智能臺(tái)燈系統(tǒng).doc
《智能臺(tái)燈系統(tǒng).doc》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《智能臺(tái)燈系統(tǒng).doc(31頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
石家莊鐵道大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)原理及應(yīng)用課程作業(yè) 2016 年 春 季學(xué)期 學(xué) 院: 電氣與電子工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè): 電子信息工程 作 業(yè) 名 稱(chēng): 基于熱釋紅外的智能臺(tái)燈系統(tǒng) 學(xué) 生 姓 名: 向鵬 學(xué) 號(hào): 20132581 指 導(dǎo) 教 師: 王偉明 完 成 日 期: 2016-5-20 物聯(lián)網(wǎng)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 作業(yè)評(píng)分表 評(píng)分項(xiàng)目 項(xiàng)目一 項(xiàng)目二 項(xiàng)目三 項(xiàng)目四 總分 滿 分 得 分 評(píng) 閱 人 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1、 作業(yè)目的 通過(guò)智能臺(tái)燈設(shè)計(jì),熟悉各個(gè)模塊的運(yùn)用方法。掌握物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的基本思路,明確物聯(lián)網(wǎng)的核心是應(yīng)用,應(yīng)用的核心是云計(jì)算。 2、 作業(yè)內(nèi)容及要求 能夠按照要求獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)部分。學(xué)會(huì)查閱技術(shù)手冊(cè)和文獻(xiàn)資料。進(jìn)一步熟悉物聯(lián)網(wǎng)具體化的設(shè)計(jì)方法。填寫(xiě)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū),撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文。 3、 作業(yè)成果形式及提交要求 當(dāng)場(chǎng)演示實(shí)物,提交實(shí)物和論文。實(shí)物必須說(shuō)明能實(shí)現(xiàn)什么樣的功能,說(shuō)明和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系。論文必須嚴(yán)謹(jǐn),必須敘述清楚各種模塊的組成和作用。 4、 參考文獻(xiàn) [1] 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.2013 [2] 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用開(kāi)發(fā).清華大學(xué)出版社.2011 [3] 傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì)北京科學(xué)出版社,2002 [4] 熱釋電紅外傳感器,http://baike.baidu.com/view/1788636.htm [5] 光敏電阻,http://baike.baidu.com/view/55997.htm 目錄 目錄............................................................... 1 摘要............................................................... 2 1 緒論 3 1.1 智能臺(tái)燈系統(tǒng)概述 3 1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 4 2.系統(tǒng)主要器件介紹 5 2.1 AT89C52 5 2.2 BISS0001 8 3.系統(tǒng)組成及電路設(shè)計(jì) 9 3.1 系統(tǒng)組成部分 9 3.2 電路設(shè)計(jì)部分 10 4.傳感器部分 13 4.1熱釋電紅外傳感器的原理特性 13 4.2熱釋電紅外傳感器的工作原理 14 4.3光敏電阻 15 5. 軟件程序設(shè)計(jì) 16 5.1 總體程序框圖 16 5.2 主程序流程圖 17 6.總體實(shí)物圖 19 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 20 參考文獻(xiàn) 21 附 件 22 第 1 頁(yè) 共 31 頁(yè) 摘 要 隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展,家用電器也越來(lái)越偏向智能化,物聯(lián)網(wǎng)在我們生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。而所用的智能化家用電器都用一個(gè)共同的特點(diǎn),都是利用物聯(lián)網(wǎng)感知層作為最基本的感知單元。智能家用電器和普通家用電器相比,功能上更強(qiáng),使用更方便,安全可靠性也更高,最重要的是更節(jié)省電能,提高了家用電器的品質(zhì)。 智能臺(tái)燈以專(zhuān)門(mén)感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ),以BISS0001信號(hào)處理電路,利用單片機(jī)進(jìn)行處理,以達(dá)到便于控制的目的。當(dāng)房間亮度不夠時(shí),且有人在附近時(shí),臺(tái)燈便會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮,省去了黑暗中摸開(kāi)關(guān)麻煩;當(dāng)使用40分鐘時(shí)間后自動(dòng)報(bào)時(shí),提醒人們注意適當(dāng)用眼;當(dāng)無(wú)人在時(shí),系統(tǒng)也會(huì)使臺(tái)燈自動(dòng)熄滅,以達(dá)到節(jié)省能源的目的。 關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng) 感知層 智能臺(tái)燈 STC89C52 熱釋紅外 1 緒論 1.1 智能臺(tái)燈系統(tǒng)概述 隨著科技的高速發(fā)展,各種各樣的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開(kāi)始走入人們的生活,這一切都大大地提高了人們的工作效率、改善了人們的生活,現(xiàn)在電器的發(fā)展趨勢(shì)是智能化,這樣會(huì)使人們使用起來(lái)更加方便。隨著物聯(lián)網(wǎng)智能控制理論和人工智能研究的深入,各種更加逼真地模擬人類(lèi)智能的家用電器會(huì)更多地出現(xiàn),而單片機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)理論的結(jié)合,將來(lái)不但更多地改進(jìn)現(xiàn)行家用電器,而且將會(huì)產(chǎn)生全新的家用電器。 家用電器因?yàn)閱纹瑱C(jī)的加入而走向智能化,并且隨著人們生活水平的提高日益走向平民化,我們的生活也隨著家用電器的發(fā)展越來(lái)越方便、舒適。隨著家用電器的發(fā)展,作為家用電器當(dāng)中的小臺(tái)燈也要順應(yīng)科技的發(fā)展步伐走向智能化。 臺(tái)燈是人們生活中用來(lái)照明的一種家用電器。它一般分為兩種,一種是立柱式的,一種是有夾子的。它的工作原理主要是把燈光集中在一小塊區(qū)域內(nèi),集中光線,便于工作和學(xué)習(xí)。一般臺(tái)燈用的燈泡是白熾燈或者節(jié)能燈泡,有的臺(tái)燈還有應(yīng)急功能,用于停電時(shí)無(wú)電照明。 目前,燈具市場(chǎng)上出售的燈具種類(lèi)繁多,一般臺(tái)燈均采用220V交流電源供電,日光燈管、白熾燈泡為光源,手動(dòng)開(kāi)關(guān)或觸摸感應(yīng)式開(kāi)光來(lái)控制。但這類(lèi)臺(tái)燈存在很多弊端,一是電壓是不安全電壓,給人們使用帶來(lái)不安全因素;二是日光燈還具有頻閃效應(yīng),經(jīng)常使用會(huì)給人的眼睛帶來(lái)一定的傷害;三是耗電量大、臺(tái)燈通常都是以日光燈為主,在幾瓦到幾十瓦之間;四是人工化,人們由于手工操作,往往會(huì)忘記關(guān)燈,這也造成電能的浪費(fèi),到目前為止,在燈具市場(chǎng)上,很少見(jiàn)到采用+5V的直流電源供電的一種人體智能臺(tái)燈,它具有既不會(huì)出現(xiàn)觸電,使用壽命長(zhǎng)、無(wú)輻射、又不污染等優(yōu)點(diǎn),有許多普通按鍵臺(tái)燈所無(wú)法比及的優(yōu)勢(shì)。智能化臺(tái)燈一方面可以更節(jié)省電能,有利于環(huán)保,另一方面可以使用一段時(shí)間自動(dòng)報(bào)時(shí),提醒人們注意用眼休息。同時(shí),智能臺(tái)燈在黑暗的時(shí)候自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈的功能也讓使用者使用起來(lái)更方便,省去黑暗摸燈的麻煩。 智能臺(tái)燈可分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式。在自動(dòng)模式下,臺(tái)燈能根據(jù)環(huán)境光的明暗與人是否被臺(tái)燈所檢測(cè)到來(lái)自動(dòng)開(kāi)啟臺(tái)燈。在這里設(shè)計(jì)了以人體紅外輻射(波長(zhǎng)為9.5um)傳感控制電路。當(dāng)人體在臺(tái)燈的范圍內(nèi)且環(huán)境光強(qiáng)較弱時(shí),自動(dòng)感應(yīng)開(kāi)燈。當(dāng)人離開(kāi)時(shí)則自動(dòng)關(guān)燈,達(dá)到節(jié)約能源的目的。手動(dòng)模式是為了不習(xí)慣使用自動(dòng)模式的人或是臺(tái)燈中的微機(jī)出現(xiàn)故障等緊急情況時(shí)用的。在手動(dòng)模式下,智能臺(tái)燈和普通臺(tái)燈是一樣使用的。 臺(tái)燈是一般家庭的生活必需品,但由于經(jīng)常忘記關(guān)燈而造成巨大的能源浪費(fèi)。全球這么多臺(tái)燈,估算一下,消耗能源可觀。本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了實(shí)物實(shí)驗(yàn)。熱釋電紅外探測(cè)器距離是1m左右(距離可調(diào)),主要是因?yàn)榘銇?lái)說(shuō)是門(mén)離書(shū)桌的距離;以便黑暗中時(shí)人一到門(mén)口則啟動(dòng),省去了開(kāi)燈的麻煩,用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行距離調(diào)節(jié)。 1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)功能 名稱(chēng):基于熱釋紅外的智能臺(tái)燈系統(tǒng) 內(nèi)容及要求: 設(shè)計(jì)并制作一種智能臺(tái)燈,主要是以BISS0001和單片機(jī)組成的熱釋紅外傳感控制電路。其特點(diǎn)是在有人時(shí)且外界光強(qiáng)較弱時(shí)能自動(dòng)開(kāi)燈,無(wú)人時(shí)關(guān)燈,節(jié)約能源。具體要求如下: 1.以專(zhuān)門(mén)感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ),以BISS0001信號(hào)處理電路,利用單片機(jī)進(jìn)行處理,以達(dá)到便于控制的目的; 2.當(dāng)房間亮度不夠時(shí),且有人在附近時(shí),臺(tái)燈便會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮,省去了黑暗中摸開(kāi)關(guān)麻煩; 3.當(dāng)無(wú)人在時(shí),系統(tǒng)也會(huì)使臺(tái)燈自動(dòng)熄滅,以達(dá)到節(jié)省能源的目的; 4.當(dāng)使用40分鐘時(shí)間后自動(dòng)報(bào)時(shí),提醒人們注意用眼休息。 1.2.2 系統(tǒng)分析 臺(tái)燈已是千家萬(wàn)戶的必需生活用品,經(jīng)常由于忘記關(guān)燈而造成巨大的能源浪費(fèi)。當(dāng)夜晚來(lái)臨時(shí),人們又摸黑去開(kāi)燈,非常不方便。在這里設(shè)計(jì)了以人體紅外輻射(波長(zhǎng)為9.5um)傳感控制電路。當(dāng)人體在臺(tái)燈的范圍內(nèi)且環(huán)境光強(qiáng)較弱時(shí),自動(dòng)感應(yīng)開(kāi)燈;當(dāng)人離開(kāi)時(shí)則自動(dòng)關(guān)燈,達(dá)到節(jié)約能源的目的。單片機(jī)在本次智能節(jié)能臺(tái)燈設(shè)計(jì)中的主要控制單元,主要控制電路燈光,控制電路是在單片機(jī)的控制下工作。 硬件部分采用防干擾技術(shù)外,在軟件中也采用了防干擾技術(shù),當(dāng)中斷0產(chǎn)生時(shí),并不立即執(zhí)行,而是對(duì)其進(jìn)行延時(shí),防止由于不小心而進(jìn)入到探測(cè)器的范圍內(nèi),以免產(chǎn)生誤判。 系統(tǒng)主要器件介紹 2.1 STC89C52 由于物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的意思,系統(tǒng)通過(guò)傳感器感知外界的變化再通過(guò)傳輸層傳送給中央處理器,而我們最常見(jiàn)的處理器就是89系列單片機(jī)。STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,ATMEL的AT89C52是一種高效微控制器,AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。STC89C52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖2-1 AT89C52類(lèi)別 2.1.1管腳說(shuō)明 VCC:電源電壓 GND:地 P0 口:P0口是一組8位漏極開(kāi)路雙向I/O口,即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時(shí),每一個(gè)管腳都能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路。當(dāng)“1”被寫(xiě)入P0口時(shí),每個(gè)管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí),轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,并在這時(shí)激活內(nèi)部的上拉電阻。在Flash 編程時(shí),P0 口接受指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時(shí),要求外接上拉電阻。 P1 口:P1口一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”,通過(guò)內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。閃爍編程時(shí)和程序校驗(yàn)時(shí),P1口接收低8位地址。 P2 口:P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16 位四肢的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令)時(shí),P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù),在訪問(wèn)8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX @ RI 指令)時(shí),P2 口線上的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中R2 寄存器的內(nèi)容),在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash 編程和程序校驗(yàn)時(shí),P2 也接收高位地址和其他控制信號(hào)。 P3 口:P3口是一組帶有內(nèi)部電阻的8位雙向I/O口,P3口輸出緩沖故可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)P3口寫(xiě)如“1”時(shí),它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時(shí),被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。 P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào),P3口也可作為AT89C52的一些特殊功能口,如表所示: RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí),RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 表2-1 P3口特殊功能 口管腳 備選功能 P3.0 RXD (串行輸入口t) P3.1 TXD (串行輸出口t) P3.2 (外部中斷0) P3.3 (外部中斷1) P3.4 T0 (記時(shí)器0外部輸入) P3.5 T1 (記時(shí)器1外部輸入) P3.6 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) P3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) ALE/:當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí),ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí), ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無(wú)效。 :程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次有效,即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間,當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的 信號(hào)不出現(xiàn)。 /VPP:外部訪問(wèn)允許。欲使中央處理器僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器,端必須保持低電平。需要注意的是:如果加密位LBI被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。如端為高電平,CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí),該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP,當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。 XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 2.1.2振蕩器特性 ??XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件,XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器,因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 2.1.3芯片擦除 ??整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前,該操作必須被執(zhí)行。此外,AT89C52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下,CPU停止工作。但RAM,定時(shí)器,計(jì)數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下,保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 2.2 BISS0001 BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件即可構(gòu)成被動(dòng)式熱釋電紅外開(kāi)關(guān),故能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類(lèi)白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置,特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道等敏感區(qū)域,或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。BISS001的主要功能如下: 1. 為CMOS數(shù)模混合專(zhuān)用集成電路; 2. 具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器,可與多種傳感器匹配進(jìn)行信號(hào)處理; 3. 帶有雙向鑒幅器,可有效抑制干擾; 4. 內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器; 5. 結(jié)構(gòu)新穎,穩(wěn)定可靠,調(diào)解范圍寬; 6. 內(nèi)置參考電壓,工作電壓范圍為2~6V。 3.系統(tǒng)組成及電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)制作的主要設(shè)計(jì)源泉來(lái)源于生活,因此創(chuàng)新之處也在于處理生活中一些比較常見(jiàn)的問(wèn)題。以專(zhuān)門(mén)感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ),以BISS0001信號(hào)處理電路,利用單片機(jī)進(jìn)行處理,以達(dá)到便于控制的目的。 3.1 系統(tǒng)組成部分 3.1.1 系統(tǒng)工作原理 89C52 熱釋電紅外傳感器 顯示電路 光敏電阻 信號(hào) 處理 電路 提醒電路 燈光控制電路 圖3-1 系統(tǒng)示意圖 本系統(tǒng)組成如圖3-1所示,主要由三部分組成: 1.傳感器及信號(hào)處理部分:檢測(cè)人體輻射紅外信號(hào)及光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)過(guò)處理 后變成可處理的數(shù)字信號(hào); 2.以89S52組成的中央處理單元:處理信號(hào)并發(fā)出控制命令; 3.提醒電路及燈光控制電路:給出提醒信號(hào)并根據(jù)89C52給出的命令控制燈光。 整個(gè)系統(tǒng)是以89S52控制下工作的。其工作過(guò)程為:當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí),光敏電阻阻值比較小,信號(hào)處理電路檢測(cè)到低電平信號(hào),禁止熱釋電紅外傳感器工作,省去了89S52處理過(guò)程。當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí),光敏電阻阻值變大,信號(hào)處理電路接收到高電平,從而啟動(dòng)熱釋電紅外傳感器工作。熱釋電紅外傳感器探測(cè)比較遠(yuǎn)的距離,當(dāng)人體進(jìn)入到傳感器的控測(cè)范圍內(nèi)且光強(qiáng)較弱時(shí),信號(hào)檢測(cè)電路處理信號(hào),并向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)中斷,89S52啟動(dòng)燈光控制電路,使燈變亮。 3.1.2 系統(tǒng)控制核心 該智能臺(tái)燈的系統(tǒng)主要由電源部分、傳感器部分、信號(hào)處理單元、BISS0001芯片、MCU單元、蜂鳴器、開(kāi)關(guān)控制單元和燈等部分組成。5 V電壓供電。信號(hào)檢測(cè)與處理部分由熱釋電紅外傳感器、光敏電阻、信號(hào)處理單元和BISS0001芯片組成;傳感器的作用是感知是否有人在,故采用的是熱釋電紅外傳感器,該傳感器只對(duì)波長(zhǎng)為10μm(人體輻射紅外線波長(zhǎng))左右的紅外輻射敏感,而對(duì)除人體以外的其他物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作;光敏電阻的作用是感知臺(tái)燈周?chē)h(huán)境的光照強(qiáng)度;MCU部分采用的是ATMEL公司生產(chǎn)的89C5l單片機(jī),該單片機(jī)具有價(jià)格低廉、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、操作方便及可以加密等優(yōu)點(diǎn),因此市場(chǎng)占有量非常大。該單片機(jī)作用是處理由BISS0001發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)并給開(kāi)關(guān)控制單元和蜂鳴器發(fā)送命令;蜂鳴器單元主要是根據(jù)MCU單元發(fā)出的命令給出警告信號(hào); 3.2 電路設(shè)計(jì)部分 3.2.1傳感器組成的信號(hào)檢測(cè)及處理部分 在電路設(shè)計(jì)部分中,單片機(jī)在本次智能節(jié)能臺(tái)燈設(shè)計(jì)中的主要控制單元,主要控制電路燈光,控制電路是在單片機(jī)的控制下工作。傳感器在設(shè)計(jì)者起著重要的作用,傳感器組成的信號(hào)檢測(cè)及處理部分電路原理如圖3-2所示。 圖3-2是由熱釋電紅外傳感器、光敏電阻、BISS0001組成的信號(hào)檢測(cè)及處理電路。紅熱釋電紅外傳感器只對(duì)波長(zhǎng)為10μm(人體輻射紅外線波長(zhǎng))左右的紅外輻射敏感,所以除人體以外的其他物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作。探頭內(nèi)包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元,而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反,環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用,使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消,于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi),人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦,并被熱釋電元接收,但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同,熱釋電也不同,不能抵消,于是輸出檢測(cè)信號(hào)。?BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?;旌蠈?zhuān)用集成電路。當(dāng)外界光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí),光敏電阻阻值很小,BISS0001檢測(cè)到低電平,從而封鎖14腳,禁止傳感器infare1的信號(hào)。當(dāng)外界光強(qiáng)較弱時(shí),光敏電阻阻值很大,BISS0001檢測(cè)到低電平,開(kāi)啟14腳;infare1檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí),產(chǎn)生微弱的信號(hào)輸出,經(jīng)R5、R1005、R4、C1、C6、C7組成的信號(hào)放大濾波電路。R1000、R1001、C1000和C1001組成的延時(shí)電路。信號(hào)經(jīng)處理后從2腳輸出。 圖3-2 傳感器組成的信號(hào)檢測(cè)及處理部分 3.2.2 放大電路 使用放大器的濾波電路又稱(chēng)為有源濾波電路。其實(shí)有源無(wú)源就是看它用到的元器件的性質(zhì)。用到有源器件(如:三極管,集成放大器等)就構(gòu)成有源濾波器,若只用到無(wú)源器件(電阻,電容,電感等)就是無(wú)源濾波器。 有源濾波自身就是諧波源。其依靠電力電子裝置,在檢測(cè)到系統(tǒng)諧波的同時(shí)產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等,相位相反的諧波向量,這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波,使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外,同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率。其優(yōu)點(diǎn)是反映動(dòng)作迅速,濾除諧波可達(dá)到95%以上,補(bǔ)償無(wú)功細(xì)致。缺點(diǎn)為價(jià)格高,容量小。由于目前國(guó)際上大容量硅閥技術(shù)還不成熟,所以當(dāng)前常見(jiàn)的有源濾波容量不超過(guò)600kvar。其運(yùn)行可靠性也不及無(wú)源。 信號(hào)放大濾波電路圖如圖3-4所示。 圖3-4 信號(hào)放大濾波電路 一般無(wú)源濾波指通過(guò)電感和電容的匹配對(duì)某次諧波并聯(lián)低阻(調(diào)諧濾波)狀態(tài),給某次諧波電流構(gòu)成一個(gè)低阻態(tài)通路。這樣諧波電流就不會(huì)流入系統(tǒng)。無(wú)源濾波的優(yōu)點(diǎn)為成本低,運(yùn)行穩(wěn)定,技術(shù)相對(duì)成熟,容量大。缺點(diǎn)為諧波濾除率一般只有80%,對(duì)基波的無(wú)功補(bǔ)償也是一定的。 目前在容量大且要求補(bǔ)償細(xì)致的地方一般使用有源加無(wú)源混合型,即無(wú)源進(jìn)行大容量的濾波補(bǔ)償,有源進(jìn)行微調(diào)。 3.2.3 復(fù)位電路 為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作,復(fù)位電路是必不可少的一部分,復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%,即4.75~5.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路,它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),因此在電源上電時(shí),只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí),復(fù)位信號(hào)才被撤除,微機(jī)電路開(kāi)始正常工作。復(fù)位電路原理圖如下圖3-5所示。 圖3-5 復(fù)位電路 復(fù)位電路不恰當(dāng)?shù)膹?fù)位可以導(dǎo)致許多問(wèn)題,因?yàn)椴煌膹?fù)位利用單片機(jī)的啟動(dòng)和斷電的不同條件,因此必須根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇一種最恰當(dāng)?shù)膹?fù)位方式。 4.傳感器部分 傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。它主要被用于檢測(cè)系統(tǒng)本身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài),為有效地控制系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對(duì)位置檢測(cè)裝置、滑覺(jué)傳感器、視覺(jué)傳感器進(jìn)行選用。位置檢測(cè)裝置檢測(cè)機(jī)械手動(dòng)作是否到位,滑覺(jué)傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住,視覺(jué)傳感器是為了完成機(jī)械手對(duì)物料的識(shí)別。 4.1熱釋電紅外傳感器的原理特性 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶,其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成,其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式,因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。 圖4-1 熱釋電容實(shí)物 由于熱電元輸出的是電荷信號(hào),并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 該電阻阻抗高達(dá)104MΩ,故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來(lái)完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片,并在它的兩面鍍上金屬電極,然后加電對(duì)其進(jìn)行極化,這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。由于加電極化的電壓是有極性的,因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。 4.2熱釋電紅外傳感器的工作原理 在該探測(cè)技術(shù)中,所謂“被動(dòng)”是指探測(cè)器本身不發(fā)出任何形式的能量,只是靠接收自然界能量或能量變化來(lái)完成探測(cè)目的。被動(dòng)紅外報(bào)警器的特點(diǎn)是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化,并能使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào),從而完成報(bào)警功能。圖4所示是該報(bào)警器的工作電路原理圖。 當(dāng)人體輻射的紅外線通過(guò)菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測(cè)元上時(shí),電路中的傳感器將輸出電壓信號(hào),然后使該信號(hào)先通過(guò)一個(gè)由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器,該濾波器的上限截止頻率為16Hz,下限截止頻率為0.16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測(cè)信號(hào)電壓十分微弱(通常僅有1mV左右),而且是一個(gè)變化的信號(hào),同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號(hào)電壓呈脈沖形式(脈沖電壓的頻率由被測(cè)物體的移動(dòng)速度決定,通常為0.1~10Hz左右),所以應(yīng)對(duì)熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)運(yùn)用集成運(yùn)算放大器LM324來(lái)進(jìn)行兩級(jí)放大,以使其獲得足夠的增益。 4.3光敏電阻 光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管,常用的制作材料為硫化鎘,另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下,其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電,在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng),電子奔向電源的正極,空穴奔向電源的負(fù)極,從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。 4.3.1 光敏電阻的工作原理 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線,將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻,為了增加靈敏度,兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極,接出引線,封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi),以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里,它的電阻值很高,當(dāng)受到光照時(shí),只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度,則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶,并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴,這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目,使其電阻率變小,從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng),阻值愈低。入射光消失后,由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)將復(fù)合,光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓,其中便有電流通過(guò),受到波長(zhǎng)的光線照射時(shí),電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大,從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒(méi)有極性,純粹是一個(gè)電阻器件,使用時(shí)既可加直流電壓,也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。 4.3.2光敏電阻主要特點(diǎn)和特性 根據(jù)光敏電阻的光譜特性,可分為三種光敏電阻器: 紫外光敏電阻器:對(duì)紫外線較靈敏,包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等,用于探測(cè)紫外線。 紅外光敏電阻器:主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器,廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)、紅外光譜,紅外通信等國(guó)防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 可見(jiàn)光光敏電阻器:包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng),如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶,航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅,自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置,機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”,極薄零件的厚度檢測(cè)器,照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置,光電計(jì)數(shù)器,煙霧報(bào)警器,光電跟蹤系統(tǒng)等方面。 光敏電阻的主要參數(shù)是: 1.光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下,當(dāng)有光照射時(shí),流過(guò)的電流稱(chēng)為光電流,外加電壓與光電流之比稱(chēng)為亮電阻,常用“100LX”表示。 2.暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下,當(dāng)沒(méi)有光照射的時(shí)候,流過(guò)的電流稱(chēng)為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱(chēng)為暗電阻,常用“0LX”表示。 3.靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值(暗電阻)與受光照射時(shí)的電阻值(亮電阻)的相對(duì)變化值。 4.光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱(chēng)光譜靈敏度,是指光敏電阻在不同波長(zhǎng)的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長(zhǎng)下的靈敏度畫(huà)成曲線,就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。 5.光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號(hào)隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出,隨著的光照強(qiáng)度的增加,光敏電阻的阻值開(kāi)始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度,則電阻值變化減小,然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下,該特性為非線性。 6.伏安特性曲線。伏安特性曲線用來(lái)描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系,對(duì)于光敏器件來(lái)說(shuō),其光電流隨外加電壓的增大而增大。 7.溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大,部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高,而在高溫下的靈敏度則較低。 8.額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率,當(dāng)溫度升高時(shí),其消耗的功率就降低。 5. 軟件程序設(shè)計(jì) 5.1 總體程序框圖 總個(gè)系統(tǒng)程序框圖如下圖5-1所示。 開(kāi)始 程序初始化 開(kāi)啟所有中斷 中斷返回入口 結(jié)束 圖5-1總系統(tǒng)程序框圖 5.2 主程序流程圖 程序框圖如圖5-2所示,程序開(kāi)始后,對(duì)程序進(jìn)行初始化。向P0腳寫(xiě)入低電平,開(kāi)啟所有中斷,啟動(dòng)計(jì)數(shù)器。當(dāng)中斷1來(lái)時(shí),進(jìn)入中斷1,設(shè)置R0為0,調(diào)用延時(shí)程序TIME0(延時(shí)10ms),判斷R0是否等于7,若不是,則加1,繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)入循環(huán),直至R=7,即實(shí)現(xiàn)的是燈變亮的一個(gè)過(guò)程。當(dāng)中斷0和中斷1同時(shí)產(chǎn)生時(shí),根據(jù)優(yōu)先級(jí),屏蔽掉中斷1,開(kāi)啟中斷0。調(diào)用延時(shí)程序TIME0(延時(shí)1分鐘),查詢中斷0控制位;防止人體不小心到達(dá)熱釋電探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi),采用延時(shí)程序來(lái)排除干擾,防止誤判。若為0,則返回主程序;若為1,則向P0高四位發(fā)送數(shù)據(jù),使燈保持原來(lái)最亮狀態(tài),調(diào)用延時(shí)程序TIME1,判斷R0是否等于0,若是則中斷返回,若不是,則R0減1,繼續(xù)循環(huán),直至R0等到于0,此程序的目的是實(shí)現(xiàn)燈慢慢變暗。 總系統(tǒng)程序流程圖如圖5-2所示。 中斷入口 R=0 調(diào)用延時(shí)程序TIME0 中斷返回 R=7? R+1 發(fā)送數(shù)據(jù) 中斷入口 R=7 調(diào)用延時(shí)程序TIME0 中斷返回 R=0? R-1 發(fā)送數(shù)據(jù) 調(diào)用延時(shí)程序TIME1 圖5-2 程序框圖 6、總體實(shí)物 圖6-1 總體實(shí)物圖 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 本系統(tǒng)的主要技術(shù)難點(diǎn)在于對(duì)人體紅外信號(hào)的采集及處理。由于采用的是熱釋電紅外傳感器,當(dāng)人體進(jìn)入其感應(yīng)范圍時(shí),傳感器就會(huì)產(chǎn)生幾mv信號(hào),然后通過(guò)以BISS0001為中心的信號(hào)處理電路,對(duì)信號(hào)進(jìn)行二次放大,并濾波,以防止外界的信號(hào)產(chǎn)生干擾。信號(hào)經(jīng)過(guò)BISS0001后從而轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出,便于用單片機(jī)進(jìn)處理。 雖然本系統(tǒng)以達(dá)到了使生活方便的目的,但是電路還是不夠簡(jiǎn)單。因?yàn)楫?dāng)有多個(gè)熱釋電紅外傳感器時(shí),就需要相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)電路。改進(jìn)之處在于用一個(gè)信號(hào)處理電路同時(shí)控制多個(gè)傳感器。還有一個(gè)不足之處在臺(tái)燈開(kāi)啟時(shí),產(chǎn)生的光強(qiáng)容易干擾光敏電阻對(duì)環(huán)境光強(qiáng)的判別,引起誤判,現(xiàn)在的處理方法是傳感器部分與控制部分單獨(dú)分開(kāi)放置。 參考文獻(xiàn) [1] 趙國(guó)強(qiáng),智能臺(tái)燈,科學(xué)啟蒙,2007 [2] 趙繼文,傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì),北京,北京科學(xué)出版社,2002.3,6 [3] 黃繼昌,電子元器件應(yīng)用手冊(cè),北京,北京人民郵電出版社,2004年,5 [4] 畢淑娥,電工與電子技術(shù)基礎(chǔ),哈爾濱,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2008.6 [5] 金發(fā)慶,傳感器技術(shù)與應(yīng)用,北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.8,281-290 [6] 王港元,電子技能基礎(chǔ),成都,成都科技大學(xué)出版社,1999 [7] 熱釋電紅外傳感器,http://baike.baidu.com/view/1788636.htm [8] 光敏電阻,http://baike.baidu.com/view/55997.htm [9] 夏路易,單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,北京,北京希望電子出版社,2006 [10]位永輝;楊威, 基于BISS0001的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì),電子元器件應(yīng)用,2010 附 件 源主程序: #include- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會(huì)出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預(yù)覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請(qǐng)點(diǎn)此認(rèn)領(lǐng)!既往收益都?xì)w您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
32 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁(yè)顯示word圖標(biāo),表示該P(yáng)PT已包含配套word講稿。雙擊word圖標(biāo)可打開(kāi)word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國(guó)旗、國(guó)徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計(jì)者僅對(duì)作品中獨(dú)創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 智能 臺(tái)燈 系統(tǒng)
鏈接地址:http://zhongcaozhi.com.cn/p-1574576.html