基于at89c51单片机的照明控制系统设计(编辑修改稿)

基于at89c51单片机的照明控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

产生。 此时，片内 RAM 和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。 空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。 终止空闲工作模式的方法有两种，其一是任何一条被允许中断的事件 被激活，IDL（ ）被硬件清除，即刻终止空闲工作模式。 程序会首先响应中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序并紧随 RETI（中断返回）指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条指令。 其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止。 需要注意的是，当有硬件复位来终止空闲工作模式时， CPU 通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期（ 24 个时钟周期）有效，在这种情况下，内部禁止 CPU 访问片内 RAM，而允许访问其它端 口。 12 为了避免可能对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。 掉电模式： 在掉点模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内 RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。 退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变 RAM 中的内容，在 VCC 恢复到正常电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。 如 表 22 所示。 表 22 空闲和掉电模式外部引脚 模式 程序存储器 ALE PSEN P0 P1 P2 P3 空闲模式 内部 1 1 数据 数据 数据 数据 空闲模式 外部 1 1 浮空 数据 地址 数据 掉电模式 内部 0 0 数据 数据 数据 数据 掉电模式 外部 0 0 浮空 数据 数据 数据 Flash 闪速存储器的编程 AT89C51 单片机内部有 4K 字节的 FPEROM，这个 Flash 存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为 FFH），用户随时可对其进行编程。 编程接口可接收高电压（ +12V）或低电压（ Vcc）的允许编程信号。 低电压编程模式适合于用户在线编程系统， 而高电压编程模式可与通用 EPROM 编程器兼容。 AT89C51 单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式。 用户可从芯片上的型号和读取芯片内的签名字节获得该信息，如 表 23 所示。 表 23 型号信息 Vpp 12V 5V 芯片顶面标识 AT89C51 AT89C51 xxxx xxxx—5 AT89C51 的程序存储器列阵采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片内的 FPEROM 程序存储器写入一个非空字节，必须使用擦除的方式将整个存储器的内容清楚。 读片内签名字节及编 程接口 13 AT89C51 单片机内有 3 个签名字节，地址为 030H、 031H 和 032H。 用于声明该器件的厂商、型号和编程电压。 读签名字节的过程和单元 030H、 031H 和 032H 的正常校验相仿，只需将 、 保持低电平，返回值意义如下： （ 030H） =1EH 声明产品由 ATMEL 公式制造。 （ 031H） =51H 声明为 AT89C51 单片机。 （ 032H） =FFH 声明为 12V 编程电压。 （ 032H） =05H 声明为 5V 编程电压。 编程接口：采用控制信号的正确组合可对 Flash 闪速存储阵裂中的每一代 码字节进行写入和存储器的整片擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后它将自动定时到操作完成。 极限参数如表 24 所示。 表 24 AT89C51 的极限参数： 极限参数名称 参数值 工作温度 55℃～ +125℃ 储藏温度 65℃～ +150℃ 任一引脚对地电压 ～ + 最高工作电压 直流输出电压 二、 AT89C51 单片机最小系统 AT89C51 是片内有 ROM/ FPEROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。 用 AT89C51 单片机构成最小 应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图 24AT89C51 单片机最小系统所示。 由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。 其应用特点： 有可供用户使用的大量 I/O 口线。 内部存储器容量有限。 应用系统开发具有特殊性。 14 图 24 AT89C51 单片机最小系统 （一） 时钟电路 AT89C51 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。 单片机的时钟产生方法有两种。 内部时钟方式和外部时钟方式。 本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在 XTAL XTAL2 引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。 本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。 振荡晶体可在 到 12MHz 之间选择。 电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响， C C2 可在 20pF 到 100pF 之间取值，但在 60pF 到 70pF 时振荡器有较高的频率稳定性。 所以本设计中，振荡晶体选择 12MHz,电容选择 65pF。 在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能 靠近单片机芯片安 装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。 为了提高温度稳定性，应采用 NPO 电容。 NPO 是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。 它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。 （二） 复位电路 AT89C51 的复位是由外部的复位电路来实现的。 复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 15 最简单的上电自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12MHz 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 端经电阻与电源Vcc 接通而实现的。 时钟频率选用 12MHz 时， C 取 22uF,Rs 取 200Ω， R0 取 1KΩ。 第二节 人体红外检测电路 一、人体红外检测电路总体设计 人体红外信号检测电路用来监控照明控制单元里是否有人进入。 通过检测是否有人体 红外信号来实现这一功能。 人体辐射的红外线中心波长为 910μ m 测元件的波长灵敏度在 ～ 20μ m 范围内几乎稳定不变。 在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为 7～ 10μ m，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 图 25 人体红外检测电路框图 如图 25 所示，该模块由三部分组成，包括：菲涅尔透镜，热释电红外传感器以及相应的传感器信号处理电路。 人体热释红外信号通过菲涅尔透镜聚焦，传给热释电红 外传感器 PIR，然后 PIR 将物理信号转换为微弱电信号，接着 PIR 信号处理电路将微弱电信号进行处理，生产单片机可识别的数字信号。 最终有人时， PIR 输出为高电平；无人时 PIR 输出为低电平。 这就是该电路模块要实现的功能。 16 图 26 人体红外检测电路图 硬件电路如图 26 所示。 热释电红外传感器（ PIR） RE200B 对人体信号进行检测，红外传感信号专用处理芯片 BISS0001 对所采集信号进行初步处理。 RE200B 的 D、 G、 S 端分别为电源端、地端和目标输出电压端。 输出信号 VO接单片机，供其读取。 采用热释电传 感器的优势是成本低，不需要用红外线或电磁波等发射源，隐蔽性好，可流动安装 ,，敏度高、控制范围大。 热释电红外传感器利用热释电效应，能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号同时，它还能鉴别出运动的生物与其他非生物。 实际使用中，热释电传感器前面必须安装菲涅尔透镜。 菲涅尔透镜的作用是将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电红外探测元要求信号不断变化的特性，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。 实验证明，热释电红外传感器若不加菲 涅尔透镜，则其检测距离仅为 2m 左右（检测人体走过）而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到 10m 以上，甚至可达 20m 以上。 红外信号采集模块采用红外传感器 PIR，采用菲涅尔透镜原理，专门用来与热释电红外传感器配套使用。 该传感器由经过特殊设计的透镜组构成，镜片 ( 厚 )表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。 17 圆环线多而密感应角度大，焦距远；圆环线刻录的深感应距离远，焦距近。 红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。 同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环间组 成一个水平感应段。 垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。 区段数量多被感应人体移动幅度就小，区段数量少被感应人体移动幅度就要大。 不同区的同心圆之间相互交错，减少区段之间的盲区。 区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。 由于镜片受到红外探头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。 每个透镜单元都只有一个不大的视场，相邻两个单元透镜的视场即不连续也不重叠，都相隔一个盲区。 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，人在透镜前运动时，顺次从某一单元透镜视场进入又退出，投射信号会出现一个接一个的断续信号，但是热源信号始终都是集中在透镜中部的，将连续的热源信号变成断续的辐射信号，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号传递给信号处理芯片。 二、 释电红外传感器 热释电红外传感器 (Pyroelectric Infrared Sensor，简称 PIR)是 20 世纪 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。 它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。 将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动侦测等。 如图 27 是 RE2020B 实物图， G 是接地端， S 是信号输出端， D 是接 +5V 电源端。 图 28 是该传感器的典型应用电路图。 图 27 RE200B 实物图 18 图 28 RE200B 应用电路 （一）热释电红外传感器工作原理 热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为 2179。 1mm 的探测元件。 在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由 于自身温度升高而产生的干扰。 由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。 为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70 分贝以上，这样就可以测出 10～ 20m 范围内人的行动。 （二）被动式热释电红外探头的优缺点 优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。 价格低廉。 抗干扰性能： 防小动物干扰。 探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。 抗电磁干扰。 探测器的抗电磁波干扰性能符合要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 抗灯光干扰。 探测器在正常灵敏度的范围内，受 3 米外 H4 卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。 （三）热释电红外传感器的安装要求 热释电红外传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关 19 系 .。 正确的安装应满足下列条件： 热释电红外传感器应离地面 ～ 米。 热释电红外 传感器远离空调 ,冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 热释电红外传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 热释电红外传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。 红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。 热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。 热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。 实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透 镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。 实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为 2m 左右；而配。