基于单片机的智能台灯的设计与实现

基于单片机的智能台灯的设计与实现C51人体感应传感器红外测距传感器光敏电阻蜂鸣器提醒电路灯光控制电路晶振电路复位电路图3-1系统示意图系统框图如图3-1所示，分成四部分组成：1.由感应人体信号传感器、红外线测距传感器、光线传感器组成传感器部分；2.89C51单片机为主控元件；3.进行发光的灯光电路；4.蜂鸣警告部分。3.2电路设计部分3.2.1传感器电路进行管理模式的核心控制单元，单片机控制的不同的传感器，使智能灯工作。但如果没有传感器电路所收集的外部环境信息并对其加以处理，单片机也不能够进行各种功能控制。所以传感器是本产品不可或缺的，由传感器电路框图如图3-2所示。基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第9页。图3-2是一个信号检测和处理的电路框图，它由感应人体信号传感器、光敏电阻、BISS0001集成电路组成。人体感应传感器只有在散发出特定的红外线波长（波长为10μm）的人体信号下才能工作，不会在其他物体所散发的波长下工作。传感器有2个串联的热释元件组成的探头，并且元件极性相反，消除环境和自身所带来的干扰射，因此，传感器无输出信号。但由于人体带来的信号让其接受并且不能中和，便输出信号。BISS0001对信号处理后将台灯打开，对于公共地方的过道等敏感地区安上后照明更方便。光敏电阻在白天照射的光线很强时，它的阻值将减小，输出了低电平信号，14号引脚将断开，infare1的信号失效。光敏电阻在光线弱或光亮强度不高时，它的电阻值将增高，输出了低电平信号，14号引脚将导通，infare1检测到人体信号并输出信号，信号通过放大滤波电路、延迟电路。对信号进行处理，从2引脚输出。基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第9页。图3-2传感器组成电路3.2.2灯光电路组成基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第10页。灯光电路组成结构如图3-3所示。基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第10页。图3-3灯光电路组成在图3-3中的电路是由12个LED灯3个电阻和2个三极管构成的灯光控制电路。所以LED并联并且负极接地，正极与三极管Ｑ８的集电极相连，当输入端的LED输出电平为高时，Ｑ７导通并将Ｑ８的基极拉低，Ｑ８导通，电源与LED联通，LED就发光，当输入端的LED输出电平为低时，Q7截止，以至于Q8的基极电阻拉高，Q8截止，电源与LED不导通，LED熄灭。当输入端的LED输出电平变化快时，LED的亮度就控制PWM的占空比来进行。3.2.3数码管电路基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第11页。本设计采用了8段数码管给台灯进行定时，通过设置时间来让使用者进行定时学习不至于学习太久而伤害双眼，从而保护视力。电路在单片机控制下用按键来进行设置，可以按照自己的意愿去设置时间，时间将在电路中进行显示，但是只能显示分钟和秒数。本产品中采用共阴极方式的元器件。想要显示什么数字就接通相应的段数使其导通就能使其发光。数码管电路如图3-4所示。基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第11页。图3-4数码管电路4传感器传感器是每个智能化产品中必不可少的器件，没有传感器本产品的各种功能便不能实现，因为需要传感器来收集各种对象、环境的信息来有效的进行控制。4.1感应人体信号传感器的原理及特性基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第12页。传感器是通过我们人体所散发的特殊信号即10um的红外线，我们只需要有特定的传感器就可以去发现这种红外线。在传感器接受到人体的特殊信号后，其中的电子元件将输出电荷，并对电荷进行加工处理后得到一个控制信号。传感器是两个探头串、并连组装的，探头只对人体信号有所反应。人体信号被传感器表面的镜面收集，被其中的电子元件得到，但得到了不同的信号不能中和，所以信号便输出了。为了增强敏感性并降低白光干扰，通常在探头的辐射照面覆盖有特殊的螺纹透镜，螺纹透镜根据性能要求不同，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；传感器的光谱范围为1～10μm，中心为6μm，均处于红外波段，是由装在TO－5型金属外壳上的硅窗，并在它的光学特性下所决定；热释电红外传感器不但适用于防盗报警场所，亦适于对人体伤害极为严重的高压电及X射线、γ射线工业无损检测。基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第12页。4.2感应人体信号传感器的特点人体信号感应传感器有许多的优点，它消耗的电量不高，能够一直工作。它也没有各种辐射信号，一般的检测是检测不到它的，所以被大量的用来监控安全。但是也容易被干扰其中就有热源、光源、射频辐射，不能够穿透障碍物。如果人体信号被各种障碍物遮挡和人体温度与空中的温度相同时，传感器便不容易接受到信号更有可能接受不到信号。所以安装传感器是要选好位置以便更好的接受信号。同时传感器对人体的走动方向也有所反应，当人径直走向传感器和横向走过传感器的灵敏度是不同的后者更加灵敏，所以安装位置也要符合灵敏度高的位置进行安装。4.3距离感应传感器本设计添加了一个用来检测人体与台灯的距离传感器。它是用光电元件来进行距离的检测，相比其他传感器它可以更好检测距离、对人体反应高、不用触摸等优点，生活运用广泛，样式多变。基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第13页。实现光电转换的关键元件就是光电传感器，它将红外、可见及紫外光辐射转变成为电信号的器件。传感器的转换元件就是光电器件。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。并且优点有许多如果在对射型中保留10m以上的检测距离，便能实现其他检测手段(磁性、超声波等)无法实现的检测；由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不想接近传感器等将检测物体限定在金属材质上，光电传感可对玻璃、塑料、木材、液体等几乎所有物体进行检测；光的速度很快，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短；能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测；可以无需机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。测距模块电路图如图4-1所示。基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第13页。图4-1测距模块电路图5产品代码设计5.1程序代码运行结构程序运行结构框图如图5-1所示。开始开始系统初始化进入while循环调用按键和显示函数结束基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第14页。基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第14页。图5-1程序运行结构框图5.2产品功能代码产品设计将台灯用按键分成手动和自动模式。当产品开机后默认为手动模式，初始灯光亮度为50%，想进行光亮调节则用3与4号按键进行调节，2号键则进行时间设置。1号按键用来进行模式间的切换。它的几大功能有红外线测距、人体感应、设置时间、改变灯光明暗功能。1.当按下自动模式后人体感应发光代码： if(flag_auto==0) //自动模式时 { if(flag_rsd==1) //且有人在范围内时 { for(b=0;b<49;b++) //将空数组tt[]内数值整体左移一位 { tt[b]=tt[b+1]; //将数组中的后一位赋值给前一位 } tt[49]=ADC0809(); //对数组赋值ADC0809中的值 for(c=0;c<50;c++) //将tt[]内数值相加 { lum_all=lum_all+tt[c]; } lum_mean=lum_all/50;//将总数/50取出平均值 if(lum_mean<=30)scale=1;//判断平均值小于30发光强度0% elseif(lum_mean>=150)scale=41;//大于150发光强度100% elsescale=((lum_mean-30)/3)+1; //将其计算得到发光强度 } else scale=1; //没有人在范围内时将灯光亮度调至0% }2.人体测距功能代码： if(jiejin==0&&flag_jiejin==1)//接近传感器检测到障碍时开启报警 {基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第15页。 buzz=0;基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第15页。 flag_jiejin=0; } if(jiejin!=flag_jiejin) //接近传感器检测不到障碍时关闭报警 { buzz=1; flag_jiejin=1; }3.改变灯光明暗功能代码： if(flag_set==0) //手动模式下 { if(add==0) //加键按下 { delay(10); if(add==0) { scale++; //灯光比例++ if(scale>=41) scale=41; display(); } } if(sub==0) //减键按下时 { delay(10); if(sub==0) { scale--; //灯光比例-- if(scale>1) scale=1; display(); } } }4.设置时间功能代码：基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第16页。if(flag_set==1)//按键只有在设置状态（flag_set!=0）时按下才有效基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第16页。 { //调分时 if(add==0) //加按键按下时 { delay(10); if(add==0) { buzz=0; min++; //分++ if(min>=60) min=0; } while(!add)display();buzz=1; } if(sub==0) //减按键按下时 { delay(10); if(sub==0) { buzz=0; min--; //分-- if(min>0) min=59; } while(!sub)display();buzz=1; } } if(flag_set==2) { //调秒时 if(add==0) //加键按下 { delay(10); if(add==0) {基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第17页。 buzz=0;基于单片机的智能台灯的设计与实现全文共18页，当前为第17页。 sec++; //秒++ if(sec>=60) sec=0; } while(!