《教室灯控制论》word版

1、中文摘要单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，电灯已是千家万户的必需生活用品，当夜晚来临时，人们摸黑去开灯，非常不方便，而当离开时，人们又经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。 本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现状，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制 系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。主要是以红外热释电处理芯片BISS0001和单片机组成的红外传感控制电路。其原理是：以人体红外辐射（波长为9.5um）为传感信号，当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯

2、，省去黑夜摸灯的麻烦；当人离开台灯传感器检测范围，自动感应关灯。采用LM393电压比较器构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便,可靠性高，专用性强，性价比合理等优点。关键词：人体感应，教室灯，单片机，智能化ABSTRACT Microcontroller penetratedinto every aspect of our lives,which is almost difficult to

3、 findtraces ofthe field withoutMCU,the lightis necessary for thousands of households livingsupplies,when night comes,peoplein the darktolight,very inconvenient,but when he dies,peopleoftenforget to turn off the lightsand causing hugewaste of energy.Theresearch ofcontrol method for theclassroom light

4、ing,especiallyclassroom lightingintelligentcontroldevelopment present situation,analyzes theprinciple and realization method ofthe intelligent lighting controlroom,puts forward the design idea ofclassroom lightingintelligent controlsystem based on single chip,hardwaredevicebased onthe development of

5、theintelligent control systemandthe corresponding software.Mainly deal withinfrared sensorchipBISS0001and MCUcontrol circuit forpyroelectric infrared.The principle is:tohuman body infraredradiation(wavelength 9.5um)as a sensingsignal,when the bodyof the scope of the lamp andlight intensityis weak,th

6、e automatic inductionlamp,nightlampwithouttouchingthetrouble;whenpeople leave the lamp sensor detection range,automatic inductionlights.ThecircuittestingenvironmentLM393voltage comparatorstrength;according to the condition oflightconditions,theexistence ofsystemidentification andintelligent judgment

7、signaland ambient lightsignalof human body,theclassroom lightingintelligentloopcontrol,to avoid the use oflarge amount of wasteelectricclassroom.Modularization structure design,clarity,good versatility,easy to improve and expand.The systemhas the advantages of small volume,convenient control,high re

8、liability,strong specificity,has the advantages ofreasonable price.Keywords: The induction of the human body,the classroom lamp,MCU,intelligent 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc362300078 第一章 绪论 PAGEREF _Toc362300078 h 5 HYPERLINK l _Toc362300079 1.1研究的背景 PAGEREF _Toc362300079 h 5 HYPERLINK l _Toc

9、362300080 1.2 研究的意义 PAGEREF _Toc362300080 h 5 HYPERLINK l _Toc362300081 1.3 研究内容与目标 PAGEREF _Toc362300081 h 7 HYPERLINK l _Toc362300082 1.3.1 研究内容 PAGEREF _Toc362300082 h 7 HYPERLINK l _Toc362300083 1.3.2 研究目标 PAGEREF _Toc362300083 h 7 HYPERLINK l _Toc362300084 第二章 系统总体方案设计 PAGEREF _Toc362300084 h 8

10、 HYPERLINK l _Toc362300085 2.1 系统总体框图 PAGEREF _Toc362300085 h 8 HYPERLINK l _Toc362300086 2.2 方案的选择 PAGEREF _Toc362300086 h 8 HYPERLINK l _Toc362300087 2.2.1 单片机的选择 PAGEREF _Toc362300087 h 8 HYPERLINK l _Toc362300088 2.2.2 感应器的选择 PAGEREF _Toc362300088 h 9 HYPERLINK l _Toc362300090 第三章 系统硬件电路设计 PAGER

11、EF _Toc362300090 h 11 HYPERLINK l _Toc362300091 3.1 系统硬件概述 PAGEREF _Toc362300091 h 11 HYPERLINK l _Toc362300092 3.2 主控模块设计 PAGEREF _Toc362300092 h 12 HYPERLINK l _Toc362300093 3.2.1 系统主控电路 PAGEREF _Toc362300093 h 12 HYPERLINK l _Toc362300094 3.2.2 单片机的引脚功能 PAGEREF _Toc362300094 h 12 HYPERLINK l _Toc

12、362300095 3.2.3 单片机的主要特性 PAGEREF _Toc362300095 h 12 HYPERLINK l _Toc362300096 3.2.4 单片机最小系统 PAGEREF _Toc362300096 h 14 HYPERLINK l _Toc362300097 3.2 人体感应模块设计 PAGEREF _Toc362300097 h 15 HYPERLINK l _Toc362300098 3.3 光敏模块设计 PAGEREF _Toc362300098 h 17 HYPERLINK l _Toc362300099 3.3.1 光敏电阻介绍 PAGEREF _Toc

13、362300099 h 17 HYPERLINK l _Toc362300100 3.3.2 LM393电压比较器介绍 PAGEREF _Toc362300100 h 18 HYPERLINK l _Toc362300101 3.4 继电器驱动模块设计 PAGEREF _Toc362300101 h 19 HYPERLINK l _Toc362300102 第四章 系统软件的设计 PAGEREF _Toc362300102 h 21 HYPERLINK l _Toc362300103 第五章 系统分析与调试 PAGEREF _Toc362300103 h 22 HYPERLINK l _Toc

14、362300104 第六章 结论及展望 PAGEREF _Toc362300104 h 24 HYPERLINK l _Toc362300105 参考文献 PAGEREF _Toc362300105 h 25 HYPERLINK l _Toc362300106 附录 A PAGEREF _Toc362300106 h 26 HYPERLINK l _Toc362300107 致谢 PAGEREF _Toc362300107 h 27第一章 绪论1.1研究的背景社会在不断进步，人类在不断追求，市场在不断变化，高科技应用含量决定着产品发展的新趋势和前景，智能化技术在电子产品领域的应用意义深远。随着

15、电子产品的快速发展，家用电器也越来越偏向智能化，已经应用于实际中的有智能洗衣机，智能电饭锅，智能电磁炉等，而所用的智能化家用电器都用一个共同的特点，都是利用单片机作为中央控制单元。结合了单片机的智能家用电器和普通家用电器相比，功能上更强，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更节省电能。社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问 题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高教室用电效率就成为首要考

16、虑的问题。 对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念楣违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如搂道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。所以说，开发简便，实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。 1.2 研究的意义 我国政府非常重视节能和节约。1997年11月1日我国颁布

17、了中华人民共和国节约能源法，节能已经是法律上的规定，是我国重要国策之一。北京2008年奥运场馆建设，在“科技奥运，人文奥运，绿色奥运”三大理念的基础上，又提出“勤俭办奥运”的方针，充分体现政府节能，节约的决心！国家发改委提出了“电机系统节能工程”、“建筑节能工程”、“绿色照明工程”等十大重点节能工程，通过这十大工程，“十一五”期间将实现节约2.4亿吨标准煤的目标。2006年1月将实行国家建设部颁布的“民用建筑节能管理规定”，2005年7月1日开始实施的“公共建筑节能设计标准”GB501892005要求全年的总能耗（采暖，通风，空气调节和照明）减少50%。广大电气技术工作者只有认认真真研究节约电

18、能的理论和技术，开发出优良的节电产品并应用于实际，才能从根本上贯彻国家规定的各项节能法规，造福于社会。照明节能意义重大，我国照明耗电大体占全国总发电量10%12%，据资料报道，目前城市照明（指景观照明和功能照明的统称），年用电量约占全国总发电量的4%5%。照明节能主要从三个方面入手：选用高效节能的电光源和灯具；选用高品质电子镇流器或节能型电感镇流器；配置适宜，先进照明控制装置。目前我国城市公共照明每年开支达数百亿元。应积极推广采用国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术：即智能光源降压稳压调光技术。它的技术思想为：在繁忙时段，控制路灯保持较强的照度，午夜时分，自动调光；后半夜车稀人少时，控制路灯

19、保持较低的照度的照明。在美国、德国此类技术得到了政府大力扶持和推广，节电率高于30%。我国已有独立自主知识产权的这方面技术产品如哈工大楼宇自动化研究所研制的“金卤灯调压调光系统”，在城市道路照明应用中运行效果优良。今后尚需政府的行政支持。当前，随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。尤其现今越来越提倡低碳生活，节约能源已经成为一种全球共识，而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是目前在校园内，教室灯火通明，却空无一人的现象屡见不鲜，这不仅造成了严重的资源浪费，也对高校的形象造成了很坏的影响。本文所研究

20、的教室灯光控制系统就可以很好地实现节约能源的作用。虽然我国能源总储量不低，但由于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗 是发达国家的3-10倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键 问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展 战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我 国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年问将在公用设旅、 宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节电290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3 至4元的方式进行推广。从

21、普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源 产品结构逐步向节电型转。国内各类院校中，由于同学们的自觉节能意识薄弱，在光线足够强时也开灯，课上完离开教室后灯还亮着的现象普遍存在；而且，节能规划极为欠缺，教室的灯光控制由管理人员手工代替，教室极多，管理人员忙不过来,这样就造成不必要的电能 浪费和经济损失。基于以上种种原因，提高教室用电效率就成为学校节能的重要且主要的措施之一，因此节能技术的重要手段之一就是教室灯自动控制系统的设计无疑就成为其中一项重要课题。1.3 研究内容与目标1.3.1 研究内容 随着智能化技术的飞速发展，智能化家用电器的日益普及，教师灯光控制是利用单片机作为控制芯片。将硬件设计分为

22、传感器及信号处理部分、以单片机组成的中央处理单元、智能的控制教室灯。对各部分功能作用予以详细说明。软件设计采用模块化结构，将各模块设计完成后进行总调。首先要了解教室照明光强的标准，其次调研教室灯光照明需求以及环境光强弱与开、关灯的关系，再次研究灯光控制器电源问题，最后确定研究控制器参数值设定的要求及方案。1.3.2 研究目标 论文针对教室灯光的控制，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机设计教室灯光智能控制系统的思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件模块和相应软件部分。研究的教室灯光控制系统能用于现有教室照明系统的改造，实现对照明系统的人性化智能管理，提高用电效率；实现自

23、动、手动灯光控制相兼容，以降低成本；通过反复试验和改进，最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。 第二章 系统总体方案设计2.1 系统总体框图系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：系统供电模块、硬件时钟模块、看门狗模块、环境光模块、人体存在传感器模块、遥控器模块、遥控器接收模块及超时报警模块，设计的系统总框图如图2-1所示。单片机LED指示模块复位电路光敏模块人体感应模块继电器模块晶振电路图2-1系统总体框图教室灯光控制可实现有效的教室灯光智能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯,环境光强度在一定阀值以下且有人存在时

24、开灯，理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。 教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。2.2 方案的选择 2.2.1 单片机的选择方案一：AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS型8位单片机，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，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大。其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，

25、这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。再者，AT89C52目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于8K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时间仅需lOms。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。PO口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。方案二：STC89C51系列单片机的指令系

26、统和AT89C51系列的完全兼容，但实际操作起来却存在很多问题：（1）AT89C51不带ISP下载，要用下载器才行，STC89C51可以用你的USB转串口下载，下载软件可以到STC厂家网上去下。（2）STC单片机执行指令的速度很快，大约是AT的3-30倍，尽管快是好事，但这样一来，你在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最典型的例子就是那些对时序有严格要求的模块，用STC时注意得加长延时，大约是AT的1030倍就差不多，这一点自己调试就知道了。（3）STC单片机对工作环境的要求比较低，电压低于5伏时仍然正常工作，甚至3伏到4伏之间都还可以工作，然而这样的环境下AT肯定不行了，所以当一个系统用

27、STC单片机好用，但用AT的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电是否正常。比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C语言程序设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求，我选择用STC系列芯片完成。而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故STC为更合理的选择。本系统选择STC89C51单片机作为主控芯片。足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。2.2.2 感应器的选择方案一：感应人体采用被动式红外传感技术，是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号,并进行放大,处理,它能可靠的将运动着的生物

28、体(人)和飘落的物体加以区别。同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器，由光学系统，红外传感器和信息处理三部分组成。目前与红外传感器配套的光学系统有三种，即反射式、透射式和折射式。其中反射式光学系统的灵敏度最高，其探测距离可达2560 m；透射式的灵敏度最低，探测距离为210 m；折射式居中，兼有反射式和透射式的优、缺点。方案二：感应人体采用主动式红外探测器，由红外发射机、红外接收机组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的

29、光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动信号。比较这两种方案，主动式红外探测器由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起错误，光学系统要保持清洁，注意维护保养。因为主动式探测器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。其特点是探测可靠性非常高。但若对一个空间进行检测，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。本设计适合采用被动式红外传感器，经过多方面考虑，本设计采用红外人体感应器

30、模块。第三章 系统硬件电路设计 3.1 系统硬件概述本系统考虑到所安装的环境影响因素比较多，且教室控制设备中的人体存在传感器等经常会园环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电子元器件 的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。所研制的控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可以实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯;在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开 后再延时一定时间后关灯。 本文所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提,是整个系统执行的基础,它主要为软件提供程

31、序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能。系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：系统供电模块、环境光模块、人体存在传感器模块、光敏模块及继电器驱动模块，此设计运用单片机、电压比较器、光敏电阻、人体感应模块、继电器等构成一款智能灯设计。单片机作为主控芯片，人体感模块识别人体，光敏智能识别光线，LM393电压比较器来将光敏的芯片处理给单片机，继电器控制负载灯。设计可以应用在教室，图书馆等一些公共场所，当光线暗并且有人时，继电器会吸合，从而驱动任何负载，智能延时，当没有人时灯不会亮，从而实现节能、智能的效果。用于

32、现有教室照明系统的改造，实现对照明系统的人性化智能管理，提高用电效率。单片机作为主控制器，人体感应模块识别人体，光敏智能识别光线，LM393电压比较器，继电器控制负载灯。设计可以应用在教室，图书馆等一些公共场所，当光线暗并且有人时，继电器会吸合，从而驱动任何负载，智能延时，当没有人时灯不会亮，从而实现节能、智能的效果。单片机作为主控制器，单片机作为主控制器，人体感应模块识别人体，光敏智能识别光线，LM393电压比较器，继电器控制负载灯。设计可以应用在教室，图书馆等一些公共场所，当光线暗并且有人时，继电器会吸合，从而驱动任何负载，智能延时，当没有人时灯不会亮，从而实现节能、智能的效果。3.2 主

33、控模块设计3.2.1 系统主控电路本次设计选用STC89C5l作为步进电机的控制芯片STC89C51的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上使用方便等优点，而且完全兼容MCS5l系列单片机的所有功能。STC89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器 （FPEROMFAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。3.2.2 单片机的引脚功能（1）VCC（40）：电源+5V。

34、（2）VSS（20）：接地，也就是GND。（3）XTL1（19）和XTL2（18）：振荡电路。单片机是一种时序电路，必须有脉冲信号才能工作，在它的内部有一个时钟产生电路，有两种振荡方式，一种是内部振荡方式，只要接上两个电容和一个晶振即可；另一种是外部振荡方式，采用外部振荡方式时，需在XTL2上加外部时钟信号。（4）PSEN（29）：片外ROM选通信号，低电平有效。（5）ALE/PROG（30）：地址锁存信号输出端/EPROM编程脉冲输入端。（6）RST/VPD（9）：复位信号输入端/备用电源输入端。（7）EA/VPP（31）：内/外部ROM选择端。（8）P0口（39-32）：双向I/O口。（9

35、）P1口（1-8）：准双向通用I/0口。（10）P2口（21-28）：准双向I/0口。3.2.3 单片机的主要特性与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路 （P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写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FIASH编程时，P

36、0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。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，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FLASH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，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，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

37、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。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，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3口管脚备选功能 P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口） P3.

38、2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器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。

39、然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，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指令是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。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN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，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。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，此

40、间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：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。3、I/O口引脚：a：P0口，双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用；b：P1口，8位准双向I/O口；c：P2口，8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用；d：P3口，8位准双向I/O口，双功能复用口。4、振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟

41、信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。在功能上，MCS-51系列单片机有基本型和增强型两类，它们以芯片型号的末位数字来区分。即“1”为基本型，“2”为增强型。 在MCS-51系列单片机中，我们以8051为例，来介绍其结构及功能。8051单片机的内部功能框图如图3-1所示：图3-1 MCS-51系列单片机的内部结构3.2.4 单片机最小系统STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器

42、并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.2-12MHz间选择，典型值为12MHz和11.0592MHz。当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用6MHZ时C取22uF,R取1K。除了上电复位外

43、，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源Vcc接通而实现的。系统图如图3-2所示： 图3-2 单片机最小系统3.2 人体感应模块设计人体存在传感器的热释电红外探头的工作原理及特性如下： 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10M左右的红外线，被动式红外探头就靠探测人体发射的10M左右的红外线而进行工作的。人体发射的 10M叫左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源采用 热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经

44、检测处理后就能产生由人体存在的信号。全自动感应：人进入其感应范围则输出低电平，人离开感应范围则自动延时关闭低电平，输出待机时的高电平。两种触发方式：a.不可重复触发方式：即感应输出低电平后，延时时间段一结束，输出将自动从低电平变为高电平；b.可重复触发方式：即感应输出低电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持低电平，直到人离开后至延时结束，低电平跳变为高电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点).具有感应封锁时间：感应模块在每一次感应输出后，待延时时间一结束，可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段

45、内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒几十秒钟)。1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10M左右的 红外辐射非常敏感。2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面覆盖有特殊的菲泥尔滤光 片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。3) 人体存在的探测，其传感器包含两个互相串联的热释电元，而且制成的两个电 极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释 电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。4) 一旦

46、有人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦。并被人体存在传 感器的热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵 消，经信号处理而输出有人体存在的信号。5) 菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。 有人进入时，移动人体发出的红外线被红外传感器接收，则人体存在被感应，并输出 高电平。若人体进入最不敏感移动方向时，则人体传感器所体现的信号就会不理想，有时还会产生误动作，所以要特别注意人体传感器的安装方向。人体传感器HP-208是深圳市浩博特电子有限公司研发和生产的基于红外线技术的智能产品，它的主要特性如下

47、：(1) 感应为全自动方式，人进入感应范围时输出高电平(高3.3V），人离开感 应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平(低0.3V)，其高低电平利于采集； (2) 采用可重复触发方式。即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有 人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时8秒 -15秒后将高电平变为低电平； (3) 人体传感器工作电压宽为DC3V-DC24V；(4) 人体传感器制作成锥面形状，感应范围大，小于140度锥角，感应距离 为7米以内； (5) 其静态电流小于50微安，功耗低； (6) 工作温度介于-15和+700之间，适应性强；(7) 灵敏度高，可靠性强。 人体传

48、感器的1号引脚为电源信号端，3号引脚为地信号端，2号引脚为采集信号输出端。在电路设计中，为了使人体传感器的工作更加可靠，增加一个三极管驱动人体存在传感器输出信号的可靠性，同时可以驱动一个LED充当指示作用。其电路原理图如图3-3所示：图3-3 人体传感器电路图3.3 光敏模块设计3.3.1 光敏电阻介绍光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。管芯是一块安

49、装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有限，因此光电导体一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极一般采用硫状图案，结构见下图3-4所示：图3-4 敏电阻结构图光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的

50、。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。本设计利用光敏阻值的变化与电阻进行分压，得到的电压值给LM393进行电压比较，通过10k可调电阻可以实现光线限值的调节。感应光线是否过弱，将信号给单片机处理。3.3.2 LM393电压比较器介绍LM393主要特点如下：（1）工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：236V，双电源:118V；（2）消耗电流小，Icc=0.8mA；（3）输入失调电压小，VIO=2mV；（4）共模输

51、入电压范围宽，Vic=0Vcc-1.5V；（5）输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；（6）输出可以用开路集电极连接“或”门；采用双列直插8 脚塑料封装（DIP8）和微形的双列8 脚塑料封装（SOP8）。LM393引脚图及内部框图如图3-5所示：图3-5 LM393内部结构图LM393是高增益,宽频带器件,象大多数比较器一样,如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合,则很容易产生振荡.这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时,输出电压过渡的间隙.电源加旁路滤波并不能解决这个问题,标准PC板的设计对减小输入输出寄生电容耦合是有助的.减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号,而且增加甚至很小的正

52、反馈量(滞回1.010mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡.除非利用滞后,否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入输出在很短的转换周期内振荡,如果输入信号是脉冲波形,并且上升和下降时间相当快,则滞回将不需要。 比较器的所有没有用的引脚必须接地. LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围 2.030V无关。 通常电源不需要加旁路电容，差分输入电压可以大于Vcc并不损坏器件.保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V。LM393的输出部分是集电极开路,发射极接地的 NPN输出晶体管,可以用多集电极输出提供或OR ing功能。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范

53、围内的任何电源电压上,不受 Vcc端电压值的限制。此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用),输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的值所限制.当达到极限电流(16mA)时,输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm 的SAT限制。当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许输出箝位在零电平。本设计利用光敏阻值的变化与电阻进行分压，得到的电压值给LM393进行电压比较，通过10k可调电阻可以实现光线限值的调节。感应光线是否过弱，将信号给单片机处理。如图3-6所示：图3-6 光敏模块电路图3.4 继电器驱动模块设计电磁继电器

54、一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。继电器驱动接口电

55、路如图3-7所示，这里继电器由相应的PNP型号的三极管来驱动，继电器吸合，从而驱动负载，点亮相应电灯。设计中负载没有接，当继电器吸合时，LED也会得电，达到指示的作用。图3-7 继电器驱动电路图第四章 系统软件的设计在对我们所要设计的课题有了整体的了解之后，需要先建立程序框架的流程图，对整个设计划分模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理的连接起来，构成总的程序。程序设计的主要任务是通过对单片机系统内部有限硬件资源的合理分配，利用最直接有效的程序设计语言，实现对单片机外围设备的控制，使这些外围设备能够进行所期望的操作。软件设计通常对系统的可靠和高效率运行有着相当大的影响，也是系统设计工作量中较大的任务。 本章的软件设计根据所要实现的功能，以系统的硬件设计为基础，采用模块化的程序设计思想，确保完成系统功能的同时，实现系统的可靠运行。软件设计的目的就是让单片机加载程序并运行，对距离、时间、光照强度进行测量，根据测量结果控制继电器的输出。系统的软件总流程图如图4-1所示。开始系统初始化光线是否过弱N继电器断开YY是否检测到人体继电器吸合N延时5sNY是否检测到人体图4-1系统软件总流程图第五章系统分析与调试本设计是在Keil C环境下开发的，Keil C软件支持C语言的编程及调试，