室外智能節(jié)能LED照明燈設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì)論文)

1、摘要現(xiàn)今社會(huì)，led的應(yīng)用表現(xiàn)在許多方面，從led顯示器到led節(jié)能燈的廣泛應(yīng)用，可以說(shuō)現(xiàn)階段led的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各行各業(yè)中，當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展導(dǎo)致能源趨于枯竭，而led照明燈具有很多的優(yōu)勢(shì)，它發(fā)出的光是冷光源，光效高，工作電壓低，能耗少，壽命長(zhǎng)，環(huán)保無(wú)污染，安全可靠便于維護(hù)，在對(duì)該課題的選擇時(shí)考慮到設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)計(jì)相關(guān)的傳感器，需要對(duì)一定量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所以在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中加入單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制核心。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用intel公司的8051單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制處理核心，該單片機(jī)內(nèi)部有足夠的資源供系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，在傳感器方面我們采用的傳感器有熱釋電紅外探測(cè)器、噪聲探測(cè)傳感

2、器、可見光探測(cè)器。另外在處理采集過程中我們采用了a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0809、d/a轉(zhuǎn)換芯片dac0832、集成運(yùn)算放大器lm324、在驅(qū)動(dòng)電路的選擇中我們采用ap-2b320，該驅(qū)動(dòng)器用220伏交流市電供電，給發(fā)光二極管提供320ma穩(wěn)定的單向電流，可以串連驅(qū)動(dòng)1040只1瓦的大功率發(fā)光二極管工作。通過各種傳感器的相互協(xié)調(diào)工作，通過單片機(jī)控制和調(diào)節(jié)led照明燈的開關(guān)和亮度。關(guān)鍵詞：led照明燈，單片機(jī)，傳感器 abstractpresent-day society, led application performance in many aspects, from led display t

3、o the wider use of energy-saving lamps, led can say at this stage of the application have penetrated into all walks of life in the contemporary social development tends to lead to depletion of energy, and led lighting lamps have a lot of advantages, its just cold light, high-efficiency, low voltage,

4、 low energy consumption, long life, environmental pollution-free, safe and reliable easy to maintain, in the choice of the topic to take into account the design process need to design-related sensors, the need for a certain amount of data processing, throughout the design process of accession to the

5、 mcu as a whole system of data management and control of the core. throughout the system design used in the 8051 intel mcu as the control system processing core, the mcu have sufficient internal resources for the needs of system design, the sensor, we used a pyroelectric sensor infrared detector , n

6、oise detection sensors, visible light detectors. also in the collection process, we dealt with by the a / d converter chip adc0809, d / a converter chip dac0832, integrated operational amplifier lm324. in the drive circuit in the choice we use ap-2b320, the 220 volts used in the exchange-driven elec

7、tricity supply, to provide 320 ma led stability of the current one-way, the thread can drive 10 40 only 1 watt the high-power led work. through co-ordination between the various sensors controlled by mcu control and regulation of led lighting switches and brightness.key words: led lighting lamps，mcu

8、，detectors目 錄摘要iabstractii1 緒論11.1 課題背景11.2 國(guó)內(nèi)外大功率led與半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r11.3 led照明燈和其他照明燈的優(yōu)缺點(diǎn)31.3.1白熾燈31.3.2日光燈31.3.3節(jié)能燈31.3.4 led節(jié)能燈41.4半導(dǎo)體照明技術(shù)對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的意義41.5 國(guó)家對(duì)推動(dòng)led照明燈產(chǎn)業(yè)具有的好處與優(yōu)勢(shì)51.5.1 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益51.5.2 環(huán)境效益51.5.3 中國(guó)對(duì)發(fā)展led照明具有的優(yōu)勢(shì)62 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)72.1 性能指標(biāo)72.2 方案選擇72.2.1 方案提出72.2.2 方案論證82.2.3 方案選定83 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1 系統(tǒng)總

9、體框圖103.2 具體設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖113.2.1 框圖說(shuō)明113.3核心控制模塊123.3.1 mcs-51單片機(jī)總體概況123.3.2 微處理器153.3.3 存儲(chǔ)器163.3.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器173.3.5 并行輸入/輸出和串行輸入/輸出接口173.3.6中斷系統(tǒng)173.4檢測(cè)電路模塊183.4.1 被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器183.4.2 環(huán)境噪聲探測(cè)器193.4.3 可見光探測(cè)器193.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊203.5.1 adc0809結(jié)構(gòu)框圖203.5.2 adc0809功能簡(jiǎn)介203.5.3 dac0832結(jié)構(gòu)框圖223.5.4 dac0832功能簡(jiǎn)介223.5.5 74hc165結(jié)構(gòu)框

10、圖233.5.6 74hc165功能簡(jiǎn)介233.6 led照明控制和驅(qū)動(dòng)電路模塊243.6.1驅(qū)動(dòng)電源的選用243.6.2散熱方式253.6.3 led照明控制模塊253.6.4 led燈連接方式253.7電源模塊273.7.1單片開關(guān)電源的兩種工作模式283.7.2 topswitch單片開關(guān)電源模塊介紹283.7.3 單片開關(guān)電源反饋電路的四種基本類型293.7.4 電路設(shè)計(jì)方案303.7.5 多路輸出式25v開關(guān)電源314系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)334.1 系統(tǒng)軟件構(gòu)架334.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)344.3傳感器子程序設(shè)計(jì)344.4 中斷服務(wù)函數(shù)子程序設(shè)計(jì)354.5 驅(qū)動(dòng)控制led子程序設(shè)計(jì)365 系

11、統(tǒng)組裝與調(diào)試375.1 pcb板的設(shè)計(jì)375.2 電路的組裝385.3 硬件調(diào)試過程385.3.1 斷電調(diào)試385.3.2 通電調(diào)試385.4 軟件調(diào)試385.5軟硬件調(diào)試與結(jié)果446 結(jié) 論45參考文獻(xiàn)46附錄a:系統(tǒng)總電路原理圖47附錄b 系統(tǒng)程序48致謝581 緒論1.1 課題背景當(dāng)今世界范圍內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有一個(gè)非常值得注意的動(dòng)向是：隨著第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵的突破和藍(lán)、綠及白光發(fā)光二極管的問世，半導(dǎo)體技術(shù)繼引發(fā)微電子革命之后，又孕育一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命照明革命，其標(biāo)志是半導(dǎo)體燈將逐步替代白熾燈和熒光燈。第一代半導(dǎo)體燈將采用大功率led作為新光源，在同樣亮度下，其耗電僅為普通白熾燈的1/

12、10，而壽命卻可以延長(zhǎng)100倍。 由于半導(dǎo)體照明具有切能、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、環(huán)保等特性，如同晶體管替代電子管一樣，半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，也是大勢(shì)所趨。鑒于半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)令人鼓舞的發(fā)展前景，日本、美國(guó)、歐盟、韓國(guó)等近年來(lái)相繼推出國(guó)家半導(dǎo)體照明計(jì)劃，投入巨資進(jìn)行研發(fā)，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)也出臺(tái)了新世紀(jì)照明光源開發(fā)計(jì)劃，大力發(fā)展發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，到2010年前后，美國(guó)將有55%的白熾燈和熒光燈被半導(dǎo)體燈替代，每年可節(jié)電350億美元。日本提出，2006年就要用半導(dǎo)體燈大規(guī)模替代傳統(tǒng)白熾燈。根據(jù)測(cè)算，7年后僅在美國(guó)，半導(dǎo)體照明就可能形成一個(gè)500億美元的大產(chǎn)業(yè)。為了把握好這個(gè)歷史性的新產(chǎn)

13、業(yè)機(jī)遇，政府充分發(fā)揮導(dǎo)向作用，2003年6月19日，由科技部、信息產(chǎn)業(yè)部、建設(shè)部等相關(guān)政府部門跨部門、跨地區(qū)成立了“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，這標(biāo)志著國(guó)家正式從戰(zhàn)略角度啟動(dòng)了“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”。led認(rèn)為是21世紀(jì)的照明光源。led發(fā)光器件是冷光源，光效高，工作電壓低，而且能耗低，同樣亮度下，led能耗為白熾燈的10%，熒光燈的50%。led壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，是熒光燈的10倍，白熾燈的100倍。用led替代白熾燈或熒光燈，環(huán)保無(wú)污染。使用安全可靠，便于維護(hù)。我國(guó)照明用電占總發(fā)電量的12%。目前，公共建筑的照明燈具控制大多采用手動(dòng)開關(guān)，經(jīng)常出現(xiàn)沒有及時(shí)開關(guān)的現(xiàn)象，從而造成大量的能源

14、浪費(fèi)和使用上的不便。另外，不必要的使用，也會(huì)縮短燈具的使用壽命。本文闡述了一套led智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可以根據(jù)工作環(huán)境中是否有人員和環(huán)境補(bǔ)光亮度等來(lái)自動(dòng)控制照明的開關(guān)和亮度。采用本系統(tǒng)具有提高用電效率，節(jié)約電能和緩解了用電高峰的電力供應(yīng)壓力雙重作用。1.2 國(guó)內(nèi)外大功率led與半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r對(duì)于led這種將電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件的研究，人們很早就開始。第一只led產(chǎn)品是1962年在ge公司做出的。1993年高亮度紅、黃led開始批量生產(chǎn)。1995年，高亮度藍(lán)色、綠色led也相繼進(jìn)入批量生產(chǎn)，使led的發(fā)光波長(zhǎng)覆蓋從紅色到藍(lán)色整個(gè)可見光譜范圍，而且具有高達(dá)30%的發(fā)光效率。隨之

15、而來(lái)的白色led的成功研制，更大大拓展了led的應(yīng)用領(lǐng)域，從此開始形成了一個(gè)朝陽(yáng)無(wú)限的led照明產(chǎn)業(yè)。我國(guó)在高亮度led這一領(lǐng)域起步較晚，從1993年開始，中科院半導(dǎo)體所、北京大學(xué)等單位在國(guó)家863計(jì)劃和自然科學(xué)基金的支持下，在相關(guān)領(lǐng)域開始了許多研究工作。但目前在材料質(zhì)量、器件指標(biāo)等方面與國(guó)際先進(jìn)水平還有很大差距，特別是在半導(dǎo)體用于照明的一些關(guān)鍵性產(chǎn)業(yè)技術(shù)上還未能攻克。led產(chǎn)品中技術(shù)壁壘最高的是上中游產(chǎn)品的生產(chǎn)，目前窺視這一巨大商機(jī)的廠家不少，但由于技術(shù)、資金和產(chǎn)業(yè)化工藝的限制，國(guó)內(nèi)真正能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的企業(yè)屈指可數(shù)。目前，led照明產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)集中在大功率高亮度白光led。各國(guó)政府均大力

16、扶持白光led的發(fā)展，美、日、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家皆由政府成立專項(xiàng)積極推行，如日本的“21世紀(jì)照明計(jì)劃”計(jì)劃，將耗資60億日元推行半導(dǎo)體照明，目標(biāo)是在2006年用白光led替代50%的傳統(tǒng)照明；美國(guó)的“下一代照明計(jì)劃”，時(shí)間從2000年-2010年，計(jì)劃投資5億美元；歐盟的“彩虹計(jì)劃”，已在2000年7月啟動(dòng)，通過歐共體的資助，推廣應(yīng)用白光led。美國(guó)在led照明的產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)上一直處于領(lǐng)先地位。lumileds是由philips lighting和agilent（原h(huán)p）與1998年合資興辦的公司，旨在開發(fā)生產(chǎn)照明用的led產(chǎn)品，以搶占未來(lái)巨大的市場(chǎng)。到目前，它所生產(chǎn)的1w、3w和5w的luxeo

17、n led是世界上最亮的白光led產(chǎn)品，它的白光效率已經(jīng)達(dá)到30 1m/w，5w器件的光通量達(dá)到120 lm。日本在功率型高亮度led的研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方面在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平，日亞化工、豐田合成和住友電子處于領(lǐng)先地位。日本日亞化工日前宣布，該公司已與美國(guó)發(fā)光二極管廠商lumileds達(dá)成協(xié)議，雙方將簽定led相關(guān)專利技術(shù)的交叉授權(quán)合約，涵蓋的對(duì)象包括兩家公司擁有的所有l(wèi)ed相關(guān)專利技術(shù)。sumitomo住友電子向美國(guó)cree公司一年內(nèi)訂購(gòu)了一億美元的led合同，這將是cree公司一年的全部生產(chǎn)能力，住友很顯然是想獨(dú)霸整個(gè)高亮度led的市場(chǎng)。德國(guó)的osram號(hào)稱剛剛建立了世界上最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)

18、線，將主要用來(lái)生產(chǎn)led和半導(dǎo)體激光器。由于osram是世界是第二大燈泡生產(chǎn)廠商，因此用led制成新型節(jié)能長(zhǎng)壽燈是他們的新目標(biāo)。在臺(tái)灣，led相關(guān)的公司有幾十家，其產(chǎn)能也在迅速的膨脹，已成為世界上最大的led生產(chǎn)基地。2002年，日本住友和臺(tái)灣博達(dá)共同投資在臺(tái)灣成立了博友科技，專門從事單芯片znse白光led芯片的生產(chǎn)。由于看到白色led在下一代光源新技術(shù)應(yīng)用中的巨大潛力，2002年9月，臺(tái)灣成立了由11家頂級(jí)led公司組成的“下一代光源新技術(shù)研發(fā)集團(tuán)”，該組織專注于以白色的led為核心的下一代led新技術(shù)的研發(fā)。1.3 led照明燈和其他照明燈的優(yōu)缺點(diǎn)1.3.1白熾燈將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)

19、，利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。自1879年，美國(guó)的t.a.愛迪生制成了碳化纖維（即碳絲）白熾燈以來(lái)，經(jīng)人們對(duì)燈絲材料、燈絲結(jié)構(gòu)、充填氣體的不斷改進(jìn)，白熾燈的發(fā)光效率也相應(yīng)提高。1959年，美國(guó)在白熾燈的基礎(chǔ)上發(fā)展了體積和衰光極小的鹵鎢燈。白熾燈的發(fā)展趨勢(shì)主要是研制節(jié)能型燈泡。不同用途和要求的白熾燈，其結(jié)構(gòu)和部件不盡相同。光色和集光性能好，是產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的電光源。但其暖色和帶黃色光，有時(shí)不一定受歡迎。日本最按時(shí)完成制成能吸波長(zhǎng)為570-590nm黃色光的玻璃殼白熾燈，使光色比一般的白熾燈白得多。對(duì)所需電的總量說(shuō)來(lái)，發(fā)出的較低的光通量，產(chǎn)生的熱為80%，產(chǎn)生的光僅為20%。壽命相對(duì)地較短

20、。 1.3.2日光燈日光燈兩端各有一燈絲，燈管內(nèi)充有微量的氬和稀薄的汞蒸氣，燈管內(nèi)壁上涂有熒光粉，兩個(gè)燈絲之間的氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)出紫外線，使熒光粉發(fā)出柔和的可見光。但日光燈的附件多，故障機(jī)會(huì)較多，日光燈的價(jià)格比鎢絲白熾燈貴，日光燈的功率不能做得很大，日光燈發(fā)光是閃爍的。白熾燈由于燈絲熾熱而發(fā)光。所以是連續(xù)地發(fā)出光來(lái)。而日光燈是低壓氣體放電發(fā)光，若通的是直流電可以連續(xù)地發(fā)光，若通交流電發(fā)光就出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。如電源頻率是50赫，發(fā)光亮暗每分鐘就要改變100次。只是因?yàn)殚W光變化得很快和視覺暫留的作用，所以一般不易察覺。但在日光燈下觀察運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有抖動(dòng)的感覺。因此一般燈光球場(chǎng)都不用日光燈照明1.

21、3.3節(jié)能燈節(jié)能燈又叫緊湊型熒光燈（國(guó)外簡(jiǎn)稱cfl燈）,節(jié)能燈節(jié)能主要是通過節(jié)能燈管的節(jié)能和電子鎮(zhèn)流器低功耗的體現(xiàn)，電子鎮(zhèn)流器不但要保障節(jié)能燈管在它的特性下提供啟動(dòng)電流和啟動(dòng)高壓，而且在正常工作時(shí)要提高燈管的高頻穩(wěn)定的交流電流。通常，25攝氏度是節(jié)能燈最佳的工作溫度。在實(shí)際的應(yīng)用中，環(huán)境的影響和節(jié)能燈工作時(shí)自身產(chǎn)生的熱量會(huì)令此最佳的溫度無(wú)法實(shí)現(xiàn)，從而影響了節(jié)能燈的亮度。節(jié)能燈也分冷色和暖色兩種。高品質(zhì)節(jié)能燈的暖光設(shè)計(jì)和高超的顯色技術(shù)，讓光色悅目舒適，讓人真正擁有溫馨的氛圍。但是生產(chǎn)過程中和使用廢棄后有汞污染,目前西方國(guó)家對(duì)汞污染是相當(dāng)?shù)闹匾?國(guó)人也越來(lái)越認(rèn)識(shí)到了汞污染的危害性.，由于是玻璃制品

22、,易破碎,不好運(yùn)輸,不好安裝.，其耗電量還是嫌大了些，容易損壞,壽命短,節(jié)能但省錢這句話就是它的最好寫照。1.3.4 led節(jié)能燈led被認(rèn)為是21世紀(jì)的照明光源。led發(fā)光器件是冷光源，光效高，工作電壓低，而且能耗低，同樣亮度下，led能耗為白熾燈的10%，熒光燈的50%。led壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，是熒光燈的10倍，白熾燈的100倍。用led替代白熾燈或熒光燈，環(huán)保無(wú)污染。使用安全可靠，便于維護(hù)。我國(guó)照明用電占總發(fā)電量的12%。目前，公共建筑的照明燈具控制大多采用手動(dòng)開關(guān)，經(jīng)常出現(xiàn)沒有及時(shí)開關(guān)的現(xiàn)象，從而造成大量的能源浪費(fèi)和使用上的不便。另外，不必要的使用，也會(huì)縮短燈具的使用壽命。本文闡述了

23、一套led智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可以根據(jù)工作環(huán)境中是否有人員和環(huán)境補(bǔ)光亮度等來(lái)自動(dòng)控制照明的開關(guān)和亮度。采用本系統(tǒng)具有提高用電效率，節(jié)約電能和緩解了用電高峰的電力供應(yīng)壓力雙重作用。通過對(duì)比可知，led節(jié)能燈效果很明顯，只要led燈的成本隨led技術(shù)的不斷提高而降低。節(jié)能燈、白熾燈以及節(jié)能燈必然會(huì)被led燈所取代。目前國(guó)家越來(lái)越重視照明節(jié)能及環(huán)保問題，已經(jīng)在大力推行使用led燈了。1.4半導(dǎo)體照明技術(shù)對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的意義氮化鎵（gan）基半導(dǎo)體材料由于具有很寬的禁帶寬度、良好的光電學(xué)性能（較高的載流子濃度、遷移率、電子飽和速度、擊穿電場(chǎng)與較低的介電常數(shù)等）和物理化學(xué)性能（耐高溫、耐腐蝕

24、等），被譽(yù)為是繼第一代si、ge元素半導(dǎo)體材料、第二代gaas、inp半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料，或“后硅器件時(shí)代材料”的主要代表，是制作高頻、高溫、高壓、大功率集成電路（ic）用微電子器件和短波長(zhǎng)、大功率光電子器件的理想材料。作為在光電子領(lǐng)域的主要應(yīng)用之一，利用氮化鎵（gan）基半導(dǎo)體材料可制作出超高亮度藍(lán)、綠、白光發(fā)光二極管（led）。而在不久的將來(lái)可用作節(jié)能、環(huán)保照明器具的白光led則更是將引起照明產(chǎn)業(yè)的革命，有著非常廣闊的應(yīng)用前景?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)，按照目前的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢(shì)，半導(dǎo)體照明普通市場(chǎng)開始啟動(dòng)的時(shí)間大約會(huì)在2006年前后，在未來(lái)的5至10年，這種燈泡很可能逐漸成為下一代照明

25、的主流產(chǎn)品，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：（1）大屏幕顯示、車燈、交通燈、景觀燈等領(lǐng)域。高亮度藍(lán)光二極管（led）已經(jīng)解決了發(fā)光二極管的三原色的缺色問題。高亮度發(fā)光二極管近年來(lái)主要應(yīng)用于大屏幕彩色顯示、汽車尾燈、交通信號(hào)燈、多媒體顯像和手機(jī)及小屏幕lcd背光源等領(lǐng)域。（2）普通照明，替代日光燈和白熾燈。高亮度藍(lán)光二極管的出現(xiàn)，不僅僅是豐富了色彩，有了紅橙黃綠青藍(lán)紫全彩，更為重要的意義是由此產(chǎn)生的白光半導(dǎo)體燈。目前，世界上生產(chǎn)藍(lán)光二極管的半導(dǎo)體公司紛紛和老牌燈泡制造商結(jié)盟，搶占這個(gè)可以說(shuō)是未來(lái)最大的照明市場(chǎng)。可見日前的半導(dǎo)體燈已對(duì)傳統(tǒng)的白熾燈發(fā)起了挑戰(zhàn)。1.5 國(guó)家對(duì)推動(dòng)led照明燈產(chǎn)業(yè)具有的好處與優(yōu)勢(shì)1

26、.5.1 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)strategies unlimited估計(jì)，全球照明行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為120億美元。據(jù)臺(tái)灣富邦公司預(yù)測(cè)，未來(lái)5年，全球高亮度發(fā)光二極管年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到20%，至2007年整體市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)44億美元。我國(guó)高亮度led市場(chǎng)近幾年一直保持穩(wěn)步增長(zhǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。賽迪顧問公司預(yù)測(cè)，在汽車尾燈、交通燈、公共設(shè)施以及家庭照明需求的帶動(dòng)下，20032007年我國(guó)高亮度led市場(chǎng)規(guī)模將保持年均將近25%的增長(zhǎng)速度。推進(jìn)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化工程，其所能取得社會(huì)效益更加明顯：第一，國(guó)內(nèi)的照明和led企業(yè)由于缺乏高新技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系作支撐，只在低附加值的領(lǐng)域徘徊，通過產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的突破，將

27、為我國(guó)自主開發(fā)下一代半導(dǎo)體照明提供核心技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)我國(guó)照明工業(yè)的跨越式發(fā)展。第二，我國(guó)人均占有資源儲(chǔ)量較少，能源短缺問題將長(zhǎng)期存在，國(guó)家將不得不從戰(zhàn)略上重視照明節(jié)能，通過半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的突破，逐步形成新型的節(jié)能照明產(chǎn)業(yè)，有助于節(jié)省能源、降低污染，有利于實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。第三，半導(dǎo)體照明工業(yè)的發(fā)展，還將帶動(dòng)和形成一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)鏈。高亮度led的產(chǎn)業(yè)化，將帶動(dòng)上游外延片和管芯工業(yè)的發(fā)展和下游應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)和更新?lián)Q代，將會(huì)促使一批新興企業(yè)的誕生。1.5.2 環(huán)境效益白光led照明第一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)能，未來(lái)白光led照明的耗電量?jī)H為相同亮度白熾燈的10%-20%。1998年全球照明共

28、消耗2300億美元的電力，同時(shí)在發(fā)電過程中還產(chǎn)生了4.1億噸二氧化碳，而假如到2025年有一半的普通光源被半導(dǎo)體照明取代，那就意味著全球每年將節(jié)約電費(fèi)1000億美元，并減少二氧化碳污染物的排放?，F(xiàn)在我國(guó)一年耗電量為2000億千瓦時(shí)，光源替代后，每年可節(jié)約近1600億千瓦時(shí)，相當(dāng)于2個(gè)三峽電路。白光led照明另一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是環(huán)保。只用3伏的直流電壓保證其沒有電磁干擾，同時(shí)長(zhǎng)壽命又保證少產(chǎn)生廢物，不像日光燈點(diǎn)亮后會(huì)產(chǎn)生汞蒸汽燈污染物。普通燈泡壽命只有1000小時(shí)；而白光led燈壽命卻可以達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)?？纱蠓葴p少燈具損壞拋棄帶來(lái)的環(huán)境污染。1.5.3 中國(guó)對(duì)發(fā)展led照明具有的優(yōu)勢(shì)第一，中國(guó)

29、擁有巨大的照明工業(yè)和照明市場(chǎng)。我國(guó)現(xiàn)在是世界照明電器生產(chǎn)大國(guó)和出口大國(guó)之一，2002年銷售收入445億元，出口創(chuàng)匯43億美元。但是照明工業(yè)大而不強(qiáng)，主要做低端產(chǎn)品，利潤(rùn)率低，缺乏國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)現(xiàn)在每年照明用電6000億度，約占用電總量的20%。我國(guó)每年照明用電只有2000億度，占全國(guó)用電總量的12%。這意味著照明工業(yè)在我國(guó)有著巨大的發(fā)展空間。第二，我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域已具備一定技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。與微電子相比，我國(guó)在半導(dǎo)體發(fā)光器件領(lǐng)域與的差距較小。總體上看來(lái)，目前我國(guó)半導(dǎo)體發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，與發(fā)達(dá)國(guó)際只相差3-5年左右。我國(guó)已經(jīng)初步形成了從外延片生產(chǎn)、芯片制備、器件封裝集成應(yīng)用的比較完整的

30、產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)在全國(guó)從事半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件及照明系統(tǒng)生產(chǎn)的規(guī)模以上的企業(yè)有400多家，封裝在國(guó)際市場(chǎng)上已占有相當(dāng)大的份額。第三，發(fā)展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)能夠發(fā)揮我國(guó)的比較優(yōu)勢(shì)。半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，特別是位于產(chǎn)業(yè)鏈下游的芯片封裝和照明系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，既是一個(gè)技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，又是一個(gè)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，其難度和風(fēng)險(xiǎn)都大大低于微電子產(chǎn)業(yè)。發(fā)展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，能夠充分發(fā)揮我國(guó)的人力資源優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)，并增加出口，吸納就業(yè)。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 性能指標(biāo)（1）能夠感知人的靠近控制led照明燈的開關(guān)；（2）能夠根據(jù)環(huán)境的噪聲控制led照明燈的開關(guān)和亮度；（3）能夠感知環(huán)境的光照強(qiáng)度控制led照明燈的開關(guān)和亮度；（4）抗干

31、擾能力強(qiáng)；（5）led照明燈的亮度一致；2.2 方案選擇2.2.1 方案提出 方案一：分立元件聲光控制電路圖2.1 分立元件聲光控制電路圖2.1是一個(gè)實(shí)用的聲、光控制延遲led照明燈電路。其特點(diǎn)是：白天，燈自動(dòng)封鎖不亮；一到傍晚，只要有人走動(dòng)或有人談話時(shí)，燈既點(diǎn)亮，延遲數(shù)十秒后，燈有自動(dòng)熄滅。方案二：以單片機(jī)為控制核心的智能控制框圖圖2.2是一個(gè)以單片機(jī)為控制核心智能控制電路，它由一系列傳感器單元構(gòu)成。通過傳感器感知外部實(shí)際情況，并將其微弱信號(hào)通過運(yùn)算放大器放大后，利用a/d轉(zhuǎn)化送到單片機(jī)進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)處理，通過單片機(jī)的運(yùn)算處理達(dá)到智能控制led照明燈的開關(guān)和亮度。單片機(jī)傳感器單元a/d轉(zhuǎn)換

32、單元d/a轉(zhuǎn)換單元led驅(qū)動(dòng)控制單元圖2.2 以單片機(jī)為控制核心的智能控制電路2.2.2 方案論證方案一：直流在晶閘管vt4的陽(yáng)-陰極間形成正向陽(yáng)極電壓，從而構(gòu)成燈的開關(guān)的主要回路?？刂苹芈穭t由vt1vt2等元器件構(gòu)成，其工作電源來(lái)自r7降壓限流，vd5隔離、vs穩(wěn)壓與c2濾波，在c2兩端可以獲得10v左右的穩(wěn)定直流電壓。白天，光敏電阻器rl受自然光線照射呈低電阻，使vt2、vt3無(wú)法進(jìn)入導(dǎo)通態(tài)，led不會(huì)點(diǎn)亮，夜間，rl呈高電阻，從而解除對(duì)vt2、vt3的封鎖。此時(shí)，若室外有人走動(dòng)或有人談話時(shí)，腳步聲或者是談話聲將被話筒b拾取，并被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由c1經(jīng)vt1放大，放大后信號(hào)經(jīng)c3耦合，其信

33、號(hào)正半周可使vt2導(dǎo)通，vt3也相繼導(dǎo)通，c2存儲(chǔ)電荷就通過vt3、vd6向c4迅速充電，并使晶閘管vt4開通，led通電發(fā)光，人走后，c4存儲(chǔ)電荷可通過r8向vt4門極放電，任能維持vt4相繼導(dǎo)通，所以燈不會(huì)馬上熄滅。直至c4電荷其本放完后，vt4失去門極觸發(fā)電流，當(dāng)交流電過零時(shí)，vt4關(guān)斷，led才熄滅。電路延遲時(shí)間由r8、c4數(shù)值決定，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。vt4應(yīng)該采用觸發(fā)電流較小的0.81a/400600v的單向晶閘管，如mcr100-8.2n6565、bt169等，rl可選用亮度與暗阻相差倍數(shù)愈大愈好的mg44、mg45型等光敏電阻器，b應(yīng)采用靈敏度較高的小型駐極體電容電話筒，如cr

34、z2-113f型等。方案二：以單片機(jī)為控制核心的室外智能節(jié)能led照明燈，通過相關(guān)傳感器感應(yīng)外部實(shí)際情況，將外部信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的電信號(hào)，通過運(yùn)算放大器、a/d轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為能被單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)，通過單片機(jī)的一系列運(yùn)算與處理控制可控硅調(diào)節(jié)led照明燈的開關(guān)和亮度。該方案采用多種傳感器相互協(xié)調(diào)工作，能夠更合理、更智能的控制led照明燈的運(yùn)行。通過單片機(jī)端口輸出的數(shù)字信號(hào)控制可控硅調(diào)節(jié)led照明燈的亮度，能夠達(dá)到根據(jù)環(huán)境變化智能的調(diào)節(jié)led照明燈的亮度的效果的目的。2.2.3 方案選定根據(jù)這兩種方案的綜合考慮，方案一設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)用性也較強(qiáng)，但方案一只能機(jī)械的控制led照明燈的開關(guān)，不能夠根據(jù)環(huán)境

35、的變化智能的調(diào)節(jié)led照明燈的亮度。方案二利用單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)處理和控制核心，處理各個(gè)傳感器傳來(lái)的外部信號(hào)數(shù)據(jù)，同時(shí)利用單片機(jī)控制led照明燈的開關(guān)和亮度，達(dá)到智能控制和調(diào)節(jié)led照明燈亮度效果的目的，該方案各個(gè)元器件容易采購(gòu)且使用性非常廣，故在方案選擇中方案二較為理想。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用intel公司的8051單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，另外采用三套傳感器系統(tǒng)，主要為被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器、噪聲探測(cè)傳感器、可見光探測(cè)器。利用三套傳感器的相互協(xié)調(diào)工作，達(dá)到智能控制led照明燈的開關(guān)和亮度的目的。我們采用單片機(jī)作為照明系統(tǒng)的核心，單片機(jī)的品種規(guī)格很多，選取的原則是盡量使系統(tǒng)簡(jiǎn)單、性能可

36、靠、成本低。我們選用intel的8051單片機(jī)，其內(nèi)含128字節(jié)的ram，32條i/o線、2個(gè)8位常數(shù)可自動(dòng)重裝的8位定時(shí)器/記數(shù)器。單片機(jī)輸出脈沖經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換經(jīng)過功率放大后可直接接至繼電器控制led照明燈的開關(guān)。為控制led照明燈的亮度，由單片機(jī)輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換后接到數(shù)字電位器控制led照明燈的亮度。3.1 系統(tǒng)總體框圖在整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中我們將具體的電路分為五大模塊，他們分別由檢測(cè)電路模塊、核心控制模塊、a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊、led照明控制及驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊，其中檢測(cè)電路模塊由熱釋電紅外探測(cè)器、噪聲探測(cè)傳感器、可見光探測(cè)器，核心控制模塊主要由51單片機(jī)構(gòu)成，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊主要

37、有adc0809、dac0832和74hc165構(gòu)成，led照明控制及驅(qū)動(dòng)模塊主要由ap-2b320和數(shù)字電位器構(gòu)成，電源模塊我們采用簡(jiǎn)單的單片開關(guān)電源，總體框圖如圖3.1所示：檢測(cè)電路模塊核心控制模塊led照明控制和驅(qū)動(dòng)模塊電源模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊圖3.1 系統(tǒng)總體框圖3.2 具體設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖單片機(jī)被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器運(yùn)算放大器a/d噪聲探測(cè)傳感器運(yùn)算放大器a/d其他傳感器運(yùn)算放大器a/d可見光探測(cè)器a/d運(yùn)算放大器d/a運(yùn)算放大器繼電器并串轉(zhuǎn)換器開關(guān)led驅(qū)動(dòng)電路圖3.2 室外智能節(jié)能led照明燈設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖3.2.1 框圖說(shuō)明mcs-51單片機(jī)是美國(guó)intel公司在1980年推出的高性能8

38、位單片微型計(jì)算機(jī)，較原來(lái)的mcs-48系列就夠更為先進(jìn)，功能增強(qiáng)，它包括51和52兩個(gè)子系列。它含有運(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲(chǔ)器、4個(gè)i/o接口、串行接口、定時(shí)器/存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。對(duì)于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該單片機(jī)擁有足夠的資源滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器有三個(gè)關(guān)鍵性的元件：菲涅爾濾光晶片，它通過截止波長(zhǎng)812mm的菲涅爾濾光晶片，起帶通濾波器的作用，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用；菲涅爾透鏡，作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號(hào)折射在pir(熱釋電紅外傳感器)上，第二個(gè)作用是探測(cè)警戒區(qū)內(nèi)紅外線能量的變化，并由系統(tǒng)內(nèi)固化軟件對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算加工，由控制系統(tǒng)

39、內(nèi)的控制軟件通過控制邏輯來(lái)決定是否發(fā)出開燈信號(hào)。熱釋電紅外傳感器(pir)將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即熱電轉(zhuǎn)換。環(huán)境噪聲探測(cè)器：主要是通過探測(cè)環(huán)境中人類日?；顒?dòng)所產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行探測(cè)，并與紅外線部分的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行或運(yùn)算，以補(bǔ)償在環(huán)境溫度非常接近人體時(shí)紅外探測(cè)不敏感而無(wú)法判定是否有人進(jìn)入需要照明的區(qū)域?？梢姽馓綔y(cè)器：通過對(duì)光電管、光敏電阻等光電探測(cè)器的各種性能進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)光敏電阻的光譜響應(yīng)峰值比較接近人視覺敏感區(qū)的波長(zhǎng)。其次是當(dāng)光照強(qiáng)度減弱時(shí)，它的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)增加，裝置在光照強(qiáng)度變化時(shí)，輸出狀態(tài)保持相對(duì)穩(wěn)定?？紤]到光敏電阻對(duì)溫度變化較為敏感，偏置電路中的電阻可以采用與

40、探測(cè)元件溫變系數(shù)相近的光敏電阻，以防止工作點(diǎn)漂移。led驅(qū)動(dòng)電路：采用ap-2b320作為電源變換器驅(qū)動(dòng)大功率led，用單片機(jī)控制繼電器的輸出來(lái)控制led照明燈的開關(guān)，用單片機(jī)控制數(shù)字電位器控制led照明燈的亮度。3.3 核心控制模塊3.3.1 mcs-51單片機(jī)總體概況（1）主要功能mcs-51單片機(jī)室美國(guó)intel公司在1980年推出的高性能8位單片微型計(jì)算機(jī)，較原來(lái)的mcs-48系列就夠更為先進(jìn)，功能增強(qiáng)，它包括51和52兩個(gè)子系列。在51子系列中，主要有8031、8051、8751三種機(jī)型，他們得指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)rom有所不同，51子系列的主要功能為：1）8位cpu.

41、2)片內(nèi)帶振蕩器，震蕩頻率范圍為1.212mhz；可有時(shí)鐘輸出。3）128個(gè)指節(jié)得片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4）4kb得片外程序存儲(chǔ)器。5）程序存儲(chǔ)器得尋址范圍為64kb.6）片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器得的尋址范圍為64kb.7）21個(gè)字節(jié)專用寄存器。8）4個(gè)8位并行i/o接口：p0、p1、p2、p3。9）1個(gè)全雙工串行i/o借口，可多機(jī)通信。10）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。11）111條指令，含乘法指令和除法指令。12）中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。13）有強(qiáng)得位尋址、位處理能力。14）片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。15）用單一+5v電源。52子系列主要有8032、8052兩種機(jī)型。與51子系列的不同在于：片內(nèi)

42、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增至256個(gè)字節(jié)；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器增至8kb；有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；有16個(gè)中斷源。其他性能均與51子系列相同。（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖3.3 mcs-51系列單片機(jī)得內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖在圖3.3可以看出：它含有運(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲(chǔ)器、4個(gè)i/o接口、串行接口、定時(shí)器/存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件，圖中sp是堆棧指針寄存器，棧中占用了片內(nèi)ram的部分單元；未見通用寄存器，因單片機(jī)內(nèi)有存儲(chǔ)器，與訪問工作寄存器一樣方便，所以就把一定數(shù)量得片內(nèi)ram字節(jié)化作工作寄存器；psw室程序狀態(tài)寄存器，簡(jiǎn)稱程序狀態(tài)字，相當(dāng)于其他計(jì)算機(jī)得標(biāo)準(zhǔn)寄存器；dptr是數(shù)據(jù)指針寄存器，在訪問片外rom、片外

43、ram、甚至擴(kuò)展i/o接口時(shí)特別有用；b寄存器由稱乘法寄存器，它在累加器a協(xié)同工作，可進(jìn)行乘法操作和除法操作。（3）外部引腳說(shuō)明mcs-51單片機(jī)有40個(gè)引腳。用hmos工藝制造得芯片采用雙列直插式封裝，低功耗的、采用chmos工藝制造得機(jī)型也有用方形封裝結(jié)構(gòu)的。見圖3.4?，F(xiàn)將各引腳分別說(shuō)明如下：1）主電源引腳vcc：接+5v電源正端。vss：接+5v電源地端。2）外接晶體引腳xtal1：片內(nèi)反相放大器輸入端。xtal2:片內(nèi)反相放大器輸出端。外接晶體時(shí)，xtal1與xtal2各接晶體得一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器振蕩器。3）輸入/輸出引腳p0.0p0.7：p0口得8個(gè)引腳。在不接片外存

44、儲(chǔ)器與不擴(kuò)展i/0接口時(shí)，可采用為準(zhǔn)雙向輸入/輸出接口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展i/o接口時(shí)，p0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。p1.0p1.7:p1口得8個(gè)引腳。可作為準(zhǔn)雙向i/o接口使用。對(duì)于52子系列，p1.0與p1.1還有第二種功能：p1.0可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2得計(jì)數(shù)脈沖輸入端t2；p1.1可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2得外部控制端t2ex.p2.0p2.7：p2口得8個(gè)引腳。一般可作為準(zhǔn)雙向i/o接口；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展i/o接口且尋址范圍超過256個(gè)字節(jié)時(shí)，p2口用為高8位地址總線。p3.0p3.7:p3口的8個(gè)引腳。一般可作為準(zhǔn)雙向i/o接口使用外，還有第二功能，詳見下表

45、1.表3.1 p3口的第二功能引腳第二功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外部中斷0請(qǐng)求輸入端）p3.3int1（外部中斷1請(qǐng)求輸入端）p3.4t0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端）p3.5t1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端）p3.6wr（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端）p3.7rd（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端）4）控制線ale/proc：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器期間，每機(jī)器周期該信號(hào)出現(xiàn)兩次，其下降沿用于控制鎖存p0口輸出得低8位地址。即使不在訪問片外程序存儲(chǔ)器期間，該信號(hào)也以上得頻率出現(xiàn)，因此可用作對(duì)外輸出得時(shí)鐘脈沖。但在

46、訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，ale脈沖會(huì)跳空一個(gè)，作為時(shí)鐘輸出就不妥了。對(duì)于片內(nèi)含eprom得機(jī)型，在編程期間，此引腳用作編程脈沖prog的輸入端。psen:片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)的輸出端，或稱片外取指令信號(hào)輸出端。在向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線p0口讀回指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，psen信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。rst/vpd:rst寫全是resert，是復(fù)位端。單片機(jī)得振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期得高電平就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證

47、有效復(fù)位。ea/vdd:片外程序存儲(chǔ)器的選用端。該引腳有效時(shí)只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則計(jì)算機(jī)上電或復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。圖3.4 mcs-51系列單片機(jī)芯片引腳圖3.3.2 微處理器（1）運(yùn)算器微處理器又稱為cpu，由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。運(yùn)算器在圖3.3的中部，以算術(shù)邏輯單元alu為核心，含有累加器a、暫存器、程序狀態(tài)字psw，b寄存器等許多部件。1）算術(shù)邏輯單元它在控制器所發(fā)生的內(nèi)部控制信號(hào)的控制下進(jìn)行各種算術(shù)操作和邏輯操作。mcs-51系列單片機(jī)的算術(shù)邏輯單元能完成帶進(jìn)位位加法、不帶進(jìn)位位加法、帶進(jìn)位位減法、加1、減1、邏輯與、邏輯或、邏輯異或、循環(huán)移位以及數(shù)據(jù)傳送、程序轉(zhuǎn)移

48、等一系列的操作。2）累加器進(jìn)入alu作算術(shù)操作和邏輯操作的操作數(shù)很多來(lái)自a,操作數(shù)的結(jié)果也常送入a，有許多單操作數(shù)指令都是針對(duì)a的。3）程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字psw是一個(gè)8位寄存器，它包含了許多程序狀態(tài)信息，其各位的含義見表2所示。表3.2 程序狀態(tài)字各位的含義d7d6d5d4d3d2d1d0cacf0rs1rs00vp（2）控制器控制器含有指令寄存器、指令譯碼器、定時(shí)及控制電路等部件，能根據(jù)不同的指令產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序和控制信號(hào)。（3）振蕩器和cpu時(shí)序1）振蕩器mcs-51系列單片機(jī)片內(nèi)含有一個(gè)高增益的反相放大器，通過xtal1和xtal2外接作為反饋元件的晶體后便成為自激振蕩器。晶體呈感性，與

49、c1、c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。振蕩器的震蕩頻率主要取決于晶體；電容的值則有微調(diào)作用，通常取30pf左右。電容的安裝位置應(yīng)該盡量靠近單片機(jī)芯片。2）cpu時(shí)序振蕩器輸出的震蕩脈沖經(jīng)過2分頻成為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，用作單片機(jī)各功能部件的按序協(xié)調(diào)工作的控制信號(hào)；其周期稱為時(shí)鐘周期。3.3.3 存儲(chǔ)器既是單片機(jī)，片內(nèi)除了cpu外，必然還有存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器用作程序存儲(chǔ)器，在計(jì)算機(jī)工作前，已事先存入各種程序、常數(shù)、表格；讀寫存儲(chǔ)器又稱隨機(jī)存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容根據(jù)需要既可讀出、也可以寫入和改寫，用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放輸入、輸出數(shù)據(jù)和中間計(jì)算結(jié)果，或與外存交換信息，以及作為堆棧，在必要時(shí)可保存斷點(diǎn)、保存現(xiàn)場(chǎng)。單

50、片機(jī)的片內(nèi)存儲(chǔ)器一般即有只讀存儲(chǔ)器，也可以有讀寫存儲(chǔ)器。mcs-51系列單片機(jī)片內(nèi)含有的存儲(chǔ)器容量見表3，在感到容量不夠時(shí)，可以另外擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器；加用片外程序存儲(chǔ)器或片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。表3.3 mcs-51系列單片機(jī)內(nèi)含有的存儲(chǔ)器容量mcs-51系列單片機(jī)型號(hào)存儲(chǔ)器類型片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量/b片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量/b掩膜romepromramsfr51子系列8031-12812880514k-1281288751-4k12812852子系列8032-25612880528k-2561283.3.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器時(shí)mcs-51單片機(jī)的重要功能模塊之一。在檢測(cè)、控制及智能儀器等應(yīng)用中，

51、常用定時(shí)器作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)控制。還可用定時(shí)器產(chǎn)生毫秒寬的脈沖，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一類的電氣機(jī)械。計(jì)數(shù)器主要用于外部事件的計(jì)數(shù)。8031/8051/8751單片機(jī)有兩個(gè)可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1，可由程序選擇作為定時(shí)器用或作為計(jì)數(shù)器用，定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值也可由程序設(shè)定；每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都具有4種工作方式，可用于程序選擇；任一定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)時(shí)間到時(shí)，可由程序安排產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)或不產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)；8032/8052有3個(gè)可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，增加了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2有3種工作方式，可用程序選擇。3.3.5 并行輸入/輸出

52、和串行輸入/輸出接口mcs-51單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)芯片有32根輸入/輸出線，組成4個(gè)8位并行輸入/輸出接口，分別稱為p0口、p1口、p2口和p3口。這4個(gè)接口可以并行輸入/輸出8位數(shù)據(jù)；也可按位使用，即每一根輸入/輸出線都能獨(dú)立地用作輸入和輸出。mcs-51單片機(jī)中地異步通信串行接口能方便地與其他計(jì)算機(jī)或串行傳送信息地外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)雙機(jī)、多機(jī)通信。串行口有4種工作方式，見表3.4表3.4 串行口的工作方式sm0sm1工作方式功能波特率00方式0移位寄存器方式，用于并行i/0擴(kuò)展fosc/1201方式18位通用異步接收器/發(fā)送器可變10方式29位通用異步接收器/發(fā)送器fosc/3或fosc/6411

53、方式39位通用異步接收器/發(fā)送器可變3.3.6中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)地重要組成部分。實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理時(shí)往往用到中斷系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備間傳送數(shù)據(jù)及實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系也是常常采用的中斷方式。mcs-51中斷系統(tǒng)地功能為：5個(gè)中斷源；2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，從而可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套；每一個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)可用程序設(shè)定。與中斷系統(tǒng)工作有關(guān)地特殊功能寄存器有中斷允許控制寄存器ie、中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器ip以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器tcon等。3.4 檢測(cè)電路模塊3.4.1 被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器被動(dòng)紅外探測(cè)器有三個(gè)關(guān)鍵性的元件：菲涅爾濾光晶片，它通過截止波長(zhǎng)812mm的菲涅爾濾光晶片，起帶通濾波器的作用，使

54、環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 菲涅爾透鏡，作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號(hào)折射在pir(熱釋電紅外傳感器)上，第二個(gè)作用是探測(cè)警戒區(qū)內(nèi)紅外線能量的變化，并由系統(tǒng)內(nèi)固化軟件對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算加工，由控制系統(tǒng)內(nèi)的控制軟件通過控制邏輯來(lái)決定是否發(fā)出開燈信號(hào)。熱釋電紅外傳感器(pir)將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即熱電轉(zhuǎn)換。因此在被動(dòng)紅外探測(cè)器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無(wú)人體移動(dòng)時(shí)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異，信號(hào)被采集到伺服系統(tǒng)以后，由軟件對(duì)該新采集的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)存中已經(jīng)存在的前

55、期探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行延時(shí)比較，以判斷是否真的有人等紅外線源進(jìn)入警戒區(qū)，還是只是環(huán)境波動(dòng)，甚至是元件自身內(nèi)部噪聲的影響，以免發(fā)生誤判斷。因此，紅外探測(cè)傳感部分軟硬件主要是通過探測(cè)環(huán)境紅外線變化來(lái)判斷是否有人進(jìn)入需要照明的警戒區(qū)。匹配低噪放大器的作用是當(dāng)探測(cè)器上的環(huán)境溫度上升，尤其是接近人體正常體溫(37)時(shí)，傳感器的靈敏度下降，經(jīng)由它對(duì)放大器的增益進(jìn)行補(bǔ)償，增加其靈敏度。另外由于距離等衰減因素的存在，溫度傳感器和內(nèi)部軟件的初始數(shù)據(jù)并不需要定在37這個(gè)點(diǎn)上，而是要綜合環(huán)境因素，元件靈敏度最近線性能區(qū)段來(lái)定初始值。一般都會(huì)低于人體溫度，這恰好也是元件比較靈敏且元件比較接近最近線性的區(qū)段。若在建筑公共區(qū)間使

56、用該系統(tǒng)還要考慮隨著季節(jié)變化而采用不同的初始值，并對(duì)控制軟件增加相應(yīng)的控制模塊，主要是因?yàn)榻ㄖ?nèi)公共區(qū)間的溫度變化要比室內(nèi)溫度變化范圍要大一些，情況也復(fù)雜一些。3.4.2 環(huán)境噪聲探測(cè)器主要是通過探測(cè)環(huán)境中人類日?；顒?dòng)所產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行探測(cè)，并與紅外線部分的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行或運(yùn)算，以補(bǔ)償在環(huán)境溫度非常接近人體時(shí)紅外探測(cè)不敏感而無(wú)法判定是否有人進(jìn)入需要照明的區(qū)域。在本設(shè)計(jì)中我們采用靈敏度較高圖3.5 環(huán)境噪聲探測(cè)器的具體連接電路圖的小型駐極體電話話筒。在本設(shè)計(jì)中的連接電路圖如圖所示：3.4.3 可見光探測(cè)器通過對(duì)光電管、光敏電阻等光電探測(cè)器的各種性能進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)光敏電阻的光譜響應(yīng)峰值比較接近人視覺敏感區(qū)的波長(zhǎng)。其次是當(dāng)光照強(qiáng)度減弱時(shí)，它的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)