热释电报警电路设计黄河科技学院课程设计2

1、课程设计说明书 第 I页摘要随着生活技术的不断发展，家庭及公共照明灯不断增加，使用普通手动开关的电灯会造成电力的浪费，所以本次设计采用热释电红外传感技术与声控技术相结合的照明电路，做到红外传感开关与声控开关同时控制，达到节约能源的目的。本次设计首次采用热释电红外控制和声音控制，同时利用光敏电阻与 LM393 电压比较器组成的光照检测电路来判断外界有无光线。本次设计相对于普通的照明，更采用了三个 led 灯来模拟日常生活中的日光灯管，通过单片机的延时功能使之依次点亮以达到光线逐步明亮的效果，保护人眼。在白天光线较强时，不论有没有人靠近或是发出声音，灯都不会亮；在晚上光线较暗时，若有人靠近灯就会亮

2、，或者发出一定的声音，灯也会点亮，当人离开后灯自动熄灭。本次设计对今后的照明系统有重要的意义，具有十分广阔的前景。关键词关键词 单片机 STC89C52；热释电红外传感器；声控开关；LM393N 芯片课程设计说明书 第 II页目 录1 概述.12 方案设计.12.1 可选择方案 .12.2 工作原理框图 .33 系统硬件设计.43.1 系统设计电路介绍 .43.2 单片机最小系统及相关电路.53.3 热释电传感器集成模块.73.4 光照检测电路.83.5 按键控制电路.83.6 声音控制电路.94 系统软件设计.10总 结.14致 谢.15参考文献.16附录:源程序 .17课程设计说明书 第

3、1页1 概述在这个科技飞速发展的年代，人们的生活水平正在越来越好，生活伴随着科技不断进步，的确将科技融入生活当中能够使我们的生活更加高效、快捷，在这个快节奏的社会当中，人们也越来越离不开高科技所带给我们的方便与快捷。这次设计的是一个基于单片机的热释电传感夜灯，通常所说的单片机并不是一个完成某个逻辑功能的芯片，而是把一台计算机的组成系统微缩到一块芯片上。当然，现在某些型号的单片机也添加了模数或者数模转换功能模块，功能非常的强大。虽然单片机集成了计算机的所有组成系统，但是价格却没有那么昂贵，从几元至几十元不等。不同型号的单片机体积也会有所不同，如有的是 20 脚封装的；有的是 40 脚封装的，这主

4、要取决于它的功能，一般来说，引脚多的要比引脚少的功能强大8。2 方案设计2.1 可选择方案经过初步的查阅资料和参考文献，现有确定两种方案分别为：（1）方案一：利用目前流行的 AT89C52 单片机对由光敏电阻和热释电传感器组成的光照检测电路进行处理，在 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 口设置四个延时开关控制由三极管 8550 和继电器组成的开关电路，当室内无人时，输出高电平三极管截止，继电器不工作；当室内有人时，输出低电平三极管导通，继电器闭合，小灯点亮。如图 2.1 所示。（2）方案二：采用加强型的 STC89C52 单片机，同样是利用热释电红外传感器和声音控制开关探测有无人靠近，但

5、是光照检测电路采用的是光敏电阻以及 LM393N 双电压比较器，有光的时候光敏电阻值减小，输入电压大于基准电压，小灯不亮；无光照射时，光敏电阻值增大，输入电压小于基准电压，小灯点亮5。如图 2.24与图 2.3所示。课程设计说明书 第 2页 2.1 硬件电路图 图 2.2 单片机最小系统课程设计说明书 第 3页图 2.3 LM393N 电路综上，结合本次设计的目的与要求，我选择第二种方案，因为第一种并不能使三个小灯依次点亮而第二种方案可以做到这一点。2.2 工作原理框图图 2.4 系统总体框架结构图正如图 2.4 所示，首先由光敏电阻的特性可以知，在有光线的时候，光敏电阻的阻值非常小，那输入

6、LM393N 芯片中的输入电压是小于基准电压的，那双电压比较器LM393N 即输出高电平，单片机接收到高电平信号，经由预先在里面的编好的程序处理，此时若有人靠近热释电探头，小灯也是不亮的；在无光的时候，光敏电阻阻值非常大，输入 LM393N 芯片的输入电压此时大于基准电压，那双电压比较器即输出低电平，经由单片机处理，热释电探头开始工作，此时若有人靠近或者发出声音则产生电课程设计说明书 第 4页信号输入给单片机，单片机控制相连的三个小灯泡依次点亮，若有人离开热释电探头，则小灯泡延迟 30S 后关灭。另外按键控制电路可以自由切换为手动模式即手动开关和热释电开关9。3 系统硬件设计热释电红外传感夜灯

7、的设计的系统硬件部分主要包括：晶振、复位电路、光照检测电路、热释电传感器模块集成电路以及手动按键控制电路。3.1 系统设计电路介绍整个电路以 STC89C52 单片机为基础，光敏电阻与一阻值为 10K 的电阻串联，其电压信号输入双电压比较器 LM393N 的“+”端作为输入电压， “-”由可调电阻所组成的电路输入一个固定的基准电压。通过有光和无光时的光线变化使光敏电阻的阻值发生变化，从而使得输入电压亦发生变化，而输入电压与基准电压相比较，输入电压大于基准电压时输出高电平；反之输出低电平，这样 LM393N 芯片的输出端会输出一个高电平或者低电平。输出高电平时，小灯不会点亮；输出低电平时，若是此

8、时热释电探头检测到有人接近亦发出电压信号给单片机，经由单片机处理，最终会依次点亮三个小灯。热释电传感夜灯的总体系统便是由以上各模块构成2。如图 3.1 所示。课程设计说明书 第 5页图 3.1 总电路图3.2 单片机最小系统及相关电路单片机最小系统包含两个电路：晶振电路和复位电路，这两个电路看似简单实则非常重要，每一块单片机都离不开这两个电路，它们保证了单片机的正常工作。1 晶振电路图 3.2 单片机晶振电路晶振又名晶体振荡器，其主要成分是石英晶体，如果将石英切成很薄的片状再在两边加上电压，石英晶体就会开始有规律振荡，从而产生一个固定的基准频率。人们课程设计说明书 第 6页利用此特性，将晶振与

9、两个电容组成的电路接至单片机上的振荡电路反相输入端和输出端即 XTAL1 脚和 XTAL2 脚，这样就会形成了能够稳定工作的自激振荡器。每一个单片机都离不开晶振电路，晶振电路提供了单片机一个稳定的时钟信号，使得单片机能够正常工作。目前常见的晶振有 4MHz、6MHz、12MHz 等，本次设计采用的是12MHz 的晶振。如图 3.25所示。2 复位电路复位电路是单片机另一个非常重要的电路，它可以使单片机的工作回到初始状态并从新开始执行命令。图中为手动上电复位电路，一般情况下，采用的是 RC 电路来实现单片机的上电复位，接通电源瞬间，复位输入端 RST 为高电平，随着电容不断地充电，RST 两端的

10、电压下降，最终脱离复位状态。由于 RST 引脚上要连续保持两个机器周期以上的高电平，单片机才能复位，所以要求电容要足够大，一般单片机在复位以后程序从 0000H 处开始执行1。 图 3-3 复位电路课程设计说明书 第 7页3.3 热释电传感器集成模块 图 3.4 热释电感应模块电路图3.4 图是由热释电元件 PIR 与 BISS0001 芯片所组成的一个热释电人体感应模块的电路图，它的功能是，当有人靠近时 PIR 探头检测到人体发出的红外线波，就会产生一个输出信号传给 BISS0001 芯片，BISS0001 是一款由较高性能的传感信号处理集成芯片，它能快速处理接收到的信号，并产生一个电压信号

11、输送给单片机。BISS0001 芯片是由具有独立的高输入阻抗运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。其管脚如 3.5 图所示：图 3.5 BISS0001 管脚下面我们来介绍一下各个管脚的功能：首先引脚 1 是一个选择端，可以用来选择可重复触发和不可重复触发。名称为 A，当 A 时“1”的时候，可重复触发：当 A 为“2”的时候，不可重复触发。引脚 2 是一个控制信号的输出端即 Vo，当 VS 为上跳变沿时触发，有效触发的条件是 Vo 从低电平变到高电平。另外要使 Vo 保持低电平状态，必须在延迟时间 Tx 之外和无 VS 的上跳变。引

12、脚 3 是调节端 RR1，用来调节输出延迟时间 Tx。引脚 4（RC1）跟引脚 3 一样，也是一个调节端，用来调节延迟时间 Tx。用来课程设计说明书 第 8页触发封锁时间 Ti 的是引脚 5(RC2),与之具有相同功能的引脚 6（RR2）也是触发封锁时间 Ti 的。引脚 7 也就是最常用到的电源负端 VSS，要想芯片工作必须接电源。引脚 8有两个功能，一个是接 VDD 时作为参考电压，还有一个是作为复位输入端，值得一提的是作为复位输入端使定位器复位时要接“0”。引脚 9（VC）可以禁止触发或允许触发，其条件是：当 VcVR 时允许触发7。这里的 VR0.2VDD。引脚 10 是一个设置段，其用

13、来设置运算放大器偏执电流。引脚 11（VDD）同引脚 7 相对应，是电源正端。BISS0001 芯片内共有两个运算放大器分别为第一级和第二级运算放大器。它们有两个输出端，分别是引脚 12、引脚 16，引脚 12(2OUT)第二级运算放大器的输出端，引脚 16（1OUT）是第一级运算放大器的输出端。第一级运算放大器有两个输入端，分别是引脚 14 和引脚 15。引脚 14 是同相输入端 1IN+，引脚 15 是反相输入端 1IN-。第二级运算放大器只有一个反相输入端，是引脚 13（2IN-）。3.4 光照检测电路图 3.6 光线检测电路如图 3.6 所示中，LM393N 芯片为双电压比较器，其“-

14、”端接一可调电阻，可调电阻两端分别接电源和地，这样就形成了一个固定的电压值，另一端“+”与光敏电阻相连，利用光敏电阻值随着光照强度变化的特性，那么“+”端的电压值也在不断变化，通过输入的电压值与固定电压比较，就能输出一个低电平或者是高电平，这样根据输出端的高低电平就能判别外界条件是否有光。3.5 按键控制电路课程设计说明书 第 9页 图 3.7 按键控制电路在热释电传感夜灯正常工作的情况下，即无光、有人靠近时，小灯自动点亮；人离开时小灯延迟关灭；有光、有人靠近时，小灯不点亮。可在实际生活中可能需要有光条件下点亮小灯，或者无光条件下，有人靠近小灯也不亮。为此我们安装了可以人为干预的手动按键，该按

15、键电路由两个按键组成，分别于单片机的 P2.6、P2.7 口连接。如图 3.7 所示。具体功能如下： 1)K1 键：与 P2.7 口连接的按键，是一个手动开关，可以立即关灭，点亮小灯，无需热释电模块。 2)K2 键：与 P2.6 口连接的按键，是热释电模式开关按键。每按一次模式就切换一次，按下热释电模块就不工作，再按一下就重新开始工作。3.6 声音控制电路图 3.8 声音控制电路在 3.8 图中，由于声音信号转换为电信号后比较微弱，所以通过 9014 三极管放大，课程设计说明书 第 10页使接受到的微弱电信号通过放大能够明显作用于电路。电压比较器的 IN+端和三极管的集电极相连，麦克风与基极相

16、连。当有声音时，三极管基极处的电压会减小，继而集电极处的电压也会减小，那么 IN+端的电压小于 IN-端的固定电压值，然后电压比较器的输出端 OUT 就会输出低电平，以此类推，当无声音时，就会输出高电平。另外，通过改变接在 IN-端的滑动变阻器的阻值可以调节其灵敏度。麦克风的功能是将空气中的变动压力波转化成变动电信号。它可以将能量从一种形式转换成另一种形式, 因此也被称为换能器。驻极体话筒属于最常用的电容式话筒，因为其输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。4 系统软件设计某种意义上来说，软件设计比硬件设计更为关键

17、，也更为困难。本次系统的软件设计主要针对光照检测电路和热释电传感器集成电路的输出信号的处理。课程设计说明书 第 11页图 4.1 系统流程图系统首先对周围光线情况进行检测，光线较强时不需要执行后面的操作，系统继续检测周围光线情况，只有当光线变弱时，系统开始执行以下操作，检测是否有人靠近，或者是否有声音发出。若没有则继续检测，若此时有人靠近或者有人发出声音则点亮小灯并设置延迟时间，人离开之后延迟时间达到则熄灭小灯。如图 4.1 所示。部分程序如下：课程设计说明书 第 12页程序一：#include std_for_wym.hvoid DelayMs(unsigned int z)/设置延时 un

18、signed int x; for(;z0;z-) for(x=110;x0;x-);/延时时间void Delay(unsigned char z)while(z-);程序二：void Check(void)if(bHandMode = 1)return;if(YellowLed = 0 & Light = 0)/满足光照与有无人的条件bStreamLedFlag = 1if(bStreamLedFlag)/小灯点亮Led1 = 0;uiCount_1S = 0;if(bTime_50Ms)bTime_50Ms = 0;uiCount_50Ms+;if(uiCount_50Ms =

19、100)Led2 = 0; /5S 到if(uiCount_50Ms = 200) /10S 到Led3 = 0;uiCount_50Ms = 0;bStreamLedFlag = 0;课程设计说明书 第 13页elseif(bTime_1S)bTime_1S = 0;if(+uiCount_1S = 30)/延时 30SuiCount_1S = 7; /任意赋值Led1 = 1;Led2 = 1;Led3 = 1;3课程设计说明书 第 14页总 结如今电灯已经成为人们生活中必不可少的一部分，传统的手动开关电灯，有着许多的缺陷与不便。首先它需要手动按下开关，费时费力极为不便，其次因为家庭及公共

20、用灯采用 220V 电压，如若开关漏电便极有可能发生触电事件，危机生命。虽然市面上出现了声控照明，但其主要依靠声音的振动来实现开关，这就需要发出的声音达到一定强度，如若不然会造成声控不灵敏的现象。 课程设计说明书 第 15页致 谢。课程设计说明书 第 16页参考文献1 胡学海.单片机原理及应用系统设计.M.北京：电子工业出版社，2005.08 2 肖景和，赵健.红外线热释电与超声波遥控电路.M.北京：人民邮政出版社，2003.023 张庆双.电子元器件的选用与检测.M.北京：机械工业出版社，2002.064 谢淑如，郑光钦.Protel PCB 99 SE 电路板设计.M.北京：清华大学出版社

21、，2001.045 栾桂冬.传感器及其应用.M.西安电子科技大学出版社，2003.046 姜书汗.基于 BIS0001 的智能台灯设计. J.电子元器件应用，2010, 7(12):32-347 张齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术.M.北京：电子工业出版社，2009.18 滕道祥.物理学与现代技术.中国电力出版社，20099 兰吉昌.51 单片机应用设计百例.化学工业出版社,2009. 课程设计说明书 第 17页附录:源程序#include std_for_wym.hvoid DelayMs(unsigned int z) unsigned int x; for(;z0;z-) for(x=

22、110;x0;x-);void Delay(unsigned char z) while(z-);#include std_for_wym.hbit bTime_50Ms = 0;bit bTime_1S = 0;/定时器初始化函数void InitTimer(void)TMOD&=0XF0;TMOD|=0X01; /定时器 0 工作于方式 1TH0=0X4C;TL0=0X00; /50MSET0=1; /打开定时器 0TR0=1; /启动定时器 0EA=1; /开总中断void Time0(void) interrupt 1 static char num;TH0=0X4C;TL0=0X00; /50MS 11.0592MHzbTime_50Ms = 1;if(+num = 20) num = 0;bTime_1S = 1;课程设计说明书 第 18页#include std_for_wym.hsbit Rsd =