【基于单片机的声光控制灯的设计6800字（论文）】

基于单片机的声光控制灯的设计目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 1第1章绪论 31.1应用背景 31.2发展前景 3第2章系统硬件设计 42.1系统结构 42.2系统原理 42.3单片机最小系统 52.3.1单片机 52.3.2晶振电路 62.4光检测模块 72.4.1光敏电阻 72.4.2光检测模块原理 72.5声音检测模块 82.5.1驻极体话筒 82.5.2声检测模块原理 82.6延时电路 92.6.1按键电路 92.6.2显示电路 10第3章系统软件设计 113.1程序设计 113.2按键扫描子程序 113.3显示程序 133.4延时程序 133.5AD转换模块程序 13第4章仿真与调试 174.1仿真过程 174.2光检测模块 174.3声音检测模块 174.4运行结果 18第5章结论 20参考文献 21PAGE\*ArabicPAGE\*Arabic31摘要科技在生活中的应用，使得人们的生活也变得越来越智能化，智能化的声光控制灯也随之产生。声光控制灯与传统的灯不同，不再需要手动开关，不仅节约了电力能源，还减少了人工成本。本设计主要是通过运用声音传感器和光传感器将传统的灯变成能够智能感应声音以及光来判断灯的亮与灭。系统先通过光感应模块智能判断光线的强弱。若是白天，光强比较强，无论是否有声音，控制灯都不会亮。而当晚上时，系统的光检测模块就会通过感知光信号从而转换成电信号，数码显示屏点亮，但是不进行倒计时。再通过声感应模块智能的判断，当有声音时，控制灯就会自动打开，数码管上的延时时间开始倒计时。当一段时间未感应到声音信号时，系统复位，控制灯就会自动熄灭。当再次感应到相应信号时，控制灯点亮。关键词：声传感器；光传感器；节能；数码管第1章绪论1.1应用背景从远古时期，古人用篝火照明，到清朝末期煤油灯的出现，再到爱迪生白炽灯的发明，照明设备的发展经历了很长的过程。在照明技术的发展过程中，新技术、新材料在照明设备中的应用越来越多，使得照明设备变得越来越智能化。灯光要仅仅满足人们的照明需要，它还要满足人们对于美的追求[1]。不仅仅如此，还要做到更大程度化的给人们的生活提供方便。在这样的变化之下，市场必定要做出相应的改变，制作出更高质量的产品来满足人类更高的要求。提高照明设备的档次与质量。这样就需要人们加深对照明设计的研究，尽最大的可能满足人们的要求。但是面对世界资源的严重短缺，环保、节能已经成为如今各个行业发展的重心，特别是对于照明设备行业，更应该着重开发一些节能、环保的灯具[2]。1.2发展前景新中国建立以来，国家各个行业都得到了发展。与此同时，照明设备行业也得到了发展，我国已经从原本的照明设备发展落后的国家发展为电光源产品的输出国大国。科技的发展，照明设备中新科技的应用不断增多。智能化的声光控制灯被人们所研制出来。声光控制灯在外形上相对于传统的照明设备变得更加美观，体积也变得更加的小巧；在制作过程上，相对于传统的照明设备也变得更容易；在可靠性方面，声光控制灯在使用的过程中更加的可靠；使用寿命也变得更长；在安全性能方面也比传统的照明灯要好[3]。基于以上优势，声光控制灯在日常生活中的应用也变得更加广泛，不仅仅使用在大型的公共场合，在居民的楼道、学校的走廊，甚至是家用的卫生间都有使用[4]。虽然声光控制灯的相关技术已经达到了一个很高的水平，但是我们国家现有的照明灯光的生产工艺、设备、材料以及新技能的开发方面还有待提高。这就需要我们不断的提高我们的相关技术，努力成为世界照明产品生产大国。

第2章系统硬件设计2.1系统结构本系统的整体电路是由很多个模块组成，各个模块通过单片机完成相关的工作，从而完成系统的功能。系统通过单片机芯片结合显示模块、声音传感模块、光感应模块、延时模块、最小系统模块等来实现对照明设备的声光控制。当光线比较弱时，系统电路中的光检测模块会传输给单片机一个信号，电路进行声音检测。当系统感应声音信号时，声音检测系统传输给单片机一个低电平信号，声光控制灯点亮，一段时间后控制灯熄灭。当系统检测到的光强比较强时，不进行光检测与声音检测。当声光控制灯点亮时，系统的延时模块通过单片机的内部定时器来设置定时时间就会进入倒计时状态，显示模块显示延时时间和倒计时，也可以通过按键电路对延时时间进行调节。其结构图如图1所示：AT89C51时间显示模块AT89C51时间显示模块晶振电路晶振电路复位电路光检测模块复位电路光检测模块信号检测模块信号检测模块延时电路延时电路控制电路控制电路图1系统结构图2.2系统原理当把系统的各个模块都设计完成时，本设计的整体原理图就大致完成了。根据系统各个模块的不同功能，连接成相应的电路图，以此来实现系统的相应的功能，系统原理图如下图2所示：图2系统原理图2.3单片机最小系统在系统的硬件设计中，单片机最小系统至关重要，它是由电源模块、时钟模块、复位模块组成的[5]。2.3.1单片机本设计所用到的单片机为AT89C51，它将检测到的声音信号和光信号进行处理，然后传出给灯光控制模块，从而控制整个电路的运行。其引脚排列图如图3所示。图3单片机引脚图其引脚功能为[6]：P0.0~P0.7：I/O端口，在连接电路时做I/O使用时，需要上拉电阻。P1.0~P1.7：在本系统中连接按键电路，设置延时时间。P2.0~P2.7：内部有上拉电阻。引脚9(RES)：连接复位电路。P3.4（T0）、P3.5（T1）：连接时钟电路。P3.6（WR）、P3.7（RD）：低电平有效。2.3.2晶振电路图4中的晶振电路就是时钟源信号输出电路，将晶振X1与两个电容C1、C2并联，再连接到主控芯片（AT89C51）的19引脚、18引脚[7]。对于单片机来说，晶振的输入频率是1.2~12MHz。图4晶振电路晶振电路的作用就是给予芯片一个启动的来源，当然芯片内部也有晶振单元，不过内部的晶振单元没有外部的晶振单元校正的好，同时晶振分为有源和无源两种，有源的相对于无源的来说校准比较好。

2.3.3复位电路

复位电路的作用是让单片机在开始工作前有一个确定的初始状态，它的工作原理就像计算器的清零键。本设计中的复位电路选用VCC电压进行供电，如图5系统能够保持正常工作，其中按键的作用主要是手动的作用，进行手动复位，按键按下，电容短路，单片机复位成功。此时AT89C51单片机将实现内部程序的复位运行。图5复位电路2.4光检测模块2.4.1光敏电阻光敏电阻的阻值大小会受到光线的影响，制成它的材料为光电材料，我们常见的光电材料有硫化镉[8]。光敏电阻的结构为：在下方有一层绝缘的陶瓷极板，在极板上涂抹一层半导体光敏层，在光敏层上面覆盖上金属电极，通过增加它的效果金属电极做成S形增大它们的反应面积，在最外面用透明的外壳封装，起到防潮保护的作用。当外界有光线时，内部的电子就会发生跃迁，就会形成自由的电子，与此同时也会产生空穴，在受到光照的情况下，电阻会减小[9]。其结构如图6所示。图6光敏电阻结构图2.4.2光检测模块原理光检测模块起主要作用的是光敏电阻。当光强比较强时，那么电路就不工作。当外界光强比较强时，电压比较器（LM393）的反向输入端为高电平，同相输入端为低电平，输出一个低电平信号，信号经过反相器将高电平信号传输给单片机[10]。系统不进行声音检测，声光控制灯不亮。当光线比较弱或者是没有时，电压比较器（LM393）各个端口的电压则与有光时相反，单片机收到一个低电平信号，系统进行声音检测。设计图如图7所示：图7光检测模块2.5声音检测模块2.5.1驻极体话筒驻极体也被称为拾音器，传声器。手机的麦克风，演讲时用的话筒，还有各种录音设备都有应用。其在电路中的主要作用是将声信号转变为单片机所能识别的电平信号。它可以分为电动式、电容式两类[11]。其中电动式话筒的灵敏度更高。声传感器简单的来说就是将系统电路中所收到的声信号转化成电信号，在本系统电路中驻极体话筒就作为系统中声音感应模块中所需要的声音传感器。2.5.2声检测模块原理系统的这一模块主要是感知所收到的声音，实现整个系统电路中这一模块的主要元件是驻极体话筒（BUZ1），这一元件在系统电路中的作用是将声信号转换成电压值。当系统检测到声音时，驻极体会输出一个电压值，但是这个电压值又比较小，不容易被识别，系统就增加了运算放大器元件（LM324），元件对输出的电压值放大，再经过数模转换传送到单片机，单片机再对转换值进行对比[12]。当高于预设值时，声光控制灯点亮。其中运算放大器可以通过改变其电阻阻值来改变放大倍数。图8声检测模块2.6延时电路本系统的电路设计中，延时模块包括按键模块和数码管显示两部分。本模块主要是为了控制声光控制灯在点亮一段时间后能够自动熄灭[13]。2.6.1按键电路按键控制电路图9所示，在按键电路中，通过三个按键可以手动的调节声光控制灯点亮之后的持续时间。当按下按键S1时，电路的延时时间就会设置为10秒，当按下按键S2时，电路的延时时间就会设置为20秒。当按下按键S3时，电路的延时时间就会设置为30秒[13]。图9按键电路2.6.2显示电路本设计的显示电路用到的是共阴极数码管，通过观察数码管可以观察到延时的持续时间。当按下调节按键时，显示屏上会显示设置的延时时间。当声光控制灯开始工作时，显示屏上的延时时间就会开始倒计时，倒计时结束，声光控制灯熄灭。显示电路图如图10所示：图10显示电路在显示电路中，数码管为共阴极的两位显示管，其引脚a、b、c、d、e、f、g只有在接高电平的情况下才能正常的工作。

第3章系统软件设计本设计软件部分用到的是使用频率比较高的C语言，作为一种计算机语言，它的语言比较简单，容易被理解。当程序出现错误时，也能够比较容易发现其中的错误。3.1程序设计当系统在自动控制的情况下，系统上电后，系统开始进行复位，开始运行程序，进入光检测模块。当光强减弱到一定值时，则继电器进入工作模式，如果检测到声音，系统的声检测模块将其转换成电信号，声光控制灯进入照明状态，当一段时间后，声光控制灯就会自动的熄灭。流程图如图11所示：3.2按键扫描子程序在按键模块中，通过按键S1、S2、S3来手动的调节延时时间，其中按键链接单片机的P1端口。软件设计按键扫描程序，来实现调节时间的功能，通过单片机对按键进行控制。其程序代码如下：voidkey(){if(keyone1==0){delay(5);//进行延时操作，进而控制按键if(keyone1==0){temp=10;//当按下按键S1时，延时时间变为10秒}}if(keytwo2==0){temp=20;//当按下按键S2时，延时时间变为20秒}}if(keythree3==0){delay(5);if(keythree3==0){temp=30//当按下按键S3时，延时时间变为30秒}}}开始开始初始化初始化强强光线强弱光线强弱弱弱采集声音信号采集声音信号否否是否有声是否有声音是是开灯开灯否延时时间是否到达到否延时时间是否到达到达是是关灯关灯结束结束图11系统流程图3.3显示程序系统中设置了按键调节模块，数码管可以显示按键所调节的延时时长。当灯光控制灯点亮时，数码管上的数字进行倒计时。voiddisplayxianshiokuai(uchar;si,ucharg){P2=0xfe;//先对单片机的端口电平进行设定，以此控制时间P0=table[si];delay(5);//进行相应的延时操作P2=0xfd;P0=table[g];delay(5);P2=0xfc;}3.4延时程序在本设计的系统的软件设计中设计了一个延时程序，来保证电路中延时模块的正常运行，其程序代码为：voiddelay(uinta){uinta,b;for(a=z;a>0;a--)for(b=120;b>0;b--);}3.5AD转换模块程序系统检测到的光强比较弱时，单片机传输给数模转换模块一个低电平信号，AD转换模块进行工作，系统进行声音检测，声检测模块将检测到的声音信号传输到数模转换模块中进行转换，传输给单片机所能识别的模拟信号。ucharadczhuanhuanmokuai(unsignedcharh){uchari=0;首先要对用到的变量进行定义ucharj;uinttt1=0;uchartt2=0;if(h==0)h=2;if(h==1)h=3;adDI=1;//在转换之前要先设置端口的电平信号，只有DI端口的电平为1时，才后开始进行真正的转换_nop_();_nop_();adCS=0;//将CS端置为低电平_nop_();_nop_();adCLK=1;//将CLK端处于高电平_nop_();_nop_();adCLK=0;//将CLK端置为低电平_nop_();_nop_();adCLK=1;//将CLK端置为高电平adDI=h&0x1;_nop_();_nop_();adCLK=0;//将CLK端置为低电平_nop_();_nop_();adCLK=1;//将CLK端置为高电平adDI=(h>>1)&0x1;_nop_();_nop_();adCLK=0;//将CLK端置为低电平adDI=1;_nop_();_nop_();tt1=0;for(i=0;i<8;i++){t1|=adDO;adCLK=1;_nop_();_nop_();adCLK=0;//形成了一次时钟脉冲_nop_();_nop_();dat1<<=1;if(i==7)tt1|=adDO;}for(i=0;i<8;i++){j=0;j=j|adDO;//收数据adCLK=1;_nop_();_nop_();adCLK=0;//形成一次时钟脉冲_nop_();_nop_();j=j<<7;tt2=tt2|j;if(i<7)tt2>>=1;}adCS=1;//将CS端置为高电平adCLK=0;//将CLK端置为低电平adDO=1;//恢复初始状态tt1<<=8;tt1|=tt2;}

第4章仿真与调试4.1仿真过程在基于单片机的过路灯的硬件和软件设计完成后，论文采用仿真工具Proteus对所设计的电路进行仿真，打开仿真软件，建立新的项目，选择相应的元器件，将选择好的元件连接成相应的电路，在此过程中保证电路的正确连接，保证设计的系统电路按照设计预想运行，实现控制灯的基本功能。当连接好电路原理图时，将在编译软件中生成的.hex文件导入单片机中，进行仿真[14]，当系统正常的运行时说明实验成功。4.2光检测模块在仿真过程中出现问题，光检测模块的LM393不能进行电路的仿真，所以要找具有相同功能的元器件进行代替，在真正的仿真实验中用LM324以及滑动变阻器组成的模块进行代替。以此来实现光检测模块的功能。实际仿真过程中光检测模块的仿真原理图如图12所示。图12声检测模块仿真图4.3声音检测模块由于仿真问题，利用电压源仿真放大后的电压。当滑动变阻器滑动时，电压源的电压发生变化，当电压大于2.4V时，声光控制灯的灯点亮，数码管就会进入倒计时状态，改正后的模块原理图如下图13所示：图13光检测模块仿真图其中数模转换模块将电压值进行转换，转换成单片机所能识别的信号，当检测光信号比较强时，此时数模转换模块的1引脚为高电平信号，不进行数模转换，当光纤比较弱时，数模转换模块开始工作，转换后的信号通过6引脚输给单片机。4.4运行结果当系统的光检测电路检测到的光信号比较强时，即RV1与R7提供的正向电压小于RV2与R8提供的反向电压，通过调节两个滑动变阻器的阻值对比较器正向电压和反向电压进行调控。系统没有检测到声音信号时，声光控制灯不工作。其仿真图如下图所示：图14光线强且无声音当系统的光检测电路检测到的光信号比较强时，并且系统检测到声音信号时，声光控制灯不工作。其仿真图如下图所示：图15光线强且有声音当系统的光检测电路检测到的光信号比较弱时，数码管显示屏点亮，保证在夜间黑暗的情况下的安全。系统进行声音检测。当系统没有检测到声音，即电压源代替的驻极体话筒显示的电压小于2.4V时，系统的声光控制灯不点亮。其仿真图如下：图16光线弱且无声音当系统的光检测电路检测到的光信号比较弱时，系统进行声音检测。当系统检测到声音信号，即电压源代替的驻极体话筒显示的电压大于2.4V时，系统的声光控制灯点亮。并且数码管上的数字进入倒计时状态。其仿真图16如下图所示：图17光线弱且有声音其中LED显示上的数字的倒计时可以通过按键手动调节，当按下按键S1，倒计时为10秒，按下S2，倒计时为20秒，按下S3倒计时变为30秒。当倒计时结束时，声光控制灯熄灭。

第5章结论本设计完成上述的所有过程就完成了，论文的题目是基于单片机的过路灯的设计，在设计时要求能够智能的识别声音和光。在系统运行过程中，电路的工作原理是系统光检测模块感应光强，光强强弱不同，对应的光敏电阻的阻值不相同，系统电路的光感应模块电路的电压也会有所不同。当光线比较强时，电压比较器给反相器收到一个低电平信号，反相器再把信号传输给单片机，系统不进行声音检测。但是在仿真过程中由于仿真的问题，用滑动变阻器改变电路中的电阻，当调节滑动变阻器时，运放传输一个信号传输给反相器，经过反相器后的信号再传输给单片机，单片机再进行判断是否进行声音检测。若进行声音检测，原理上用的为声音传感器即驻极体，系统检测到声音信号，数模转换模块（ADC0832）输入端电压发生变化，数模转换后的信号传入给单片机。当电压达到2.4V时，信号通过数模转换模块传输给单片机。但是在实际仿真中用电压源来代替驻极体话筒，当输出电压大于2.4V时，系统中的声光控制灯就会点亮，点亮后的系统将会进入延时电路模块，显示模块上所设置的倒计时时间进入倒计时状态，倒计时结束，灯自动熄灭。系统的倒计时时长可以通过按键模块中的按键进行调节。在本系统中也存在一些优点和不足：优点：本设计设计的电路系统比较简单，操作起来也比较简单，也比较容易实现其相应的功能，由于在设计中所用到的软件的体积都比较的小巧，所以如果制作成实体，其体积也会比较小，而且成本也比较低，这样就大大节约了制造成本，相对于传统的控制灯，这是一大进步。不足：系统实现的功能也比较的简单，只能够通过声音和光来智能的感应，测量的精度也有待提高。在设计中通过声音的检测和光检测来判断有没有人，但是，近年来科技发展迅速，热释电红外传感器应用最为广泛，不仅比声音检测更加精准，而且还能精准的判断出运动的生物和其他的生物。热释电传感器不仅仅可以运用到感应灯，还可以运用到防盗系统中[15]。所以在系统中如果加入人体感应模块，系统就会变得更智能。灵敏度也会得到相应的提高。

参考文献[1]\t"/kns8/defaultresult/knet"姚春鹏，\t"/kns8/defaultresult/knet"齐胜男，\t"/kns8/defaultresult/knet"许望远．\t"/kns8/defaultresult/_blank"一种基于单片机的夜用人体感应灯设计[J]．\t"/kns8/defaultresult/_blank"中国科技信息，2020，17(17)：37～39.[2]孙垂科，王博傲，曹琴雯．基于ZigBee的两阶段照明模式路灯组设计[J]．山西建筑，2021，47(10)：147～149.[3]潘洁红．声光控灯头开关存在的问题与解决办法[J]．电子世界，2019，03(27)：1～2．[4]\t"/kns8/defaultresult/knet"于海强．基于ZigBee技术的安全智能灯控系统的设计与实现[D]．