室內(nèi)無人自動斷電節(jié)能器.doc

1、室內(nèi)無人自動斷電節(jié)能器目錄1. 概述 .錯誤 ! 未定義書簽。引言 .錯誤 ! 未定義書簽。課題研究的背景及意義 .錯誤 ! 未定義書簽。課題主要研究的內(nèi)容 .錯誤 ! 未定義書簽。2. 節(jié)能器系統(tǒng)的整體設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。系統(tǒng)總框圖 .錯誤 ! 未定義書簽。系統(tǒng)設(shè)計要求 .錯誤 ! 未定義書簽。3. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。主控制端硬件設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。感知端結(jié)構(gòu)框圖 .錯誤 ! 未定義書簽。單片機(jī)選型與最小系統(tǒng)設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。傳感器選型設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽?？垢蓴_設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。

2、斷電延時與通訊指示設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。4 系統(tǒng)程序設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。主控制端程序設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。感知端程序設(shè)計 .錯誤 ! 未定義書簽。5 全文總結(jié) .錯誤 ! 未定義書簽。致謝 .錯誤 ! 未定義書簽。參考文獻(xiàn) .錯誤 ! 未定義書簽。附錄 .錯誤 ! 未定義書簽。附錄 1主控制端硬件原理圖 .錯誤 ! 未定義書簽。附錄 2感知端硬件原理圖 .錯誤 ! 未定義書簽。附錄 3. 軟件核心源代碼 .錯誤 ! 未定義書簽。1. 概述引言在我們生活的信息化時代， 科技的不斷進(jìn)步， 各行各業(yè)的各類辦公室也配置現(xiàn)代化的各類大功率電器設(shè)備，比如電腦及周邊設(shè)備，熱水器，空

3、調(diào)，電暖等；在實際辦公當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)下班后有很多辦公室里的熱水器 24 小時服務(wù)，很多辦公室工作人員下班時并沒有及時關(guān)閉電腦及其周邊設(shè)備，空調(diào)，電暖常開的例子也司空見慣， 由此浪費(fèi)了很多的電能。 天水師范學(xué)院很多二級學(xué)院辦公室就是典型的例子。 在走訪市場，對現(xiàn)有的節(jié)能方式調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，市場上絕大多數(shù)電器設(shè)備的節(jié)能都是在產(chǎn)品本身上進(jìn)行各種節(jié)能設(shè)計， 而對于熱水器，電腦，空調(diào)，電暖等這類大功率設(shè)備，并沒有做到很好的節(jié)能效果，而辦公室無工作人員時， 這些電器設(shè)備繼續(xù)工作， 必然導(dǎo)致了電能的浪費(fèi)。本文針對該問題展開調(diào)查研究， 設(shè)計了一種室內(nèi)無人自動斷電裝置， 用來在辦公室里不再有工作人員人活動時， 延時一段

4、時間， 切斷辦公室供電總電源，當(dāng)辦公室里有人活動時再自動接通總電源，從而達(dá)到節(jié)能的目的。課題研究的背景及意義能源是人類生存的物質(zhì)條件，是社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是在傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展模式下， 經(jīng)濟(jì)增長是以大量消耗能源與犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的，從而引發(fā)了威脅全球人類發(fā)展的兩大嚴(yán)峻問題能源危機(jī)和環(huán)境問題。對于我國來說，能源短缺非常嚴(yán)重，同時能源消費(fèi)數(shù)量極大，更可怕的是能源浪費(fèi)嚴(yán)重， 節(jié)約能源刻不容緩。 當(dāng)今社會，電能是應(yīng)用最廣的一種能源，也是能源消耗中最主要的組成部分，要節(jié)能，關(guān)鍵在于節(jié)約電能。從宏觀上講， 我國是發(fā)展中國家， 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 資源危機(jī)將更加嚴(yán)重，研究節(jié)能設(shè)計策略， 將會

5、提高辦公室節(jié)約電能的效果， 提高其能源利用效率，減少各行各業(yè)總能耗， 進(jìn)而緩解能源緊張的局面， 利于國家能源戰(zhàn)略的實施，推進(jìn)節(jié)約型社會的建立； 從微觀上說，可以減少辦公室總能耗，降低各類單位的用電費(fèi)用， 減少能源消耗開支。 同時，節(jié)能是貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建社會主義和諧社會的重大舉措， 節(jié)能是建設(shè)資源節(jié)約型、 環(huán)境友好型社會的必然選擇， 節(jié)能對于調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、 轉(zhuǎn)變增長方式、 提高人民生活質(zhì)量、維護(hù)中華民族長遠(yuǎn)利益，具有極其重要而深遠(yuǎn)的意義。課題主要研究的內(nèi)容在充分調(diào)查了天水師范學(xué)院各二級學(xué)院公共辦公室及行政管理各辦公室用電設(shè)備及其工作情況的前提下，通過深入的學(xué)習(xí)與論證， 設(shè)計并完成了整套無

6、人自動斷電裝置，所做的主要工作有：（ 1）對 MCS-51內(nèi)核的單片機(jī)進(jìn)行了深入的學(xué)習(xí)，主要對AT89C51和AT89C2051進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并大量查閱了其在生活中的應(yīng)用實例。（ 2）對現(xiàn)有的各類無線傳輸模塊進(jìn)行了選型，并對藍(lán)牙無線通訊模塊進(jìn)行了研究與學(xué)習(xí)， 了解了其基本特性， 對其組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了詳細(xì)的學(xué)習(xí)，在本節(jié)能裝置設(shè)計中得到了很好的應(yīng)用。（ 3） 對可以進(jìn)行人員活動探測的傳感器進(jìn)行了選型， 具體對熱釋紅外傳感器進(jìn)行了學(xué)習(xí)，了解了具體的應(yīng)用實例。（ 4）學(xué)習(xí)了現(xiàn)代電子系統(tǒng)的抗干擾處理措施， 并應(yīng)用了多種隔離措施，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行得到了保證。（ 5）進(jìn)行了節(jié)能裝置的實物設(shè)計與測

7、試，并驗證了該裝置的可行性。2. 節(jié)能器系統(tǒng)的整體設(shè)計系統(tǒng)總框圖本系統(tǒng)分為主控制設(shè)備和感知設(shè)備， 感知設(shè)備以低功耗方式工作， 安裝在室內(nèi)能探知有人活動的最佳位置處， 當(dāng)探知有人活動時， 向控制端發(fā)送有人信息，控制端收到感知端發(fā)來的有人活動信息后， 接通總電源， 并進(jìn)行延時計時，當(dāng)延時到而沒有再次收到有人活動的信息時， 判斷為室內(nèi)不再有人活動，切斷總電源。 考慮到辦公室內(nèi)布線的成本和施工的困難性， 控制端和感知端采用無線通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 使系統(tǒng)的安裝變得簡單易行。 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。圖 2-1系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)設(shè)計要求本系統(tǒng)應(yīng)用在各類公共辦公室內(nèi)，由于辦公室內(nèi)在正常上班工作時要求

8、供電安全穩(wěn)定且可靠， 在無人活動時， 要求斷電以節(jié)省電能， 為適應(yīng)實際的應(yīng)用，本節(jié)能裝置應(yīng)滿足以下要求：（1） 穩(wěn)定可靠： 本節(jié)能裝置應(yīng)用在辦公室里，在辦公室正常上班工作時，由于斷電會使電腦等一些需要保存數(shù)據(jù)的設(shè)備丟失數(shù)據(jù)， 造成不必要的損失，所以必須保證系統(tǒng)在正常供電時可靠穩(wěn)定， 不能出現(xiàn)斷電現(xiàn)象，以防止重要數(shù)據(jù)丟失。（2） 通訊穩(wěn)定：本節(jié)能裝置的主控制端和感知端之間通過無線方式進(jìn)行通訊，在設(shè)計和安裝時要充分的考慮無線模塊的通訊距離與避障能力，確保主控制端和感知端的數(shù)據(jù)傳輸暢通， 使整個系統(tǒng)有一個安全可靠的運(yùn)行環(huán)境。（3） 抗干擾能力 : 由于系統(tǒng)采用交流市電供電，交流市電網(wǎng)中的各種干擾會對

9、系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成不同程度的影響， 嚴(yán)重時，會使系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)錯誤，因此系統(tǒng)應(yīng)具備很強(qiáng)的抗干擾能力。（4） 安全保護(hù)：在辦公室內(nèi)， 用電設(shè)備的最大總功率無法預(yù)先確定， 過大的功率會導(dǎo)致本裝置損壞，所以本裝置應(yīng)具備過流和過壓保護(hù)功能，還應(yīng)具備防雷擊的保護(hù)功能， 以保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠和辦公室內(nèi)各種用電設(shè)備的安全。3. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計主控制端硬件設(shè)計主控制端硬件主要由微控制器，無線通訊模塊，隔離電路，繼電器電路，延時輸入和系統(tǒng)工作狀態(tài)指示電路組成， 完成與感知端的通訊， 繼電器的控制，系統(tǒng)抗干擾處理等功能，具體的結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。圖 3-1主控制端結(jié)構(gòu)圖感知端硬件設(shè)計感知端硬件主要由微控制器

10、， 無線通訊模塊， 熱釋紅外傳感器和系統(tǒng)工作狀態(tài)指示電路組成， 完成與主控制端的通訊， 有無人員活動的探知， 系統(tǒng)抗干擾處理等功能，具體的結(jié)構(gòu)如圖 3-2 所示。圖 3-2感知端結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)選型與最小系統(tǒng)設(shè)計MCS-51 內(nèi)核單片機(jī)介紹MCS-51內(nèi)核單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開。MCS-51單片機(jī)由 8 位 CPU、只讀存儲器 EPROMROM、讀寫存儲器 RAM、并行 I O 口、串行 I O 口、定時器計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器和時鐘電路等部分組成。各部分之間通過內(nèi)部總線相連。（ 1） MCS-51系列單片機(jī)的主要特性：· 8 位字長 CPU和指令系統(tǒng)。&

11、#183; 1 個片內(nèi)時鐘振蕩器和時鐘電路。· 64K 外部數(shù)據(jù)存儲器的地址空間。· 64K 外部程序存儲器的地址空間。· 32 條雙向且分別可位尋址的 I O口線。· 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM(52子系列為 256 字節(jié) ) 。· 2 個 16 位定時器計數(shù)器 (52 子系列為 3 個 ) 。· 具有 2 個優(yōu)先級的 5 個中斷源結(jié)構(gòu) (52 子系列有 6 個 ) 。· 1 個全雙工串行口。· 1 個布爾處理器。（2）MCS-51單片機(jī)的功能模塊框圖如圖3-3-1 所示。圖 3-3-1 MCS-51 單片機(jī)功能

12、模塊框圖目前市場上 MCS-51內(nèi)核的單片機(jī)有很多家公司的產(chǎn)品，比如Motorola ，Microchip ，Intel ，Zilog ，Atmel ，TI 公司 MSP430，STC系列，凌陽單片機(jī)，華幫單片機(jī)等?？紤]到系統(tǒng)的非復(fù)雜性， 我們選擇常用的 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT89C51和 AT89C4051單片機(jī)來完成本次設(shè)計。AT89S51 單片機(jī)介紹AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及 80C

13、51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8 位中央處理器和ISP Flash存儲單元。（ 1） AT89S51 特性：?與 MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容?的工作電壓范圍? 4K 字節(jié)可編程 FLASH存儲器 ( 壽命： 1000 寫/ 擦循環(huán) )? 全靜態(tài)工作： 0Hz-33MHz? 128*8 位內(nèi)部 RAM? 32 條可編程 I/O 線? 兩個 16 位定時器 / 計數(shù)器? 6 個中斷源， 5 個中斷優(yōu)先級， 2 層中斷嵌套? 2 個可編程全雙工串行通信口通道? 低功耗的閑置和掉電模式? 看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器和時鐘電路? 具有 PDIP、TQFP和 PLCC等三種封裝形式，以適

14、應(yīng)不同產(chǎn)品的需求（2）主要端口說明：P0 口：P0口為一個 8 位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/ 地址的第八位。在FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流。在FLASH編程和校驗時， P1 口作為低八位地址接收。P2 口：P2 口為一個內(nèi)部上拉

15、電阻的8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時， 其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流。 此外 P3 口

16、第二功能如下：RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0 （外部中斷 0）/INT1 （外部中斷 1）T0 （記時器 0 外部輸入）T1 （記時器 1 外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）/RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（VPP）。（ 3）引腳圖：圖 3-3-2-1 AT89C51 引腳圖（ 4）內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖：圖 3-3-2-2 AT89S51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（ 5

17、）最小系統(tǒng)圖：圖 3-3-2-3 AT89S51 最小系統(tǒng)圖AT89C2051單片機(jī)介紹AT89C2051是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元。（1）主要性能：?和 MCS-51產(chǎn)品兼容? 2KB可重編程 FLASH存儲器（ 1000 次）? 電壓范圍?全靜態(tài)工作： 0Hz-24MHz?128*8 位內(nèi)部

18、RAM?15 條可編程 I/O 線?兩個 16 位定時器 / 計數(shù)器?6 個中斷源?可編程串行 UART通道?內(nèi)置一個高精度電壓比較器?可直接驅(qū)動LED的驅(qū)動端口該單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和AT89C51單片機(jī)一樣，只是并行輸出端口只保留了 P1 和 P3 口，并省去了控制引腳，非常適合小型化電子系統(tǒng)設(shè)計。（2）引腳圖：圖 3-3-3-1 AT89C2051 引腳圖（ 3）最小系統(tǒng)圖：圖 3-3-3-2 AT89C4051最小系統(tǒng)圖數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計無線通訊模塊選型考慮到辦公室的大小不同， 在控制端和感知端之間用有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，會帶來重新布線的麻煩， 并影響辦公室內(nèi)的空間視覺效果，本系統(tǒng)采用無線通訊模塊

19、來解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，目前市場的無線通訊模塊有很多，其性能和價格各異，常見通訊模塊的主要性能見表1。模塊工作傳輸通訊傳輸市場價格名稱頻段距離接口帶寬（一對）藍(lán)牙10 米UART1Mbps約30元ZigBee幾公里UART250Kbps約200元CC1101433MHz3050 米SPI500Kbps約60元NRF905433MHz1030 米SPI50Kbps約40元NRF24L0110 米SPI1 或 2Mbps約40元表 1 無線通訊模塊參數(shù)表由于辦公室內(nèi)的最大距離一般都在 20 米以內(nèi)，本系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，對工作頻段和傳輸速率并沒有嚴(yán)格的要求，模塊所提供的UART和 SPI串行總線接

20、口都可以和單片機(jī)進(jìn)行連接，考慮到技術(shù)成熟、 可靠性、價格等因素，我們選擇藍(lán)牙無線通訊模塊進(jìn)行本系統(tǒng)的設(shè)計。藍(lán)牙無線通訊模塊介紹1. 藍(lán)牙概述藍(lán)牙傳輸設(shè)備工作在ISM （工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，收發(fā)信機(jī)采用跳頻技術(shù)來達(dá)到抗干擾和抑制信號衰減作用，利用二進(jìn)制調(diào)頻（FM）模式使收、發(fā)信機(jī)的復(fù)雜性得以簡化。藍(lán)牙系統(tǒng)必須符合下述兩個必要條件：（1） 工作在藍(lán)牙系統(tǒng)中的各無線電設(shè)備之間，必須具有兼容性。（2） 應(yīng)確定系統(tǒng)容量。藍(lán)牙傳輸設(shè)備應(yīng)遵循完整操作規(guī)范的操作條件，無線電收、發(fā)設(shè)備的參數(shù)必須按射頻（ RF）測試標(biāo)準(zhǔn)的所述方法測試。2. 頻段及信道分配藍(lán)牙系統(tǒng)工作在 頻段，該頻段屬于工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域

21、的工作頻段，世界上絕大多數(shù)國家將該頻段的帶寬定為 2400。藍(lán)牙 SIG 推薦的設(shè)備可以克服各種類型的調(diào)頻算法， 使其設(shè)備可在任何不同的地區(qū)使用。 表 2 列出了形世界上幾種主要地區(qū)頻帶分配情況。地區(qū)頻率范圍美國、歐洲及大2400部分其他國家西班牙法國射頻波道f=2402+kMHz k=0, ， 78f=2449+kMHz k=0, ， 22f=2454+kMHz k=0, ， 22表 2 頻帶分配表3. 藍(lán)牙協(xié)議藍(lán)牙協(xié)議從層次上可以分為底層、中間層和應(yīng)用層協(xié)議三類。底層協(xié)議包括：射頻規(guī)范、基帶規(guī)范、鏈路管理協(xié)議、 邏輯鏈路控制與適配協(xié)議規(guī)范、 HCI 協(xié)議等；中間層協(xié)議包括： 業(yè)務(wù)搜索協(xié)議、

22、 串口仿真協(xié)議、 電話控制協(xié)議規(guī)范、與紅外通訊協(xié)議的互操作性、 對象交換協(xié)議等； 底層協(xié)議與中間層協(xié)議共同組成藍(lán)牙核心層協(xié)議， 藍(lán)牙應(yīng)用層協(xié)議也叫藍(lán)牙應(yīng)用規(guī)范都建立在核心協(xié)議的基礎(chǔ)上。4. 外圍接口不同的藍(lán)牙模塊配置的外圍接口不同，主要有：UART串口， USB 接口，雙向數(shù)字 PIO ，數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出 DAC，模擬輸入 ADC，模擬音頻接口 AUDIO，數(shù)字音頻接口 PCM，編程口 SPI ，另外還有電源、復(fù)位、天線等。本設(shè)計采用UART串行口。串行接口是藍(lán)牙模塊最常用的外圍接口之一， 用于數(shù)據(jù)傳輸或藍(lán)牙模塊的指令控制。藍(lán)牙模塊的串行口為 TTL 電平 （），模塊提供四個引腳，分別為電源正、

23、TXD、RXD、電源負(fù)， 可以與單片機(jī)的 UART 引腳直接相連。5. 模塊配置本裝置采用串口通訊設(shè)計，采用兩個藍(lán)牙模塊，一個工作在主模式，另一個工作在從模式， 兩個模塊設(shè)置為相同的波特率和通訊信道，來完成全雙工的數(shù)據(jù)傳輸。具體設(shè)置方式如下：（1）設(shè)置主模塊的PIO0 為高或懸空，從模塊的PIO0 為低（2）設(shè)置兩個模塊的 PIO2 、PIO3 、PIO4 、PIO5 高低到對應(yīng)的波特率，本設(shè)計采用 9600bps，由表 3 可得此設(shè)計的 PIO2 、PIO3 、PIO4 、PIO5 引腳全部為低電平。（3） 設(shè)置兩個模塊的 PIO6、 PIO7 、PIO8、 PIO9 、 PIO10 、PI

24、O11 為相同的通道，且不能為通道 64（即全高電平）。本設(shè)計采用通道 1，由表 4 可得此設(shè)計的 PIO6、 PIO7 、PIO8、 PIO9 、 PIO10 、 PIO11 全為低電平。（4）模塊上電，主模塊則自動去查找該通道的從模塊，此時主模塊和從模塊的 PIO1 腳都是輸出為高低脈沖。 若連接成功之后， 主從模塊的 PIO1 管腳輸出為高電平，模塊上自帶一個 LED來顯示連接狀態(tài)。（5）連接成功之后，通過單片機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)傳輸。表 3 藍(lán)牙模塊波特率設(shè)置表表 4 藍(lán)牙模塊通道設(shè)置表6. 電路設(shè)計本設(shè)計采用藍(lán)牙模塊串口來進(jìn)行通訊，模塊本身引出了串口的引腳，大大簡化了電路的設(shè)計，具體電

25、路如圖3-4-2 。圖 3-4-2藍(lán)牙模塊傳感器選型設(shè)計熱釋電紅外傳感器介紹在人體活動探測方面， 目前應(yīng)用最廣泛且效果最好的是熱釋電紅外線傳感器。熱釋電紅外 (PIR) 傳感器，亦稱為熱紅外傳感器，是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線的新型高靈敏度紅外探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化， 且不受白天黑夜的影響， 可晝夜不停地用于監(jiān)測，并將檢測的結(jié)果轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。熱釋電人體紅外線傳感器由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成，如圖3-5-1 所示。圖 3-5-1熱釋電紅外線傳感器實物圖敏感單元是用不同的材料做成的薄片， 每一片薄片相對的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形

26、成一個等效的小電容。 由于電極兩端的等效小電容做在了同一硅晶片上， 因此形成的等效小電容能自身產(chǎn)生極化， 在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的正、 負(fù)電荷，且傳感器中兩個電容的極性相反串聯(lián)。 當(dāng)傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時， 在電容兩端產(chǎn)生極性相反、 電量相等的正、負(fù)電荷，正負(fù)電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出；當(dāng)人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域內(nèi)時，照射到兩個電容上的紅外線能量相等，且達(dá)到平衡，極性相反，能量相等的光電流在回路中相互抵消，傳感器仍然沒有信號輸出。 當(dāng)人體在傳感器的檢測區(qū)域內(nèi)移動時， 照射到兩個電容上的紅外線能量不相等，光電流在回路中不能相互抵消， 傳感器有信號輸出。綜上所述

27、，傳感器只對移動或運(yùn)動的人體和體溫近似人體的物體起作用。 如圖 3-5-2 所示。圖 3-5-2 熱釋電紅外線傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖阻抗變換器用場效應(yīng)管完成， 由于探測元輸出的是電荷信號， 不能直接使用，因而需要將其轉(zhuǎn)換為電壓形式。 場效應(yīng)管輸入阻抗高達(dá) 105 M，接成共漏極形式來完成阻抗變換。使用時 D 端接電源正極， G 端接電源負(fù)極， S 端為信號輸出。濾光窗能有效地濾除 14um波長以外的紅外線， 人體輻射的紅外線波長為，中心波長為，正好落在濾光窗的響應(yīng)波長的中心，讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽光、 燈光等可見光中的紅外線的通過， 以免引起干擾。熱釋電紅外傳感器模塊電路本設(shè)計采

28、用現(xiàn)成的熱釋電紅外傳感器模塊，以簡化電路設(shè)計。該模塊由熱釋電紅外傳感器和外圍調(diào)理電路組成， 模塊共有三個接口， 分別為電源正、 輸出、電源負(fù)，當(dāng)感應(yīng)到有人活動時，在輸出端輸出一個高電平，單片機(jī)只需要檢測輸出端的狀態(tài)，就可以判斷是否有人在活動。模塊電路如圖3-5-3 。圖 3-5-3熱釋電紅外傳感器模塊抗干擾設(shè)計本系統(tǒng)供電采用交流市電， 交流市電中的各種雜波干擾會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成一定程度的影響， 嚴(yán)重時會使系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)錯誤， 本設(shè)計采用了變壓器隔離，光電耦合器隔離和 DC/DC隔離模塊，變壓器隔離消除了市電和系統(tǒng)的直接聯(lián)系， 使得市電不會直接竄入系統(tǒng)， 從而保證了系統(tǒng)的低壓控制安全性，光電耦

29、合器和 DC/DC隔離模塊將繼電器進(jìn)行了隔離， 消除了交流市電可能竄入系統(tǒng)的干擾，從而保證了系統(tǒng)可靠有效的運(yùn)行。其電路設(shè)計如圖 3-6 。圖 3-6抗干擾電路設(shè)計DC/DC模塊采用廣州晶元電子有限公司生產(chǎn)的B0505S-2W模塊，該模塊輸入電壓為 5V，輸出電壓為 5V，隔離電壓可達(dá)直流150V，使用時無需外加元件，性能穩(wěn)定，可靠性高，滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求。斷電延時與通訊指示設(shè)計在實際的應(yīng)用中， 辦公室內(nèi)可能會出現(xiàn)沒有人活動的情況， 而此時是正常上班時間，不需要進(jìn)行斷電處理， 因此系統(tǒng)設(shè)置了在檢測到無人后延時一段時間再進(jìn)行斷電處理， 該設(shè)置通過一三位的撥碼開關(guān)來實現(xiàn)， 定義撥碼開關(guān)接通用邏輯

30、1 表示，關(guān)斷用邏輯 0 表示，總共有三種方式， 具體的設(shè)置如表5所示。撥碼開關(guān)延時功能110 秒系統(tǒng)測試210 分鐘斷電延時330 分鐘斷電延時表 5 延時設(shè)置及功能表為了保證系統(tǒng)的正常通訊， 主控制端和感知端每隔一定的時間進(jìn)行通訊狀態(tài)數(shù)據(jù)交換， 系統(tǒng)設(shè)計一綠色 LED來指示通訊狀態(tài)， 當(dāng)綠色 LED快速閃爍時，表示通訊失敗，正在建立連接，當(dāng)綠色 LED以 1 秒的頻率閃爍時，表示通訊建立成功，系統(tǒng)正常工作。4 系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)能否正常運(yùn)行除了要靠硬件電路的正常運(yùn)行，還需要可靠的軟件系統(tǒng)來完成，軟件設(shè)計的好壞，與系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性密切相關(guān)。主控制端程序設(shè)計主控制端主要完成與感知端的數(shù)據(jù)交換，通訊狀態(tài)指示，延時長度的設(shè)置，繼電器控制等功能。 系統(tǒng)啟動后， 單片機(jī)完成自身寄存器和通訊模塊的初始化，并向感知端發(fā)送連接數(shù)據(jù)，當(dāng)收到感知端發(fā)來的連接成功數(shù)據(jù)后，改變 LED顯示狀態(tài)，顯示連接成功；當(dāng)收到感知端發(fā)來有人活動的信息后，讀取延時設(shè)置值，復(fù)位延時標(biāo)志，控制繼電器吸合，接通電源，當(dāng)延時時間到而延時標(biāo)志未被復(fù)位時， 判斷為室內(nèi)不再有人活動，釋放繼電器， 切斷電源。程序流程圖如圖4-1 。圖 4-1主控制端程序流程圖感知端