基于单片机语音控制路灯设计与制作

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目录

1产品功能分析.........................................................................................................1

2设计方案遴选.........................................................................................................1

2.1单片机的选择..............................................................................................1

2.2系统结构......................................................................................................2

2.3系统框图设计..............................................................................................2

3产品硬件设计.........................................................................................................2

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计.............................................................2

3.2声音采集电路的设计..................................................................................3

3.3光信号判断电路的设计..............................................................................4

3.4LM393电压比较器介绍..............................................................................5

3.5继电器驱动模块设计....................................................................................7

4产品软件设计.........................................................................................................7

4.1主程序流程图..............................................................................................8

4.2系统程序设计..............................................................................................9

4.3仿真..............................................................................................................9

5产品使用说明.......................................................................................................10

5.1产品装配图................................................................................................10

5.2产品调试....................................................................................................10

5.3产品使用说明............................................................................................11

6、产品设计技术标准...............................................................................................11

7参考资料.................................................................................................................11

附录1元器件清单...................................................................................................13

附录2电路原理图...................................................................................................14

附录3PCB设计图....................................................................................................15

附录4产品实物图...................................................................................................16

附录5主程序代码...................................................................................................17

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基于单片机的语音控制路灯设计与制作

1产品功能分析

节约是中华民族传统美德。声控灯具有显著的节能效果，它的制作简单，

反应迅速，是公共场所照明的首选。目前公共区域大量使用的普通手动的机械

式手动开关，由于各方各面的原因总是使灯光常亮从而导致资源的浪费，同时

因为频繁使用或其他原因开关损坏率大大增加，平白增加维修成本，因此我选

择设计一块制造简单，成本低廉，组装安全，方便维护，反应灵敏的语音控制

的灯光开关系统。该产品自动识别光照分辨是否为夜晚，白天则关闭，夜晚时

当有人路过发出声响则灯光亮起，一段时间路人走过则灯光熄灭。

2设计方案遴选

目前市场上大多数声控开关选择使用模拟电子设计，而模拟电子元件众多，

极易出现故障，而元件多排故成本高，维修麻烦，日用灯恰恰又是维系频繁的

器件。

单片机技术目前已经非常成熟，未来单片机的发展前景也十分优秀。

单片机优点：

（1）种类多，型号全；

（2）性价比高

（4）方便控制

（3）低消耗。

（5）C语言开发环境，友好的人机互交环境。

（6）使用寿命长；

（7）行速度越来越快；

（8）低噪声和高可靠性技术；

通过精心的电路设计和精心的软件开发，可以轻松地完成所需的功能，操

作简易，而且在操作中具有极高的安全性和可持续性，是一种高效的技术。

2.1单片机的选择

采用STC89C52RC作为基础，结合MCS-51作为支持，可实现更加高效、可

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靠、灵活、可靠、经济、可持续发展，其中包括4K字节的EPROM，可有效地满

足无需额外程序存储器的要求，从而实现更加精细、高效、经济的解决方案。

2.2系统结构

设计语音控制路灯时至少要考虑三个问题：

(1)灯泡开关的控制，因为是城市用电，电压为220v。

(2)系统应能分辨环境是否有光亮，有光时即使有声响也不能亮灯。

(3)声音控制，当符合条件时，有行人经过发出声响路灯能灵敏的做出亮

灯反应。

3产品硬件设计

由STC89C52RC芯片为核心的系统，其硬件部分由单片机主控器电路，声

音放大电路，光线采集电路，继电器驱动电路，按键电路，电压比较电路组成。

整个设计包括以下几个模块：

（1）声信号采集模块，该模块主要是负责声音信号的收集和处理声音信

号，并将其转换为电压信号，最终通过单片机进行处理。

（2）通过使用光信号采集模块，我们可以将光信号转换为可用于分析的

数据。在白天，该模块会将白天的数据转换为可用的数据，而在晚上，该模块

会将晚上的数据转换为可用的数据。

（3）采用先进的单片机技术，利用高精度的三极管技术，将继电器的线

圈精确地调节，从而实现对外界灯具的有效操作。

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计

因为控制、指示和报警电路都是基于单片机实现的，因此我们将它们结合

起来进行讨论。

STC89C52RC作为一款高性能的微控制器，它采用CPU、RAM、ROM、定时/

计数器、中断器、I/O接口电路等多个组成部分，构成一个完整的、高效率的、

可靠的、可扩展的、可靠的、可靠的、可扩展的的电子控制器。随着科学技术

的进步，单片机已经被越来越多的企业所采纳，它以其轻巧、廉宜、稳定、易

操作的优势，已经被广泛地应用到现代的电子技术与工业，尤其是智能仪器的

研究与使用，使得它的使用范围越来越大，也受到了越来越多的关注。通过将

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单片机应用于多种仪器、仪表，可以大大改善它们的智能化水平，极大地增强

了测量的准确率，加快了计算的处理过程，同时也大大减少了它们的硬件组成，

从而极大地降低了成本。

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，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。图3-1为单片机最

小系统。

图3-1单片机最小系统

3.2声音采集电路的设计

声传感器是一种用于检测声音的元件，它可以通过压电陶瓷片或驻极体话

筒来检测声音的振动并将其转换成电压或电流。

驻极体振动膜被认为是实现驻极体话筒的重要组成部分，这种材质的特殊

结构使得它能够将一面的热量传递到另一面，从而实现双重的功能。当这种材

质被加入到某个特定的容器内时，就可以将双重的功能实现。通过使用薄的绝

缘屏蔽衬圈将膜片和金属材料极板分隔，我们可以在蒸金膜和金属极板中间建

立一条电阻。这样一来，在膜片受到外界噪音的影响下，它的两侧会出现相应

的电场，导致出现不断的交流电压。由于驻极体膜片和金属材料极板的电容积

通常只是几十pF，所以其产生的阻抗非常高（Xc=1/2~tfc），达到几十兆欧。

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然而，由于其特殊的结构，无法和普通的音频放大器完全兼容。为了提升语音

信号的质量，我们可以将一只具备极强的输出功率、极小的噪音的场效应晶体

三极管连接到话筒中，它具备极强的功率、极小的噪音，而且还可以将其与一

只二极管相连，从而实现更加精确的语音信号传递。通过将源极S与漏极D相

联系，可以使得驻极体话筒具备三根输入输出线，其中源极S采用深灰色塑胶

制成，漏极D则采用深灰色塑胶制成，并且将其与金属外壳相结合，以此来抵

抗来自外界的强烈信号。

由于驻极体话筒的尺寸小巧、结构紧凑、电声效果出众、价格实惠，因此

本次实验中我们选择了它作为声传感器。图3-2为声音采集电路。

图3-3声音采集电路

声控电路是一种用于控制路灯亮灭的技术，它通过调节驻极体话筒的输出

信号，使其在一定的声音强度范围内保持稳定，并通过放大、整流等处理，将

输出信号转换成数字信号，从而实现路灯的自动亮灭。

3.3光信号判断电路的设计

光敏电阻，也被称为光电阻，通常采用硫化镉、硒、硫化铝、硫化铅、硫

化铋等多种原理，它们能够通过接收到特定波长的光，将电阻率显著降低。原

理可以归结为，当受到电场的影响时，电荷会被电离，电离的电荷会朝着电阻

器的正极或者反面进行电离，最终形成电阻。

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

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而改变的电阻器；它可以根据外界的光照来调节电阻。这种电阻器也被叫做光

电阻检测器。当外界的光照较强时，电阻会降低，当外界的光照较弱时，电阻

会升高。

除了具备声音控制的特性，楼梯口的声控开关也具备光学调节的特性，白

天，它将自动熄灭，但当夜晚来临，当环境变得更加昏暗，它将自动启动，以

便让行人们走进安全的环境。

这就必须设计一个光控电路，原理图如图3-4所示

图3-4光信号判断电路

在图中，R6是一种光敏电阻器，它的主要作用是在没有光照或光照不足的

情况下，阻值会变得很大，甚至可以达到兆欧级，这时候它就会处于断路状态，

此时R6和R7之间的电位会变得很低。但是，如果有光照，光敏电阻器的阻值

就会下降，变得很小，此时电位器R6和R7之间的电位会变得很高。

利用LM393的光敏阻值，我们能够对其产生不同的输出，并且利用10k的

可调电阻来控制其输出，从而达到对光照强度的检测和控制。此外，我们还能

够收集并传输相关的数据，并由单片机来完成相关的处理。

3.4LM393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：2～36V，

双电源:±1～±18V；

（2）消耗电流小，Icc=0.8mA；

（3）输入失调电压小，VIO=±2mV；

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（4）共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-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；

.LM393偏置网络使得电流的变化对比较器的性能影响很小，它的电压范围

从2.0~30V都是允许的。此外，它的差分输入电流也足够高，足够高，而且不

会对电容造成影响。为此，它的保护部分也非常重要，它的作用是防止输入电

压偏移到-0.3V。LM393采用多集电极开路的NPN输出晶体管，具有良好的抗干

扰性和抗电磁干扰性，并且输出电阻的连接性也很强，它的输出电流跨越了Vc

c和其他电路，无论电流的大小都无法影响。这种SPS的输入输出具有一种简

易的地面开关，即使没有采用负载电阻，它的输入端的阻力也会受到驱动力以

及元件的β值的影响.一旦超过了最大的阻力，输入端的结晶管就会断裂，并

导致输入端的电流迅速增加。γSAT的控制使得输出晶体管的饱和电流只能达

到60ohm，而且，即使是最微弱的负荷，也能够将其箝制到1.0mV的水平。

通过改变光敏阻值，我们可以对LM393的电压进行分压，并使用10k可调

电阻来调整光线的强度。我们还可以检测光线是否过弱，并将信号传输给单片

机进行处理。同样，我们也可以使用声音信号来进行感应和比较，如图3-5所

示。

图3-5电压比较电路

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3.5继电器驱动模块设计

通常，电磁继电器是由多个部件构成的。例如，它们通常包括铁芯、线圈、

接头和接地装置。当给予某个部件特殊的电压时，它的接头部分将接通电源，

并通过接地装置将接头连接到其他部件。这样，接头部分的接地装置将通过接

地装置来接通其他部件，并通过接地装置来连接其他部件。当线圈被断开时，

由于电磁场的影响，衔铁便受到弹簧的推动，重新恢复至其本身，并且将其内

部的常闭触点和外部常闭触点一起释放出去，实现了电流的引入和排出。“常

开、常闭”是指在没有被连接到外部的情况下，“常开触点”是指它的动作被

阻止的部位，而“常闭触点”则是指它的动作被阻止的部位。“常开、常闭”

是指“常开触点”，它的动作被阻止的部位，而“常闭触点”则是指它的动作

被阻止的部位。

继电器驱动接口电路如图3-6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3-6继电器驱动接口电路

4产品软件设计

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4.1主程序流程图

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4.2系统程序设计

基于系统的原理，我们可以利用两种控制方式，即声控和光控，将其分别

调节至最佳工况，从而达成预期的目标：当光线较弱时，声控将被激活，而光

控则会被激活；而当夜幕降临时，两种控制方式将共同发挥作用，从而让电灯

保持点亮的状态；接着，我们可以利用单片机设定定时器，在未接收到任何外

部指令时，先将灯熄灭，等待外部指令出现时再重新启动，经过一段时间后再

将灯熄灭。在这段黑夜中，唯一的变化便是由声音传感器发出的实时信号，同

时还会被设置为指示灯的开启或关闭。

系统采用C语言编程，利用软件进行程序的编写。

4.3仿真

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5产品使用说明

5.1产品装配图

5.2产品调试

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正常光亮强度下led灯不工作（红灯为路灯，黄灯为电路检测灯）

光照不足时，敲击桌面发出声响，led灯亮30s，30s后灭。

5.3产品使用说明

打开产品后首先光敏电阻分析周围环境光亮程度，当环境光亮充足时，le

d灯不会因声音而亮。当环境光照不足时，声控模块工作，分析接收到的声音

是否超过设定分贝，当声音超过设定分贝时，led灯亮30s，30s后灭。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

7参考资料

[1]肖洪兵.跟我学用单片机.北京：北京航空航天大学出版社,2017.8

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[2]何立民.单片机高级教程．第1版．北京：北京航空航天大学出版

社，2018

[3]赵晓安.MCS-51单片机原理及应用.天津：天津大学出版社，2019.3

[4]何立民．从Cygnal80C51F看8位单片机发展之路．单片机与嵌入

式系统应用，2019年，第5期：P5~8

[5]程周.电气控制技术与应用[M].福州：福建科学技术出版社，2014.

[6]夏继强.单片机实验与实践教程.北京：北京航空航天大学出版社,

2011年

[7]韩兵.光电控制系统技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2019.

[8]何希才.传感器技术及其应用北京航空航天大学出版社2015年

[9]焦中平.照明灯声光控制电路及制作[M].科教文汇，2017.

[10]赵家贵.传感器电路设计手册中国计量出版社2012年

[11]王俊杰.检测技术与仪表武汉理工大学出版社2012年

[12]孙涵芳.单片机原理及应用北京航空航天大学出版社2019年

[13]谭浩强.C语言程序设计（第四版）清华大学出版社2020年6月

[14]谭浩强.C语言题解与上机指导（第二版）清华大学出版社2020年

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附录

附录1元器件清单

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

#include<reg52.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitlight=P3^1;

sbitsound=P3^0;

sbitLED_onoff=P3^3;

sbitchange=P3^2;

sbitled=P0^0;

sbitLED_out=P2^6;

bitMode=0;

ucharsec=0;

voiddelay(uintxms)

{

uinti,j;

for(i=0;i<xms;i++)

for(j=0;j<110;j++);

}

voidinit()

{

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TMOD=0x01;

ET0=1;

EA=1;

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;

TR0=0;

}

voidkey()

{

if(change==0)

{

delay(50);

if(change==0)

{

Mode=!Mode;

led=Mode;