超级LEDDSPATMEL声光路灯的设计论文

1、 以及声控和光控路灯的设计论文的原始陈述我再次声明，提交的论文是我在导师指导下独立研究的研究成果。除文中特别标注和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体发表或撰写的作品。对本论文研究做出重要贡献的个人和集体，在本文中均有明确标注。本人完全清楚，此声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期:年、月、日学位论文使用授权书本学位论文的作者完全了解学校关于保存和使用学位论文的规定，并同意学校保存和向国家有关部门或机构发送学位论文的副本和电子版本，允许查阅和借阅学位论文。我授权XXXX大学将本学位论文的全部或部分编入相关数据库以供检索，并通过影印、缩印或扫描的方式保存和编辑本学位论文。涉密论文按学校

2、规定办理。签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日摘要随着科技的飞速发展，自动化已经应用到生活的方方面面，路灯就是一个很好的例子。如何利用51单片机作为CPU实现路灯节能是本次设计的主要内容。通过书本知识的学习，指导老师的指导和文献的查阅，确定51单片机作为主芯片。那么为了实现声光控制功能，就需要使用光敏电阻和驻极体麦克风电阻将光和声音转换成电信号。该设计是利用单片机的最小系统模块、语音控制模块和灯光控制模块等几个主要模块组成的硬件来实现的。在本设计中，分别利用声控和光控模块的驻极体麦克风和光敏电阻，将声、光信号转换成51单片机可识别的电信号，实现声、光控制功能。利用所学知识和必要的绘图仿真编

3、程软件，绘制了系统原理图、总体电路图和程序流程图，完成了系统电路设计、光敏传感器模数转换设计、声控整流和滤波放大，并进行了程序编写、仿真和硬件调试。最后设计实现了51单片机，使灯光控制电路起到控制灯光白天不亮的作用，语音控制电路起到控制开关晚上开灯的作用，延时后熄灭。从而达到节能环保的目的，最终达到本文的要求。关键词:51单片机光控电路声控电路光敏电阻驻极体麦克风目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _RefHeading_Toc15945 第一章 绪 论 HYPERLINK l _RefHeading_Toc17825 1.1论文选题的目的和意义1 HYPERLINK l

4、_RefHeading_Toc12754 1.2国外关于该论题的研究现状和发展趋势1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc15425 第二章 论文设计概述 HYPERLINK l _RefHeading_Toc25732 2.1 论文主要要求3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4495 2.2论文设计思路与说明3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4495 2.3论文设计方案例3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4495 2.4方案选择四 HYPERLINK l _RefHeading_Toc32031 第三章

5、系统硬件设数数 HYPERLINK l _RefHeading_Toc19529 3.1 AT89C525 HYPERLINK l _RefHeading_Toc11114 3.2单片机的原理5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc24983 3.3驻极体话筒7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc22541 3.4光敏电阻8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc11941 3.5 双电压比较集成器LM3939 HYPERLINK l _RefHeading_Toc11806 3.6系统主要模块介绍：11 HYPERLINK l _RefH

6、eading_Toc21090 3.6.1 光控电路模块1一个 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14395 3.6.2 声控电路模块12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14395 3.6.3 串口通信模块13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14395 3.6.4 电源电路模块14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14395 3.6.5 复位电路模块14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14395 3.6.6 时钟电路模块15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc1

7、1663 第四章 系统电路设计 HYPERLINK l _RefHeading_Toc28691 4.1系统工作原理方框图1六 HYPERLINK l _RefHeading_Toc30333 4.2 51单片机系统与功能实现1七 HYPERLINK l _RefHeading_Toc23501 4.3整个系统的电路原理图1七 HYPERLINK l _RefHeading_Toc18054 4.4主要部分功能介绍1七 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5227 4.4.1 光控电路1八 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2741 4.4.2 声控部分1

8、九 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4610 第五章 系统程序设计 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26710 5.1程序设计流程图20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4624 5.2单片机控制程序21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2741 5.3 系统电路设计21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc23659 第六章调试仿真 HYPERLINK l _RefHeading_Toc32175 6.1系统两大模块说明22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2152

9、5 6.1.1声控部分22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc12481 6.1.2 光控部分22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4051 6.2系统仿真22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4051 6.3结论27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5446 参考文献2八 HYPERLINK l _RefHeading_Toc22308 附录2九 HYPERLINK l _RefHeading_Toc11353 后 记3一个第一章:绪论1.1论文选题的目的和意义在学校、机关、厂矿等单位，居民区公共走廊、燃灯

10、现象十分普遍，造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增加了维修量，浪费金钱。本课题是声光控制路灯的设计。它设计了一种电路新颖、安全省电、结构简单、安装方便、使用寿命长的节能路灯。同时可以加强对模拟电子技术和数字电子技术的理解和巩固。从而达到节能环保的效果。1.2国外本课题的研究现状和发展趋势由于近年来中国照明设备行业的迅速崛起，中国已成为电光源产品的主要出口国之一。加大不同等级、不同样式、不同用途的节能光源和照明电器的开发力度，加快绿色节能光源产品的开发和推广应用，是当前我国照明器材行业结构调整的重点。目前，中国已经成为世界上最大的照明电器生产国，我们的目标

11、是成为照明电器生产强国。中国与发达国家在照明电器的质量、等级、生产技术、材料和新产品开发能力等方面存在明显差距。在看到自己成绩的同时，也能对自己存在的差距有一个清晰的认识，这样才能不断进步。20世纪90年代以来，美国、法国、荷兰、英国、意大利等国家制定了相关扶持政策，推广节能灯等节能产品。自1991年实施绿色照明以来，仅美国环境保护署就投入了超过10亿美元来推广高效照明产品。研究表明，节能灯可以减少员工眼睛疲劳和头痛的发生率。这也是商业机构愿意更换新一代照明系统的另一个原因。可见节能灯在国外有很大的发展和重要作用。随着城市路灯规模的增大，在实时控制和检测方面，人工对路灯的控制、维护和工况监测之

12、间的矛盾日益突出。路灯的智能节能控制非常有利于解决人工控制存在的问题，对节约电能、美化城市夜景也非常重要。路灯是我国经济发展和国家建设中必不可少的用电设备，在我国整体用电量中占有巨大的比重。如果通过节能装置进行有效控制，可以降低电耗，节约能源，降低生产和安装成本，为我国经济的快速发展做出贡献。基于单片机的声光双控路灯将在我国未来的城市发展中发挥更加广泛的作用。第二章是论文的设计方案。2.1论文的主要要求(1)采用51系列单片机作为CPU(2)具有声控和光控功能；(3)完成系统电路设计；(4)光敏传感器模式电转换的电路设计；(5)完成了模拟电路，通过单片机编程可以改变灯亮时间的长短。2.2论文设

13、计思路及说明随着科技的飞速发展，自动化已经应用到生活的方方面面，路灯就是一个很好的例子。路灯的自动控制主要通过声控和光控来实现。这种控制主要是根据光强和声音来控制路灯的亮灭。路灯在白天光照强度很大的时候不需要点亮，一般需要在晚上点亮。但是因为晚上不需要一直开着路灯，因为这样必然会浪费很多电，所以需要通过语音控制来实现路灯的点亮和熄灭:当人或者车经过的时候，路灯会自动点亮，并且会自动熄灭一段时间。这大大减少了能源的浪费。原理介绍:光敏电阻和驻极体传声器分别用于检测光信号和声音信号。驻极体传声器和光敏电阻得到的电信号经过整流、滤波、放大等测控电路的功能转换成数字信号，然后将这个数字信号送到51单片

14、机，51单片机判断是高电平还是低电平来确定灯亮与否，灯由LED显示。本设计有两种系统，一种是灯光控制系统，另一种是声音控制系统。这两个功能由单片机控制，使其实现以下功能:白天有强光时，声控不起作用，光控功能关闭，即使有声音信号，路灯也不亮；夜晚黑暗中，声控系统工作。有声音时，路灯亮起，延时后自动熄灭。在本设计中，驻极体麦克风用作传感器，接收声音信号并将其转换为微弱的电信号。然后，通过放大电路和迟滞比较电路将微弱的电信号转换成单片机可以识别的翻转电平信号，并将方波信号送到单片机的P3.5端口。单片机通过程序判断信号变化，控制开关的通断状态或LED的通断。同时，光敏电阻的阻值在光强的影响下发生变化

15、。引起电压变化来控制单片机的中断程序，使开关在白天和灯光明亮时关闭，达到声光双控开关的目的。2.3论文设计方案选项1利用51单片机的定时器计数功能控制路灯白天不亮；夜间改为通过语音控制电路控制路灯的亮灭。图2.3.1方案1选项2光敏电阻和驻极体麦克风用于将外界的光信号和声音信号转换成单片机可以识别的电信号来控制路灯。图2.3.2选项22.4方案选择通过方案一和方案二的对比分析，可以清楚地看到，路灯即使在白天阴雨天气等光照强度较弱的情况下，也不会亮灯。方案一因为有定时器功能，不够灵活，而方案二可以通过光敏电阻灵活调节，其思路清晰简洁，所以选择方案二。第三章系统硬件设计3.1 AT89C52AT8

16、9C52是一种低电压、高性能 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/22318.htm CMOS8位 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1012.htm 单片机，包含8k字节，可以重复擦除。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/7641.htm Flash只读 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/421

17、016.htm 程序存储器和256字节的随机存取数据存储器( HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3558.htm RAM)，装置采用 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/110906.htm ATMEL公司高密度、非易失性存储技术，与标准MCS-51兼容。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/178189.htm 指令系统，片内通用8位 HYPERLINK ./%20%20

18、%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/14045.htm cpu还有闪光。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1223079.htm 蓄电池AT89C52单片机广泛应用于电子行业。图3.1显示了AT89C52的管脚图:图3.1 AT89C52引脚图3.2单片机原理及各引脚功能介绍:VCC:电源电压。GND:禁足。P0端口:P0端口是一个8位开漏双向I/O端口，每个引脚可以吸收8TTL栅极电流。当P1端口的引脚第一次写入1时，它被定义为高阻抗输入。P0可用于外部程序数据存储，可定义为数

19、据/地址的第8位。在FIASH编程期间，端口P0用作源代码输入端口。检查FIASH时，端口P0输出源代码。此时，端口P0的外部必须拉高。P1端口:P1端口是8位双向I/O端口，带上拉电阻，P1端口缓冲可以接收和输出4TTL栅极电流。当P1引脚写入1时，它被上半部分上拉，可以用作输入。当P1引脚从外部拉低至低电平时，它将输出电流，这是由于上半部分的上拉。在闪存编程和验证期间，P1端口被接收为第八个地址。P2端口:P2端口是一个带上拉电阻的8位双向I/O端口。P2端口缓冲器可以接收和输出四个TTL门电流。当P2端口被写入“1”时，其引脚被上拉电阻上拉，用作输入。因此，当它用作输入时，P2端口的引脚

20、被外部拉低，这将输出电流。这要归功于部委的拉动。P2端口当它用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器访问时，P2端口输出地址的高8位。给定地址“1”时，它利用器件的上拉特性。当读写外部8位地址数据存储器时，P2端口输出其特殊功能寄存器的内容。在闪存编程和验证期间，P2端口接收高位八位字节地址信号和控制信号。P3: P3引脚是带有部分上拉电阻的八个双向I/O端口，可以接收和输出四个TTL栅极电流。当P3端口被写入“1”时，它们被拉高到高电平并用作输入。作为输入，由于外部下拉至低电平，P3端口将输出电流(ILL)。这是因为上拉。P3端口用作AT89C52的一些特殊功能端口，其引脚具有替代功能。

21、3.0rxd(串行输入端口)P3.1 TXD(串行输出端口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(定时器0的外部输入P3.5 T1(定时器1的外部输入)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)RST:重置输入。当振荡器复位器件时，保持RST引脚高电平两个机器周期。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。从外部程序存储器取数据期间，每个机器周期/PSEN激活两次。然而，当访问外部数据存储器时，这两个有效/PSEN信号将不会出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，无论有无程序，这段时间都会存储外部程序内存(00

22、00H-FFFFH)。记忆。注意加密模式1时，/EA锁定部分重置；/EA端子保持高电平时，程序存储器在此。在闪存编程期间，该引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入和时钟工作电路的输入。XTAL2:反向振荡器的输出。图3.2 at89c 52引脚功能介绍3.3驻极体麦克风驻极体传声器具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低廉等特点，广泛应用于箱式。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/29010.htm 录音机无线麦克风，语音控制等电路。它是最常用的电容话筒。由于输入输出阻抗较高，需要在麦

23、克风外壳中设置一个场效应晶体管作为阻抗转换器。因此，驻极体电容麦克风工作时需要DC工作电压。驻极体传声器电声转换的关键 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1141392.htm 元件这是一种驻极体振膜。它是一层很薄的塑料薄膜，一面蒸镀了一层纯金膜。然后通过高压电场后，相反的电荷分别沉积在两侧。隔膜的蒸金面朝外，并与金属外壳相连通。隔膜的另一侧通过薄绝缘衬垫与金属板分开。这样，在金膜和金属板之间形成电容器。当.的时候 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/vi

24、ew/873902.htm 驻极体当振膜遇到声学振动时，它会导致 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3686.htm 电容两端 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/63151.htm 电场变化，产生随声波变化而变化的交变电压。驻极体振膜和金属板之间的电容相对较小，一般为数十pF。因此，它的输出阻抗值很高(XC = 1/2 TFC)，大约几十兆欧以上。如此高的阻抗不可能与 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%

25、20%20%20%20/view/1323487.htm 音频放大器一场比赛。因此，结型场效应连接到麦克风。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/522091.htm 晶体三极管用于阻抗转换。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3964.htm 场效应管以输入为特征。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/16812.htm 阻抗极高， HYPERLINK ./%20%20%

26、20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/77735.htm 噪声系数低。普通的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1289046.htm 场效应源电极(S)、栅电极(G)和漏电极(D)。这里使用了一种特殊的场效应晶体管，在它的源极和栅极之间复合了一个二极管。二极管连接的目的是保护FET免受强信号影响。场效应晶体管的栅极与金属板连接。这样，驻极体麦克风有三条输出线。即源极S一般用蓝色塑料线，漏极D一般用红色塑料线和编织屏蔽线连接金属外壳。其原理图如下:图3.3驻极体麦克风结构图3.4光敏电

27、阻光敏电阻器也称为 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4086858.htm 光导管，常用的材料有 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/797739.htm 硫化镉此外，还有硒、硫化铝、硫化铅、硫化铋等物质。这些材料由特定的材料制成 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/45341.htm 波长在光照下，其电阻迅速下降。这是因为光产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下漂移

28、，电子奔向 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/13542.htm 电源正极，空穴冲向电源的负极，从而使 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/546877.htm 光敏电阻器电阻迅速下降。光敏电阻一般用于测光、光控和光电转换(将光的变化转化为电的变化)。常用的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/546877.htm 光敏电阻器硫化镉光敏电阻，由以下材料制成 HYPERLIN

29、K ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/50720.htm 半导体材料制成的。光敏电阻器的电阻随着入射光(可见光)的强度而变化。在黑暗条件下，其电阻(暗电阻)可达110M欧姆，而在强光条件下(100LX)，其电阻(亮电阻)仅为几百到几千欧姆。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/19469.htm 欧姆。光敏电阻对光的敏感度(即光谱特性)与人眼相似。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/6862

30、1.htm 可见光(0.40.76)微米的响应非常接近，只要人眼能感受到光线，就会引起其电阻变化。图(3)显示了光敏电阻的基本结构:图3.4.1光敏电阻结构图当在光敏电阻两端的金属电极之间施加电压时，就会有电流流过。当用适当波长的光照射时，电流会随着光强的增加而增加，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，它纯粹是一个电阻器件，既可以施加DC电压，也可以施加交流电压。光敏电阻是一种由半导体材料制成，靠光电效应工作的光电元件。它的电阻值在光的作用下有减小的趋势，称为光导效应。因此，光敏电阻又叫光电导管。用于制造光致抗蚀剂的材料主要是半导体，例如金属硫化物、硒化物和碲化物。通常在绝缘基板上用涂敷、喷涂

31、、烧结等方法制作薄的光敏电阻和梳状欧姆电极，然后取出引线，封装在带有透明镜面的密封外壳中，使其不受湿气影响。在黑暗的环境中，它的电阻值很高。曝光时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，价带中的电子吸收一个光子的能量后就可以跳到导带，价带中就会产生带正电荷的空穴。这种由光产生的电子-空穴对增加了半导体材料中载流子的数量，使其电阻率变小，从而导致光敏电阻的电阻降低。光线越强，电阻越低。入射光消失后，光子激发的电子-空穴对会逐渐复合，光敏电阻的电阻会逐渐恢复到初始值。光敏电阻随入射光强度线性变化，不能用于光电线性变换，这是用户要注意的。新手可以买一个光敏电阻(MG45)，晚上点亮60 100 W的

32、白炽灯，用万用表直接测量光敏电阻的阻值。测量时，应将光敏电阻对准白炽灯的光线，然后逐渐拉开与灯的距离(由近及远)，观察万用表指示的电阻变化，这样可以直观地验证光敏电阻的特性，加深对它的感性认识。常用的光敏电阻有密封的MG41、MG42、MG43和未密封的MG45。它们的额定功率都在200mW以下。在光电自动控制电路中，光电传感元件可选用光敏电阻。图3.4.2光敏电阻的物理图3.5双电压比较积分器LM393主要功能输出电阻可以连接到允许电源电压附近的任何电源电压，不受Vcc端电压的限制。此输出可用作简单的SPS对地开路(不使用负载电阻时)，输出部分的陷阱电流受驱动器和器件可能的值限制。当达到极限

33、电流(16mA)时，输出晶体管将退出，输出电压将快速上升。输出的饱和电压受输出晶体管约60欧姆的SAT限制。当负载电流较小时，输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许输出箝位在零电平。图3.5.1 LM393芯片图主要特征LM393是一款双电压比较器集成电路。该电路的特点如下:比较器数量:2工作温度范围:0C-+70CSVHC(高度关注物质):无SVHC(2010年6月18日)元件编号:393通道数量:2逻辑编号:393电源工作电压宽，单电源和双电源均可工作。单电源2 36V，双电源1 18V。低电流消耗，ICC = 0.8mA；低输入失调电压，VIO = 2mV；共模输入电压的宽度，Vic

34、 = 0 VCC-1.5V；兼容输出TTL、DTL、MOS、CMOS等。输出可以连接到集电极开路的或门；采用双列直插式8引脚塑封(DIP8)和微型双列8引脚塑封(SOP8)。结构图LM393采用双列直插式8引脚塑料封装(DIP8)和微型双列8引脚塑料封装(SOP8)。图3.5.3结构图3.5.3 LM393应用说明LM393是一款高增益、宽带器件。与大多数比较器一样，如果输出和输入之间存在寄生电容，就会产生这种噪声。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/156245.htm 耦合，很容易产生。 HYPERLINK ./%

35、20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/746785.htm 振荡。这种现象仅在以下情况下出现 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/421754.htm 比较器当状态改变时，输出电压跃迁的间隙，电源加旁路滤波解决不了这个问题。标准 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1218584.htm PC板该设计有助于减少输入输出寄生电容耦合。将输入电阻降低到小于10K会降低反馈信号，即使增加少量正反馈(迟滞1.0

36、10mV)也会导致快速开关，使其不可能产生寄生 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3686.htm 电容除非使用迟滞，否则直接插入IC (integrated circuit，缩写:IC)并在管脚上加电阻会导致输入输出在短转换周期内振荡。如果输入信号是 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/107414.htm 脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则不需要迟滞。比较器的所有无用引脚必须接地。LM393偏置网络确定其静态电流在2.030V左右与电源电

37、压无关通常，电源不需要旁路电容。差分输入电压可以大于Vcc，而不会损坏器件，保护部分必须能够防止负端的输入电压超过-0.3V。LM393的输出部分为NPN输出，集电极开路，发射极接地。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/30363.htm 晶体管，可提供多集电极输出。3.6系统主要模块介绍:3.6.1光学控制电路模块光敏传感器模数转换电路图图3.6.1灯光控制电路图当光敏电阻受光时，电阻减小，运算放大器的同相输入为低电平，端口1的输出为低电平；光线较弱时，电阻增大，运算放大器的同相输入为高，端口1的输出为高。光控电路的

38、输出信号经过电压跟随器后，微弱的电流信号被放大到单片机可以识别的电流，然后放大后的信号通过运算放大器的输出传输到单片机的P1.6端口。3.6.2语音控制电路模块语音控制电路电路图图3.6.2声音控制电路图驻极体麦克风将接收到的声音信号转换成微弱的电压信号，然后将微弱的电压信号经过两级放大器放大，再将放大后的信号电压通过迟滞比较器转换成单片机可识别的高低电平信号，再通过双向稳压器转换成翻转电平信号，再传输到单片机的外部中断P3.5端口。串行通信模块图3.6.3串行通信模块电路图串行通信对于单片机来说意义重大，它不仅可以将单片机的数据传送给计算机，还可以由计算机对单片机进行控制。由于其电缆少，布线

39、简单，在长距离传输中得到了广泛的应用。通信协议原理通信协议是通信设备在通信前的约定。单片机和计算机有协议，这样双方就能明白对方的意图，并做出下一步行动。假设我们需要在PC机和单片机之间进行通信，在双方的编程过程中，有如下约定:0 xa 1:MCU读取P0口数据，并将读取的数据返回给PC；0 xA2: MCU从PC接收一段控制数据；0 xA3:单片机操作成功信息。在系统工作过程中，单片机接收到PC机的数据信息后，查找协议，完成相应的操作。当MCU接收到0 xA1时，它读取P0端口数据，并将读取的数据返回给PC；当MCU接收到0 xA2时，MCU等待从PC接收一段控制数据；当PC接收到0 xA3时

40、，表示MCU操作已经成功。硬件连接51单片机有一个全双工串行通信口，可以方便地在单片机和计算机之间进行串行通信。串口通信必须满足一定的条件，比如计算机的串口是RS232电平，而单片机的串口是TTL电平，所以两者之间必须有电平转换电路。我们使用专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是使用专用芯片更简单可靠。我们使用三线制连接串口，也就是说，只有三根线连接到电脑的9针串口:第5针的GND，第2针的RXD，第3针的TXD。这是最简单的连接方式，但对我们来说已经足够了。该电路如下图所示。MAX232的第10脚与MCU的第11脚相连，第9脚与MCU的第10脚相连，第15脚与

41、MCU的第20脚相连。串行通信电路采用经典的MAX232串行通信，由于计算机串口的RS232电平为-10v +10v，而一般单片机应用系统的信号电压为0v +5v，MAX232用于单片机与计算机之间的电平转换和通信，系统采用MAX232串行通信电路。系统采用串行通信电路与计算机通信，修改单片机程序，调整相关指令和数据。而且单片机可以与计算机通信，编写上位机软件程序，在上位机(计算机)上实时监控系统状态，使功能更强大的PC机进行庞大的指令处理。在本系统中，加入串行通信电路模块可以大大增强电路的完整性，对系统升级有很大的优势。可以说该系统在双机通讯和上位机通讯方面具有相对优势，使得设计更加完善。电

42、源电路模块电源模块主要为整个系统提供可靠稳定的电源。主要功能如下:(1)安全隔离:即强电弱电隔离，将外电路中的强电转换成5伏的弱电。(2)电路保护:包括短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护等保护。(3)电压转换:这里主要是把强电变成弱电。(4)稳压:将交流电改为直流弱电，始终保持输出电压恒定。其原理图如下:图3.6.4电源电路复位电路模块复位电路的基本功能是在系统通电时提供复位信号，直到系统电源稳定。撤消复位信号。出于可靠性考虑，电源稳定后，需要一定的延时才能取消复位信号。防止电源开关或电源插头在开关过程中晃动，影响复位。如下所示RC复位电路可以实现上述基本功能。图3.6.5复位电路图3.6

43、.6时钟模块的设计51单片机有一个高增益的逆变放大器用来构成振荡器。高增益反相放大器的输入端是芯片引脚XTAL1，输出端是引脚XTAL2。这两个引脚跨接在石英晶体振荡器(简称晶体振荡器)和调整电容之间，构成一个稳定的自激振荡器。以下电路中电容C1和C2的典型值通常选择在20Pf左右。晶振的振荡频率一般在1.2 MHz-12 MHz之间。晶振频率越高，系统时钟频率越高，单片机运行速度越快。图3.6.6时钟模块第四章系统电路设计4.1系统工作原理框图如下图所示:图4.1系统示意图白天，整个系统的灯光控制部分中的光敏电阻将灯光信号转换成电信号，通过灯光控制电路转换成单片机能识别的高低电平信号，从而控

44、制路灯；夜晚，声控电路中的驻极体麦克风将接收到的声音信号转换成微弱的电信号，通过声控电路的放大整流，转换成单片机可以识别的信号。51单片机通过编好的程序控制灯的点亮，一段时间后自动熄灭。4.2 51单片机系统及功能实现该系统主要由灯光控制电路模块、语音控制电路模块、串行通信模块、电源电路模块、复位电路模块、时钟电路模块和51单片机系统组成。它们各自的作用之前已经介绍过了，这里不再赘述。首先简要介绍了整个系统的总体实现原理。打开电源给系统供电，指示灯亮。加载程序，将编写好的程序(模拟正确的程序)下载到单片机。具体方法是:先把系统的串口和pc的串口连接起来，找到写好的程序点击下载。其次，根据系统复

45、位电路，给系统加电。这时，程序会自动下载到单片机上。灯光控制功能的调试为系统提供了不同的灯光强度。此时可以看到，路灯会随着外界光强的不同而开启或关闭。这就是光控的实现。在调试声控功能时，驻极体麦克风会感应到外界声音，产生不同的电流强度。当声音达到一定程度，路灯就会亮。之后一直处于亮的状态，过了设定的时间会自动熄灭。4.3整个系统的电路原理图:图4.3系统电路原理图4.4主要功能介绍4.4.1灯光控制部分图4.4.1光学控制电路光敏电阻受光照时，其阻值随光照强度的增加而减小。白天光照强度很强时(约0-100lx)，其电阻很小，运算放大器的同相输入处于低电平。灯光控制电路的输出信号经过电压跟随器后

46、，微弱的电流信号被放大后输出到单片机的P1.6端口。LM393是一个比较器。它的主要工作原理是比较正负输入的电压。当正输入电压大于负输入电压时，输出高电平，否则输出低电平。通过调节可变电阻器R10R11的电阻值来改变正负输入的电压值，可以调节比较器的灵敏度。4.4.2语音控制部分图4.4.2语音控制电路首先驻极体麦克风将外界发出的声音信号转换成电信号，然后微弱的电信号通过Q3共源共栅放大电路放大。共源共栅主要用于放大电压，其次是共源共栅以避免前级对后级的影响，最后是同相放大和共源共栅。共源共栅后有一个高通滤波器，最终的电流信号输出到单片机的P3.5端口。第五章系统程序和电路设计5.1程序设计流

47、程图如下图5.1程序流程图程序执行部分:白天光照强度大时，光敏电阻的阻值很小，光控电路处于导通状态；如果端口P1.6的输出为高电平，P1.7也为高电平，此时LED不亮；到了晚上，光强几乎为零，光敏电阻的阻值很大，光控电路关断，端口P1.6输出为低电平。此时，端口P3.5，即语音控制电路，起着控制LED的作用。如果有声音，声音信号会被转换成电信号，通过P3.5口传输到单片机，单片机通过P1.7口输出低电平，此时LED会亮，通过单片机的延时功能会自动熄灭；如果没有声音信号程序结束。5.2单片机控制程序通过Keil软件新建一个项目，选择一个芯片，编写一个程序，精确编译生成一个. hex文件。系统源程

48、序见附录。5.3系统电路设计根据第四章，通过Proteus软件画出各模块的具体电路图如图。图5.3系统电路连接图将单片机的最小模块、语音控制模块、灯光控制模块与LED正确连接，就画出了整个系统的电路图。双击单片机AT89C52加载。Keil软件生成的十六进制文件。在模拟过程中，一些元件模型将不会在元件数据库中找到或具有相同的名称。最后，通过替换和重命名一些常见的组件，将得到正确的仿真图。第六章调试模拟6.1系统两个模块的描述6.1.1语音控制部分:当声音产生时，声音通过驻极体麦克风转换成电信号，通过语音控制电路放大、整流、滤波，得到稳定的电信号。通过电压比较器LM393，判断正电压和负电压的大

49、小，控制P3.5端口的输出为高或低。6.1.2灯光控制部分:通过光敏电阻感知光强，然后通过电压比较器输出高低电平信号，送到单片机的P1.6端口，通过声音控制灯光的开启或关闭。LED由PNP驱动和控制。PNP的基电平来自单片机P1.7口的输出信号。低的时候LED会亮，熄灭一段时间，高的时候就不亮了。6.2系统模拟生成。hex文件，然后加载到Proteus绘制的51单片机中，进行仿真，如下图所示。图6.2系统模拟图由于这部分声控模块不易仿真，为了简化设计，使实验现象更加直观简洁，将整个声控模块替换为一个由按键开关和电阻组成的简单模块，然后进行仿真。系统在不同条件下的仿真图如下。6.2.1白天无声音

50、、无灯光。图6.2.1白天没有声音灯光控制电路主要由光敏电阻和电压比较器LM393组成。它的主要工作原理是比较正输入和负输入的电压。当正输入电压大于负输入电压时，将进入高电平，反之亦然。随着外界光强的变化，输入到比较器的正负电压也在不断变化。当正电压比较大的时候，也就是光强比较强的时候，比较器会给单片机输入一个高电平，P1.6端口输出一个高电平，LED不亮。6.2.2白天有声音，灯不亮。图6.2.2白天有声音白天，单片机的输出端口P1.7由灯光控制电路操作。因为光敏电阻全天都很小，所以LM393比较器接收到的正电压总是大于负电压。因此，无论语音控制电路是否接收到声音信号，端口P1.6接收到的电信号始终处于高电平，LED不会发光。6.2.3夜间有音响灯。图6.2.3夜间有声音夜晚，光照强度几乎为零，光控电路中的正电压较小，比较器会向单片机输入低