基于单片机的家庭智能照明系统

基于单片机的家庭智能照明系统内容摘要：

基于单片机的家庭智能照明系统 第 4 页 共 20 页 AT89C52 的主要特性 1)与 MCS51 单片机产品兼容 2) 8k 字节在系统可编程 Flash 存储器 3)1000 次擦写周期 4)全静态操作： 0HZ~24HZ 5)三级程序存储器锁定 6)32 个可编程 I/O 口线 7)三个 16 位定时器 /计数器 8)五个中断 器 9)可编程串行通道 10)低功耗空闲和掉电模式 11)看门狗定时器 AT89C52 的引脚结构 图 22 AT89C52 引脚图 光照强度检测电路 光照强度 检测电路的设计是为了检测室内光强，并根据光的强度决定是开两盏灯、一盏灯还是不开灯。 其设计思想是利用光敏电阻随光强变化阻值的特性，由于光敏电阻上的电压为模拟量，而单片机只能处理数字量，为了使 AT89C52能接受到光强反应的数据，利用模数转换模块 ADC0804 来转换电压模拟信号。 将其电路分为采光和 AD 转换两个电路，如下 基于单片机的家庭智能照明系统 第 5 页 共 20 页 图 23 采光电路 图 24 A/D 转换模块 热释电 红外感应模块 该模块是用来检测屋内是否有人的。 但热释电传感器的精度和探测范围有限，需要先通过菲涅尔透镜加强传感器接受人体目标红外信号的能力，这里也同样有模数转换的问题，采用比较器的方式实现，该模块实现方式为： 菲 涅 尔 透 镜热 释 电 红 外传 感 器比 较 器1 或 0 图 25 热释电红外感应模块结构图 热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构 热释电传感器是利用红外辐射与红外测温的原理来探测的 ,红外测温属非接触式测温，是测温技术中的主要手段，其特点是测温范围广，响应速度快和不明基于单片机的家庭智能照明系统 第 6 页 共 20 页 显破坏被测对象温度场，因而广泛应用于工业、农业、交通等领域。 非接触红外测温有以下几点优点： （ 1）测量不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测温准确度。 （ 2）测温范围宽。 （ 3）探测器的响应时间短，反应速度快，易于快速与动态测量。 （ 4）不必接触被测物体，操作方便。 （ 5）可以确定微小目标的温度。 非接触测温技术的意义是显而易见的。 随着工农业、国防事业、医学的发展，对温度测量越来越迫切。 在某些场合，温度测量逐步上升为主要矛盾，引起了各方面的普遍重视。 通常将电磁波谱间隔在 ～ 1000μ m 的区域称为红外光谱区，红外传感器是一种新型的传感器，能够探测物 体辐射的红外线。 热释电元件的工作原理是基于热释电效应，即在强电介质温度变化Δ P 的自然极化的存在，此时传感器有电信号输出，晶体的这种性质被称为热释电极或热释电效应。 有些热释电晶体，他们的自发极化方向能用外电场来改变，这些晶体称作热释电 —— 铁电体。 例如： LiTaO2(钽酸锂 )、 BaTi O2(钛酸钡 )和 TGS（硫酸三甘酞）等。 为了使传感器能够长期稳定地工作，提高灵敏度，增强抗干扰能力，这里选用了 TGS 晶体制作的双型探测器 红外测温原理 红外测温是通过探测物体表面发射的能量来测量其温度，由物理学可知 ，处于绝对温度（－ ℃）以上的任何物体，都要释放热能，而红外辐射温度计测量其中与温度有关波长范围内的热能，并将其转换与温度成比例的电信号，由此测出其温度。 据斯蒂芬－波兹曼常数，绝对黑体其温度 T 于与辐射能之间的关系为： 54 40 33215 kETCh    其中：σ为蒂芬－波兹曼常数，其值为 1012 w/cm2 ， k4 为黑体的温度； E0 为黑体辐射能。 实际中大多数物体为非黑体，其热辐射公式为： E=εE0 其中： E 为物体在一定温度下的辐射能力； E0 为与 E 在 同一温度下的黑体辐射能力。 ε为黑度系数，表示物体的发射能力接近黑体的情况，其值在 0～ 1之间。 基于单片机的家庭智能照明系统 第 7 页 共 20 页 由上可知，任何物体只要温度不是绝对零度都不断地发射红外辐射，物体的温度越高，辐射的功率就越大，只要知道物体的温度和它的比辐射率，就可算出它所发射的辐射功率。 所以如果能量出物体的辐射功率，则可确定它的温度。 热释红外传感器的结构 红外探测器是红外热释传感器的重要组成部分。 它可以分成热释电探测器和光子探测器两大类：其中，热释电探测器是电效应工作的探测器，其响应速度虽不如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响 应宽、工作频率宽，灵敏度与波长无关，因此其应用领域广，容易使用。 常用的热释电探测器如： LiTaO2(钽酸锂 ) 探测器、 BaTi O2(钛酸钡 ) 探测器和 TGS（硫酸三甘酞）探测器等。 如图 26 为热释电红外传感器的结构图、电路图。 传感器的敏感元为 PZT，在上下两面做上电极，并在表面加一层黑色氧化膜以提高其转化效率。 它的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗极高，而输出电压信号又极其微弱，故在管内附有 JFET 及厚膜电阻，以达到阻抗变大的目的。 在管壳的顶部设有虑光镜（ TO－ 5 封装）。 图 27 为热释电传感器的实物照片。 图 26 热释电红外传感器的结构图、电路图 基于单片机的家庭智能照明系统 第 8 页 共 20 页 图 27 热释电传感器的实物照片 热释电体的自发极化强度与温度有关。 随着温度升高，自发极化强度下降。 温度升高到 Tc 时，自极化消失，此温度称为居里温度。 温度超过居里温度，铁电体发生变化，从极化晶体变为非极化晶体，极化强度变为零。 由于自发极化，在与极化轴相垂直的晶体两外表面上出现正负极化强度。 但是这些面束缚电荷常常被晶体内部或外部的电荷所中和，因而显示不出来。 因此不能在静态条件下测量自发极化，但是自由电荷和面束缚电荷所需的时间 很长，因晶体自发极化的弛豫时间很短，约 10－ 12s，因此当晶体经受一定频率的温度变化时其体内的自由电荷和外部杂散电荷便来不及中和变化着的面束缚电荷，因此可在。