教室照明灯具的全自动照亮、灭掉操纵-单片机

摘　要

单片机早已进入人们生活的各个领域，现如今生活的方方面面都能找到单片机的痕迹，比如电灯。进入夜间后，电灯就会成为千家万户的必然选项。深夜中，暗夜之内的灯光才能给人们照亮路途，这就使得人们时常忘记关闭灯光，最终造成资源浪费。

本文对于照明操纵方法的发展趋势进行了研究，尤其是针对教室照明的智能控制情况进行了针对性的研究，了解了其发展现况，剖析了屋子照明智能控制的原理和完成方式，明确提出了基于单片机的屋子照明智能控制系统软件的制定观念，而且对于其智能控制软件的软硬件配置进行了研发和匹配。

照明操纵方法系统本质上是一种红外线传感器控制回路。其基于红外检测释电技术来对BISS0001和单片机的设计控制过程中出现的问题予以处理和解决。该方法的原理主要内容是：人体红外辐射作为感应数据信号，一旦身体出现在感应器的检测范围之内，利用人体波长9.5um的光，即便光线强度较差时，根据感应全自动点灯，省掉了晚间摸灯的不便；当人远离感应器的检测距离时，灯光根据感应全自动关掉。由LM393电压比较器构成的电源电路用以检验自然环境光的强度。该系统软件依据教室内有效的照明状况，根据对人体的出现和自然环境光信号的鉴别和智能化分辨，完成对教室内照明电源电路的智能控制，防止了教室内电能的很多消耗。模块化设计产品结构设计，机构清楚，实用性好，便于改善和拓展。该操作系统体型小、操纵便捷、稳定性高、使用性强、性价比高。

关键词：人体感应 房间灯单片机智能化

　第１章　绪　论

　　1.1　研究的目的及意义

现阶段，伴随着社会经济的迅速发展趋势，电力能源缺乏问题日益突显，变成我国社会经济发展的“短板”。做为工业化生产和人民生活中不可缺少的能源更是如此。尤其是如今愈来愈倡导低碳环保生活，节约能源早已成为了全球性的的共识，做为塑造社会精英的高等院校应当具有带头作用。殊不知，在现如今校园里，教室里亮着灯却空无一人的情况司空见惯，这不但比较严重消耗了資源，也给高等院校品牌形象产生了不良危害。本分析的教室照明灯具自动控制系统能有效地完成节约能源的功效。

在我国电力能源储藏量不低，但考虑到在我国人口非常多，平均储藏量少，产量耗能是资本主义国家的3-10倍。能源问题早已成为了阻碍在我国社会经济快速发展的主要问题。从自然环境和生态资源的角度观察，能源问题也是中国长期性可持续发展观策略的主要要素之一。此外，能源问题不但对社会经济发展和自然环境绿色生态，在特殊情形下对社会稳定也是有非常大危害。由于能源问题的必要性，我国在绿色照明新项目记者招待会上表明，绿色照明新项目未来五年将向公共性酒店餐厅、商业服务大厦、住户居所等全国各地房屋建筑营销推广节能灯1.5亿只，节省290亿度电力工程。上海市、河北省等地一部分当地XX对节能灯超大金额选购采用每只补助3元至4元的形式营销推广。从一般日光灯到高效率节能灯，在我国节能灯具产品构造慢慢转向拉杆电型。

中国各高等院校长期存在同学们主动节能观念弱，光源足够时也需要熄灯，放学后离去教室也需要熄灯的状况。此外，比较严重欠缺节能修定，教室照明灯具操纵由管理人员人力取代，教室多，管理人员太忙，导致没必要的电力工程消耗和财产损失。 根据以上各种原因，教室用电量高效率已变成节能的关键和主要对策之一，因而设计方案做为节能技术性关键方式之一的教室灯控制系统毫无疑问是一个关键课题研究。

　1.2　国内外研究现状

社会发展不断发展，人们持续追求完美，销售市场持续转变，高新科技运用成分决策着商品未来发展的新发展趋势和市场前景，智能技术在电子设备行业的使用实际意义长远。伴随着电子设备的迅猛发展，电器产品也愈来愈偏重智能化系统，早已在智能洗衣机、智能电饭煲、智能化电滋炉等层面交付使用，但常用智能家电产品具备相同的特性，全是与单片机设计配套设施的智能家电产品。

1.2.1　国内

照明节能是目前的一大研究热点。就我国而言，国内照明用电量是全国发电量的10%以上，根据相关数据显示，目前城市照明内的年用电量几乎是国内年总发电量的5%左右。所谓城市照明，指的是园林景观以及城市作用照明。照明节能关键从三个层面下手。挑选高效率节能的节能灯具和照明灯具。挑选高品质镇流器或节能型电感镇流器；适合的配备，优秀的照明控制设备。现阶段，在我国城市公共性照明每一年达数百亿元。应积极推进选用国际性上时髦的全数据道路路灯节能控制技术性，即智能化灯源降压-稳压-调光技术。其技术观念是在忙碌阶段控制道路路灯以维持极强的光照强度，深夜全自动调光；深夜车少的情况下，控制道路路灯维持低光照强度的照明。在我国已经有自立自强专利权这方面的新技术商品，如哈工大楼宇智能化研究室研发的“金属卤化物灯变压调光系统”在城市路面照明运用中运作实际效果优质。将来必须XX部门的行政部门援助。尽管灯光效果控制在世界各国早已逐渐选用，但教室的灯光效果控制，尤其是在我国教室的灯光效果控制尤其不够和不健全，依然是传统式的人力管理方法。高等院校中专学校学校的扩张、教室的扩大、教室用电量的提升、教室用电量监管的不健全，都提供了电力工程消耗、财产损失，这类消耗违反了现如今节约资源的核心理念。

1.2.2　国外

澳洲邦奇开发设计的Dynalite分布式系统智能照明控制系统软件的特性是控制模块构造和分布式系统控制，各程序模块中间利用互联网系统总线立即互相通讯，系统软件中的一个控制模块产生问题时不危害其它控制模块。

英国的LCD智能照明控制系统软件由电子计算机微控制器控制的低电压继电器配电箱构成，依据消费者对室内室外照明的主要规定，可以用单独的电源电路控制照明控制的时间、地区、方式，还可以用手动式电源开关立即控制。

中国生产制造的智能照明系统软件具备集中化控制、多点实际操作、集中化表明、断电锁紧、勿扰、远程操控等智能化作用，使生活家居更为方便舒服。

可是世界各国智能照明系统软件的分析存有下列问题：

（1）现阶段海外智能照明系统软件关键控制光照强度这一统计指标，海外的分析主要是集中化在办公室照明上，以节能环保为首要目地，而照明高新科技的近期科研成果说明，非定量分析指标值(如舒适度和表现力等)对房间内照明自然环境的品质有较大的影响。

（2）中国一部分智能照明控制系统软件可以保持集中化控制和集中表明，具备一定的方便性，但它只有控制屋子中一盏灯或一组灯的开、关，不可以完成情景控制，还不可以调整灯的色度。

（3）朝向住房照明自然环境开发设计的智能照明控制系统软件商品少，开发设计市场前景宽阔。

　　1.3　研究的主要内容

此设计研究了房间智能光控系统，设计研究的主要内容及方案如下：

(1)研究方案的提出，对比论述以及确立

依据当前世界各国的研究现状，明确有关领域的要求，查看相关资料，明确多个较好的基本研究思路，最后明确研究思路。

(2)单片机主控芯片的选择

寻找与设计方案相应的MCU芯片，对比各种各样芯片的作用，留意MCU的管脚数、规格、封装形式，依据需要和具体情况明确最合适的MCU。

(3)查找有关硬件模块并确定各硬件模块型号

思索本学科研究必须的硬件模块电源电路，挑选硬件模块中采用的关键电子器件，比较挑选，例如人体感应是选用主动式红外感应或是被动红外感应。

(4)查阅硬件模块原理并且绘制原理图

剖析计划方案中常用硬件的主要参数和原理，掌握各硬件模块的连接结构和与单片机创建通讯的方式，掌握硬件模块的工作方式，制作电路原理，将芯片与别的硬件模块联接，完成其对应的作用。例如，挑选适宜的光敏电阻来感应光照强度。

(5)硬件实物的焊接和原理图的验证

依据电路原理电焊焊接实体的全部硬件模块，留意防止脱焊、漏焊或错焊。电焊焊接结束后，检测各硬件模块能不能正常的工作，认证电路原理图的准确性。

(6)程序的编写与硬件的调试

程序编写完成各硬件模块的对应作用，根据烧录软件将程序下载到MCU芯片，调节硬件系统，查验状况，处理具体问题，持续提升和改善程序流程，使系统可以平稳运作，融入极端自然环境，做到预期目标。

所探讨的教室里照明灯具操纵系统的预期目标是改建目前的教室里照明灯具系统，完成照明灯具系统的个性化智能化管理方法，做到用电量高效率。完成全自动和手动式照明灯具操纵的兼容，控制成本；根据多次实验和改善，最后做到靠谱、好用、营销推广的目地。

第2章　系统总体设计方案

　　2.1　设计要求

课题设计要求如下：

选择合适的单片机；选择恰当光线检测机制模块；选择对应人体感应机制模块；选择电源模块；对软件程序的功能实现予以代码编写。2.2　设计思路

系统充分考虑安裝时环境要素较多，教室里控制系统中的人体传感器通常会因为环境破坏而不稳定。因而，在设计过程中，在电子元件的挑选、电源电路合理布局、机器设备放置等层面都需要考虑到抗干扰性问题。

所研发的控制板以光强度与人的存在做为控制板的关键键入主要参数。而且可以兼容全自动和人工操纵。当然光照强度，光源足够时，无论有没有人，也不亮灯；当地理环境中光源较差时，控制板会在人到场超出一定时间时自行亮灯，通过一定延迟时间后再熄灯，直到人离去。

　2.3　设计方案选择

2.3.1　主控芯片的选择

计划方案一：

在选用主控芯片的时候，首先需要明确机器设备的所需要求。本文选用的单片机是AT89C51，这款单片机为CMOS 8位，在低电压的情况下依旧具有相当卓越的性能，该款单片机的制造厂商是英国ATMEL公司，选用的是该公司的高密度技术以及非易失性存储技术的水平，同时单片机的选用命令系统是10S-51，兼容性较好，且内嵌8位CPU，通用性好，还具备闪存芯片模板，是一款功能多样的芯片。处理芯片中的4K程序存储器选用闪存芯片技术性。这类单片机对开发设计机器设备规定低，开发设计時间大大缩短。载入单片机的程序流程还可以数据加密。再者，现阶段AT89C52价格小于8031，市场需求充裕。AT89C51可以产生真实的单片机最小运用系统，减少系统容积，提升系统稳定性，减少系统成本费。只需程序流程长短低于8K，全部四个I/O端口号都供应给客户。可以5V工作电压程序编写，擦掉时间仅为10ms。AT89C51处理芯片给予了三级程序流程运行内存数据加密，并给予了便捷、灵便、靠谱的硬加密方法，可以彻底确保程序流程或系统不容易被拷贝。P0是一个三态双向端口，别名系统总线端口，由于仅有这一端口号可以同时用于读写能力外界储存器。

计划方案二：

在该计划实施前首先需要明确如下的问题，首先，在STC89C51和AT89C51两种系列产品的兼容性虽然可以实现，但是依旧存在如下问题。

AT89C51的下载需要下载器，然而STC89C51系列产品单片机软件的下载是可以直接基于官网实现的，利用USB口转串口就能完全实现。STC89C51系列产品的单片机的要求较少，对于工作环境也并无太高需求，哪怕是工作电压低于5V，也可正常工作，3V、4V的情况下也是能够实现要求的。但在这种工作环境之中，AT89C51系列产品的工作是难以实现的。这就会造成在系统应用之中，STC在正常运行，而AT没有工作。出现这种情况必须要查验最小系统，看单片机开关电源是否一切正常。STC系列产品指令执行的过程十分迅疾，速度超过AT3~30倍不等，因为命令执行的速度不同，因此AT上可用程序在STC上的应用极容易出现不见荣华阁情况。尤其是时序要求更严格的系统模块，在STC上只有加长延时才能实现，这需要进行进一步的调试，加长STC的延时到达AT的10—30，就能实现更好的效果。比较这两个计划方案，笔者进行了大幅度的资料参考。由于笔者对于单片机基本原理、数字电路设计、C语言程序编写等课程都有过学习，且笔者充分考虑了能够获取的各种资料，包括单片机不同组成部分的自然资源及同学资料的探讨。在非常了解设计需要后，我选择应用STC系列产品处理芯片来进行。并且还带来了相对的硬件实际操作服务平台，有利于操作过程，因此STC是一个有效的挑选。该系统采用STC89C51单片机做为主控芯片。那样的设计方案运作的时候就可以了，烧录又低又便捷。

2.3.2　感应器的选择

计划方案一：选用被动红外线传感器技术，运用红外线敏元器件将健身运动身体传出的少量红外感应转换为对应的电子信号，并对信息实现变大。它能靠谱地区分运动物体(人)和降落物体。与此同时具备检测距离大、隐秘性好、抗干扰性强、虚警率低特性。

选用的被动式红外线传感器技术需要利用侵入警报器作为研究载体，这一载体又叫做热释电侵入警报器。其中间涵盖的内容和原理十分庞杂，包括但不限于红外线传感器、电子光学系统和信息管理的组成部分及相关理论基础。如今，常常应用配对的电子光学系统有三种，即透射式、反射式和折射式。在其中反射式电子光学系统的敏感度最大，其检测间距可达25~60m。透射式敏感度最小，检测间距2~10m。

方案二：主动红外线探测器用以感应身体，由红外探头和红外线信号接收器构成。通常，在协调器和发送端电子光学系统中分別应用光学镜片，其可以将红外线光线对焦成细的平行光束，促使红外线的力量可以集中化传送。在肉眼不可见的红外线光谱仪范畴内，假如有些人翻过这一条不可见的光线，红外线光线将被彻底或一部分挡住。协调器输出的电子信号强度会产生变化，进而运行数据信号。

二种计划方案对比，主动型红外线探测器因为光线窄小，安裝应稳固靠谱，不会受到路面震动的危害，其偏移会导致偏差。维持电子光学系统清理，留意维护保养。由于主动探测仪检测的是点到点，而不是表层范畴。其优点是检验稳定性十分高。殊不知，假如检测一个室内空间，则需用好几个主动探测仪，这也是价格昂贵的。主动探测仪常见于历史博物馆维护某些历史文物，以及加工厂库房、买东西安全通道、地下停车场出入口、家中生活阳台等处的窗门挡住。此设计方案适用处于被动红外线传感器。通过多方面考虑到，本设计选用红外线人体感应模块。

　2.4　总体设计框图

STC89C51主控芯片模块是系统设计方案的关键。别的外围电路主要包含五个模块：电源模块、光敏模块、人体感应模块、指示灯模块和继电器驱动模块。随后用Keil程序编写完成每个硬件电源电路功用，并进行模块组合形成整体。

系统框图如图2-1所示。

图2-1 系统框图

第3章　系统硬件设计

　　3.1　硬件概述

系统硬件设计需要对系统控制单元进行了解分析和设计。系统控制单元的核心就是单片机的主控模板，相当于大脑。外围包括多种电路选择，如供电系统、人体存在传感器、光敏、环境光模块和继电器驱动等等模块，这也是在设计过程中必须存在的几个组成部分。在本文设计 智能灯的过程中，同样选用了这些部分，如电压比较器、光敏电阻、人体感应模块、单片机、继电器等。其中电压比较器的选用型号是LM393，功用为处理光敏芯片，光敏模块对光线进行识别，人体感应模块识别人体红外信号，单片机主控，继电器负载。

　3.2　主控模块

本设计方案采用STC89C5l做为主控芯片。STC89C51构造简易，单片机编程器通电可读写频次超出数十万次，方便使用。并彻底兼容MCS5l系列产品单片机的全部作用。STC89C51是一款低电压性能卓越CMOS8位微控制器，装有4K字节数flash可编可擦只读存储器，别名单片机。该机器设备由ATMEL密度高的非易失性me生产制造

3.2.1　STC89C51芯片简介

图3-1STC89C51单片机引脚图

STC89C51芯片引脚图如图3-1所示。STC89C51是一种CMOS8位微控制器，该CPU的性能很好，具有高性能、低消耗的优势，其内部存有Flash存储器，可实现编程功能。单芯片的灵巧性以及可编程Flash的技术，使得该型号芯片能为很多控制应用系统提供支持和帮助，尤其是嵌入式控制系统都可实现灵活、有效的解决方案。该芯片的功能主要包含如下几个部分：32位I/O口线、512字节RAM、8k字节Flash、MAX810复位电路、内置4KBEEPROM、三个16位定时器/计数器、看门狗定时器、同时还具有全双工串行口以及一个6向量2级中断结构。该芯片的操作过程中，可以实现0Hz静态逻辑应用，实现两种软件的技术支持，还有节电模式可供选择。一般处于空闲状态，CPU会不运行，此时继续工作的模块包含RAM、串口、定时器/计数器和中断结构。掉电情况下会自动运行保护程序，此时RAM的数据内容能实现封存，振荡器会冻结，单片机停止运行，一直到下一中断后结束。或者硬件复位也能实现新工作。在工作中的相关参数为运作频率最高为35Mhz，可以选择6T或者12T。

引脚功能如下表3-1：

表3-1 STC89C51主控芯片引脚表

名称	编号	类型	功能
P1.0/CLKOUT2	1	输入/输出	独立波特率发生器的时钟输出
P1.1	2	输入/输出	标准I/O口
P1.2/ECI/RXD2	3	输入/输出	PCA计数器的外部脉冲输入脚；第二串口数据接收端
P1.3/CCP0/TXD2	4	输入/输出	外部信号捕获；高速脉冲输出及脉宽调制输出
P1.4/CCP1/	5	输入/输出	外部信号捕获；高速脉冲输出及脉宽调制输出
P1.5/MOSI	6	输入/输出	SPI同步串行接口的主出从入
P1.6/MISO	7	输入/输出	SPI同步串行接口的主入从出
P1.7/SCLK	8	输入/输出	SPI同步串行接口的时钟信号
P3.0/RXD	10	输入/输出	串口1数据接收端
P3.1/TXD	11	输入/输出	串口1数据发送端
P3.2/	12	输入/输出	外部中断0，下降沿中断或低电平中断
P3.3/	13	输入/输出	外部中断1，下降沿中断或低电平中断
P3.4/T0/CLKOUT0/	14	输入/输出	定时器/计数器0的外部输入；定时器0下降沿中断；定时器/计数器0的时钟输出
P3.5/T1/CLKOUT1/	15	输入/输出	定时器/计数器1的外部输入；定时器1下降沿中断；定时器/计数器1的时钟输出
P3.6/	16	输入/输出	外部数据存储器写脉冲
P3.7/	17	输入/输出	外部数据存储器读脉冲
XTAL2	18	输入	接外部晶振；使用外部时钟源时的输入端
XTAL1	19	输入	接外部晶振；使用外部时钟源时的悬空端
GND	20		接地引脚
P2	21-28	输入/输出	I/O口；高8位地址总线
P4.4/NA/PSEN	29	输出	I/O口
P4.5/ALE	30	输出	地址锁存允许
P4.6/VP/RST2	31	输入	外部低压检测中断/比较器；第二复位引脚
P0	32-39	输入/输出	I/O口；地址/数据复用总线低8位地址线
VCC	40		接+5v引脚

STC89C51特性：

能够实现和MCS51的兼容；内置4KFlash ROM；双向I/O口32个；256X8bit内部RAM；三个16位定时器/计数器；0-24MHZ频率（时钟）；串行中断两个；UART串行通道；外部中断源两个；读写中断口线两个；3级加密位；两组节电模式；睡眠、唤醒功能。

3.2.2　晶振电路设计

晶振电路电源电路如下图3-2所显示。STC89C51单片机造成时钟数据信号的方法普遍有两种方式：一是内部结构时钟法，二是外界时钟法。对于单片机而言，其内部结构中存在一个明显的振荡电路，此时需要将单片机上XTAL1和XTAL2管脚进行外接，晶振电路的外接能使得单片机内部产生自激振荡器，造成内部结构中出现时钟脉冲信号。图上的电力电容器分别是C2和C3，这两个电容器的功能中，C2代表平稳工作频率,C3代表快速启动震动。两个电容器的电容范围处于5-30pF之间，典型值30pF。对于CYS电路而言，其振荡频率的标准处于1.2-12MHz的范围内，典型值有两个，分别是12MHz、11.0592MHz。在本文的设计过程中，选用的晶振电路的震荡频率是12MHz的。

图3-2 晶振电路设计

3.2.3　复位电路设计

复位电源电路通常使用这两种方法：插电后全自动复位、或者功能键按压复位两种。一般而言，对于通电全自动复位电源电路而言，其操作相对简单，利用的是外界的电源电路电容器电池来充电操作。因此其Vcc增益值是低于1ms的，这样一来，全自动通电复位可以实现。此时其基本的参数设置如下：时钟频率6MHZ，C电容22uF，R为1k。手动式复位是对功能键的按压复位，其包含有时候还要对锁匙进行操作。本文的设计选用的手动式复位。根据电阻将RST接线端子与开关电源Vcc联接来完成脉冲信号复位。

图3-3 复位电路设计

3.2.4　下载电路设计

为外界CH340下载控制模块预埋的下载电源电路如下图3-4所显示。在下载电源电路的制定中，挑选了含有预埋程序编写端口号的外界CH340控制模块。CH340的1脚接地装置，TXD 2脚接单片机的RXD脚，数据信号送至单片机。RXD3脚接单片机的TXD脚，接受单片机意见反馈的数据信号，4脚接5V开关电源。当微处理器插电并复位时，外界CH340控制模块根据其本身的TXD管脚将程序流程下载到微处理器。下载后，MCU根据自身的TXD管脚推送数据信

机器设备，根据下载器意见反馈给上位机软件

3.2.5　主控模块电路设计

图3-5 主控模块电路设计

主控芯片控制模块的电路原理如下图3-5所显示。最小系统的结构中，仍需要包含大部分的组成部分，比如单片机、开关电源、复位、时钟以及晶振电路和下载电源电路。在单片机的正常运行中，需要开关电源、时钟电源等都存在。最小系统可以做为软件系统的关键一部分。根据拓展储存器和A/D，单片机的功用还可实现更繁杂操作。

STC89C51单片机上面是具有ROM/EPROM的，因此这一处理芯片上的最小系统具备简洁性和有效性，比较靠谱。

3.3　人体感应模块设计

人体传感器的模块设计是基于热释电红外探头而实现的，这一探头的基本原理主要为：首先，人体体温是恒定37摄氏度左右，这是固定不变的，这就会导致人体传出特殊光波长，即红外线10μm波长的光。被动式红外感应器就是对这一光进行捕捉和检测，对人身上的红外线进行检测，身体传出的10μm上下的红外感应通过纤维滤光片提高后集中化在红外线感应器源上。红外感应源选用热释电元器件，当身体传出的红外辐射温度改变时，会失去电荷守恒，向外释放出来正电荷。通过后面的电源电路检验和解决，可造成存在人体的数据信号。

全自动感应：人进入目标测定范围之内的时候，全自动感应可以基于低电平的输出而实现；一旦感应距离中人离开，全自动会延迟关闭，从而避免低电平的输出，休眠时输出的是高电平。

二种开启方式：

不可重复触发方式：这一种开启方式指代的是感应器党对低电平进行输出之后，会经过一定时间的延迟，而后输出信号会从低电平转变为高电平；可重复触发方式：此种开启方式指代的是，如果感应对低电平输出之后，若是延时时段内人还在感应范围中，其输出就会一直处于低电平阶段，一直到人的离开，延时才会结束，即可重复性。延时结束后低电平会转变为高电平。在这种开启方式中，每个活动最后时间为延时时间的起始点。具有感应封锁时间：在感应模块输出感应信号的时候，延时时间一旦结束，就可以设计封锁时间，此段过程中可以使得感应器不再接收信号。这一功能的实现，便于保证“感应输出时间”和“封锁时间”之间存在一定的间隔，这对于一些特殊用途很有帮助，比如间隔探测产品的方式，就可以基于此功能实现。而且这一功能还能更好的抑制负载切换过程中的干扰。在设计感应封锁时间的时候，普遍设置范围大约在零点几s-几十s之间。

(1)这类探头的目地是检验身体辐射源，因此热释电元器件对光波长约10μM的红外辐射十分敏感。

(2)为了更好地仅对身体的红外辐射比较敏感，其辐射源表层遮盖了一层独特的纤维滤色片，显著抑止了自然环境的影响。

(3)针对身体出现的检验，感应器由2个热释电元器件串连构成，2个热释电部件的极化方位恰好反过来。环境辐射源对2个热释电部件的效果几乎同样，使他们的充放电效用互相相抵，因此探测仪没有信号输出。

(4)一旦有些人进到检测地区，身体的红外辐射被一些浴室镜子对焦。由人体存在感应器的热释电元器件接收，但2个热释电元器件接受的热能和热释电动能不一样，没法相抵。通过信号分析，输出人体存在的数据信号。

(5)菲泥尔滤光片依据不一样的功能标准有不一样的镜头焦距(感应间距)，进而形成差异的监管视场角。视线越宽，操纵越紧。

当许多人步入时，健身运动的身体传出的红外感应被红外线传感器接受，红外线传感器感应到身体的存有，输出脉冲信号。假如身体往最失灵的角度挪动，人体传感器反射面的数据信号会不理想化，有时候会发生操作失误，因此要需注意人体传感器的安裝方位。

人体传感器HP-208是深圳浩博特电子有限公司产品研发生产制造的根据光谱分析技术的人工智能产品，其主要特点如下所示：

(1)感应方式是自动的。当人进到感应距离时，会输出脉冲信号(3.3V高)，当人离去感应距离时，会自行关掉脉冲信号，输出低电频(0.3V低)；

(2)选用可重复触发方法。即感应输出脉冲信号后，假如身体在延迟期内在其感应范畴内健身运动，其输出将一直维持高电平，延迟8-15秒后脉冲信号转变成低电频，直到人离去；

(3)工作频率DC3V-DC24V；

(4)其形态为锥型，具有高范畴，锥形角度小于140度，间距不大于7米；

(5)静态情况下，电流数据不应超过50微安，低功耗；

(6)操作温度在-15°~700°中间，适应能力强；

(7)高灵敏和稳定性。

感应器的引脚3为开关电源数据信号接线端子，引脚1为接地装置数据信号接线端子，引脚2为收集数据信号输出接线端子。加上一个LED做为指示灯。电路原理如下图3-6所显示：

图3-6人体传感器电路

3.4　光敏模块设计

3.4.1　光敏电阻介绍

光敏电阻又被称为光导管，常见硫化镉、硒、硫化铝、硫化铅、硫化橡胶铋等原材料做成。这种原材料具备在指定光波长的光直射下电阻快速减少的特点。这是由于光造成的自由电子在外面静电场的效果下加入了传输和飘移。电子器件奔向开关电源正级，空穴奔向开关电源负级，光敏电阻的电阻快速降低。

是具备安裝在绝缘性衬底上的2个欧姆接触电级的管芯光学电导体。光学电导体消化吸收光量子造成的康普顿效应仅限光表层的层析。尽管有极少数转化成的自由电子蔓延到内部结构，但扩散深度比较有限，因此一般把光电导体制成层析。为了更好地得到高灵敏，光敏电阻的电级一般选用梳状图型。

光敏电阻是一种电阻值随入射角光线强度而变动的电阻，它是由半导体材料的光学导效用做成的。它也被称作光学导探测器。入射角光照强度大会使得电阻减少，反之电阻扩大。还有些电阻是恰好相反的，选择时候必须要选用合适的光敏电阻。

光敏电阻是通过对光信号的检测而改变电阻大小的常用产品，其一般包括测光部分、光电转换部分和光控开关部分。最为常见的光敏电阻是半导体制成的，即硫化镉光敏电阻，性能很好。光敏电阻对光极为敏感(即光谱仪特点)，与人的眼睛对能见光的回应十分贴近(0.4~0.76m)。只需人的眼睛能感受到光源，它的电阻便会产生变化。在设计方案照明灯具控制回路时，选用白炽灯(小电珠)、太阳光等来进行涉及操纵，使得设计难度大大减小

本设计用来分压电路的方法就是对光敏电阻和电阻的变动实现的，获取电流数据，并且可以LM393电压进行比较。在光敏电阻中，光线可依照10k可调式电阻进行调整。感应光源是不是较弱，并将信号分析给单片机设计。

结构见下图3-7所示：

图3-7 敏电阻结构图

3.4.2　LM393电压比较器介绍

LM393特点如下：

（1）工作过程中，电源电压设计范围广，运行正常，无论是单电源，还是双电源均可实现正常运行。其基本参数为单电源电压为：2～36V，双电源电压为:±1～±18V；

（2）电流消耗较小，Icc数据约为0.8mA；

（3）失调电压的输入数据相对偏小，Vio=±2mV；

（4）共模输入具有较为广的电压范围领域，Vic=0～Vcc-1.5V；

（5）输出兼容性好，无论是TTL，MOS，DTL，CMOS等都能实现；

（6）输出连接“或”门，该过程一般基于开路集电极实现；

DIP8和SOP8是本文的选用对象。LM393的内部结构图如图3-8所示：

图3-8 LM393内部结构图

LM393是一款功率放大、频带宽元器件。和大部分电压比较器一样，假如输出端和输入端两者之间存有寄生电容，而产生耦合，则容易造成振荡。这种情况只产生在电压比较器更改情况时输出工作电压越迁的空隙。开关电源旁通过滤波难以解决这个问题，规范PC板的设计方案有利于减少键入输出间的寄生电容藕合。将输入电阻减少到10KΩ下列会降低反馈信号，即使少许的正反馈(滞回1.0~10mV)也会造成快速开关，这将阻拦分布电容震荡。除非是应用滞回，不然插入IC并在管脚上提升电阻会致使键入和输出在短变换周期时间内震荡。若键入信号为脉冲波型数据，且其上升幅度十分迅速，这种情况下允许不滞回。

电压比较器并未使用管脚，因此需要进行接地设计。

LM393偏置网络的静态数据电流量需要作为设计的参考数据，但是其电流量和电压的范畴是并不相关的。电源电压应处于2.0~30V范围内。一般来说，对于开关电源来说，旁路电容不需使用。

差分信号输入的电压是可以在一定程度上超过Vcc设置的，而且元器件一般来说并不会被损坏，如果需要维护，则必须要求负载段的输入电压数值，相对工作电压而言，超过-0.3V。

LM393输出的过程中，其中一块指代的为发射极接地装置的集电极断路NPN输出晶体管。输出电阻可以接在容许的电源电压范畴内的一切电源电压上，不会受到Vcc直流电压的限定。此输出可作为简易的SPS对地断路(不应用负荷电阻时)，输出一部分的极限电流量受元器件，极有可能是受限的，限定的电流数值为16mA，学名极限电流。一旦达到16mA的时候，输出晶体移开，电压迅速提升。输出饱和电压也会受到限制，输出晶体管内存在γSAT，电阻值60Ω左右，是限制饱和电压的关键因素。电流小的时候，输出晶体管一般会出现低失调电压的情况，电压值约为1.0mV，此时输出电位约为零电平。

在本文的研究中，分压的过程是基于光敏电阻的变化以及电阻两种工具实现的。最终所得电压经比较可知，10kΩ可调电阻的调节效果较好，对光线限值的调节影响较大，当光线低的时候，信号会传输到达单片机。具体电路图如3-9所示：

图3-9 光敏模块电路

　3.5　继电器驱动模块设计

电磁继电器的组成部分大同小异，基本都是包括线圈、铁芯、衔铁和触点弹簧。电磁线圈通电时候会使得内部产生电流，电磁效应随之产生，衔铁会因为磁效应被吸引，此时的扭簧拉力也会被变压器铁芯吸引住，衔铁移动触点、常开触点都被吸附，电源关闭，磁力小时，衔铁在扭簧弹力下返回原有位置，两触点释放。不断的吸附和释放，就会使得电路时断时开，最终使得继电器“常开、常闭”。上述概念中，常开触点指的是电源断开的时候，中断情况的静触点，接通电源的情况下的静触点反之称为常闭触点。对继电器而言，电路包括低电压操纵电路、髙压操作电路2个电路。

这里继电器的驱动方式是由三极管实现的，三极管型号为PNP型号，在继电器不断的闭合推动的时候，显示灯随之照亮，如下图所示。在设计过程中若不接负载，

继电器吸咐，LED也会点亮，具有指示效果。

图3-10 继电器驱动电路图

3.6　电源模块设计

图3-11 电源供电模块电路原理图

系统供电原理如图3-11所示。系统的供电电压为+5V，此系统用的变压器输出电压为9V。电路的两端分别电压是220V的交流电和9V的电压，是通过变压器实现的。9V电压通过二极管后，流经电解电容C1、C2的滤波，经稳压器而后输出。稳压器的选用产品为LM7805型号，输出点的电容分别为C3、C4，这样有助于得到5V直流电压，还能更好的改善响应效果，缓冲负载突变。所得的5V电压可以给单片机和外围Vcc端供压。

本系统设计中，系统供电采用DC3.5mm接口+5V供电。1脚为正极，2脚为负极。1脚连接自锁开关的5脚，自锁开关中包括两组常开，两组常闭，按下开光后，常开变常闭，6脚接通5脚，形成通路。串联中包括的主要有1K的电阻、R8、LED灯，其中LED的性能是对电路是否形成通路进行解释，电阻是为了减少LED灯的电流，避免灯烧坏击穿。其原理图如图3-12。

图3-12 电源电路原理图

　第4章　系统软件设计

在总体了解了我们要设计方案的课题研究后，最先必须制订程序流程架构的流程表，对整体设计方案区划控制模块，按模块完成其作用，最后将各子控制模块有效联接，构成总体程序流程。

程序编写的具体目标是根据单片机设计系统内部结构比较有限硬件平台的有效分派，运用最直接的高效的计算机语言，完成单片机设计外部设备的操纵，使这种外部设备开展需要的实际操作软件开发。

此章的软件开发根据要想完成的作用，以系统的硬件开发为基本，选用模块化设计的编程思想，在进一步进行系统作用的一起完成系统的稳定运作。软件开发的目地是让单片机设计载入并程序执行，精确测量间距、时间、光照强度，依据检测结果操纵继电器的输出。

系统的软件主程序流程图如图4-1所示。

图4-1 系统软件总流程图

系统的软件子程序流程图如图4-2所示。

图4-2 系统软件子流程图

　第5章　调试与分析

　　5.1　编程软件调试

本设计方案是在Keil C条件下研发的，Keil C软件适用c语言编程和调节，方便使用，是C语言大学毕业设计师的优选。设计方案的根本任务是安裝、学习培训和应用此软件，轻轻松松学习培训和了解Keil C，而后对Keil C进行编译，编译处理完毕将STC_ISP_V480软件进行匹配应用，与单片机开发板进行深度结合，促进实物与程序的连接载入。此后进行程序前设置。第一，需要设定MCU种类，选定为STC89C51；第二，开启建立并编译程序的体系文件，这是一个以.hex为后缀名的文档；第三，挑选相对应的COM端口；第四，点击流程Download/免费下载并等候提醒。

接入MCU开关电源时，开启单片机开发板电源开关后，自身载入。

Keil C程序运行如图5-1所示。

图5-1　keil C运行图

　5.2　光敏模块调试

测试方法：将程序通过烧录软件烧录进入单片机主控芯片，测试光敏电阻的灵敏度，将光敏电阻置于光照强度不同的环境中，观察光敏模块指示灯。

测试结果：将光敏电阻置于光照强度不同环境中，通过调节电位器改变触发阈值，几次测试后，将光敏模块灵敏度调节到合适的触发条件。即当环境光照强度较弱时，可以触发光敏模块改变输出电平。测试时发现，被控灯具的点亮会影响光敏模块的触发，所以实际应用是，需要考虑灯光对光敏模块的干扰，尽量将光敏模块设置在可以检测环境光的强度，又不能被灯光影响的地方。

　5.3　人体热释电传感器模块调试

测试方法：通过控制人体与人体热释电传感器的距离，观察指示灯的亮灭，判断是否触发传感器；并改变人体位置，基于对人体位置的改变，能使得传感器测试角度范围得到检测。

测试结果：测试多次以避免偶然事件，对人身上传感器的电位器进行不断的测试调节，设置合适的触发延时时间和检测距离，来提高系统的准确度。

　5.4　调试改进与结果

通过一次调节找寻错误的缘故和改善，智能化光操纵系统总算完成了全部的作用。但因人体感应模块是需要预热一段时间才能运行的，因此逐渐配电工作后，人体需要受到预热而后出现人体指示灯的正常点亮的现象，示意着人体感应模块检测到位，系统正常运行。此后光敏模块会在环境暗淡的情况下检验人体信号，闭合继电器使得灯光照亮，如果检测不到人体，继电器会主动关闭。

　第6章　结　论

本系统是以单片机设计为核心技术的操纵系统，运用软件编程，最后完成了各类功能。该教室照明灯具系统的操纵以STC89C51单片机芯片为关键，根据有关电路的配合，完成了系统设备(灯泡)的操纵，完成了教室照明灯具的全自动照亮、灭掉操纵。在简单化电路设计方案的与此同时，节省了51单片机的I/O端口号资源，给系统的进一步拓展留有了大量空间。系统硬件软件设计方案、试验基本确认，系统具备较好的可靠性，输出功率使用率高。

在保证稳定和安全性的基本上，硬件开发中尽可能选用高性价比的构件，控制成本。在软件开发中，选用多个任务方式开展信息收集、解决，最后做到灯光效果操纵的目地。

在设计上，教室的尺寸和总面积不尽相同，教室的照明灯具总数也不一样，因而教室内组装的智能控制系统设备的数目也不一样，尤其是人体传感器的应用总数受总面积的危害更高，教室照明灯具操纵系统的使用也仅仅不足的范畴内。 教室总面积大，超出人体传感器的覆盖范围时，搜集的数据信号很有可能会有误，危害控制系统的姿势。为了避免这样的事情，使系统更靠谱，甄选选用好几个人体传感器。

人体传感器一般收集有行动的身体，在人体静止不动的情形下，坐着不活动的情形下，人体传感器不输出数据信号，因而人体传感器设备最好是设计成可以在系统运作中晃动。

在本系统中，人体传感器收集的信息和光线收集的数据信号互相息息相关。 期待将人体传感器和光线搜集电路一体化，简单化电路，简化软件系统。基本试验证实，该系统适用范围好，适用教室、大厦、公司办公室、公共图书馆等公共场合。

教室照明灯具的全自动照亮、灭掉操纵-单片机

价格 ¥9.90 发布时间 2022年12月25日

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