毕业设计基于单片机的智能教室照明系统

毕业设计基于单片机的智能教室照明系统内容摘要：

内部无上拉电阻。 P l 口输出缓冲器可以吸 收 20mA 电流并可 以 直 接驱动 LED。 当 Pl 口引入脚写入 1 时 可 以 作 输入 端 ， 当 引 脚 用作输入并 被 外 部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流。 P3 口还用于实现 AT89C2051 特殊功 能 ， 如 表 31 所示。 表 31 P3 口特殊功能 口 引脚 功能特性 基于单片 机控制的 教 室 灯 光 自动 控 制榕的研究 8 I TXD (串行输出 U ) I 1NTO (外 中 断。 ) 的 3 I INT1 (外中断 1 ) 的 4 I四 (定 H柑数器。 外部输入 ) 的 5 ITl (定附数器 l 外部输入 ) AT89C2051 的 P3 口 只 有 7 个 引 脚 ， 没有引出。 的 口的 、 是带有内部上拉电阳的 7 个 双向 110 口。 的 口缓冲器可吸收 20mA 电流。 当 P3 口 写 入 (( 1 时，它们内部上拉电阻 拉 高并 可 作为输入 端 口。 作输入端时，被外 部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。 日光强度检测模块电路 日光强度检测模块采用单片机作为控制处理核 心 ， 具有价格低、体积小等特 点，满足实际需求。 传感器选择光敏电阳，用精密电阻与之串联分压得到 一 电压 信号送给 AI D 如图 320 为了减小模块体积和降低成本，选择低功耗、串行方 式 工 作的 TLC549 作为 A/ D 转 换 器 ， 其原 理 如 图 33 所 示。 TLC549 是采用 IinCMOSTM 技术并 以 开关电容逐次逼近原理 工 作的 8 位串行 AI D 芯片， 可 与 通用微处理器、控制器通过 1/ 0CLOCK、 CS、 DATAOUT 三 条口线进行串行接口。 TLC549 具有 4MHz 的片内系统时钟和软、硬件控制电路， 转换时间最长为 17间，允许的 最 高转换速率为 40∞ 0 次 /8。 总失调误差最大为 土 O. 5LSB， 典型功耗值为 6 mW 0 TLC549 采用差分参考电压高阻输 入，抗干扰， 可按比例量程校准转换范围，由于其 VREF接地 时 ， (VREF+)(VREF)I V，故 可 用 于 较 小 信号的采 样 ， 此 外 ， 该芯片还单电源 .... 6v 的供电范围。 总 之 ， TLC549 具 有 控制口线少，时序简单，转换速度快，功耗低，价格便直等特点，适用于低 功耗袖珍仪器上的单路 AfD 采样，也可将多个器件并联使 用。 它 的 工 作原理是 TLC549 带 有 片 内系统时钟，该日才 钟 与 1/0 CLOCK 是独 立 工 作的 ， 无需特殊的 速度或相位匹配。 当 CS 为 商 时，数据输 DATAOUT 端处于 高阻状态，此时 11 o CLOCK 不起作 用。 这种 cs 控制作用允许在同时使用多片 TLc549 时 ， 共用 I 10cLOCK， 以减少多路 (片 )AI D使用时的 1/ 0控制端口。 基于单片 机控制的 教 室 灯 光 自动 控 制榕的研究 9 39。 自 ANALONGNIN 图 32 A\D模 块 l ANALONG 卧 i2 AIN DOUT IJ 0 CLK | 飞 VCC REF+ REF CS TLC 549 图 33 A/D 转换器 热释电红外人体检测模块电路 3. 2. 3. 1 人体存在传感器的工作原理 自 然界中存在的各种物 体 ， 如 人 体 、 木 材 、石 头 、 火焰、 冰 等 都会发出不同 波长的红外 线 ， 利用 红 外 传感器可对其进行检测。 根 据 工 作原 理 ， 红 外 传感器分 为热型 和 童 子 型 两 类 ，热型 红 外 传感 器 也 称热释电红外传感器或被动红外传感 器。 与 量 子型 相 比 ， 响 应 的 红 外 线波长 范 围 较 宽 ， 价格 便 宜 ，并可在常 温 下工 作。 最 子 型 与 热 型 的特点相 反 ， 而且要求冷却条件。 本系统采用的是热释电红 基于单片 机控制的 教 室 灯 光 自动 控 制榕的研究 10 外传感器，人体 存 在传感器主要采用了 红 外传感器 的 原 理 ， 它 是目前在防 盗 报 警 、 火灾检测、自动门、自动水龙头、 自动 电 梯、自动照明等场合，及非接触 温度测量等领域应用最广泛的传感器。 其原因 为 :①被 测对 象 自 身发射红外线， 可不必另设光 源。 ②大气对 、 351LM、 81411M 三 个被称为 大 气窗 口 的特定光通量的红外线吸收甚少，可非常容易被检测。 ③中、远红外线不 受可见光影 响 ， 可不 分 昼 夜进行检 测 c 人 体 存在传感 器 的热 释 电 红 外探头 的 工 作 原 理及特 性 如 下 : 人休 都 有恒 定的 体 温，一般在 37 度 ， 所以会发出特定波长 10灿 f 左右的红 外线，被动式红外探头 就 靠探 测 人体发射的 10μM 左右的红外线 而 进 行 工 作的。 人体发射的 10陆 4 日叫左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源 上。 红外感应源采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生 变 化时 就会失去电荷平 衡 ， 向外释放电荷 ， 后续电路经检测处理后就能产生由人体 存在的信号。 1) 这种探 头 是 以探测人 体 辐 射 为目标的，所以热释电元件对波长为 10μM 左右的红外辐射非常敏感。 2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面覆盖有特殊的菲泥尔 滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。 3) 人体存在的探测，其传感器包含两个互相串联的热释 电 元 ， 而且制 成 的 两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作 用 ， 使 其 产 生 释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 的 一旦 有 人 进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦。 并被人体 存在传感器的热释电元 接 收，但是两片热释 电 元 接 收到的 热 量 不同，热释电也 不同，不能抵消，经 信 号 处理 而输出 有 人 体 存在的信号。 5) 菲泥尔滤光片根据性能要求不 同 ， 具有不同的焦距 (感 应 距离 )，从 而 产 生不同的监控视场，视场越 多 ， 控制越严密。 人体传感器透镜的 信 号 采集敏感区示意图如图 34， 基于单片 机控制的 教 室 灯 光 自动 控 制榕的研究 11 ...，移 fJ1i同 因 34 信号采集敏感区 有 人进入时号，移动人体发出的红外线被红外传感器接收，则人体存在被感应，并 输出高电平。 若 人体进入最不敏感移动方向时， 贝 IJ人体传感器所体现的 信 号 就 会不理 想 ， 有时还会产生误动作， 所 以 要特别注 意 人 体传感器的安装方 向。 人体存在信号采集电路 人 体 传感器 HP208是深圳市浩博特电子有限公司研发和 生 产的基于红外线 技术的智 能 产 品，它 的 主 要特性如 下 : (1) 感应 为 全自动方式 ， 人 进入感应范围时输出高电平 (高 )， 人 离开 感应范围则自动延时关 闭 高 电平，输出低电平 (低 o. 3V)， 其 高 低电平利于采 集。 (2) 采 用可重复触发方式。 即感应输出 高 电 平 后 ， 在延时时间段 内 ，如 果 有 人体在其感应范围活动，其输出 将 一 直保持高电 平 ， 直 到 人 离开后才延时 8 秒 15 秒 后将高电平变为低电 平 : (3) 人体传感 器 工 作电压宽为 DC3VDC24V。 (4) 人体传感器制作成锥面形状，感应 范 围 大 ， 小 于 140 度锥 角 ， 感应距离 为 7 米以内 : (5) 其静 态电流小于 50 微安，功耗低。 (6) 工 作温度介于。 和 +700。 之间，适应性 强 : (7) 灵敏度 高 ， 可 靠 性强。 人体传感器 HP208型号 的 正视图如图 35 所 示 : 基于单片 机控制的 教 室 灯 光 自动 控 制榕的研究 12 图 35 人体传感器 HP208 型 号 人体传感器的 1 号引脚为电 源 信号 端 ， 3 号引脚为 地 信号 端 ， 2 号引脚为采集 信号输出端。 在电路设计 中 ， 为 了使人体传感器 的 工 作更加可 靠 ， 介 于人体传感 器的信号引脚 2 与地信号引脚 3 之间加一个 6800PF 的电容 ， 另 外人体存在传感 器的信号引脚 2 与 单 片机的 引脚相连 ， 引 J jtp再 接 一 个 100K Q 的上拉 电 阻 ， 增加入体存在传感器输出信号的可靠 性。 其 电 路 原理图如图 36. |39。 +OUT VCC P33 的 T1 图 36 人体传感器电路图 系统时钟电路 根据 教 室 灯光使用特性，该系统还应受到时间的控 制 ， 控制系统的时间应符 合学校的作息时 闯。 比如晚间休息、假期等时闻段应该关掉教室灯光控制系统， 以节约能源，因此本研究还加入硬件时钟电路以保证系统的智能化运 行。 3. 2. 4. 1 硬件时钟芯片的选取极其接口电路 基于单片 机控制的 教 室 灯 光 自动 控 制榕的研究 13 传统的时钟芯片，如 MCL4681 MC68H68T、 LM8365 等，这些芯片的引脚 太 多 ， 休 积大 ， 占 用 的口线 多。 而现在流行的串行时 钊 1芯片很多，如 DSL30 DSL30 D SL30 PCF8485 等 ， 这 些电路的接口简单、价格低廉、使用方 便 ， 被广泛的使用。 考虑到本系统停电时只需对时钟电路提供电 源 、 且不需要占用 太多单片机资 源 ， 本系统采用美国 DALLAS 有充电能力的低 功 耗 lX8 的用于临时 性存放数据的 RAM 寄存 器 的 实时 时 39。 钟芯片 OS1302 的是串行通信方 式 ， 还可为掉 电 保 护电源提供 可编 程 的充电功能， 并 且可以关闭充电功能。 它 可 以对年、月、 日 、 周日、刷 、 分 、 秒 进 行 计时 ， 具有闰年补偿功 能 ， 工 作 电 压 为 ， DL302 的升 级 产 品 ， 与 DS1202 兼 容 ，但增加了主电源 /后背电源双电源引 脚 ， 同时 提 供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 而且本系统采用的 DS1202 只 需 三 根 线即 可 与 单 片机进行通信，体积 小 ， 使用简单，时钟精度较 高 ， 满足系统的要求， 可为掉电保护电源提供可编程的充电功能的时 [frll芯片 DS1202 的引脚 图 如图 37 所示 飞 lccl Xl x2 GSN 图 37 时钟芯片 OS1202 的引 脚 图 DS1302 与单片机接口电路边接原 理 图如图 38， 其中 Vcc2: 外接 可 充电的惶电 池 ，为 DS1032 的备用电源。 Vcc1外接系统供电模块的输出稳定电压 +5V， 为 DS I 302 的主电 源。 DSJ 302 由 Vcc l 和 Vcc2 两 者中较大者供电。 系统 正常运行时 ， Vccl 大于 Vcc2， 医 |此 由 Vccl 给 DS1302 供电，在主电源关闭的 情况下，则由 Vcc2 给 DS1302 供电，保持时 钟 的 连 续运行。 X 和 X2 是振荡 源 ， 外接 Iz品 振。 RST 是复位 /片边 线 ， 通过把 RST 输入驱动 置 高电平来启 基于单片 机控制的 教 室 灯 光 自动 控 制榕的研究 14 动所有的数据传送 ， 与 单 片机的复位信号相连。 时钟输入端 SCLK 接单片机 引脚，进行时钟控 制。 数据输 入 /输出端 I10 接单片机 PL6 引 脚 ， 进行数据 传输。 VCC UE C=J 3 P15。