电子信息工程-自适应声光智能楼道灯控制器的设计研究

]。此外，为了确保管理与操作系统的便利，系统在现实光照闽值时，通过时通过对数码管的利用来实现的。在这种情况下，上位机能否稳定而正常的运转在很大程度上就决定着该系统的整体效用。因此，在选择元器件与设计电路时，要注重对抗干扰以及电磁兼容等相关问题的考量。对于工作人员而言，其对整个系统的管理都是由上位机来实现的，为了操作便利，要科学布局PCB，这样安装也会更加便利。具体来看，上位机主要由以下几部分组成：单片机，无线传输、复位、按键与电源等众多电路系统，数码管等等。上位机的组成框图如图2-1所示。图2-1上位机组成框图

2.1.1上位机的MCU电路在该系统中，设计上位机时，在微处理器上选用的是AT89S52，其生产方是ATMEL公司。具体来看，该处理器在外围上采用的电路基本情况如下：从外部晶体振荡器来看，其一般是用XTAL1与XTAL2来分别作为输入及输出的管脚，同样都要与十一点零五九二兆赫的晶振进行连接，这时的电容通常都是以三十皮法作为选值，等等。这样会使得设计出来的系统在工作上的频率更为稳定，能最大可能的去避免干扰。而在复位上采用的则是自动上电复位，并串联电容与串联电阻。具体电路可见下图2-2所示。图2-2上控芯片的外围电路原理图2.1.2上位机的电源电路在该系统中，上位机的电源主要有两种，其一是3.3伏特，其二是4.5到5伏特。其中，大多数元件使用的都是第二种电源，仅有无线通信使用的是第一种电源。第二种电源是直接来自于电源适配器，但从其实际运用来看，也可以使用整流器与变压器。而从第一种电源来看，其主要是通过LM1117中的电源芯片来实现电源从5伏特向3.3伏特的转变。为了方便实验，该系统采用了单刀双掷形式的电源开关，从而能在电池与电源适配器上进行选择。在系统正常用电时，会点亮LEWD进行指示。上位机的电源电路如下图2-3所示。图2-3上位机电源电路原理图2.1.3上位机的无线通信电路在此系统中，无线通信在上、下位机中主要作用就是进行通信。通过相应的研究，最终在数据传输上选择了无线电，在控制指令以及光照信息等的传输上选择了无线传输模块，并确定其兆赫为四百三十三。而受其设计难度以及成本等因素的影响，在该系统中的无线通信上，直接选择了AYNRF905。在该模块中，起着主要作用的是集成芯片NRF905。该芯片在ISM频段上开展作业，其工作采用的是多通道模式，能迅速切换通道。从其硬件来看，它能够自动进行一定的编码工作，利用SPI接口，它能够和处理器交换数据。这样设计出的无线通信电路能极大的减少功耗，且只需要一些简单的外围器件。2.1.4数码管显示电路为了确保工作人员在对系统进行管理与操作时更为便利，在该系统中，针对上位机，将数码管显示电路加入了其中。这主要是为了将系统此时在光照上的闰值显示出来，这样工作人员就能够极为方便的对该值进行调节，并用数码管来进行显示。在该系统中，其在设计显示屏时选择了LCD1602。具体来看，其电路原理可见下图2-4。图2-4显示电路在此系统中，下位机的功能就是探测及执行等相关任务的完成就是其主要职责。其具体运行情况如下：下位机要先针对相应空间中的人体信息进行探测，若存在人体，就接着进行光照等相关信息的探测，并利用AD将以上信息向数字量转变。之后下位机就要利用无线通信模块将相关数字量传递到上位机，上位机则负责处理并将相关指令传达给下位机，下位机则利用继电器来实现对相应命令的执行。要尤为关注的是，在进行实际安装时，一般要在楼道的日光灯周围安装下位机。还要科学布局PCB,确保相关信息探测装置的真实性与准确性，这样的话可以为工作人员在进行一系列的安装、检查以及维修提供便捷。具体情况，下位机的构成见下图2-5。图2-5下位机组成框图2.2.1电源电路模块在电源转换上主要使用的是MAX610，按照系统所需标准，该芯片在电源上实现了二百二十伏特交流电向五伏特直流电的转换。其原理图如图8所示。其中输出电压范围是1.3V-9V,可以由R3和R4调节。图2-6电源转换电路2.2.2红外热释电模块在设计传感器是，该系统选择的是红外热释。其在相关工作中涉及到以下原理：一般情况下，人的体温都是三十七摄氏度左右，其产生的红外射线大多是以十微米的波长为主，而当楼道中有人存在时，红外辐射就会产生变化，与此同时，热释元器件就会随之产生相应的反应，将电荷对外释放，这就会引起电荷量的变动，导致一定伏特的电压产生，这就代表该区域中有人进入。甚至通过对电压大小的衡量还能大致了解人员的数量。在此次设计过程中，红外传感是选择了高端双元设计的LHI968，其内部串联着两个热释电元件，并且电极化正好是相反的。该芯片设计了相应的报警以及抗干扰等保护功能。此外，受其附着的相关元件等的影响，该芯片拥有极高的性能与较低的噪音，因此被普遍的使用，尤其是在环境监控以及火灾预警等有着普遍的应用。针对信号处理，该系统选用了BISS0001，其拥有较高的性能，使用较为普遍。该芯片在进行静态工作时只需要消耗较小的电流，对电路应用的要求也不高，且较为便宜。当前情况下，该芯片有着广泛的应用领域，尤其是在自控、工控以及安防等上，其应用极为普遍。BISS0001的工作原理：其主要由五个部分组成，一是电压比较器，二是运算放大器，三是时间封锁定时器，四是时间延迟定时器，五十状态控制器。以该芯片为主体，该系统设计除了相应的热释电模块，其具体设计原理可见下图10。为了确保其灵敏度能及时调整，还将可变电阻加入了该模块中。2.2.3光探测模块在下位机中，为了顺利实现光照信息向数字量的转变，光探测模块的设计必不可少。在光照环境不同时，光敏电阻产生的电阻值也不一样，该设计就充分利用了这一点。其原理具体可见下图2-7。图2-7光探测模块原理图2.2.4继电器模块在该设计中，开关灯的完成至关重要。为此，下位机还要对继电器模块进行相应的设计。其主要职责就是在单片机发出相应的命令后，实现对电灯电源的断开或闭合。在该系统中，其在继电器上选用的是SRD-12VDC-SL-C。具体来看，其原理可见下图2-8。图2-8继电器模块原理图当下位机确定开灯处理后，单片机就要把对应的信号传达出去，然后使得三极管导通，亮起红灯，再用继电器将电源连接通，就能打开电灯。当下位机确定关灯处理后，单片机同样要把对应的信号传达出去，然后截止三极管，断开继电器，就能关闭电灯。其中发光二极管起到指示作用。而对继电器进行相应布线布局时，针对区域电流过强，要重视对线的加宽，保证安全。

3.1.1下位机工作流程下位机的工作流程如图3-1所示。图3-1下位机工作流程图由上图可知，启动下位机后，系统会进入初始化，在这个时候，下位机主要负责无线传输模块的打开，使之进入接收状态。而在完成初始化后，下位机就开始负责对无线电波进行检测，如果传来的无线电波有对应区域，则执行电灯的开关指令；如果无对应区域，则开始对人体信息进行检测。同样要进行相应的判断，若对应区域不存在人体，下位机就要基础等待；若对应区域存在人体，下位机既要对其相应的光照信息进行检测，然后则利用无线传输模块将光照以及地址等信息传到上位机处。3.1.2上位机工作流程上位机在整个系统主要负责对上位机传到的关于光照与地址等的信息进行收集与处理，并将处理结构向下位机传达，要求其执行。从硬件的层面来看，上位机主要由无线传输、数字显示以及按键等组成。除了对硬件电路有着一定的稳定性要求外，其对软件更有着精确性的要求。具体来说，上位计算机的相关过程可以在下面的图15中看到。启动主机后，系统将初始化。初始化后，工作人员将使用按键调整照明阈值并用数码管显示。之后则利用无线电波对下位机进行唤醒，并监控无线信号以及对相关数据进行收集与判断，最终以一定的时序为标准将相关指令与地址传达给下位机。为了不产生数据混乱，上下位机一般轮询进行通信。虽然这样会导致系统降低时效性，但能确保其管理的有效性。在整个系统中，无线传输模块主要负责上下位机间的连接。对于下位机而言，利用无线传输，其能够顺利向上位机传递光照以及地址等相关信息；对于上位机而言，利用无线传输，其能够顺利向下位机传达指令以及地址等相关信息。因此，其对系统是必不可少的。在使用AYNRF905之前需对其进行配置。而这就突显出SPI接口的作用了。在该系统中，其选用的处理器并不具备SPI接口，故要对其时序进行模拟。具体来看，其涉及到三个步骤，其一是MISO将相关数据准备好，其发送由由无线通信模块负责；其二是将SCK置高，主机则负责将线上数据读走；其三是将SCK置低，等待接收下组数据。要实现对数据的读取，该步骤要经过八次循环。voidCOM(void){uchari;for(i=0;i<8;i++) { U8FLAG=2; while((!DATA)&&U8FLAG++); Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); U8temp=0;if(DATA)U8temp=1; U8FLAG=2; while((DATA)&&U8FLAG++); //超时则跳出for循环 if(U8FLAG==1)break; //判断数据位是0还是1 //如果高电平高过预定0高电平值则数据位为1 U8comdata<<=1; U8comdata|=U8temp;//0}//rof}上图显示的是SPI接口的写函数，具体来看，其涉及到三个步骤，其一是MISO将相关数据准备好；其二是将SCK置高，器件则负责将线上数据读走；其三是将SCK置低，等待对下组数据进行发送。要实现对数据的发送，该步骤要经过八次循环。在设置AYRF905时，先要对配置字进行定义，之后则利用SPI接口向AY-RF905发送这些配置字。AYRF905设置完成后，就要利用其开展通信，但还要线对发送或接收模式进行设置，之后要将相应程序写出。无线模块要在数据发送上完成相关工作需要六个步骤，其一是利用SPI接口将要发送的数据写入模块；切实将相关数据包写入寄存器；其三是延时;其四是利用SPI写入地址信息；其五是利用循环将相应信息写入；其六是对数据进行发送。在该系统中，主要是通过数码管来对光照阈值进行显示。该电路结构主要由两部分构成，其一是锁存器，其二是共阳极的四个数码管。一般情况下，其显示都是以静态为主。该显示过程的完成主要需要以下过程：第一，在WE打开后，将控制信号输入其中；第二，在DU打开后，将要显示的信号的输入其中。硬件电路参见图1。在该系统中，其光探测模块主要是通过光敏电阻与ADC0804来发挥其作用的。最终实现了光照信息向模拟量再向数字量的转变。这个过程的完成需要两个步骤：第一步是打开ADC0804；第二步是在转换之后用P2读取相关数据并将其发送到主机。

在该系统中，可以独立研制软件与硬件。软件调试可在完成硬件前，调试硬件也可不需要软件的完整，但其调试环境有着一定的要求。在完成分调，联调也是极有必要的，还要重视相关问题的寻找、故障源的判断以及软硬件的修改。在实际调试系统时，要先静态调试硬件，同时初步调试软件，然后再动态调试软硬件，这样才能正常运转系统。静态调试:在搭建好电路后，认真进行检查，检查内容主要如下：①连接有无错误，可不可靠；②开路与短路的地方合不合理；③焊接牢不牢固；④电源正反极是否正确，电压是否合理；⑤芯片的插入是否方向正确。软件调试:在编制好软件相关程序后，要汇编源程序，并及时改正其错误。利用相关开发模拟系统调试相关程序，从而完成应用软件开发的全过程。在调试中，在相应窗口会显示相关状态，要对其进行实时跟踪，确保其运行正确。动态调试:在控制系统中，软硬件关系密切，但针对软件的开发模拟系统无法诊断硬件，因此，还应该联调硬件，并检查与诊断软硬件。在线调试整个系统时，要利用仿真工具诊断并调试软硬件相关电路。一般来看，调试系统的相关工作极为复杂而繁琐，因此，其整个过程都必须细心而谨慎的对相关问题进行检查与解决，从而确保正常运行系统。具体来看，该过程中可能出现的相关问题及其分析如下：问题1:在供电电路上，稳压器过于发热。分析及解决方法：调压器温度过高的原因之一是由于12伏变压器整流滤波器的影响，调压器输入电压较高，导致电压降较大。为此，将变压器换成九伏特的，将二极管串入稳压器前，并将散热片增大。问题2:传感器应该将高电平输出时，电压却没有达到高标准。分析解决:这时会导致单片机在判断上的错误，无法对信号进行正确采集，为此，要将上拉电阻加在传感器的输出端。问题3:楼道有人存在时，如果十秒中都未进行任何活动，传感器就无法输出信号，这时要怎样对有人进行判断。分析解决:这要在设计软件时着手，在保持二到五分钟存在人的状态下进行信号的收集与处理。问题4:在电源开启后，时钟都是按照初始值开始显示计时。分析解决:硬件时钟所显示的时间是错误的。解决办法:一方面是充电电池没有充电功能;另一方面就是自检硬件时钟。

本论文设计了楼道智能控制灯电路，在制作控制中心时，该系统选择了51单片机；其检测是以红外传感器来实现的，通过发挥光敏三极管的作用，检测电路可以掌握楼道中光的相关情况；当用电正常时，红外能感知人员是否存在，从而对灯光进行控制，这样就能达到用电减少的目的。社会在不断的发展与进步，然而在很多小城镇楼道灯还没有普及，要么就是传统的开关灯，这样会给夜晚出行的人带来极大的不方便。我知道自己的能力有限，在设计的楼道灯中工作性能还需不断改进，但还是希望自己设计的这款智能化楼道灯能真正的为民所用。我也会不断的改进与完善。相信在不久的将来能研究出更加节约电能且效果更好更方便的楼道灯。[1]I.G.Pritulenko,T.V.Yukhnevich,V.B.Voloshinov.Controloflaserpointerradiationbymeansoftunableacousto-opticfilter[J].AppliedAcoustics,2016,02.112.[2]魏玉芸,张志伟,张文静,朱祥.48级灰度线性声光调制驱动源研究[J].电子器件,2017,01:77-81.[3]M.G.Milkov,V.B.Voloshinov,L.I.Isaenko,V.N.Vedenyapin.AnExperimentalStudyofUltra-Wide-BandandUltra-Wide-ApertureNon-CollinearAcousto-OpticDiffractioninanOpticallyBiaxialPotassiumArsenateTitanylCrystal[J].MoscowUniversityPhysicsBulletin,2018,73(1)：45-46.[4]靳刚,温馨,杨保东,何军,王军民.采用声光频移器反馈控制实现激光强度稳定[J].中国光学,2014,02:234-239.[5]高天学,王志斌,王玉江.双路宽光谱近红外声光可调谐滤光器驱动系统设计[J].兵器装备工程学报,2017,06:146-150.[6]S.N.Mantsevich,T.V.Yukhnevich,V.B.Voloshinov.Examinationofthetemperatureinfluenceontheacousto-opticfiltersperformance[J].OpticsandSpectroscopy,2017,122(4):45-46.[7]金赛赛,胡清.太阳能做蓄电池的LED声光控楼道灯设计[J].轻工科技,2013,29(04):59-60.[8]赵瑞林,赵妮娜.电工电子技术在声光双控开关设计中的应用[J].电子设计工程,2013,21(12):155-157.[9]杨兆飞.声光控制楼道灯的改进[J].伺服控制,2013(08):59-61.[10]公维余.声光控制延时开关电路系统设计[J].电子世界,2016,13:197-198.[11]黄俊霖.现代电子技术在灯光控制中的应用探讨[J].科技创新与应用,2017(06):286.[12]刘典文,庄传友.基于MSP430控制的智能声光控灯头电路设计[J].现代建筑电气,2013,4(10):49-51.[13]黄仕凰,李晨旭,高苗,邵晓鹏,史学舜,刘玉龙,刘长明,赵坤,陈海东.面向光学器件透反射率测量的声光调制型激光功率稳定系统设计[J].中国光学,2012,02:263-269.[14]白乐乐,温馨,杨煜林,刘金玉,何军,王军民.基于声光频移器反馈控制的397.5nm紫外激光功率稳定研究[J].中国激光,2018,10:52-58.[15]高苗,邵晓鹏,王琳,史学舜,孙昊洋,丁钟奎,孙华梁,张彦杰,刘玉龙.基于声光调制的中波红外激光功率稳定系统[J].红外与激光工程,2015,7:1975-1979.[16]VoloshinovVitaly,PolikarpovaNataliya,IvanovaPolina,KhorkinVladimir.Acousto-opticcontrolofinternalacousticreflectionintelluriumdioxidecrystalincaseofstrongelasticenergywalkoff[Invited].[J].Appliedoptics,2018,57(10)：46-47.[17]谭敬,陈行,徐静,徐啸,孙力军.一种基于声光开关的小型化高速脉冲单选器设计[J].半导体光电,2018,02:189-191.[18]赵应艳.声光控延时开关的制作[J].电子制作,20