基于单片机的楼道照明灯设计

兰州文理学院学生毕业论文题目：楼道照明自控开关设计作者：指导老师：电子信息工程学院电子系电子信息工程技术专业11级三年制电子一班班2013年11月15日1摘要：本论文主要介绍楼道照明灯自动控制电路，它不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公室、教学楼等公共场所，它具有体积小，外形美观，制作容易，工作可靠等优点，而且降低能耗，节约能源，注重环保是当今世界的主潮流。此外，它在一定的场所使用还可起防盗作用。它是公共场所照明开关的理想选择，被人们誉为“长明灯的克星”。它利用光敏传感器和热式电红外传感器等器件对楼道、住宅小区等处照明灯具进行自动控制，使电灯白天不亮（光控），夜间有人来的时候自动点亮，人走后延时一段时间自动熄灭，从而达到节能的目的，同时还加上一个电话控制系统以保证电路在异常情况下可以远程控制。关键词：光敏电阻；HN911L；延时；电话控制Abstract:Thispaperintroducestheautomaticcontrolcircuitcorridorlight,itisnotonlysuitablefortheresidentialbuilding,butalsosuitableforfactories,officebuildings,publicplaces,ithastheadvantagesofsmallvolume,beautifulappearance,easymanufacture,reliability,andreducedenergyconsumption,energysaving,environmentalprotectionisthemaintrendintoday'sworld.Inaddition,itcanbeusedfortheftprotectioninacertainplace.Itistheidealchoiceforthepubliclightingswitches,knownasthelonglightItusesthelightsensorandthermalelectricinfraredsensorstoautomaticallycontrolthecorridor,residentialquartersandotherofficelightinglamps,thelampbydaynotbright(light),whentheautomaticlightnightpeoplecome,peoplegoafteradelaytimeautomaticallyextinguished,soastoachievethepurposeofsavingenergy,butalsowithatelephonecontrolsystemtoensurethatthecircuitcanremotecontrolunderabnormalconditions.Keywords:photoresistor；HN911L；delayt；elephonecontrol20引言近年来，城市居民住宅越来越趋向高层化。高层建筑的一个不可忽略的问题是楼道等公用部分的照明问题。楼道照明灯如果能做到随手关灯，将是一个极大的能源消耗，以一栋六单元十二层楼房为例：每层安装一只15瓦的灯泡，就是72只灯泡，每小时耗电1.08度。如果这些灯彻夜通明，一晚耗电10多度，一年就是4000多度。一般住户在开灯后往往忘了或不愿意再费事去专门关灯。感应式楼道照明开关是解决这个问题的一种简单方法。它可以在开灯后一定时间内自动熄灭。在白天，即使有人走过，楼道等也不会亮，可以达到节能的目的。声光双控延时开关体积小，外形美光，制作容易，且节能环保，是当今世界的主潮流。由于今年我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，而是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势。因此我设计一个声光双控延时开关来解决此浪费问题。夜晚，行人经过楼道出入口时，照明灯点亮25s后熄灭；白天，照明灯自动停止工作。1设计电路时用到的相关电子元器件及基础知识1.1光敏电阻的结构和工作原理1.1.1结构光敏电阻器的结构和电路图形符号如图1所示。光敏电阻器（photovaristor）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，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时候，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受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，此时光敏电阻的灵魂度高。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。3图21.1.2工作原理用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装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，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—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。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，也可以加交流电压.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，4电流也逐渐减小。1.2新型热释电红外探测模块（HN911L）热释电红外传感器是最常用的红外检测器之一，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡、一类晶体上、下表面设置电极，在上表面加以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升△T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压△U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，例如，钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。热释电红外传感器的电路图、外形图如图3所示。图3热释电红外温度传感器的特点是反应速度快、灵敏度高、准确度高、测量范围广、使用方便，尤其非接触式测量使红外温度传感器和以红外传感器为核心的红外测温模块、红外测温仪在工业现场、国防建设、科学研究等领域得以广泛应用。主要应用于铁路、车辆、石油化工、食品、医药、塑料、橡胶、纺织、造纸、电力等行业的温度测量、温度检测、设备故障的诊断，特别适用于高温和危险场合的远距离测温。1.3555单稳态电路类型用途555单稳工作方式，可分为2种。如图4和图5所示。图4第1种（图4）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。5图5第2种（图5）是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2电路则带有一个RC微分电路。1.4W7812集成稳压器W7800系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。W7800系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七个档次，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A，78L系列稳压器的输出电流为0.1A。图6为W7800系列的外形和接线图，它有三个引出端：输入端（不稳定电压输入端）标以“1”输出端（稳定电压输出端）标以“3”公共端标以“2”集成稳压器为三端固定正稳压器W7812，它的主要参数有：输出直流电压U0=＋12V，输出电流L:0.1A，M:0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻R0＝0.15Ω，输入电压UI的范围15～17V。因为一般UI要比U0大3～5V，才能保证集成稳压器工作在线性区。图6W78××外形和接线1.5光耦合器1.5.1、光耦合器的结构光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在一个密闭的管壳内，然后利用发光器件的管脚作输入端，而把光接收器的管脚作为输出端。当在输入端加电信号时，发光器件发光。这样，光接收器件由于光敏效应而在光照后6产生光电流并由输出端输出。从而实现了以“光”为媒介的电信号传输，而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。这样就构成了一种中间通过光传输信号的新型半导体电子器件。光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。1.5.2、光耦合的主要特点（1）输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于10Ω，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。（2）由于“光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。（3）由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。（4）容易和逻辑电路配合。（5）响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。1.5.3、光耦合器的工作原理在光耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，该光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电-光-电的转换。声光控制楼道开关电路原理图图1-27感光电阻RG控制门D1延时R8,C3二级整形D3,D4继电器T灯泡整形D2检音BM放大VT82设计流程此设计是为了实现声控光控延时开关的功能。在白天时无论是否有声音，小灯都不能被点亮，即白天时不需要光照，在夜晚当有声音产生时，小灯被点亮，且在声音消失后，小灯能够维持一段时间亮度，即在夜晚有人经过的时候，灯被点亮，并有足够的时间让人通过。所设计的电路分为五个模块：电源模块，信号收集模块，信号处理模块，延时模块和被控制模块。(模块图如1-2)电源模块为整个电路提供稳定的直流电源，使驱动三极管，芯片TC4081BP和小灯。信号收集模块分为声音信号收集模块和光信号收集模块。声音信号收集模块将声音信号转变为音频电信号从而能够输入电路，起到控制开关的作用。光信号收集模块将光强度的改变转变为电压的改变，与声音信号一起控制芯片的输入。信号处理模块即是芯片TC4081BP对声音，光信号导致的电信号的改变进行处理，从而驱动被控制电路，并作用于延时模块。延时模块是在信号处理模块的作用下工作，起到延时的作用。被控制模块在信号处理模块及延时模块的共同作用下工作，达到设计的目.3电源模块这一章详细介绍电源模块的电路设计，电路中各个器件参数确定的相关分析，其工作原理及其他类似的设计。为整个电路提供5V、12V的直流电源，是电路的动力来源。3.1电源电路的设计电源电路采用降压、整流、滤波和稳压的组合电路，将220V的交流电压变为5V和12V的直流电压。模块图如图2-1图2-1降压过程是将220V单相交流电压直接输入有一定匝数比的变压器，得到降压后的电压。然后将变压器副边的交流电压通过单相桥式整流电路，得到脉动系数较大的直流电压。为