基于单片机的智能照明系统单片机应用毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的智能照明系统单片机应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

光信号取样电路如图33所示，图中主要由光信号采集电路和A/D模数转换电路组成，其中模数转换是电路的核心。 信号经过采集送入A/D转换电路，通过单片机处理后，最终作为系统应用程序进行开关灯判断的依据。 A/D转换器的位数应根据信号的测量范围和精度来选择，使其有足够的数据长度，保证最大量化误差在设计要求的精度范围内。 本系统中，信号的测量范围的电压：—。 在本次设计中选用了带串行控制的10位模数转换器TLC1549，它是由德州仪器（Texas Instruments简写为TI）公司生产的，它采用CMOS工艺，具有自动采样和保持，采用差分基准电压高阻抗输入，抗干扰性能好，可按比例量程校准转换范围，总不可调整误差达到(177。 )1LSB Max，芯片体积小等特点。 同时它采用了Microwire串行接口方式，故引脚少，接口方便灵活。 图33 光信号取样电路 Microwire串行总线性能介绍Microwire总线是美国国家半导体（NS）公司推出的三线同步串行总线。 此后，NS公司推出了8位的COP800单片机系列，仍采用原来的Microwire总线，但单片机上的总线接口改成既可由自身发出时钟，也可由外部输入时钟信号。 为了区别于原有的Microwire总线，称这种新产品为增强型的Microwire／PLUS总线。 Microwire总线系统的典型结构如图34所示。 图34Microwire总线系统典型结构 TLC1549的接口设计TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口时序如图35所示，在芯片选择（CS）无效情况下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT处于高阻状态。 当串行接口把CS拉至有效时，转换时序开始允许I/O CLOCK工作并使DATA OUT脱离高阻状态。 串行接口然后把I/O CLOCK序列提供给I/O CLOCK并从DATA OUT接收前次转换结果。 I/O CLOCK从主机串行接口接收长度在10和16个时钟之间的输入序列。 开始10个I/O 时钟提供采样模拟输入的控制时序。 在CS的下降沿，前次转换的MSB出现在DATA OUT端。 10位数据通过DATA OUT 被发送到主机串行接口。 为了开始转换，最少需要10个时钟脉冲。 如果I/O CLOCK 传送大于10个时钟长度，那么在的10个时钟的下降沿，内部逻辑把DATA OUT拉至低电平以确保其余位的值为零。 在正常进行的转换周期内，规定时间内CS端高电平至低电平的跳变可终止该周期，器件返回初始状态（输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果）。 由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防止CS被拉至低电平。 时序图如图36。 图35TLC1549引脚及与A/D接口电路图36 TLC1549方式1时序图 TCL1549的数据采集程序设计/* AetAD()TLC1549数据采集*/sbit ADCLK=P1^0。 sbit ADOUT=P1^1。 sbit ADCS=P1^2。 /**/Void AetAD(){uchar i=1,w,PickCount。 uint vol。 for(w=1。 w=PickCount。 w++){ADCLK=ADOUT=0。 vol=0。 ADCS=0。 //开启控制电路，使能DATA OUT和I/O CLOCKfor(i=1。 i=10。 i++)//采集10位串行数据{//给一个脉冲ADCLK=1。 vol=1。 if(ADOUT)vol|=0x01。 ADCLK=0。 }ADCS=1。 delay(21)。 //两次转换间隔大于21usP0=0xff。 //P0口置初始输入状态}}人体信号采集由人体红外检测探头和比较电路组成。 (1)人体红外探头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2 m 左右。 而配上菲涅尔透镜后,其检测距离可增加到10 m 以上(2)热释红外传感器热释电人体红外线传感器是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件，现在已得到越来越广泛的应用，从原理上分析，它主要有主动式和被动式两类。 图37传感器顶图38传感器低图39 传感器侧热释电红外传感器和热电偶都是基与热电效应原理的热电型红外传感器。 热释电红外传感器（以下简称：传感器）由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。 图37为它们的顶视图，其中较大的矩形部分为滤光窗，图38为底视图，图39为侧视图， PP2为两个敏感单元，面积约21mm2，间距1mm。 （1）敏感单元（3）敏感单元当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，由于PP2自身产生极化，在电容的两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，而这两个电容的极性是相反串联的，所以，正、负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。 当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到PP2上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消。 传感器仍然没有信号输出。 同理，在灯光或阳光下，因阳光移动的速度非常缓慢，PP2上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上传感器的响 应频率很低（~10Hz），即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄（一般为5~15um），因此，传感器对它们不敏感。 从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。 环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（~10Hz）和对特定波长红外线（一般为 5~15um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。 （4）滤光窗 制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，～20μm。 为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，通常在传感器上加装了一块干涉滤光窗。 滤光窗是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，~14um波长以外的红外线。 例如，SCA021对 ~14um波长的红外线的穿透量为70%，%，%；P2288的响应波长为 6~14um，中心波长为10um。 物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足λm*T=2989（）（其中λm为最大波长，T为绝对温度）。 人体的正常体温为 36~℃，即309~，其辐射的最强的红外线的波长为λm=2989/（309~）=~。 因此，人体辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长（7~14um）的中心。 所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳 光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。 （5）菲涅尔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动目标探测器。 镜片主要有三种颜色，一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。 二、白色主要用于适配外壳颜色。 三、黑色用于防强光干扰。 镜片还可以结合产品外观注色，使产品整体更美观。 每一种镜片有一型号（以年号+系列号命名），镜片主要参数：一、外观描述——外观形状（长、方、圆）、尺寸（直径）。 以毫米为单位。 二、探测范围——指镜片能探测的有效距离（米）和角度。 三、焦距——指镜片与探头窗口的距离，精确度以毫米的小数点为单位。 长形和方形镜片要呈弧形以焦距为单位对准探头窗口。 镜片与探头的配合应用——我们常用的是双源式探头，揭开滤光玻璃片，其内部有两点对7—14um的红外波长特别敏感的TO—5材料连接着场效管。 图310 信号产生输出示意图静态情况下空间存在红外光线，由于双源式探头采用互补技术，不会产生电信号输出。 动态情况下，人体经过探头先后被A源或被B源感应，SaSb或SaSb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图310。 当人对着探头呈垂直状态运动，Sa=Sb不产生差值，双源很难产生信号输出。 由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小(小于1 mV) ,不能直接作为照明系统的控制信号,因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路,使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。 根据以上要求,人体热释电检测电路组成框图如图311所示。 图311热释电检测电路组成框图本设计采用BIS0001 来完成对热释电传感器输出信号的处理。 它主要由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器及封锁时间定时器等构成。 图312中,热释电传感器S 极输出信号送入BIS0001的14 脚,经内部第一级运算放大器放大后,由C3 耦合从12 脚输入至内部第二级运算放大器放大,再经电压比较器构成的鉴幅器处理后,检出有效触发信号去启动延迟时间定时器,最后从12 脚输出信号(Vo ) 送入单片机进行照明控制。 图312 热释电传感器信号处理电路图比较电路如图313所示。 图313人体信号比较电路当被动红外探头感应到人体信号后，运算放大器的“2脚”或“5脚”；当被动红外探头在没有感应人体红外信号时，“2脚”或“5脚”。 探头故障断路时，则“2脚”或“5脚”的电压降为0V。 “1脚”，“2脚”，“6脚”，“5脚”的电压与“2脚”的电压保持一致。 探头将会根据有无人体信号在“2脚”。 （由于故障或没有安装探头）“1脚”，“2脚”的电压为0V，“6脚”，“5脚”的电压为0V。 探头将只会产生一种电压信号0V。 具体的比较结果如下表31所示。 表31 探头采集信号输出状态表探头工作状态“1脚” 电压“2脚”或“5脚”电压“6脚”电压正常工作无人状态11有人状态01断路或故障0V10通过比较电路，不仅解决了不同工作状态时被动红外探头的对外界人体红外信号的采集，而且也实现了仅通过被动红外探头的两根电源线同时也传输了所采集的周围环境的红外信号，一举两得。 DS12887时钟芯片接口电路设计本次系统设计中，灯光设计有以时间作为基准信号，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。 DS12887为DALLAS公司生产的实时时钟芯片，除具有实时钟功能外，它还具有114字节的通用RAM，采用CMOS技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，而且它与目前应用广泛的时钟芯片MC146818B和DS1287管脚兼容。 采用DS12887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并具有良好的微机接口。 DS12887芯片具有微功耗，外围接口简单，精度高，工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。 分控制器采用低档型的AT89C2051单片机作为微处理器，AT89C2051也是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS51指令系统，具有15线可编程I/O口，该单片机具有体积小、成本低、结构简单、性价比较高等特点。 分控制器系统的外围接口电路由晶振、实时时钟芯片、可控硅控制电路、零点检测电路、看门狗电路、通信接口电路等组成。 分控制器系统的硬件电路原理图如图314所示。 图314 分控制器系统的硬件电路原理图本系统利用单片机89C2051和时钟芯片DS1302进行串行数据通信，读取和写入实时数据，用于定时控制照明灯具的启停。 DS1302是美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。 实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31日时可自动调整。 DS1302与单片机的连接仅需要3根线，即SCLK、I/O、RST。 ，此引脚为高电平时，选中该芯片，可对其进行操作。 串行数据线I/，所有的单片机地址、命令及数据均通过这两条线传输。 在本系统中，89C2051为主器件，DS1302为从器件，主器件在总线上产生时钟脉冲、寻址信号、数据信号等，而从器件则相应接收数据、送出数据。 对DS1302的每一次读写需16个时钟脉冲，前8个脉冲输入操作地址和读写命令。 其中位7必须为1；位0为0时向芯片写入数据，为1时从芯片读出数据；位6～位1选定芯片中的地址。 后8个脉冲写入或读出数据。 DS1302采用双电源系统供电，VCC1在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式下VCC2连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。 DS1302由两者中的较大者供电。 当VCC1大于VCC2+，VCC1给DS1302供电。 当VCC1小于VCC2时，DS1302由VCC2供电。 零点检测与可控硅控制电路的设计 这部分。