存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出电路（I/O口）等电路集成到单片芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统。有时还包括定时器/计数器，串行通信口、显示驱动电路（LCD或LED驱动电路）、脉宽调制电路（PWM）、模拟多路转倒计时延时时间人体感应电路换器以及A/D转换器等电路，并具有独立的指令系统[3]。这些电路能在软件控制之下，准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。它能够单独地完成现代工业控制系统所要求的智能化控制功能。单片机不同于单板机，芯片在没有开发出来以前，只具有功能极其强大的超大规模集成电路，如果再赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算机控制系统。单片机的使用需要用户了解其芯片的内部结构和相应的指令系统以及其他一些集成电路设计技术和系统设计所需要的理论技术。在特定的程序控制下，就能使该芯片实现特定的功能。然而，不同单片机的硬件结构和指令系统不尽相同，即它们的技术特征也不同，硬件特征主要和单片机芯片的内部结构有关，因此，设计人员必须熟练掌握其性能是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标（功能特性、控制特性和相关的电气参数特性等），这些信息我们可以从生产厂商的技术手册中得到。指令特性则指我们熟悉的单片机寻址方式、数据处理和逻辑处理方法、输入/输出特性等。开发环境包括指令的兼容性及可移植性，软、硬件资源等。要利用单片机开发实际的应用系统，就必须掌握其硬件结构特征、指令系统和开发环境。单片机控制系统已基本取代了以前复杂的电子线路或数字电路构成的控制系统，用软件来实现产品的智能化。现在，单片机的控制范畴无所不在，其应用领域也越来越广泛。单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它从根本上改变了传统的控制方法和设计理念，向着嵌入式系统方向发展。随着嵌入式系统的快速发展和在各行各业的深入应用，人们的电子设备的小型化、智能化的要求也越来越高。在航空航天、机械加工、工程控制、智能仪器仪表、家用电器、通信系统等领域，单片机都正在发生着非常重要的作用。单片机应用技术业已成为现代电子技术应用领域十分重要的高新技术之一，是电子工程技术人员必备的知识技能，它能使你设计出更具智能化和方便的产品。单片机及其应用系统之所以能发挥着如此重要的作用，归纳起来有如下的原因：（1）单片机具有体积小、功能强、价格低、使用灵活等特点，具有明显的优势和广阔的应用前景。（2）单片机具有独立的指令系统，可以将我们的设计思想充分表达出来，使产品智能化。（3）系统配置以满足控制对象的要求出发点，使得系统具有较高的性价比。（4）应用系统通常将程序驻留在片内（外）ROM中，抗干扰能力强，可靠性高，使用方便。（5）单片机本身并不具备开发能力，一般情况下，需要借助专用的开发工具在相应的开发环境下，进行系统的开发和调试，但最终形成的产品简单实用，成本低，效益高。（6）单片机应用系统所使用的存储芯片可选用EPROM、EEPROM、OTP芯片或利用掩膜形式生产，便于批量生产和应用。大多数单片机如51系列，开发芯片和扩展应用芯片相互配套，降低了系统成本。（7）由于系统小巧玲珑，控制功能强、体积小，便于嵌入被控设备内，大大推动了产品的智能化。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、4代的发展，以达到了32位单片机，是目前单片机的顶级产品，具有极高的运算速度。随着微电子技术和集成电子技术的不断发展，单片机正朝着高集成度、低功耗、低电压、多功能方向发展。STC系列单片是众多单片机中的一种，由于它们都是基于8051内核发展起来的，所以称51单片机，而本次设计就是基于51单片机完成的。2.2单片机的主要功能及应用领域现在的单片机功能越来越强大，集成度越来越高，有很多曾经的外围器件都已经在内部集成。它的功能很多：比较器；模数/数模转换器；PWM；多种多样的接口；LCD驱动；存储器等等。同时它也是计算机—单片微型计算机。部分单片机的计算能力已经比早期PC的CPU强大，速度也越来越快。甚至也有类似双核CPU的设计出现。因为能够运行程序，所以可以做很多的事情。几乎您上网用的计算机能做的事情，它都同样能做。只是能力没那么强大。比如：可以读写硬盘、可以接受按键输入、可以显示输出、可以驱动打印、您甚至可以给它接个鼠标。当然这可能涉及一些接口的问题，但是CPU也不是直接做这些事情的。它的输入输出，如前面所说，也是多种多样的。可以是模拟量，也可以是数字量，标准的USB接口也已经集成在了单片机内部。此外，单片机的体积小、价格低、可靠性高、适用面宽、有着其本身的指令系统等诸多优势，在各行各业都得到广泛应用。单片机的应用领域可归纳为几个方面：（1）智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备等。（2）办公自动化设备：现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。（3）商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子秤、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。（4）工业自动化控制：工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。（5）智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表的档次，强化了功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等。（6）智能化通信产品：最突出的是手机，当然手机内的芯片属专用型单片机。（7）汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。（8）航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域：单片机的应用更是不言而喻。单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。2.3单片机的发展趋势随着微电子技术和集成电路技术的迅速发展，目前各个公司研制出了能够适用于各种领域的单片机。高性能单片机芯片市场也异常活跃，采用新技术，使单片机的种类、性能不断提高，应用领域迅速扩大[4]。单片机的改进和发展归纳起来有以下几个方面：（1）CPU的改进：现在CPU开始采用双CPU结构，提高了芯片的处理能力。（2）存储器的发展：增大了片内存储器容量；片内采用EEPROM和Flash可在线编程，读/写更方便；采用了编程加密技术。（3）内部资源增多：片内资源越丰富，产品的体积就越小，可靠性就越高。（4）I/O接口形式增多，性能提高。（5）引脚的多功能化：单片机现在普遍采用管脚复用的设计方案。（6）低电压和低功耗：单片机制造时普遍采用CMOS工艺。3、硬件电路设计3.1STC12C5A60S2单片机简介：STC12C5A60S2单片机是以51内核为主的系列单片机，STC单片机是宏晶生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8—12倍，内部集成MAX810专用复位电咱。4路PWM8路高速10位A、D转换，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2单片机引脚如下图：STC12C5A60S2单片机主要性能●高速：1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍●宽电压：5.5～3.8V，2.4～3.8V●低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）●工作频率：0～35MHz，相当于普通8051：0～420MHz---实际可到48MHz，相当于8051：0～576MHz●时钟：外部晶体或内部RC振荡器可选，在ISP下载编程用户程序时设置●16K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上●512字节片内RAM数据存储器●芯片内EEPROM功能●ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程,无需编程器/仿真器●10位ADC，8通道,STC12C5A60S2系列为8位ADC。4路PWM还可当4路D/A使用●2个硬件16位定时器，兼容普通8051的定时器。4路PCA还可再实现4个定时器●硬件看门狗（WDT）●高速SPI通信端口●全双工异步串行口(UART),兼容普通8051的串口●先进的指令集结构，兼容普通8051指令集4组8个8位通用工作寄存器（共32个通用寄存器）有硬件乘法/除法指令●通用I/O口（27/23/15个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA。3.2光敏电阻介绍:光敏电阻是一种特殊的电阻，其阻值随着光线强度的变化而变化。其工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，