智能臺燈系統(tǒng)

智能臺燈系統(tǒng)智能臺燈系統(tǒng)智能臺燈系統(tǒng)智能臺燈系統(tǒng)石家莊鐵道大學物聯(lián)網(wǎng)原理及應用課程作業(yè)2016年春季學期學院：電氣與電子工程學院 專業(yè):電子信息工程 作業(yè)名稱：基于熱釋紅外的智能臺燈系統(tǒng) 學生姓名：向鵬 學號：20132581 指導教師：王偉明 完成日期：2016-5-20 作業(yè)評分表評分項目項目一項目二項目三項目四總分滿分得分評閱人課程設計任務書作業(yè)目的通過智能臺燈設計，熟悉各個模塊的運用方法。掌握物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的基本思路，明確物聯(lián)網(wǎng)的核心是應用，應用的核心是云計算。作業(yè)內(nèi)容及要求能夠按照要求獨立完成課程設計部分。學會查閱技術(shù)手冊和文獻資料。進一步熟悉物聯(lián)網(wǎng)具體化的設計方法。填寫設計任務書，撰寫課程設計論文。作業(yè)成果形式及提交要求當場演示實物，提交實物和論文。實物必須說明能實現(xiàn)什么樣的功能，說明和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系。論文必須嚴謹，必須敘述清楚各種模塊的組成和作用。參考文獻[1]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應用.機械工業(yè)出版社.2013[2]傳感器網(wǎng)絡技術(shù)及應用開發(fā).清華大學出版社.2011[3]傳感器與應用電路設計北京科學出版社，2002[4]熱釋電紅外傳感器，/view/1788636.htm[5]光敏電阻，/view/55997.htm第第頁摘要隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，家用電器也越來越偏向智能化，物聯(lián)網(wǎng)在我們生活中扮演著越來越重要的角色。而所用的智能化家用電器都用一個共同的特點，都是利用物聯(lián)網(wǎng)感知層作為最基本的感知單元。智能家用電器和普通家用電器相比，功能上更強，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更節(jié)省電能，提高了家用電器的品質(zhì)。智能臺燈以專門感應人體紅外信號的熱釋電紅外傳感器為基礎，以BISS0001信號處理電路，利用單片機進行處理，以達到便于控制的目的。當房間亮度不夠時，且有人在附近時，臺燈便會自動點亮，省去了黑暗中摸開關(guān)麻煩；當使用40分鐘時間后自動報時，提醒人們注意適當用眼；當無人在時，系統(tǒng)也會使臺燈自動熄滅，以達到節(jié)省能源的目的。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)感知層智能臺燈STC89C52熱釋紅外1緒論1.1智能臺燈系統(tǒng)概述隨著科技的高速發(fā)展，各種各樣的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開始走入人們的生活，這一切都大大地提高了人們的工作效率、改善了人們的生活，現(xiàn)在電器的發(fā)展趨勢是智能化，這樣會使人們使用起來更加方便。隨著物聯(lián)網(wǎng)智能控制理論和人工智能研究的深入，各種更加逼真地模擬人類智能的家用電器會更多地出現(xiàn)，而單片機和物聯(lián)網(wǎng)理論的結(jié)合，將來不但更多地改進現(xiàn)行家用電器，而且將會產(chǎn)生全新的家用電器。家用電器因為單片機的加入而走向智能化，并且隨著人們生活水平的提高日益走向平民化，我們的生活也隨著家用電器的發(fā)展越來越方便、舒適。隨著家用電器的發(fā)展，作為家用電器當中的小臺燈也要順應科技的發(fā)展步伐走向智能化。臺燈是人們生活中用來照明的一種家用電器。它一般分為兩種，一種是立柱式的，一種是有夾子的。它的工作原理主要是把燈光集中在一小塊區(qū)域內(nèi)，集中光線，便于工作和學習。一般臺燈用的燈泡是白熾燈或者節(jié)能燈泡，有的臺燈還有應急功能，用于停電時無電照明。目前，燈具市場上出售的燈具種類繁多，一般臺燈均采用220V交流電源供電，日光燈管、白熾燈泡為光源，手動開關(guān)或觸摸感應式開光來控制。但這類臺燈存在很多弊端，一是電壓是不安全電壓，給人們使用帶來不安全因素；二是日光燈還具有頻閃效應，經(jīng)常使用會給人的眼睛帶來一定的傷害；三是耗電量大、臺燈通常都是以日光燈為主，在幾瓦到幾十瓦之間；四是人工化，人們由于手工操作，往往會忘記關(guān)燈，這也造成電能的浪費，到目前為止，在燈具市場上，很少見到采用+5V的直流電源供電的一種人體智能臺燈，它具有既不會出現(xiàn)觸電，使用壽命長、無輻射、又不污染等優(yōu)點，有許多普通按鍵臺燈所無法比及的優(yōu)勢。智能化臺燈一方面可以更節(jié)省電能，有利于環(huán)保，另一方面可以使用一段時間自動報時，提醒人們注意用眼休息。同時，智能臺燈在黑暗的時候自動開關(guān)燈的功能也讓使用者使用起來更方便，省去黑暗摸燈的麻煩。智能臺燈可分為自動和手動兩種模式。在自動模式下，臺燈能根據(jù)環(huán)境光的明暗與人是否被臺燈所檢測到來自動開啟臺燈。在這里設計了以人體紅外輻射（波長為9.5um）傳感控制電路。當人體在臺燈的范圍內(nèi)且環(huán)境光強較弱時，自動感應開燈。當人離開時則自動關(guān)燈，達到節(jié)約能源的目的。手動模式是為了不習慣使用自動模式的人或是臺燈中的微機出現(xiàn)故障等緊急情況時用的。在手動模式下，智能臺燈和普通臺燈是一樣使用的。臺燈是一般家庭的生活必需品，但由于經(jīng)常忘記關(guān)燈而造成巨大的能源浪費。全球這么多臺燈，估算一下，消耗能源可觀。本系統(tǒng)在實驗室進行了實物實驗。熱釋電紅外探測器距離是1m左右（距離可調(diào)），主要是因為般來說是門離書桌的距離;以便黑暗中時人一到門口則啟動，省去了開燈的麻煩，用戶可以根據(jù)自己的實際情況進行距離調(diào)節(jié)。1.2課程設計內(nèi)容1.2.1設計內(nèi)容和實現(xiàn)功能名稱：基于熱釋紅外的智能臺燈系統(tǒng)內(nèi)容及要求:設計并制作一種智能臺燈，主要是以BISS0001和單片機組成的熱釋紅外傳感控制電路。其特點是在有人時且外界光強較弱時能自動開燈，無人時關(guān)燈，節(jié)約能源。具體要求如下：1．以專門感應人體紅外信號的熱釋電紅外傳感器為基礎，以BISS0001信號處理電路，利用單片機進行處理，以達到便于控制的目的；2．當房間亮度不夠時，且有人在附近時，臺燈便會自動點亮，省去了黑暗中摸開關(guān)麻煩；3.當無人在時，系統(tǒng)也會使臺燈自動熄滅，以達到節(jié)省能源的目的；4.當使用40分鐘時間后自動報時，提醒人們注意用眼休息。1.2.2系統(tǒng)分析臺燈已是千家萬戶的必需生活用品，經(jīng)常由于忘記關(guān)燈而造成巨大的能源浪費。當夜晚來臨時，人們又摸黑去開燈，非常不方便。在這里設計了以人體紅外輻射（波長為9.5um）傳感控制電路。當人體在臺燈的范圍內(nèi)且環(huán)境光強較弱時，自動感應開燈；當人離開時則自動關(guān)燈，達到節(jié)約能源的目的。單片機在本次智能節(jié)能臺燈設計中的主要控制單元，主要控制電路燈光，控制電路是在單片機的控制下工作。硬件部分采用防干擾技術(shù)外，在軟件中也采用了防干擾技術(shù)，當中斷0產(chǎn)生時，并不立即執(zhí)行，而是對其進行延時，防止由于不小心而進入到探測器的范圍內(nèi)，以免產(chǎn)生誤判。系統(tǒng)主要器件介紹2.1STC89C52由于物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的意思，系統(tǒng)通過傳感器感知外界的變化再通過傳輸層傳送給中央處理器，而我們最常見的處理器就是89系列單片機。STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C52是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。STC89C52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖2-1AT89C52類別2.1.1管腳說明VCC：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅(qū)動8個TTL電路。當“1”被寫入P0口時，每個管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復用，并在這時激活內(nèi)部的上拉電阻。在Flash編程時，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。閃爍編程時和程序校驗時，P1口接收低8位地址。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位四肢的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)，在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程和程序校驗時，P2也接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖故可驅(qū)動4個TTL電路。對P3口寫如“1”時，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時，被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號，P3口也可作為AT89C52的一些特殊功能口，如表所示：RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。表2-1P3口特殊功能口管腳備選功能P3.0RXD(串行輸入口t)P3.1TXD(串行輸出口t)P3.2(外部中斷0)P3.3(外部中斷1)P3.4T0(記時器0外部輸入)P3.5T1(記時器1外部輸入)P3.6(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)ALE/：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器讀取指令時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。/VPP：外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲器，端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時內(nèi)部會鎖存端狀態(tài)。如端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。閃爍存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.1.2振蕩器特性

XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.1.3芯片擦除

整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C52設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。2.2BISS0001BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件即可構(gòu)成被動式熱釋電紅外開關(guān)，故能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。BISS001的主要功能如下：1.為CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?；2.具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配進行信號處理；3.帶有雙向鑒幅器，可有效抑制干擾；4.內(nèi)設延遲時間定時器和封鎖時間定時器；5.結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬；6.內(nèi)置參考電壓，工作電壓范圍為2～6V。3.系統(tǒng)組成及電路設計本系統(tǒng)制作的主要設計源泉來源于生活，因此創(chuàng)新之處也在于處理生活中一些比較常見的問題。以專門感應人體紅外信號的熱釋電紅外傳感器為基礎，以BISS0001信號處理電路，利用單片機進行處理，以達到便于控制的目的。3.1系統(tǒng)組成部分3.1.1系統(tǒng)工作原理89C5289C52熱釋電紅外傳感器顯示電路光敏電阻信號處理電路提醒電路燈光控制電路圖3-1 系統(tǒng)示意圖本系統(tǒng)組成如圖3-1所示，主要由三部分組成：1.傳感器及信號處理部分：檢測人體輻射紅外信號及光強信號經(jīng)過處理后變成可處理的數(shù)字信號；2.以89S52組成的中央處理單元：處理信號并發(fā)出控制命令；3.提醒電路及燈光控制電路：給出提醒信號并根據(jù)89C52給出的命令控制燈光。整個系統(tǒng)是以89S52控制下工作的。其工作過程為：當環(huán)境光比較強時，光敏電阻阻值比較小，信號處理電路檢測到低電平信號，禁止熱釋電紅外傳感器工作，省去了89S52處理過程。當環(huán)境光比較弱時，光敏電阻阻值變大，信號處理電路接收到高電平，從而啟動熱釋電紅外傳感器工作。熱釋電紅外傳感器探測比較遠的距離，當人體進入到傳感器的控測范圍內(nèi)且光強較弱時，信號檢測電路處理信號，并向單片機發(fā)送一個中斷，89S52啟動燈光控制電路，使燈變亮。3.1.2系統(tǒng)控制核心該智能臺燈的系統(tǒng)主要由電源部分、傳感器部分、信號處理單元、BISS0001芯片、MCU單元、蜂鳴器、開關(guān)控制單元和燈等部分組成。5V電壓供電。信號檢測與處理部分由熱釋電紅外傳感器、光敏電阻、信號處理單元和BISS0001芯片組成；傳感器的作用是感知是否有人在，故采用的是熱釋電紅外傳感器，該傳感器只對波長為10μm(人體輻射紅外線波長)左右的紅外輻射敏感，而對除人體以外的其他物體不會引發(fā)探頭動作；光敏電阻的作用是感知臺燈周圍環(huán)境的光照強度；MCU部分采用的是ATMEL公司生產(chǎn)的89C5l單片機，該單片機具有價格低廉、開發(fā)簡單、操作方便及可以加密等優(yōu)點，因此市場占有量非常大。該單片機作用是處理由BISS0001發(fā)送過來的信號并給開關(guān)控制單元和蜂鳴器發(fā)送命令；蜂鳴器單元主要是根據(jù)MCU單元發(fā)出的命令給出警告信號；3.2電路設計部分3.2.1傳感器組成的信號檢測及處理部分在電路設計部分中，單片機在本次智能節(jié)能臺燈設計中的主要控制單元，主要控制電路燈光，控制電路是在單片機的控制下工作。傳感器在設計者起著重要的作用，傳感器組成的信號檢測及處理部分電路原理如圖3-2所示。圖3-2是由熱釋電紅外傳感器、光敏電阻、BISS0001組成的信號檢測及處理電路。紅熱釋電紅外傳感器只對波長為10μm（人體輻射紅外線波長）左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會引發(fā)探頭動作。探頭內(nèi)包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，于是輸出檢測信號。

BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰．斖饨绻鈴娸^強時，光敏電阻阻值很小，BISS0001檢測到低電平，從而封鎖14腳，禁止傳感器infare1的信號。當外界光強較弱時，光敏電阻阻值很大，BISS0001檢測到低電平，開啟14腳；infare1檢測到人體信號時，產(chǎn)生微弱的信號輸出，經(jīng)R5、R1005、R4、C1、C6、C7組成的信號放大濾波電路。R1000、R1001、C1000和C1001組成的延時電路。信號經(jīng)處理后從2腳輸出。圖3-2傳感器組成的信號檢測及處理部分3.2.2放大電路使用放大器的濾波電路又稱為有源濾波電路。其實有源無源就是看它用到的元器件的性質(zhì)。用到有源器件（如：三極管，集成放大器等）就構(gòu)成有源濾波器，若只用到無源器件（電阻，電容，電感等）就是無源濾波器。有源濾波自身就是諧波源。其依靠電力電子裝置，在檢測到系統(tǒng)諧波的同時產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等，相位相反的諧波向量，這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波，使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外，同時還可以動態(tài)補償無功功率。其優(yōu)點是反映動作迅速，濾除諧波可達到95％以上，補償無功細致。缺點為價格高，容量小。由于目前國際上大容量硅閥技術(shù)還不成熟，所以當前常見的有源濾波容量不超過600kvar。其運行可靠性也不及無源。信號放大濾波電路圖如圖3-4所示。圖3-4信號放大濾波電路一般無源濾波指通過電感和電容的匹配對某次諧波并聯(lián)低阻（調(diào)諧濾波）狀態(tài),給某次諧波電流構(gòu)成一個低阻態(tài)通路。這樣諧波電流就不會流入系統(tǒng)。無源濾波的優(yōu)點為成本低，運行穩(wěn)定，技術(shù)相對成熟，容量大。缺點為諧波濾除率一般只有80％，對基波的無功補償也是一定的。目前在容量大且要求補償細致的地方一般使用有源加無源混合型，即無源進行大容量的濾波補償，有源進行微調(diào)。3.2.3復位電路為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般微機電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。復位電路原理圖如下圖3-5所示。圖3-5復位電路復位電路不恰當?shù)膹臀豢梢詫е略S多問題，因為不同的復位利用單片機的啟動和斷電的不同條件，因此必須根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇一種最恰當?shù)膹臀环绞健?.傳感器部分傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。根據(jù)本設計的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進行選用。位置檢測裝置檢測機械手動作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺傳感器是為了完成機械手對物料的識別。4.1熱釋電紅外傳感器的原理特性熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠遠高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應管的目的在于完成阻抗變換。圖4-1熱釋電容實物由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式該電阻阻抗高達104ＭΩ，故引入的Ｎ溝道結(jié)型場效應管應接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。設計時應將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。4.2熱釋電紅外傳感器的工作原理在該探測技術(shù)中，所謂“被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。圖４所示是該報警器的工作電路原理圖。當人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0.16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有１mV左右），而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為0.1~10Hz左右），所以應對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大。本設計運用集成運算放大器ＬＭ324來進行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。4.3光敏電阻光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。4.3.1光敏電阻的工作原理光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決于半導體導帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。4.3.2光敏電阻主要特點和特性根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線。紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導彈制導、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。光敏電阻的主要參數(shù)是：1.光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。2.暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。3.靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。4.光譜響應。光譜響應又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應的曲線。5.光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。6.伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。7.溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。8.額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當溫度升高時，其消耗的功率就降低。5.軟件程序設計5.1總體程序框圖總個系統(tǒng)程序框圖如下圖5-1所示。開始開始程序初始化開啟所有中斷中斷返回入口結(jié)束圖5-1總系統(tǒng)程序框圖5.2主程序流程圖程序框圖如圖5-2所示，程序開始后，對程序進行初始化。向P0腳寫入低電平，開啟所有中斷，啟動計數(shù)器。當中斷1來時，進入中斷1，設置R0為0，調(diào)用延時程序TIME0（延時10ms），判斷R0是否等于7，若不是，則加1，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)進入循環(huán)，直至R=7，即實現(xiàn)的是燈變亮的一個過程。當中斷0和中斷1同時產(chǎn)生時，根據(jù)優(yōu)先級，屏蔽掉中斷1，開啟中斷0。調(diào)用延時程序TIME0（延時1分鐘），查詢中斷0控制位;防止人體不小心到達熱釋電探測器的探測范圍內(nèi)，采用延時程序來排除干擾，防止誤判。若為0，則返回主程序；若為1，則向P0高四位發(fā)送數(shù)據(jù)，使燈保持原來最亮狀態(tài)，調(diào)用延時程序TIME1，判斷R0是否等于0，若是則中斷返回，若不是，則R0減1，繼續(xù)循環(huán)，直至R0等到于0，此程序的目的是實現(xiàn)燈慢慢變暗?？傁到y(tǒng)程序流程圖如圖5-2所示。中斷入口中斷入口R=0調(diào)用延時程序TIME0中斷返回R=7？R+1發(fā)送數(shù)據(jù)中斷入口R=7調(diào)用延時程序TIME0中斷返回R=0？R-1發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)用延時程序TIME1圖5-2程序框圖6、總體實物圖6-1總體實物圖課程設計總結(jié)本系統(tǒng)的主要技術(shù)難點在于對人體紅外信號的采集及處理。由于采用的是熱釋電紅外傳感器，當人體進入其感應范圍時，傳感器就會產(chǎn)生幾mv信號，然后通過以BISS0001為中心的信號處理電路，對信號進行二次放大，并濾波，以防止外界的信號產(chǎn)生干擾。信號經(jīng)過BISS0001后從而轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出，便于用單片機進處理。雖然本系統(tǒng)以達到了使生活方便的目的，但是電路還是不夠簡單。因為當有多個熱釋電紅外傳感器時，就需要相應的信號檢測電路。改進之處在于用一個信號處理電路同時控制多個傳感器。還有一個不足之處在臺燈開啟時，產(chǎn)生的光強容易干擾光敏電阻對環(huán)境光強的判別，引起誤判，現(xiàn)在的處理方法是傳感器部分與控制部分單獨分開放置。參考文獻[1]趙國強，智能臺燈，科學啟蒙，2007[2]趙繼文，傳感器與應用電路設計，北京，北京科學出版社，2002.3，6[3]黃繼昌，電子元器件應用手冊，北京，北京人民郵電出版社，2004年，5[4]畢淑娥，電工與電子技術(shù)基礎，哈爾濱，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008.6[5]金發(fā)慶，傳感器技術(shù)與應用，北京:機械工業(yè)出版社,2004.8,281-290[6]王港元，電子技能基礎，成都，成都科技大學出版社，1999[7]熱釋電紅外傳感器，/view/1788636.htm[8]光敏電阻，/view/55997.htm[9]夏路易，單片機在控制系統(tǒng)中的應用，北京，北京希望電子出版社，2006[10]位永輝;楊威，基于BISS0001的智能臺燈設計，電子元器件應用，2010附件源主程序：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<smg.c> //數(shù)碼管子程序sbitguangkong=P3^7; //光控sbithongwai=P3^2; //熱式紅外sbitjidianqi=P2^0;//繼電器sbitFMQ=P1^0; //蜂鳴器sbitkey=P1^1; //按鍵1bitflag=0;#definedeng_liangjidianqi=0; //繼電器亮#definedeng_miejidianqi=1;//繼電器滅unsignedcharmoden_c=0; //正常模式ucharbaojing_flag=0; //報警標志voiddelay_ms(unsignedintnum) //延時1ms{ unsignedinta,b; for(a=0;a<num;a++){ for(b=0;b<200;b++); }}voidmain(){ init();//中斷初始化 FMQ=1;//蜂鳴器不響 while(1) { Shumaguan_fen(minut,second);//顯示分秒 if(moden_c==0) {//檢測關(guān)有光的時候就不開啟紅外掃描否則開啟紅外掃描 if(guangkong==0) //有光的時候 {delay_ms(5); if(guangkong==0){ deng_mie;//燈滅 } } else{ if(hongwai==0) //沒有人 { delay_ms(5); if(hongwai==0) { Time_fLag1=1; //啟動一分鐘標志 if(cmpt_flag_2==1)//一分鐘到了 { deng_mie;//燈滅 } } } else{ //有人 delay_ms(5); if(hongwai==1){ deng_liang;//燈亮 Time_fLag1=0; //清零標志 cmpt_flag_2=0; temp_second1=0;//清零計時秒分 temp_minut1=0; } } } if(baojing_flag==1){//報警標志開啟 Time_fLag=1; //啟動計時標志 if(cmpt_flag_1==1) //計時到了 { FMQ=~FMQ;//蜂鳴器響聲 } } } if(!key) //計時模式鍵 {while(!key); baojing_flag++; //加1 if(baojing_flag==2) //按鍵第二下 { baojing_flag=0; //解除報警標志 FMQ=1; //蜂鳴器不響 Time_fLag=0; //計時標志清零 cmpt_flag_1=0; //清零計時時間秒 temp_second=0; temp_minut=0; } }} }數(shù)碼管程序：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsigned intucharcount=0,second=0,minut=0,hour=12; //變量時分秒ucharcmp_second=0,cmp_minut=0,cmp_hour=0;uchartemp_second=0,temp_minut=0,temp_hour=0; //30分鐘計時的時分秒變量ucharcmp_second1=0,cmp_minut1=0,cmp_hour1=0;//1分后計時的時分秒變量uchartemp_second1=0,temp_minut1=0,temp_hour1=0;sbitwei4=P2^7; //位4sbitwei3=P2^6; //位3sbitwei2=P2^5; //位2sbitwei1=P2^4; //位1sbitDP=P0^7; //數(shù)碼管的點unsignedcharTime_fLag=0; //啟動30分鐘標志unsignedcharTime_fLag1=0; //啟動1分鐘標志bitcmpt_flag_1=0; //40分鐘標志到了標志位bitcmpt_flag_2=0; //1分鐘標志到了標志位ucharcodetable[18]={ //段碼0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xc6, 0xa1, 0x86, 0x8e, 0x89, 0xc7};voidDelay(ucharz) //延時{ uchara,b; for(a=z;a>0;a--) for(b=200;b>0;b--); }voidShumaguan_fen(uintnum,uintnum1)//數(shù)碼管顯示{ ucharg,s; ucharg1,s1; s=num/10; //求模 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