紅外感應(yīng)式智能開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、NANCHANG UNIVERSITY畢業(yè)設(shè)計The graduation design（20092012年）中文題目:紅外感應(yīng)式智能開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)英文題目：Infrared sensor smart switch control system design and implementation學(xué) 院：南昌大學(xué) 共青學(xué)院系 別：信息工程系專業(yè)班級：09應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)生姓名：肖現(xiàn)飛學(xué) 號：8210909043指導(dǎo)教師：何永福 二 一 一 年 十一月摘要隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)代人對生活質(zhì)量的要求越來越高，智能家居已成為生活選擇的必然趨勢。本文提出利用STC12C5410AD系列的8051 單

2、片機、紅外傳感器和光敏電阻等主要器件和使用C 語言,從硬件電路和系統(tǒng)軟件兩個方面設(shè)計一個用戶眼下可承受的與未來用得上的紅外感應(yīng)式智能開關(guān)控制系統(tǒng)，希望能夠?qū)⒈阋?、?jié)能、低碳的新技術(shù)普及應(yīng)用到日常生活中。關(guān)鍵詞紅外感應(yīng) 單片機 智能開關(guān)1.引言現(xiàn)時盡管自動化技術(shù)已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，但在家庭、養(yǎng)老院、辦公室等日常生活中用電的場所，大量使用到各種開關(guān)電器，人們必須人工手動接通開關(guān)提供電源或者關(guān)閉開關(guān)截斷電源實現(xiàn)對電器的功能控制。實用、節(jié)能、低碳的智能開關(guān)控制系統(tǒng)應(yīng)用得非常少，主要是因控制系統(tǒng)自動化程度的不同要求用戶投入的差異也會很大，對一般家庭而言十分昂貴1，技術(shù)成熟性也還不成熟等因素造成

3、的。因此希望設(shè)計一個用戶眼下可承受的與未來用得上的紅外感應(yīng)式智能開關(guān)控制系統(tǒng)來替代現(xiàn)有的普通開關(guān)，將便宜、節(jié)能、低碳的新技術(shù)普及應(yīng)用到日常生活中，以改變?nèi)藗兩盍?xí)慣, 提高人們生活質(zhì)量。2.設(shè)計要求和總體思路2.1 設(shè)計要求紅外感應(yīng)式智能開關(guān)控制系統(tǒng)具有安全的、人性化的近程或遠(yuǎn)程控制；實現(xiàn)日常生活低碳、省電、環(huán)保等的作用。由此在智能開關(guān)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計過程中提出以下設(shè)計要求:(1) 能在多種電壓環(huán)境下正常工作，具有自動保護(hù)功能，安全性強，可靠性高。(2) 控制范圍大、靈敏度和精確度高，抗外來干擾能力強，對出現(xiàn)干擾性故障，可以自動恢復(fù)工作或轉(zhuǎn)為人工手動控制。(3) 連續(xù)工作時間長，不受聲、物干

4、擾，性能穩(wěn)定可靠。(4) 低功耗，使用壽命長。2.2 總體思路紅外感應(yīng)式智能開關(guān)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于接口，接口的關(guān)鍵在于由集成有各種協(xié)議的控制集成電路2。目前國際上可用于家居智能控制的IC 芯片較為常見的有單片機芯片、電力載波控制芯片、ARM技術(shù)芯片等。用單片機芯片實現(xiàn)智能開關(guān)控制與單片機芯片技術(shù)發(fā)展有著密切的關(guān)系，早期的單片機芯片只能用匯編語言進(jìn)行設(shè)計，而且煩雜的外圍電路較多，使得設(shè)計的成本較高，對開發(fā)人員的技術(shù)水平有一定的要求。隨著時代的發(fā)展，制作工藝水平的提高，目前市場上的單片機芯片具有內(nèi)置CPU 速度快、固化閃存、16 位定時器、振蕩、A/D 轉(zhuǎn)換、PWM輸出等多種功能和優(yōu)點以及外圍電路

5、簡便，可以使用C 語言、匯編語言或兩者語言混合編程的優(yōu)點3?；谠O(shè)計要求和成本的考慮，設(shè)計思路上考慮以單片機為核心,通過對空間環(huán)境中是否有人存在的檢測信號來控制開關(guān)動作,以達(dá)到智能開關(guān)控制的目的。電路的總體設(shè)計思路如圖1 所示,主要由電源、紅外感應(yīng)檢測電路、單片機及其外圍電路以及電力電子開關(guān)元件等四部分構(gòu)成。圖1 電路設(shè)計總體框圖3.硬件電路設(shè)計紅外感應(yīng)式智能開關(guān)控制系統(tǒng)的控制面板由8051 單片機、紅外傳感器、光敏電阻等器件組成，通過單片機的程序處理實現(xiàn)各連接電器的開關(guān)控制。具有如對于老年人可省去在夜間摸黑尋找照明開關(guān)的麻煩，確保其安全活動，同時也免除了家人忘記關(guān)閉電器的顧慮等的作用。這樣大

6、大方便了人們的日常生活，也節(jié)約了用電，提高了用電的安全性，保護(hù)了環(huán)境。3.1 紅外感應(yīng)檢測電路紅外感應(yīng)檢測電路由紅外感應(yīng)器與光敏電阻組合檢測電路及其邏輯運算電路圖組成，應(yīng)用先進(jìn)的紅外傳感器，可以探測人體接近、移動等運動狀態(tài)，當(dāng)有人體進(jìn)入感應(yīng)區(qū)域內(nèi)時，人體發(fā)出的紅外輻射線被紅外傳感器接收到后，并通過單片機的控制而開啟或關(guān)閉如電燈、電風(fēng)扇、抽風(fēng)機、報警器、中央空調(diào)風(fēng)機等電器，從而實現(xiàn)節(jié)約電能，降低碳排放。電路使用紅外傳感器與光敏電阻等器件的進(jìn)行組合檢測，能準(zhǔn)確地檢測到外界的信號，從而由單片機對該信號進(jìn)行相應(yīng)處理。圖2 為紅外感應(yīng)檢測電路圖4。圖2 紅外感應(yīng)檢測電路圖通過被動式紅外傳感器的檢測，人體

7、發(fā)出的紅外輻射線等信號經(jīng)過濾整理、放大后，與光電檢測邏輯與，輸入到單片機及其外圍電路（圖3）中，經(jīng)算法運算，輸出控制信號，電力電子開關(guān)開啟；當(dāng)人體離開感應(yīng)區(qū)域，被檢測的信號經(jīng)過濾整理、放大后，與光電檢測邏輯與，并經(jīng)過開關(guān)的延遲時間后自動控制電源信號，電力電子開關(guān)停止工作。由紅外傳感器、光敏電阻等器件及其邏輯運算電路組成的檢測電路結(jié)構(gòu)簡單，布線少，可靠性高，既降低了電路的生產(chǎn)成本，也方便了以后的檢查維修，而且可以通過調(diào)整檢測器件的參數(shù)實現(xiàn)電路的擴展，提高電路的實用性。3.2 單片機及其外圍電路單片機及其外圍電路采用的STC12C5410AD 系列20 引腳封裝的8051 單片機，對空間環(huán)境中是否

8、有人存在的檢測信號進(jìn)行控制，以節(jié)能、可靠為重點，控制與單片機相連接的各類型日常電器設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)計的多種功能5。該單片機有15 個輸入輸出端口，除檢測信號使用一個輸入端口外，其余端口主要用于控制所有系統(tǒng)的檢測與開關(guān)控制以及驅(qū)動系統(tǒng)的電力電子開關(guān)，電力電子開關(guān)根據(jù)不同的驅(qū)動需求，可分為繼電器、晶閘管、IGBT、GTO 及DC 電力模塊。圖3 是單片機及其外圍電路圖。本控制系統(tǒng)將利用一部分端口用于手動開關(guān)輸入，另一部分端口用于相應(yīng)繼電器、晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、直流電力模塊的動作控制，避免人們意外觸碰220V 甚至380V 高壓，這樣人們在一個位置便能控制房間中的電器，既減少了日常生活中的麻煩及不安全

9、因素，又降低了用戶使用該系統(tǒng)的支出負(fù)擔(dān)。圖3 單片機及其外圍電路圖4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計紅外感應(yīng)式智能開關(guān)控制系統(tǒng)采用雙開關(guān)控制，在智能開關(guān)控制模式下可以根據(jù)空間環(huán)境中人體的運動狀態(tài)情況決定電器電源的開啟或延時關(guān)閉，延長電器使用壽命、節(jié)能省電；當(dāng)生活使用過程中有特殊的需求時，可以根據(jù)實際需要通過按鈕進(jìn)行手動控制，達(dá)到開啟或關(guān)閉電源電器的目的或者重新延長開關(guān)動作的時間；如果單片機在規(guī)定時間內(nèi)沒有信號輸入，可以進(jìn)入睡眠的狀態(tài)，降低功耗，符合綠色環(huán)保、低碳節(jié)能的時尚。因此，軟件設(shè)計要考慮的幾個主要問題是：（1）設(shè)定光敏和紅外標(biāo)志，以區(qū)分不同的工作模式；（2）正確設(shè)置開關(guān)時延的上下限值；（3）可以根據(jù)實際

10、情況，調(diào)整系統(tǒng)運行狀態(tài)。本控制系統(tǒng)的程序軟件使用C語言編寫，圖4 是系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖6。圖4 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖以下是部分的程式設(shè)計源代碼:void main_f() if(light_mark=1) light_out=1; else light_out=0; if(red_mark=1) if(getbit1=1) red_out1=1; else red_out1=0; if(getbit2=1) red_out2=1; else red_out2=0; if(getbit3=1) red_out3=1; else red_out3=0; if(getbit4=1) red_out4=

11、1; else red_out4=0; if(red_mark=1&&time_1=1) rtime_out=1; else rtime_out=0; if(red_mark=1&&light_mark=1&&time_2=1) rltime_out=1; else rltime_out=0;void main() kinput=0; P1=0x7f; P3=0x3f; cnt1=cnt2=cnt3=0; time1_mark=1200; time_1=time_2=0; red_mark=light_mark=0; TMOD= 0x10; TL

12、1 = 0xF0; TH1 = 0xD8; TCON=0x40; /TR1 置1,開始計數(shù) IE = 0x88; CMOD=0x02; /PCA 時鐘模式為fosc/2; CL=0x00; / 清0 計算器 CH=0x00; PCA_PWM0=0X00; CCAP0L=0x3F; / 設(shè)置初始頻寬 CCAP0H=0x3F; CCON=0x40; /CR 置零，將PCA 計數(shù)器打開 CCAPM0=0x42; / 啟動PWM,P3_7 輸出PWM while(1) debounce()； light(); if(red_in=1) / 紅外信號輸入 red_mark=1; / 紅外標(biāo)志位 cnt1

13、=cnt2=cnt3=0; / 定時開始計時 time_1=time_2=1; / 兩個時間控制標(biāo)志位 if(light_in=1) light_mark=1; / 光敏標(biāo)志位 timeset(); / 時間檢查函數(shù) main_f(); / 功能開通函數(shù) 5.結(jié)語通過設(shè)計由8051 單片機、紅外傳感器等組成的控制電路和系統(tǒng)程序可以完成一路智能輸入，多路運用繼電器、直流電力模塊、可關(guān)斷晶閘管或晶閘管等對直流、交流電源進(jìn)行控制的開關(guān)輸出，從而控制各類型日常電器設(shè)備，實現(xiàn)各種預(yù)定的功能。通過對實際系統(tǒng)的設(shè)計與實驗，實踐證明電路是可靠實用可行的，方便了人們的日常生活，也降低了能耗，減少了碳排放，保護(hù)了環(huán)境。參考文獻(xiàn)1謝麒.淺析智能家居系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用J.