家居智能照明系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

家居智能照明系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

不 多，这一点自己调试就知道了。 （ 3） STC 单片机对工作环境的要求比较低，电压低于 5 伏时仍然正常工作，甚至 3 伏到 4伏之间都还可以工作，然而这样的环境下 AT肯定不行了，所以当一个系统用 STC 单片机好用，但用 AT的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电是否正常。 比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、 C语言程序设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求，我选择用 STC 系列芯片完成。 而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故 STC 为更合 理的选择。 本系统选择 STC89C52 单片机作为主控芯片。 足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。 人体感应器的选择 方案一：感应人体采用被动式红外传感技术，是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号 ,并进行放大 ,处理 ,它能可靠的将运动着的生物体 (人 )和飘落的物体加以区别。 同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。 被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器，由光学系统，红外传感器和信息处理三部分组成。 目前与红外传感器配套的光学系统有三种，即反 射式、透射式和折射式。 其中反射式光学系统的灵敏度最高，其探测距离可达 25～ 60 m；透射式的灵敏度最低，探测距离为 2～ 10 m；折射式居中，兼有反射式和透射式的优、缺点。 方案二：感应人体采用主动式红外探测器，由红外发射机、红外接收机组成。 分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光燕山大学本科生毕业设计（论文） 12 束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。 红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。 接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动信号。 比较 这两种方案，主动式红外探测器由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起错误，光学系统要保持清洁，注意维护保养。 因为主动式探测器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。 其特点是探测可靠性非常高。 但若对一个空间进行检测，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。 主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。 本设计适合采用被动式红外传感器，经过多方面考虑，本设计采用红外人体感应器模块。 人体感应器的选 择 方案一：采用光敏二极管或三极管等光传感器件把环境亮度转换成相应的数字电平，然后直接接入单片机 IO 引脚。 方案二：采用光敏电阻把环境亮度转换成相应的电压值（模拟值），然后通过运放后给单片机输入一个标准的数字信号。 由于光敏电阻属于纯阻性器件，所以采用方案一。 主控模块的设计 系统主控电路 本次设计选用 STC89C52 作为 灯光照明 的控制芯片． STC89C52 的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上．使用方便等优点，而且完全兼容 MCS5l 系列单片机的所有功能。 STC89C51 是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器 （ FPEROM—FAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 第 3 章 涡街流量计的信号处理系统的硬件设计 13 单片机的引脚功能 （ 1） VCC（ 40）：电源 +5V。 （ 2） VSS（ 20）：接地，也就是 GND。 （ 3） XTL1（ 19）和 XTL2（ 18）：振荡电路。 单片机是一 种时序电路，必须有脉冲信号才能工作，在它的内部有一个时钟产生电路，有两种振荡方式，一种是内部振荡方式，只要接上两个电容和一个晶振即可；另一种是外部振荡方式，采用外部振荡方式时，需在 XTL2 上加外部时钟信号。 （ 4） PSEN（ 29）：片外 ROM 选通信号，低电平有效。 （ 5） ALE/PROG（ 30）：地址锁存信号输出端 /EPROM 编程脉冲输入端。 （ 6） RST/VPD（ 9）：复位信号输入端 /备用电源输入端。 （ 7） EA/VPP（ 31）：内 /外部 ROM 选择端。 （ 8） P0 口（ 3932）：双向 I/O 口。 （ 9） P1 口（ 18）：准双向通用 I/0 口。 （ 10） P2 口（ 2128）：准双向 I/0 口。 单片机的主要性能 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环数据保留时间：全静态工作： 0Hz24Hz 三级程序存储器锁定、 128*8 位内部RAM、 32 可编程 I/O 线、两个 16 位定时器 /计数器、 5 个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路 （ P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻 输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 燕山大学本科生毕业设计（论文） 14 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。 当 P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： P3 口管脚备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作第 3 章 涡街流量计的信号处理系统的硬件设计 15 外部数 据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP ：当 /EA 保 持低电 平时， 则在此期 间外部 程序存 储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时， /EA将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 I/O 口引脚： a： P0 口，双向 8 位三态 I/O 口，此口为地址总线（低 8 位）及数据总线分时复用； b： P1 口， 8 位准双向 I/O 口； c： P2 口， 8 位准双向 I/O 口，与地址总线（高 8 位）复用； d： P3 口， 8 位准双向 I/O 口，双功能复用口。 振 荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 在功能上， MCS51 系列单片机有基本型和增强型两类，它们以芯片型号的末位数字来区分。 即“ 1”为基本型，“ 2”为增强型。 在 MCS51 系列单片机中，我们以 8051 为例，来介绍其结构及功能。 8051 单片机的内部功 能框图如图 31 所示： 燕山大学本科生毕业设计（论文） 16 图 31 MCS51 系列单片机的内部结构 单片机的最小系统 STC89C52 单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。 在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的 XTAL1和 XTAL2 引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。 图中电容 C1 和 C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在 530pF，典型值为 30pF。 晶振 CYS 的振荡频率范围在 间选择，典型值为 12MHz 和。 当在 STC89C52 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（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 最简单的上电自第 3 章 涡街流量计的信号处理系统的硬件设计 17 动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 只要Vcc 的上升时间不超过 1ms,就可以实现自动上电复位。 时钟频率用 6MHZ 时C 取 22uF,R 取 1KΩ。 除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。 本设计就是用的按键手动复位。 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。 系统图如图 32所示： 12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1U1Y112MC220C320VCCGNDR310KC110uFVCCS1P10P11P12P13 图 32 单片机最小系统 人体感应模块的设计 菲涅耳透镜 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在 PIR 上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在 PIR 上产生变化热释红外信号。 当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离 A区或中距离 B区或近距离 C 区的某个段的 同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。 整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活。