图书馆智能照明控制系统毕业设计

1、1 绪论1.1课题研究的意义 随着经济建设的日益发展和社会物质文化水平的不断提高，人们开始追求灯光艺术带来的美的享受，注重照明和其他相关设备、系统的整体控制效果。照明控制系统的安装便捷性、可靠性和经济性已经成为关注的热点。智能大厦内需大量的灯光照明设备，传统的控制方法是将被控制的设备用连线引入控制室，这样不仅造成电力电缆铺设过多，增加了投资成本，而且还大大增加了灯回路的辐射干扰，对空间电磁环境造成了污染。智能照明控制系统为智能办公大厦的照明提供了新途径。随着微机控制技术的发展，出现了微机型灯光控制系统。它采用网络控制技术，使得照明灯的电力线路可以不再经过控制室，而直接引入顶棚或马道。这种控制方

2、法不仅可以方便地控制灯光的亮度，还减少了电力线路及相应设施投资，减少了灯回路的辐射干扰，而且可以使灯回路采用母线方式布线，线路规整，便于安装维修。但在目前使用的微机型灯光控制系统中，由于网络通信大多采用RS-232、RS-485、20mA 电流环等通信方式，因而普遍存在通信距离短、数据传输速度慢、误码率高、可靠性差等问题。在微机灯光控制系统中引入开放系统互联的通信网络现场总线可解决上述问题。本文介绍的基于CAN总线的微机灯光控制系统就是采用现场总线控制技术，构成全分散式微机灯光控制系统，有效地解决了微机型灯光控制系统的不足。CAN 总线所需的完善的通信协议可由CAN 控制器芯片和接口芯片实现，

3、大大降低了系统的开发难度、组成成本，缩短了开发周期。这些是目前CAN总线应用于众多领域、具有强劲的市场竞争力的原因，也是在灯光控制系统中选用CAN网络总线的理由所在。该系统投资少、功能强、可靠性高、便于扩展，特别适合大型的智能办公大厦对灯光设备的控制需要1。1.2图书馆照明的发展及现状 智能照明控制技术的应用可以追溯到20世纪90年代，当时出现的智能照明控制系统均基于现场总线技术，使照明控制延伸到末端设备。目前，封闭协议有C-Bus和Dynet;开放协议有EIB、DALI、电力线载波和家庭网络4。90年代智能照明进入中国市场，然而由于市场的消费意识，市场环境、产品价格、推广力度等各方面的原因，

4、传统的照明理念与国外存在较大差别，厂家的产品制造技术以及产品经销商的经营模式和技术水平有限，一些主要的设备和技术都从国外引进，很难推动形成较大的消费市场，致使中国的智能照明行业没有稳定、广阔的渠道。照明行业是80年代首先由美国兴起并得以迅速发展的。90年代后期，由于现代计算机技术、自动控制技术、现代通信技术、现代信息处理技术在世界范围内的广泛应用，进入了信息时代并对各行各业都带来了巨大的影响，照明行业也随之发生了巨大的革新，提出了照明智能化的要求。随着人们生活水平的提高，旧的照明设计理念己经不能适应新的需要：不仅要求照明设计的参数应当达标，而且还提出了怎样才能在明亮、舒适并且具有艺术效果的环境

5、中工作和生活的要求。智能照明控制系统集多种照明控制方式、电子技术、通迅技术和网络技术于一体解决了传统方式控制相对分散和无法有效管理等问题，而且有许多传统方式无法达到的功能，比如场景设置以及与建筑物内其它智能系统的关联调节。智能照明系统充分利用了室外的自然光，利用最少的能源保证了要求的照度水平，减少了由于人员不在却仍将灯全部点亮而造成的能源浪费，节电效果十分明显，一般可节约30%以上，使照明管理和设备维护变得更加简单，经济投入减少2。传统照明方式是能量流和信息流合一，控制简单、有效、直观，但其一但布线完成后系统就不能再改动，此外要实现复杂的控制要求时，布线将大大增加，这使得系统的可靠性下降，一但

6、出错线路的检查也相当费时、费力。随着大量的商用办公楼和复式住宅的堆出，办公楼管理人员和用户需要对照明器具的实时工予以监视，而传统技术对此无能为力。至于提供安全、舒适、便利的生活环境，实现灯具联动，根据环境自动调整或控制灯光亮度等，使用传统技术是无法想象的。随着人们生活水平的提高，旧的照明设计理念己经不能适应新的需要：不仅要求照明设计的参数应当达标，而且还提出了怎样才能在明亮、舒适并且具有艺术效果的环境中工作和生活的要求。智能照明控制系统集多种照明控制方式、电子技术、通迅技术和网络技术于一体解决了传统方式控制相对分散和无法有效管理等问题，而且有许多传统方式无法达到的功能，比如场景设置以及与建筑物

7、内其它智能系统的关联调节。智能照明系统一般由传感器（如光线感应器、面板开关）、执行器（如调光电子镇流器）、网络通信单元（路由器、中继器等）、以及辅助单元（如电源、导轨）等组成，遵循统一的网络协议，借助各种不同的“预设置”控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光亮进行精确设置和合理管理，此外智能照明系统中还可以对荧光灯控制，由于荧光灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高功率因数，降低无功损耗。因此，在灯具制造工艺相同水平的情况下，在建筑物中采用智能照明系统不仅能操作简单，管理维护方便，还可满足工作、生活多样性需求，并且可以有效地达到节能的目的。智能照明系统可以有效的抑制

8、电网的浪涌电压，避免了过电压和欠电压对光源的损害，避免冲击电流对光源的损害，延长光源的使用寿命；可以实现通过场景切换实现灵活、方便的照明控制，各类参数的设置和变换非常方便，可以获得多种的照明效果；智能照明控制系统中对荧光灯等光源进行调光控制，采用有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高了功率因数，降低了低压无功损耗；智能照明系统充分利用了室外的自然光，利用最少的能源保证了要求的照度水平，减少了由于人员不在却仍将灯全部点亮而造成的能源浪费，节电效果十分明显，一般可节约30%以上，使照明管理和设备维护变得更加简单，经济投入减少3。1.3 研究方案该智能照明系统应用了俩种传感器，人体红

9、外传感器和自然光线传感器，对现场的自然照明情况和人员情况，实现实时自动检测与控制的功能，从而实现节能降耗的目地。具体功能如下：1，系统设计人体红外检测电路，有进入探测范围时输出信号。2,系统设计自然光检测电路，对照明现场的亮度进行自动检测。虽在工作时间，但现场的亮度如果能够满足设定要求时，系统同样关闭照明设备。3，设计按键电路，设定强制开关和强制关灯按键。如果需要认为开灯或灭灯，可按相应键。比如在教室内，晚上要演示幻灯片，现实条件是室内有人，自然照度不满足工作要求，按照系统的自动控制程序，是不会灭灯的，但我们确实需要灯灭，这时就可以按下强制关灯按键4。2 系统总体框图 在设计最初需要一个整体的

10、思路来确定设计的框架。首先根据设计任务来确定所需要的功能模块；然后按照一定的作用循序把各个功能模块连接起来。本系统需要俩个传感器来分别检测人体红外信号和自然光强信号，需要按键电路来强制灯的开关，还需要指示电路来指示系统的工作状态，等等。晶振电路复位电路 人体红外检测电路AT89C51单片机LED指示电路自然光检测电路继电器执行电路按键电路照明电路 图2.1系统照明总体框图如图2.1,为该照明系统总体框图，包括：系统核心AT89C51单片机，输入为两个传感器电路即人体红外检测电路和自然光检测电路，强制开光的按键电路。输出是LED指示电路以及继电器执行电路。最后由继电器电路来控制照明电路的通断，从

11、而实现照明的自动控制。晶振电路和复位电路是单片机系统工作必不可少的。晶振电路结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。复位电路实现单片机各单元值的初始化。除此之外还需要电源电路把220V交流变成单片机及各功能电路的原件所需的电压。有了上述的系统总体框图，就可以进行系统流流程图的设计。如图1.2，流程经过初始化以后，先判断有无按键按下，如果有则执行相应按键处理程序。如果没有，继续判断红外检测电路有无探测到有人，无人时，灭灯并返回继续判断有无按键按下。如果探测到有人，就接着判断当前照度是否满足

12、设定需求。若照度满足要求，继续返回灭灯程序；若不满足，就给继电器一个动作信号，使其动作，从而开启照明电路5。 图2.2 方案流程图3 系统硬件设计3.1 主机电路核心器件介绍3.1.1 AT89C51单片机性能介绍AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB闪烁可编程可擦除只读存储器(ROM)和 128B的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持俩种软件可选的节点工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，

13、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。如图3.1为AT89C51外形图 图3.1 AT89C51外形图AT89C51主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4K字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz-24MHz128x8字节内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功率空闲和掉电模式 AT89C51结构框图与引脚说明图3.2 AT89C51结构框图引脚

14、功能说明： VCC：供电电压 GND：接地 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高6。   P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLAS

15、H编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。   P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。   

16、P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 0INT(外部中断0) P3.3 1INT(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时

17、器1外部输入) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通)  P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。   RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部

18、数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效7。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。 EA/VPP：当EA保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 X

19、TAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。时钟振荡器AT89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路如图3.3： 图3.3 振荡电路外接石英晶体及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1,C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高地，振荡器工作的稳定性，起振的难以程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，则推荐电容使用30pF。 AT89C51

20、的工作特点空闲节电模式：AT89C51有俩种可用软件编程的省点模式，他们是空闲模式和掉电工作模式。这俩种方式是控制专用寄存器PCON(电源控制寄存器)中的PD和IDL位来实现的。PD是掉电模式，当PD=1时，激活掉电工作模式，单片机模式，即PD和IOL同时为1，则先激活掉电模式。在空闲工作模式状态，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设保持激活状态，这中方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位中止。 中止空闲工作模式的方法有俩种，其一是任何一条被允许中断的事件被激活，ODL被硬件清除，即刻终止空闲工作模式。程序会首先响应中断，进入

21、中断服务程序，执行完中断服务程序并紧随RETI指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条指令。其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止。需要注意的是，党有硬件复位来为了避免可能对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在Vcc恢复到正常电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。

22、表3.1 空闲和掉电模式外部引脚模式程序存储器ALEPSENP0P1P2P3空闲模式内部11数据数据数据数据空闲模式外部11浮空数据地址数据掉电模式内部00数据数据数据数据掉电模式外部00浮空数据数据数据Flash闪速存储器的编程AT89C51单片机内部有4K字节的FPEROM,这个Flash存储阵列出厂是已处于擦除状态（即所有存储蛋用的内容均为FFH），用户随时可对其进行编程。编程接口可接受高电压（+12V）或低电压（Vcc）的允许编程信号。低电压编程模式适用于用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用EPROM编程器兼容8。3.1.2 AT89C51 单片机最小系统AT89C51是片内有R

23、OM/FPEROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单、可靠。用AT89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图2-6 AT89C51单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：1、 有可供用户使用的大量I/O口线。2、 内部存储器容量有限。3、 应用系统开发具有特殊性。 图3.4 AT89C51单片机最小系统 1、时钟电路AT89C51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。单片机的时钟产生方法有俩种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、X

24、TAL2引脚上外接定时元件、内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常见的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHz到12MHz之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，C1、C2可在20pF到100pF之间取值，但在60pF到70pF时振荡器有较高的频率稳定性。所以本设计中，振荡晶体选择12MHz，电容选择65pF。在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠的工作。为了提高温度稳定性，应采用NPO电容9。 2、复位电路无论是HMOS型还是CHMO

25、S型单片机，振荡器处于运行状态时，如果在单片机的RST引脚保持2个机器周期（24个振荡周期）的高电平，则单片机内部执行复位操作，以后每个周期执行一次，直至RST端变低。为保证单片机可靠复位，设计复位电路时要考虑VCC的上升时间的振荡器建立时间，通常使RST端持续20ms以上的高电平。复位后单片机从程序存储器的地址0000H处开始运行，内部寄存器的状态如表3.2所示。表3.2复位后单片机寄存器状态专用寄存器复位状态专用寄存器复位状态PC0000HTH000HACC00HTL000HB00HTH100H专用寄存器复位状态专用寄存器复位状态PSW00HTL100HSP07HTH200HDPTR000

26、0HTL200HP0P3FFHRLDH00HIP×××0000BRLDL00HIE0××0000BSCON00HTMOD00HSBUF××××××××TCON00HPCON0××××0000BT2CON00H复位后，ALE和PESE为高电平，内部RAM不受复位的影响，此时内部RAM的状态不确定10。3.2 人体红外检测电路3.2.1 人体红外检测电路总体设计人体红外信号检测电路用来监控照明控制单元里是否有人进入。通过检测是否有

27、人体红外信号来实现这一功能。人体辐射的红外线中心波长为910um，测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其他波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器11。PIR信号处理电路热释电红外传感器 PIR菲 涅 尔 透 镜 图3.5 人体红外检测电路框图如图3.5所示，该模块由三部分组成，包括:菲涅尔透镜，热释电红外传感器以及相应的传感器信号处理电路。人体热释红外信号通过菲涅尔透镜聚集，传给热释红外传感器PIR,然后PIR将物

28、理信号转换为微弱电信号，接着PIR信号处理电路将微弱电信号进行处理，生产单片机可识别的数字信号。最终有人时，PIR输出为高电平；无人时PIR输出为低电平。这就是该电路模块要实现的功能12。 图3.6人体红外检测电路图 硬件电路如图3.6所示。热释电红外传感器（PIR）RE200B对人体信号进行检测，红外传感信号专用处理芯片BISS0001对所采集信号进行初步处理。RE200B的D、G、S端分别为电源端、地端和目标输出电压端。输出信号V0 接单片机，供其读取。采用热释电传感器的优势是成本低，不需要用红外线或电磁波等发射源，隐蔽性好，可流动安装，灵敏度高，控制范围大。热释电红外传感器利用热释电效应

29、，能以非接触形势检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号同时，它还能鉴别出运动的生物或其他非生物。实际使用中，热释电传感器前面必须安装菲涅尔透镜。菲涅尔透镜的作用是将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电红外探测元要求信号不短变化的特性，这样可大大提高接受灵敏度，增加检测距离及范围。实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2m左右，而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可正佳到10m以上，甚至可达20m以上。红外信号采集模块采用红外传感器PIR，采用菲涅尔透镜原理，专门用来与热释电红外传感器配套使用13。该传感器由经过

30、特殊设计的透镜组构成，镜片（0.5mm厚）表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大，焦距远；圆环线刻录的深感应距离远，焦距近。红外光线越是靠近同心环光线越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小，区段数量少被感应人体移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错，减少区段之间的盲区。区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。每个透镜单元都

31、只有一个不大的市场，相邻俩个单元透镜的视场既不连续也不重叠，都相隔一个盲区。当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，人在透镜前运动时，顺次从某一单元透镜视场进入又退出，投射信号会出现一个接一个的断续信号，但是热源信号始终都是几种在透镜中部的，讲连续的热源信号变成断续的辐射信号，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号传递给信号处理芯片14。3.2.2 释电红外传感器热释电红外传感器是20世纪80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转

32、换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动侦测等。如图3.7是RE200B实物图，G是接地端，S是信号输出端，D是接+5V电源端。图3.8是该传感器的典型应用电路图。 图3.7 RE200B实物图 图3.9 RE200B应用电路 1、热释电红外传感器工作原理热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，在每个探测器内装入一个或俩个探测元件，并将俩个探测元件以及反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距

33、离，一般在探测器的前方装设一个菲尼尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下俩部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10-20m范围内人的行动15。 2、被动式热释电红外探头的优缺点优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。抗干扰性能： （1）防小动物干扰。探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物一般不产生报警。 （2）抗电磁干扰。探测器的抗电磁波干扰性能符合要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 （3）抗灯光干扰。探测器在正常灵敏度范围内，受3米外H4卤素等透过玻璃照射，不产生警报。

34、3、热释电红外传感器的安装要求热释电红外传感器智能安装在室内，其误报与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件： （1）热释电红外传感器应离地面2.0-2.2米。 （2）热释电红外传感器原理空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 （3）热释电红外传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 （4）热释电红外传感器不要直对窗口，否则船外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。热释电红外传感器也不要安装在有强气流活动的地方。由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小，不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使

35、得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号16。3.2.3 菲涅尔透镜菲涅尔透镜，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯丁·简·菲涅尔发明的一种透镜。此设计原来被应用于灯塔，这个设计可以建造更大孔径的透镜，其特点是焦距短，且比一般的透镜材料用量更好、重量与体积更小。和早期的透镜相比，菲涅尔透镜更薄，因此可以传递更多的光。图3.10菲涅尔透镜实物图菲涅尔透镜的主要作用就是将探测空间的红外线有效的集中到传感器上。通过分布在镜片上的同心圆的视窗用来实现红外线的聚集，相当于凸透镜的作用。这部分选择主要是看透镜窄宽的设计及透镜材质。考虑透镜的参数主要有：光通量、不同透

36、镜同心度、厚度不均匀性、透镜光轴与外形同心度、透过率、焦距 误差等。菲尼尔透镜窄宽（视窗）的设计一般都是不均匀的，自上而下分为几排，上面较多、下面较少，一般中间密集、两侧疏。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜；下边较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物外辐射干扰。材质一般用有机玻璃。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的盲区和高灵敏区，以提高它的探测接受灵敏度。当有人从透镜前透过时，人体发出的红外线就不断的交替从盲区进入高灵敏度区，这样就使接受到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形势输入，从而增强其能量幅度17。3.2.4 热释电传感器信

37、号处理芯片1、BISS001概述本设计采用BISS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理。BISS0001是一款具有较高性能的热释电传感器信号处理集成电路，它主要由运算放大器、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。如图3.11为芯片的实物图和外观引脚图表 （a） (b) 图3.11 BISS0001芯片实物图与外观图 （a）实物图 （b）外观图 表3.3 管脚功能说明 序 号 名 称I/O 功 能1AI可重复触发和不可重复触发控制器，当A=1时，允许重复触发；当A=0是，不可重复触发2VOO控制信号输出端，由VS的上跳变沿触发，使V0输出从低电平跳变到高电平时有效

38、触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，V0保持低电平状态3RR1O 输出延迟时间Tx的调节器4RC1O 输出延迟时间Tx的调节器5RC2O 触发封锁时间Ti的调节端6RR2O 触发封锁时间Ti的调节端7VSSO 工作电源负端8VRFI 参考电压及复位输入端。 通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI 触发禁止端。当VCVR时禁止触发； 当VCVR时允许触发10IBI 运算放大器偏置电流设置端11VDDI 工作电源正端122OUTO 第二级运算放大器的输出端续表3.3132IN-I 第二级运算放大器的反相输入端141IN+I 第一级运算放大器的同相输入端151IN+I 第一级运

39、算放大器的反相输入端161OUTO 第一级运算放大器的输出端 2、功能叙述BISS001是CMOS数模混合专用集成电路。具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处理。双向鉴幅器，可有效抑制干扰。内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调解范围宽。表3.4电气参数（表中无特殊说明时VDD=5V）工作原理：如图3.12为BISS0001红外感应信号处理器的内部框图。外接元件由使用者根据需要选择。有图可见BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器和封锁时间定时器即参考电压等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器

40、。图3.12BISS0001内部框图如下说明各种情况的工作方式。 (1)不可重触发工作方式各点工作波形：图3.13不可重触发工作方式各点工作波形首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后，耦合给运算放大器OP2，再进行第二次放大，同时将直流电位抬高为VM后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号VS。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD,所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。COP3是一个比较器。当输入电压VCVR时，COP3输出为低电平封住了与门U2,禁止触发信号VS向下

41、级传递；而当VCVR，COP3输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，知道Tx时间结束，即所谓补课重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。 (2)可重触发工作方式各点工作波形：图3.14 可重触发工作方式各点工作波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs补课触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间

42、内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo抑制保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在TX周期结束后Vo恢复为有效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。热释电传感器S极输出信号送入BISS0001的14脚，经内部第一季运算放大后，由C3耦合从12脚输入至内部第二级运算放大器放大，再经电压比较器构成的鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器，最后从12脚输出电压信号送入单片机进行照明控制。实验所得，当传感器检测室内有人时，Vo4V；无人时Vo0.4V。由于PIR信号变化缓慢、幅值小，针

43、对该特点，专用信号处理器一般分为3步处理滤波放大、窗口比较、噪声抑制及数字信号处理。BISS0001就是由运算放大器、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。它采用CMOS工艺、数模混合，具有独立的高输入阻抗运算放大器，内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰。它有两种工作方式供选择，通过将引脚A置1或0.可设置为可重复触发方式和不可重复触发方式。本系统选择可重复触发方式。在将传感信号进行预处理后，通过双向将夫妻可检测出有效触发信号Vs。由于选择的是可重复触发方式，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在延时周期Tx内一直保持有效状态。延时周期的大小可通

44、过R1和C1调节。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，Vo就会从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期，若Vs保持为“0”状态，则Vo抑制保持有效状态；若保持为“0”状态，则在周期Tx结束后Vo恢复为无效状态，并且在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态18。表3.5 BISS0001极限参数 名 称 极限参数（VSS=0V）电源电压 -0.3V6V输入电压范围 VSS-0.3VVDD+0.3V(VDD=6V)各引出端最大电流 ±10mA（VDD=5V）工作温度 -10+70存放温度 -65+150 3、BISS0001的应用BISS0001是一款具有较高性能的传感信

45、号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统记忆多重传感器和延时控制器19。3.3 可见光检测模块使用一个光敏二极管，电压比较器为电压比较器集成芯片LM339的一个单元，电压比较器可以看作是放大数倍接近“无穷大”的运算放大器。可调电阻可用来设定与所要求设定照度值对应的比较电位。图3.15可见光检测电路图光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。1、 光

46、敏二极管在反相工作电压下工作：无光照：反相电阻很大，通过管子的电流较小，约为0.1微安。有光照：反相电阻显著减小，反相电流显著增加，光电流的大小与光的强度，波长有关。2、 光敏二极管的主要参数：（1）最大工作电压Vrmax:光照条件下，反向电流不超过0.1微安所能承受的最高反向工作电压。Vrmax越大，管子性能越稳定。（2） 暗电流ID：无光照条件下，在最高反相电压作用下所测得的反向电流。ID越小，管子性能越稳定，对光的敏感度就越高。（3） 光电流IL:光敏二极管在光照条件下所产生的电流IL越大，性能就越好。3、 电压比较器电压比较器的功能：比较俩个电压的大小（用输出电压的高或低电平，表示俩个

47、输入电压的大小关系）：当“+”输入端电压高于“-”输入端时，电压比较器输出为高电平；当“+”输入端电压低于“-”输入端时，电压比较器输出为低电平；电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和叫唤电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。运放，是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较俩个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否

48、则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高地电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用20。3.4 按键电路该系统设计了三个独立式按键，它们的功能分别为S1强制控制照明系统的灯全亮、S2强制灯全灭、S3可以使系统退出这种强制程序，使系统回到自动监控的状态中。这三个按键是分别接在单片机的P0.0、P0.1、P0.2三个端口上，由于P0口内没有上拉电阻，故外接三个上拉电阻。按图3.16中的接法，这几个端口是低电平有效。 图3.16 按键电路3.5 LED指示电路 图3.17 LED电路图该照明系统设置了俩个LED灯做指示灯，绿色LED亮

49、时，表示系统处于自动监控状态；黄色LED灯亮时，表示系统处于键盘强制控制状态，等待退出键S3使其退出强制状态。3.6 执行模块使用一个光电耦合器来控制继电器电路，继电器RL1线圈一端接+12V直流电源，另一端与光电耦合器相连。当单片机引脚输出高电平时，继电器RL1开关动作，电灯电路接通。二极管D5起续流作用22。 图3.18执行模块电路图3.7 电源电路 图3.19电源电路图 根据要求所确定的稳压电源的电路形式如图3.19所示。由于整个系统采用的电源电压需+5V和+12V电压，把频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定的5V直流电压。其主要经过电源变压器、整流电路、滤波电路

50、、文雅电路转换成稳定的直流电压。由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的树枝和电网电压的有效值相差较大，因为电源变压器的作用为降压。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转换成直流电压。由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载电路的正常工作，需要通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压。在本电路中采用了集成稳压芯片LM7805解决了电源稳压问题。LM7805三端正稳压电路，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可

51、达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流22。4软件设计 软件部分的主要任务是完成对光照检测电路和对热释电传感器信号处理电路的输出信号进行处理。在光照较强时，系统继续对光照检测电路的输出状态进行检测。光照较弱时，系统对信号处理电路的输出状态Vo进行检测。若室内有人时Vo为高电平，系统控制照明设备点亮并按设定的时间进行延时。在延时时间内再一次检测到有人时，则系统又按设定的时间进行延时；若在延时时间内检测到室内无人时，则系统控制照明设备熄灭并重新对信号处理电路的输出状态Vo进行检测。4.1 流程图4.1.1主程序流程图 图4.1 主程序流程图4.1.2按键流程图 图4.2

52、按键流程图本设计中，按键程序采用扫描方式来判断是否有键，也可使用中断方式。按键程序里设计了10ms延时子程序来消抖。4.2 主程序ORG OOOOHLJMP START ORG 200HSTART: MOV P0,#OFFH ;初始化，P0口全部置1 MOV P1,#OFFH ;P1口全部置1 MOV P2,#OOH ;P2口全部置0；*主程序；*MAIN: JNB P0.0,DL10MS ;判断强制开灯按键有无按下，并延时10MS消抖 JNB P0.0,K_ON ;确实按下，执行强制开灯程序 JNB P0.1,DL10MS ;判断强制关灯按键有无按下，并延时10MS消抖 JNB P0.1,K_OFF ;确实按下，执行强制光灯程序 CLR P2.1 ;黄灯灭 SETB P2.1 ;绿灯亮 JB P1.2,OFF ;判