智能台灯的设计与实现讲解

1智能台灯的设计与实现摘要:随着科技的快速发展，人们享受着科技给生活带来的便利和生活品质量的提升，与传统的产品相比，具有高科技含量的产品有着明显的优势，也更受人们的欢迎。有了高科技的支持，家用电器的功能相比较以前更全面，也更偏向智能化。智能台灯的设计以单片机为中央控制单元，主要由热释电红外传感器，光强信号处理电路和LCD时间温度显示电路组成，软件选用C语言编程。中央控制单元处理红外传感器检测的信号和光强信号并且保障整个系统正常的运行。本系统功能强大,设计更加人性化，使用这种智能台灯提高了生活的品质，它易于操作，方便智能，将会有广阔的开发前景和实用意义。关键词:智能台灯；热释电红外传感器；单片机智能台灯的设计与实现2前言台灯是我们日常生活中的小家电，是我们每个家庭必不可少的生活和学习用品，人们使用时经常会由于粗心大意而忘记关灯，这样就会浪费很多的电能。晚上想使用时，人们又得摸黑去开灯，十分麻烦。本次设计和传统的台灯不同，它通过传感器来感应人体红外辐射进而控制台灯的亮灭。当有人出现在台灯红外检测的范围内并且光线强度较弱时，自动感应把台灯点亮；当人离开时台灯自动关闭，可以达到节约能源的目的；本设计有液晶显示屏显示时间温度，台灯工作时显示当前室温，并且有专门设置的按键调节时间。得益于传感器感应技术和智能控制系统的进一步发展，未来人们将会使用更多智能化的产品，会带来更多的便利和惊喜。智能化的家用电器已经逐渐具备科技含量，随着经济水平的普遍提高，人们对生活品质的要求比以往强烈，不再满足老式家用电器傻瓜式的手动操作和简单单一的功能。尽管在生活中传统老式的台灯还是人们使用的主体，但是它们已经满足不了人们对其智能化及节能环保功能的要求，所以台灯的设计里要加入科技的元素。智能台灯相比传统老式的台灯有很多明显的优势，智能台灯比普通的台灯更节省电能，更利于环保。在夜晚的时候自动开关灯的功能让我们省去了在黑暗中摸灯的麻烦。单片机在本次智能台灯的设计中占有重要地位，是系统的中央控制单元，外部电路由光强信号处理电路、红外传感器和LCD时间温度显示电路组成。中央控制单元处理红外传感器检测的信号和光强信号并且保障整个系统正常的运行。本设计功能强大，易于操作，方便智能，将会有广阔的开发前景和实用意义。1绪论1.1智能台灯的概述人们在生活和学习的时候常用台灯来照明。目前市场上销售的台灯主要立在桌子上的，还有少数是带有夹子的。台灯使用的流行主要是因为它把光线集中在某一块区域内，方便工作和学习，最重要的是照明效果好节约电能。市场上出售的台灯有不少缺点甚至是安全隐患，电源电压不是安全电压，存在潜在的危险因素；这些台灯存在频闪效应，人的眼睛在这种灯光下时间久了会损害使用者的身心健康；这些台灯不是节能的材料制作的，所以耗电量大不节能；控制台灯亮灭时，往往需要手工进行操作，在夜晚使用比较麻烦。智能台灯比普通的台灯更节省电能，更3利于环保。在夜晚的时候自动开关灯的功能让我们省去了在黑暗中摸灯的麻烦。智能台灯采用红外感应技术，所以台灯能根据所处环境光线强度和检测是否有人来自动开启台灯。随着传感器感应技术和智能控制系统的进一步发展，未来人们将会使用更多智能化的产品，会带来更多的便利和惊喜。智能化的家用电器已经逐渐具备科技含量，随着经济水平的普遍提高，人们对生活品质的要求比以往强烈，不再满足老式家用电器傻瓜式的手动操作和简单单一的功能。尽管在生活中传统老式的台灯还是人们使用的主体，但是它们已经满足不了人们对其智能化及节能环保功能的要求，所以台灯的设计里要加入科技的元素。1.2系统设计的背景节能环保的意义重大，我国绝大部分的电能是来源于自火力发电，而火力发电会产生大量二氧化碳。二氧化碳是一种会引起温室效应的气体，当大气中的二氧化碳过多的时候，温室效应的问题会更加严重，造成全球的温度升高，随之冰川融化海平面上升，许多海拔低的地区被淹没。此外气候变暖，雨水和土壤湿度进一步减少，土地沙漠化和草原退化等环境问题将变得更加严重，节约电能环境保护已经迫在眉睫。人们在平时的生活中使用智能台灯，节约了电能，给自己带来了方便，为保护自然环境做了贡献，这是一件多么美好的事情。1.3系统设计的内容智能台灯的设计与实现，单片机作为本设计的中央控制单元，组成部分为光强信号处理电路、红外传感器和LCD时间温度显示电路。本设计能够实现的功能是在有人靠近台灯时且光强较弱时能自动开灯，在人离开台灯的时候自动关灯，可以达到节约电能的目的。系统配备LCD液晶屏显示时间和温度，并有按键调节时间。2系统设计方案2.1系统功能定义智能台灯的主要功能有以下三个：第一，当有人出现在台灯的传感器检测范围内并且光线强度较弱时，台灯自动感应点亮；第二，当人离开时台灯自动关闭，可以达到节约能源的目的；第三，液晶显示屏显示时间温度，开机显示当前室温，并且有专门设置的按键调节时间。智能台灯的设计与实现4本设计能达到的功能：图1系统功能框图智能台灯的设计中单片机作为本设计的中央控制单元，组成部分为光强信号处理电路、红外传感器和LCD时间温度显示电路。本设计能够实现的功能是在有人靠近台灯时且光强较弱时能自动开灯，在人离开台灯的时候自动关灯，可以达到节约电能的目的。系统配备LCD液晶屏显示时间和温度，并有按键调节时间。台灯系统控制由AT89C52单片机为核心构成。系统硬件的框图如下：图2系统硬件结构框图光强检测光强弱且有人光强弱且无人光强强灯灭人走灯亮灯不亮灯不亮中央控制单元传感器及信号处理器光敏电阻信号处理电路LCD显示电路5主要有以下基本分组成：a.检测外部光强、人体波长信号再经过处理成输入信号的部分由光敏电阻、RE200B传感器及BISS0001芯片组成的电路；b.中央控制单元由AT89C52单片机为核心构成，控制系统的运行；c.以LCD液晶显示屏、温度传感器及时钟电路组成的时间温度显示电路，显示实时室温，并有专门设置的按键调整时间。2.2系统功能模块分析2.2.1中央控制单元本次智能台灯设计中，由单片机组成的中央控制单元有十分重要的作用。这是整个系统的大脑，它发出操作命令指挥系统工作。它一方面运行传感器及信号处理部分对外部信号进行实时监测，另一方面同时控制着LCD显示电路工作情况。从而能保证整个设计的系统进行正常的运转和工作。为了满足系统设计要求，控制模块中的单片机选用AT89C52芯片，本产品利用厂家的最先进的制造技术为支撑，是一种质量高可靠性好的8位芯片，内含能多次烧入的Flash器件，包含了MCS-52系统的执行指令和89C52管脚设计，本产品还包括了常用8位CPU和ISPFlash存储单元。AT89C52单片机使用高效，确保设计的系统能够安全可靠地运行。2.2.2信号处理单元传感器及信号处理单元在本次设计中有着举足轻重的地位。本设计选择RE200B传感器和DS18B20传感器作为红外及温度收集器件。外部信号实时监测经过传感信号处理集成电路芯片BISS0001处理后变成数字信号后，由中央控制单元分析处理。在电路中要利用热释电红外传感器采集回来的信号去对台灯进行控制。因为收集的信号将直接指挥系统的控制行为，所以对红外传感器的质量和可靠性要求比较高。第一点，传感器要对人体发出的红外波长感应很灵敏，而对其他的物体发出的红外波长不感应。第二点，它要能够感应一定距离的红外信号，可以借助于菲涅尔透镜的聚焦作用。热释电红外传感器RE200B能检测人发出的红外线波长并转换成电信号输出。为满足以上要求，本系统选择传感器RE200B来监测。2.2.3LCD显示电路LCD显示电路体现是本系统的功能一个重要模块，能实现对台灯LCD液晶屏控制从而显示时间温度的功能。以LCD液晶显示屏、时钟电路和温度传感器组成的时间温智能台灯的设计与实现6度显示电路，在台灯开机的时候就可以显示实时室温，并有专门设置的按键调整时间，使用起来方便实用，对我们的工作和学习大有帮助。2.3本章小结本章主要介绍了系统的设计功能的要求以及具体的功能模块。根据系统功能的要求，完成了系统硬件的框图设计。然后分别介绍了LCD显示时间温度、中央控制单元和传感器及信号处理等模块功能的分析以及主要器件的选择要求。3硬件电路原理及设计3.1系统硬件电路工作原理图3系统硬件组成框图系统是在单片机AT89C52控制下工作的。台灯系统的工作情况：当光强变强时，光敏电阻阻值小，检测到电路中的低电平，热释电红外传感器停止工作，中央控制单元不做出反应。当光强变弱时，光敏电阻阻值大，接收到电路中的高电平，从而热释电红外传感器开始工作。当有人进入到传感器的检测范围内且光强较弱时，检测电路发出信号，并向单片机发送一个中断，中央控制单元启动电灯控制电路，台灯点亮。当人体走出传感器的检测范围时，台灯熄灭。3.2功能模块电路工作原理3.2.1传感器及信号处理热释电红外传感器温度传感器光敏电阻电灯控制电路时间温度显示电路信号处理电路单片机AT89C527图4传感器及信号处理部分电路图由光敏电阻、热释电红外传感器RE200B和BISS0001芯片组成的信号检测电路。热释电红外传感器只能检测到人体辐射红外线波，因此当检测到其他物体的时候不会触发信号接收电路。环境背景的作用对两个热释器件差不多有同样的影响，让其发生释电效应相互不产生作用，让检测器没有输出信号。当有人进入检测范围时，人的红外辐射由于部分镜面的作用而聚焦，同时被热释器件接收，当两个热释电器件接收到的人体红外辐射不同，热释电是不同的，无法消除，然后输出探测到的信号。BISS0001是多种器件组成的数模混合的一种专用集成电路。在环境光线强度强时，光敏电阻的阻值小，电路检测出低电平，传感器停止工作无信号输出。在环境光线强度弱时，光敏电阻的阻值大，电路检测出高电平，传感器开始工作，产生有信号输出。光线强度检测是一个重要部分，有两个关键的元件，一个是光敏电阻，一个是可变电阻，其中光敏电阻的检测能力的强弱是由可变电阻来控制的。3.2.2单片机控制下的LCD显示电路智能台灯的设计与实现8图5单片机控制下的LCD显示电路图由单片机组成的LCD显示电路。由几个的相互独立电路组合成一个以单片机为中心的时间显示电路；温度传感器选择DS18B20来收集信号，时间的星期、时、分的数字可以调节，时间显示部分的主要是通过液晶屏LCD1602来显示时间温度信息。3.3主要器件介绍3.3.1AT89C52单片机简介单片机芯片选择了AT89C52芯片。为了满足系统设计要求，控制模块中的单片机选用AT89C52芯片，本产品利用厂家的最先进的制造技术为支撑，是一种质量高可靠性好的8位芯片，内含能多次烧入的Flash器件，包含了MCS-52系统的执行指令和89C52管脚设计，本产品还包括了常用8位CPU和ISPFlash存储单元。AT89C52单片机使用高效，确保设计的系统能够安全可靠地运行。9图6AT89C52引脚图3.3.2热释电红外传感器热释电红外传感器的工作原理是热电效应。热释电效应是指在某些晶体温度表变化时，晶体的产生等量的带相反符号的电荷，发生变电极化现象。在有人进入检测范围时，由于人体温度与环境温度有差别，就会有信号输出。人体会发出特定波长的红外线，红外探头检测人体发出的红外线波长从而开始工作的。在接收到人体红外辐射变化时，热释电元件会打破自身电荷的平衡，从而向外界释放电荷，就有了电压信号。红外探头的传感器包含两个热释电元件，电极化方向正好相反，所在环境的辐射对两个热释元件有同样的影响，产生释电效应相互抵消，所以检测器没有信号输出。3.3.3光敏电阻光敏电阻的阻值大小是变化的，它随着所在环境光线强度的改变而改变，当环境光比较强时，它的阻值减小，当环境光较弱时，它的阻值就会增大，这是因为它特殊的制作材料决定的。当光线较强的时候，光敏电阻的阻值就很小，传感器信号处理电路会进行有关的处理；当光线较弱的时候，它的阻值就会变大，同时热释电红外传感器要是检测到有人在台灯附近时，传感器信号处理电路就会把这些信号经过处理传到单片机控制电路，从而启动点亮台灯，所以光敏电阻对环境光的检测在电路中也很重要