電氣工程及其自動(dòng)化-樓道口聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言課題研究背景伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在為我們生活帶來巨大便捷的與此同時(shí)，電力能源的消耗還在不斷。民用電的提高，讓我們?cè)庥鼍薮蟮奶魬?zhàn)。這就需要盡早發(fā)生更為綠色環(huán)保的聲控開關(guān)照明燈具，以滿足人們對(duì)精致生活的需求。音箱開關(guān)體型小、外形美觀、反應(yīng)靈敏、制作簡單，適用公共場(chǎng)所的照明燈具開關(guān)。聲控電路是視頻語音和光控電路工作中電子開關(guān)。這將響聲(比如，和光轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)，變大、整形美容，導(dǎo)出一個(gè)照亮數(shù)據(jù)信號(hào)來調(diào)節(jié)各種各樣電器姿勢(shì)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)大功率電器和電器產(chǎn)品層面具有廣泛的用處。公共場(chǎng)所和居住小區(qū)的公共過道廣泛使用機(jī)械臂手動(dòng)式開關(guān)，但由于種種原因，很多電燈泡通常亮長明，造成燈泡壽命減少，電磁能消耗，給國家、人或單位產(chǎn)生財(cái)產(chǎn)損失。除此之外，經(jīng)常開閉及其它人為要素，造成墻面閘門啟閉機(jī)損壞率高，擴(kuò)大維護(hù)保養(yǎng)量，消耗資產(chǎn)，易造成安全隱患。因而，必須設(shè)計(jì)方案開發(fā)一種電路新奇、安全性省電、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的聲控走廊燈環(huán)保節(jié)能全自動(dòng)開關(guān)。公共場(chǎng)所和住宅區(qū)公共性過道燈泡白天不亮，夜里聞此聲自亮，等后幾十秒自動(dòng)退出，安全又節(jié)電。因而，為了能能量轉(zhuǎn)化效率，必須設(shè)計(jì)方案電路結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)保節(jié)能、綠色環(huán)保響聲開關(guān)。課題研究現(xiàn)狀“十一五”規(guī)劃將節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)列為國家發(fā)展的兩大主題，在國家能源發(fā)展中長期規(guī)劃中，國家能源消費(fèi)總量的13%已經(jīng)被明確提出，因此，照明節(jié)能顯得尤為重要。現(xiàn)代社會(huì)在以電子和信息技術(shù)為主導(dǎo)的情況下，迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)促進(jìn)了各國的發(fā)展，不但生產(chǎn)力得到了極大的提升，而且在國際上的地位也得到了提升。由此可見，科技已經(jīng)成為了世界上最大的競(jìng)爭對(duì)手。特別是電子信息技術(shù)，它在全國范圍內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。由于電子計(jì)數(shù)器的出現(xiàn)使得聲控電路能更好的實(shí)現(xiàn)智能化。這種控制電路的結(jié)構(gòu)十分完善，節(jié)能效果也很好，但也有一些問題，例如不能經(jīng)常使用此電路。因此，這個(gè)線路需要改進(jìn)。我們可以在電路中加入一些硬件，使其在不影響電路的正常工作和智能化的情況下，使其更好的為用戶所用。發(fā)展半導(dǎo)體照明，在節(jié)能、環(huán)保、節(jié)約型社會(huì)等方面具有重大戰(zhàn)略意義。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，各國紛紛加大投資，把LED通用照明列為國家未來的能源發(fā)展戰(zhàn)略。在國內(nèi)，半導(dǎo)體照明、節(jié)能也是一項(xiàng)非常重大的項(xiàng)目。LED是當(dāng)今世界上最節(jié)能、最環(huán)保的一種新型的節(jié)能環(huán)保能源，它的應(yīng)用范圍非常廣闊。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光效率不斷提高，工藝日趨成熟，大功率LED的生產(chǎn)成本不斷降低。目前，LED產(chǎn)品逐漸取代了傳統(tǒng)的燈飾，成為了一顆冉冉升起的“明星”。美國、法國等國家從上世紀(jì)90年代起，紛紛制定出相關(guān)扶持政策，用于推廣節(jié)能燈等節(jié)能產(chǎn)品。這也讓國際上對(duì)LED行業(yè)產(chǎn)生了巨大的反響，半導(dǎo)體行業(yè)在世界各地的發(fā)展速度都很快，特別是在國外。發(fā)達(dá)國家紛紛出臺(tái)了國家和區(qū)域的半導(dǎo)體照明項(xiàng)目，快速增加了LED大的研發(fā)和發(fā)展，并推動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。從世界范圍來看，美國，亞洲，歐洲，三足鼎立，行業(yè)的分布和競(jìng)爭也在不斷擴(kuò)大。美國的Cree、Lumileds、日本Nichia、ToyodaGosei、德國Osram等公司的產(chǎn)品在高端市場(chǎng)上占有一席之地。由于美國、日本和歐洲等國家的企業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí)，也在不斷地?cái)U(kuò)大自己的生產(chǎn)規(guī)模和投入，以加快占領(lǐng)市場(chǎng)的步伐。從當(dāng)前世界LED行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r來看，一些科學(xué)家預(yù)計(jì)，LED將會(huì)減少全世界的電力消耗的一半，發(fā)展LED照明成為全球產(chǎn)業(yè)的焦點(diǎn)。日本自一九九八年起推行「二十一世紀(jì)之光」，而美國則于二○○○年啟動(dòng)「國家半導(dǎo)」，“彩虹計(jì)劃”是在同一年由歐盟發(fā)起的。其目的都是要推動(dòng)LED的應(yīng)用。可見節(jié)能燈在國內(nèi)外都有著重大的發(fā)展和重要作用。課題研究內(nèi)容本課題主要利用單片機(jī)樓梯間感應(yīng)燈操縱系統(tǒng)，選用光敏傳感器收集房間內(nèi)光照強(qiáng)度；聲傳感器收集聲聲貝信息內(nèi)容；用c語言編程，用Keil軟件進(jìn)行校正、調(diào)試。最終，用Proteus手機(jī)軟件模擬了程序流程，了解到了系統(tǒng)的功效。的總體框架如下所示。1.引言。此章關(guān)鍵論述課題的有關(guān)環(huán)境，及其課題現(xiàn)階段持續(xù)發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀，并介紹文章的主要研究方向。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此章詳細(xì)描述了樓梯井控匝道口系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)計(jì)劃方案，給出了新項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)觀念，并依據(jù)總體設(shè)計(jì)觀念展開了系統(tǒng)挑選，為整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)行進(jìn)行了充足的準(zhǔn)備。3.系統(tǒng)的系統(tǒng)配置。此章根據(jù)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案思路，總體設(shè)計(jì)了系統(tǒng)整體的硬件一部分，并給出了包含控制部分各外部設(shè)備一部分以內(nèi)的具體電路結(jié)構(gòu)。4.系統(tǒng)的app開發(fā)。此章關(guān)鍵針對(duì)該系統(tǒng)的程序編程，首先介紹了有關(guān)的編譯程序軟件信息數(shù)控編程軟件，深入分析了關(guān)鍵操作程序，并給出了對(duì)應(yīng)的編程代碼。5.系統(tǒng)調(diào)試和分析。此章主要是針對(duì)構(gòu)建的硬件電路和編譯程序的軟件系統(tǒng)，根據(jù)Proteus模擬仿真對(duì)整個(gè)系統(tǒng)開展調(diào)試，并且對(duì)檢測(cè)結(jié)果開展進(jìn)一步分析，使系統(tǒng)整體作用滿足要求。結(jié)果此章對(duì)文中的主要工作和效果展開了簡略匯總。

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案本課題要求設(shè)計(jì)一款樓梯口聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)，主要是針對(duì)其聲控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要功能是實(shí)現(xiàn)通過光敏電阻判斷目前的光強(qiáng)，當(dāng)光強(qiáng)足夠時(shí)，即使發(fā)出聲音，燈也不會(huì)點(diǎn)亮；當(dāng)光強(qiáng)不夠時(shí)，可以通過聲音控制燈的點(diǎn)亮，一段時(shí)候后自動(dòng)關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟關(guān)閉樓梯燈的控制，最終達(dá)到聲控?zé)糇詣?dòng)控制的目的。在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要明確設(shè)計(jì)思路，針對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，了解下樓梯口聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)各個(gè)部分的組成原理，學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)過程，自動(dòng)控制等技術(shù)，完成主要的元器件選型和硬件電路及軟件程序的功能實(shí)現(xiàn)，并最終通過調(diào)試實(shí)現(xiàn)課題所要求的功能。主要設(shè)計(jì)思路如下：1、調(diào)研設(shè)計(jì)：首先對(duì)樓梯口聲控?zé)羰袌?chǎng)的用戶需求有一定的了解，通過查詢相應(yīng)的文獻(xiàn)資料，或者與身邊的人進(jìn)行溝通，對(duì)于樓梯口聲控?zé)舻某杀疽?，性能需求有所了解，重要是?duì)其他文獻(xiàn)中對(duì)于樓梯口聲控?zé)舻目刂颇Ｊ竭M(jìn)行調(diào)查研究，從而針對(duì)當(dāng)前樓梯口聲控?zé)裟Ｊ竭M(jìn)行研究，分析其具體原理，從而分析相關(guān)樓梯口聲控?zé)艏夹g(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，也可通過實(shí)地考察，從而完成資料調(diào)研、歸納分析等工作。2、調(diào)查文獻(xiàn)：從網(wǎng)上查詢樓梯口聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)于國內(nèi)外針對(duì)樓梯口聲控?zé)舻目刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和梳理，對(duì)實(shí)現(xiàn)理論進(jìn)行具體分析。根據(jù)前文的總體研究思路，重點(diǎn)是要觀察文獻(xiàn)中對(duì)于主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，和本課題需要用到的相關(guān)外部器件作進(jìn)一步原理分析。在調(diào)查文獻(xiàn)時(shí)，可以通過查閱網(wǎng)絡(luò)資料，也可以去圖書館借閱相關(guān)書籍，和老師同學(xué)討論研究等。3、例證研究：通過文獻(xiàn)學(xué)習(xí)樓梯口聲控?zé)舻目刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，分析不同設(shè)計(jì)思路的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)的具體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并考慮如何在之前學(xué)習(xí)文獻(xiàn)中的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)外圍器件，如光敏電阻、聲控模塊等，可以直接從網(wǎng)上購買相關(guān)器件，與廠家溝通，如何實(shí)現(xiàn)課題所需的功能，在了解如何設(shè)計(jì)的具體實(shí)例之后，就可以著手對(duì)系統(tǒng)的軟硬件部分進(jìn)行搭建，分模塊進(jìn)行，保證系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)過程中，不能貪快，遇到問題時(shí)先解決完，再進(jìn)行下一步，以保證最終的設(shè)計(jì)出現(xiàn)最少的問題。系統(tǒng)整體框圖根據(jù)課題的設(shè)計(jì)要求，本文查閱了相關(guān)系統(tǒng)資料，對(duì)樓梯口聲控?zé)艨刂票鞠到y(tǒng)完成了整個(gè)方案的總體設(shè)計(jì)，經(jīng)分析，總體實(shí)現(xiàn)如下：主控部分采用單片機(jī)進(jìn)行控制；光敏電阻判斷目前的光強(qiáng)；通過聲音傳感器判斷是否有人；LED燈模擬樓梯口燈具。該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖硬件部分選型單片機(jī)選型單片機(jī)誕生于70年代后期，經(jīng)過了SAM、MCU和SOC三個(gè)發(fā)展時(shí)期，其中以嵌入式為代表的是嵌入式系統(tǒng)。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)滲透到了人們的生活中。在很多方面都有很大的影響，在日常生活中也有很大的用途。在整個(gè)項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)中，以主控制芯片模塊為中心，而主控制模塊則是整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)與開發(fā)。所以，在主控芯片的設(shè)計(jì)上，一定要有一個(gè)周密的計(jì)劃。下面是兩種方案：第一種方案：采用國內(nèi)某公司自主研制的MSP430F1611系列單片機(jī)為樓道口聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的的主要控制芯片，采用18V-36V、48位I/O端口，成本較高。第二種方案：方案二：采用Atmel公司的AT89C51作為主控制器，其工作電壓為5V，工作時(shí)功耗低，性能好，具有32個(gè)I/O端口。成本低，電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，廣泛用于各種控制系統(tǒng)中。經(jīng)過上述兩種方案的分析，結(jié)果表明，AT89C51的組合更加符合本設(shè)計(jì)的需要，并且AT89C51可以更好的減少系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，減少浪費(fèi)，學(xué)習(xí)使用起來也比較簡單方便。所以選擇方案二。AT89C51單片機(jī)芯片有40個(gè)引腳，I/O端口可以重復(fù)利用，足以滿足系統(tǒng)的需要，其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示：圖2.2AT89C51引腳以下是有關(guān)MCU的有關(guān)引腳的功能：VCC：電源的正電極；GND：接地針；P0/P1/P2/P3：單片機(jī)輸入/輸出端口，其內(nèi)部有一個(gè)漏極開路，可以重復(fù)使用，外部電路可以完成相應(yīng)的控制。顯示器選型圖2.3LCD1602顯示屏圖本系統(tǒng)要進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)，在挑選人機(jī)界面時(shí)，關(guān)鍵能選數(shù)碼管或液晶顯示屏，但數(shù)碼管上顯示的信息過于單一，只有顯示數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)顯示的句子為二充分考慮顯示的完好性，本系統(tǒng)選用LCD1602液晶顯示屏完成頁面顯示的功效，完成液位儀顯示。LCD1602顯示器如下圖2.3所顯示。光照檢測(cè)選型本系統(tǒng)必須檢驗(yàn)環(huán)境下的光照度，分辨現(xiàn)階段是夜里或是大白天，操縱LED燈的照亮情況。文中在光強(qiáng)檢測(cè)中采用光敏傳感器感應(yīng)器，其檢測(cè)較為靈巧，對(duì)外部光線特別敏感，當(dāng)檢測(cè)出光線太強(qiáng)時(shí)，更改單片機(jī)設(shè)計(jì)的讀值水準(zhǔn)。該傳感器工作標(biāo)準(zhǔn)電壓在3.3~5V中間，根據(jù)電壓比較器的輸出，能是數(shù)據(jù)的都能是仿真模擬的，可調(diào)節(jié)光強(qiáng)。光敏電阻式感應(yīng)器，其主要功能是探測(cè)環(huán)境的亮度及強(qiáng)度，其正極接于3.3至5V，感應(yīng)器設(shè)有DO及AO端口，可完成數(shù)模輸出，并可利用電位計(jì)調(diào)整感測(cè)器之靈敏度。在實(shí)際應(yīng)用中，把AO和MCU的管腳連接起來，根據(jù)相應(yīng)的MCU管腳的高、低電平的變化來判定環(huán)境光強(qiáng)度有無變化。該光敏電阻式傳感器的硬件結(jié)構(gòu)如圖2.4所示：圖2.4光敏電阻傳感器原理圖聲音檢測(cè)選型在研究方案設(shè)計(jì)方案里將麥克風(fēng)做為聲音傳感器，聲音傳感器的選擇直接關(guān)系最后的結(jié)果，因而可以選擇下列二種方案開展選擇。方案一)在常規(guī)麥克風(fēng)上自主焊接AD模塊和放大電路。該方案在一定層面能夠控制成本，但是由于變位系數(shù)和放大電路電容和電阻焊接太多，手動(dòng)式焊接可能會(huì)致使接觸不良現(xiàn)象，造成結(jié)論誤差和問題。方案二、模擬信號(hào)輸出麥克風(fēng)控制模塊。該控制模塊含有AD電源電路和放大電路，能從輸出接口立即導(dǎo)出模擬信號(hào)，與此同時(shí)一般可以安裝電阻器調(diào)節(jié)靈敏度。由于采用了機(jī)械設(shè)備焊接，并且使用了壓接型元器件，因此可靠性高，體型小。從穩(wěn)定性和容積方面來講，這倆選擇選擇方案2。按鍵模塊選型硬件配置一部分接收的外界鍵入信息是單片機(jī)系統(tǒng)軟件中獲得人機(jī)對(duì)換和關(guān)鍵信息轉(zhuǎn)化的重要一部分，該設(shè)計(jì)方案根據(jù)根據(jù)不同的按鈕完成對(duì)硬件資源的內(nèi)部信息鍵入，這一點(diǎn)在單片機(jī)全面的電路設(shè)計(jì)里也是很重要的有關(guān)按鍵的電路方式，可分為下列兩種形式。一體式電腦鍵盤：一體式按鍵電路具備簡單控制方式，操作步驟是把按鍵與單片機(jī)引腳聯(lián)接，情況正常的時(shí)配電線路斷開。單片機(jī)檢驗(yàn)過有按鍵相連的配電線路，假如檢測(cè)到的脈沖信號(hào)比較低，表明按下了一個(gè)按鈕。使用這種擊鍵方法的電路非常簡單，但也存在擊鍵過多占有單片機(jī)I/O端口號(hào)過多缺陷。矩陣鍵盤：由行按鈕和列按鈕構(gòu)成，在行與列的交接點(diǎn)聯(lián)接電路。單片機(jī)發(fā)覺按鈕被按下后，可以確定哪一個(gè)按鈕被按下，并進(jìn)行一定的控制功能。該系統(tǒng)根據(jù)按鈕完成LED燈開關(guān)的初步控制，但是由于按鈕數(shù)量不多，為了方便程序編寫，需要使用獨(dú)立的按鈕進(jìn)行對(duì)應(yīng)的按鈕實(shí)際操作作用。本章小結(jié)此章關(guān)鍵展開了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，融合本系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)，闡述了硬件挑選的主要原因，為后述的硬件電源電路軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了充足的準(zhǔn)備。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)此章設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體方案，實(shí)現(xiàn)了硬件部分型號(hào)選擇。此章需要完成硬件電源的詳盡設(shè)計(jì)，包含主控芯片單片機(jī)系統(tǒng)、照明燈具檢驗(yàn)控制模塊、視頻語音檢驗(yàn)控制模塊、LED燈一部分相對(duì)應(yīng)模塊設(shè)計(jì)。主控制器系統(tǒng)最先開展主控芯片系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最先想要實(shí)現(xiàn)微處理器的降到最低，也就是降到最低，也就是由降到最低模塊所組成的降到最低系統(tǒng)。對(duì)單片機(jī)而言，最小系統(tǒng)一般由單片機(jī)、晶體振蕩器、延時(shí)電路構(gòu)成。文中設(shè)計(jì)的微處理器降到最低系統(tǒng)文中設(shè)計(jì)的單片機(jī)最少系統(tǒng)電路原理圖如下圖3.1所顯示。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)（1）晶振電路在單片機(jī)單片機(jī)芯片中，晶體振蕩器是不可缺少的，能夠?qū)⑵渥鳛槿娴臄?shù)字時(shí)鐘參考信號(hào)，在開展電路原理時(shí)，只需要在單片機(jī)的X1和X2管腳外置8M的晶振電路。本論文設(shè)計(jì)的石英石震動(dòng)電源電路如下圖3.2所顯示：圖3.2晶振電路（2）復(fù)位電路單片機(jī)在運(yùn)行中務(wù)必重啟，所以必須人力校準(zhǔn)。這也是單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)所必須的。延時(shí)電路一般由電阻器、電容器和按鍵組成，其工作原理要在校準(zhǔn)環(huán)節(jié)中按下按鈕，即完成校準(zhǔn)。主要是因?yàn)椋聪掳粹o時(shí)，單片機(jī)的RST側(cè)接地裝置，以后電容器放電，因此該引腳變成低電頻，假如不按下按鈕，則電容器充電并滿電。這時(shí)，鑒于電容器兩直流電壓為3.3V，按下按鈕后需要一定的時(shí)間就可以完成單片機(jī)的校準(zhǔn)。圖3.3表明了這一全面的延時(shí)電路。圖3.3復(fù)位電路（3）P0口的上拉電阻如果采用P0端口做為I/O端口，其輸出的低電頻為0，但輸出的上拉電阻對(duì)應(yīng)于高電平(對(duì)應(yīng)于浮置情況，而非5V)，即P0端口事實(shí)上輸出上拉電阻，沒法為相連的負(fù)荷供電系統(tǒng)由于P0端口并沒有匹配電阻，因此P0端口是通斷的，無論輸出功率多少，都與并沒有開關(guān)電源一樣，需要通過外界配電線路供電系統(tǒng)，因此P0端口必須匹配電阻。圖3.4的電路原理圖如下所示：圖3.4P0口上拉電阻光照檢測(cè)模塊導(dǎo)致系統(tǒng)必須在白天和晚上轉(zhuǎn)換不同類型的LED情況，所以需要設(shè)計(jì)方案一定的照明燈具檢驗(yàn)控制模塊。本系統(tǒng)采用光敏傳感器傳感器完成其功能。傳感器工作標(biāo)準(zhǔn)電壓為3.3~5V，選用電壓比較器輸出，輸出數(shù)據(jù)信號(hào)能是數(shù)字信號(hào)或模擬量輸入，并配備可變性電阻器調(diào)整光照強(qiáng)度。使用中只需要將AO連接單片機(jī)引腳就可以，依據(jù)對(duì)應(yīng)的單片機(jī)引腳高低電平的改變，分辨周邊光照強(qiáng)度是不是出現(xiàn)了改變。開展大白天/夜里檢查的照明燈具查驗(yàn)?zāi)K硬件配置電路原理圖如下圖3.5所顯示。圖3.5光敏電阻傳感器原理圖聲音檢測(cè)模塊文中選用LM386做為話筒傳感器的功率放大電路。LM386是一款低能耗、內(nèi)部結(jié)構(gòu)鏈接增益值、大電壓范圍、外接電子器件和總諧波失真可調(diào)式的音頻集成化放大儀。廣泛應(yīng)用于低壓消費(fèi)類產(chǎn)品，一共有4個(gè)管腳，分別是VCC、GND和數(shù)字電容器輸出DO、模擬量輸入AO。響聲根據(jù)傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)LM386音頻功率放大電路變大加工后，根據(jù)音頻端口輸出傳輸?shù)紸D轉(zhuǎn)換電源電路。話筒傳感器的結(jié)構(gòu)圖如下圖3.6所顯示：圖3.6麥克風(fēng)傳感器原理圖麥克風(fēng)傳感器模塊包括聲音檢測(cè)傳感器，放大電路，比較器LM393。在進(jìn)行麥克風(fēng)傳感器模塊檢測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)，將模塊的電源接好，模擬量輸出AO需要經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換。只有這樣，它才能直接連接到單片機(jī)的IO端口，用單片機(jī)來探測(cè)它的高低，以實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境聲音的探測(cè)。LCD顯示模塊圖3.7顯示電路原理圖系統(tǒng)軟件顯示由LCD1602液晶顯示屏完成，關(guān)鍵進(jìn)行檢測(cè)到的液位儀顯示。單片機(jī)主要對(duì)超聲波模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)予以處理，再將數(shù)據(jù)載入LCD1602處理芯片引腳，在LCD上進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)的顯示。LCD1602在和單片機(jī)通訊時(shí)進(jìn)行串口通信完成。的7-14是數(shù)據(jù)傳送引腳，將數(shù)據(jù)與單片機(jī)P0聯(lián)接，設(shè)定排阻，進(jìn)行進(jìn)一步提升功能；處理芯片4、5、6為也就能引腳，3引腳色度可調(diào)式，選用電阻分壓原理。本論文設(shè)計(jì)的LCD顯示電源電路原理圖如下圖3.7所顯示。按鍵模塊電路系統(tǒng)軟件必須設(shè)計(jì)方案一定的人機(jī)實(shí)際操作功能，考慮到根據(jù)按鍵實(shí)際操作實(shí)現(xiàn)其功能，系統(tǒng)軟件必須達(dá)到的功能是開啟和關(guān)掉LED燈。上文分析表明，設(shè)計(jì)里所選擇的I/O端口號(hào)均是單片機(jī)鍵入輸出接口。下列圖3.8顯示了關(guān)鍵元件的電源電路原理。圖3.8按鍵模塊電路本章小結(jié)這一章主要是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各部分進(jìn)行了分析，并給出了具體的硬件接口，為后面的系統(tǒng)軟件和整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試做了充分的準(zhǔn)備。

軟件設(shè)計(jì)相關(guān)軟件介紹此章關(guān)鍵詳盡闡述了全面的軟件程序，在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的前提下，本設(shè)計(jì)方案應(yīng)用控制功能以單片機(jī)為主導(dǎo)。因而，在開展軟件開發(fā)時(shí)，主要是針對(duì)單片機(jī)控制程序來設(shè)計(jì)完成，詳細(xì)介紹所使用的編譯軟件，選擇適合自己的開發(fā)專用工具，進(jìn)而減少開發(fā)時(shí)長，提升開發(fā)高效率。對(duì)其單片機(jī)的程序編譯中，單片機(jī)只有鑒別序列號(hào)，所以必須選擇適合自己的編譯語言表達(dá)，在中國關(guān)鍵學(xué)了C語言的撰寫。該計(jì)算機(jī)語言讀寫能力非常簡單，能夠極為簡單的完成控制程序的需求。通過單片機(jī)開發(fā)出來的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，文中使用了常見的KEILMDK5軟件做為程序編譯軟件。KEILMDK5軟件由KEIL企業(yè)開發(fā)設(shè)計(jì)方案，具有很強(qiáng)的程序編譯功能，操作面板特別簡約，搭載了撰寫、編譯等幾種功能，且擁有豐富的函數(shù)公式完成，單片機(jī)：圖4.1KEIL5軟件界面圖系統(tǒng)主程序圖4.2主程序流程圖系統(tǒng)的主程序主要是從整個(gè)系統(tǒng)的角度來考慮程序的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的形式、程序的實(shí)現(xiàn)方式，其中包含了總體設(shè)計(jì)方案的制定、程序的確定、程序的確定等，并將各模塊的功能與程序相結(jié)合，從而形成一個(gè)完整的程序。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4.2所示。系統(tǒng)子程序延時(shí)函數(shù)為了確保LED燈滅掉時(shí)長的準(zhǔn)確性，全面的延時(shí)函數(shù)需要使用準(zhǔn)確的延時(shí)函數(shù)，通常使用for環(huán)城路開展空環(huán)延遲；為函數(shù)公式設(shè)定主要參數(shù)；界定變量通過使變量從0開始for循環(huán)，并且在相當(dāng)于主要參數(shù)時(shí)終止循環(huán)來達(dá)到循環(huán)的效果。一部分編程代碼如下所示：voidDelay_ms(unsignedintn){ unsignedinti,j; for(i=0;i<n;i++) for(j=0;j<1000;j++);}定時(shí)器中斷程序依據(jù)計(jì)時(shí)器中斷程序的流程表，開展時(shí)長設(shè)定的工作流程是，在51單片機(jī)的計(jì)時(shí)器中設(shè)定初值和計(jì)時(shí)的變量，編輯程序使計(jì)時(shí)變量提升，當(dāng)做到指定記數(shù)時(shí)間時(shí)，關(guān)掉LED燈。光照強(qiáng)度讀取將光照度傳感器接到單片機(jī)的I/O口上，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的光照強(qiáng)度高于設(shè)定的值時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳輸出電平為低，同時(shí)控制LED的動(dòng)作，根據(jù)是否接收到聲音傳感器的信號(hào)實(shí)現(xiàn)LED燈的動(dòng)作光照強(qiáng)度讀取流程如下圖4.4所示：圖4.4光照強(qiáng)度讀取流程圖按鍵檢測(cè)程序根據(jù)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案中對(duì)按鍵輸入模塊的分析，在按鍵設(shè)計(jì)時(shí)，既可采用獨(dú)立按鍵，也可采用矩陣按鍵的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。但無論采用哪種按鍵方式進(jìn)行控制功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)按鍵輸入均需要進(jìn)行消抖處理，以保證在按鍵過程中有信號(hào)波動(dòng)從而導(dǎo)致誤動(dòng)作的可能，對(duì)按鍵進(jìn)行消抖的過程示意如圖4.5所示：圖4.5按鍵的抖動(dòng)示意圖結(jié)合圖4.5所示的功能鍵顫動(dòng)圖象，功能鍵平穩(wěn)必須固定的時(shí)間，一般能是100ms，因?yàn)檫@個(gè)主要是根據(jù)客戶的實(shí)際操作來定的，充分考慮硬件的特性，顫動(dòng)的時(shí)間為一個(gè)脈沖波，根據(jù)該特性在全面的設(shè)計(jì)過程中，為了能采樣鍵入重要數(shù)據(jù)信息，使用了50Hz采樣周期時(shí)間20ms的時(shí)鐘。因?yàn)槲闹卸ㄖ频南到y(tǒng)具有按鈕轉(zhuǎn)換LED燈的功效，單片機(jī)設(shè)計(jì)需要經(jīng)常掃描儀按鈕，檢測(cè)出按鈕按住后，根據(jù)開啟不同類型的I/O端口號(hào)來達(dá)到系統(tǒng)軟件的有關(guān)控制功能。按鈕一部分管理程序的流程如下圖4.6所示：圖4.6程序流程圖本章小結(jié)本章重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并對(duì)所要用到的軟件進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)其主程序及相關(guān)子模塊進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并給出了相應(yīng)的子模塊。為后文的系統(tǒng)調(diào)試做好了充足的準(zhǔn)備。

系統(tǒng)調(diào)試與分析在進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)時(shí)，一般需要最后進(jìn)行整體調(diào)節(jié)，才可以檢測(cè)到其功能是否符合設(shè)計(jì)規(guī)定。因而，能夠?qū)ο到y(tǒng)開展調(diào)節(jié)與分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)措施，使系統(tǒng)軟件進(jìn)一步完善，做到設(shè)計(jì)的效果。文中只完成硬件軟件設(shè)計(jì)，沒有進(jìn)行實(shí)體電焊焊接，因而選用Proteus模擬仿真方法完成課題研究所需要的功能。相關(guān)軟件介紹本設(shè)計(jì)應(yīng)用Proteus的模擬軟件進(jìn)行了模擬。Proteus是內(nèi)嵌式硬件與軟件模擬設(shè)計(jì)服務(wù)平臺(tái)，關(guān)鍵功能是把軟件免費(fèi)下載到MCU中，將外界電源電路與模擬電路和數(shù)字電路設(shè)計(jì)聯(lián)接，對(duì)系統(tǒng)開展邏輯控制。電路設(shè)計(jì)是互動(dòng)式的，進(jìn)行模擬仿真功能的實(shí)現(xiàn)。最主要的微處理器有MCS-51系列和AT89系列等，利用此軟件能夠在沒有使用任何硬件配置的情形下模擬硬件電路，大大提升了全面的開發(fā)高效率。程序界面如下圖5.1所顯示：圖5.1Proteus軟件界面圖仿真測(cè)試過程在進(jìn)行模擬調(diào)試時(shí)，先用KEIL5軟件對(duì)該程序進(jìn)行編譯，然后得到“.hex”的文件。然后重新啟動(dòng)Proteus軟件進(jìn)行模擬，在“.hex”文件下修改了MCU中的代碼，并單擊“開始仿真”。下面的圖5.2顯示了該系統(tǒng)的模擬接口。模擬仿真中采用LCD顯示屏實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音分貝的顯示，當(dāng)分貝超過一定值之后，即可打開LED燈，運(yùn)行結(jié)果，如圖5.3所示：圖5.2仿真圖圖5.3仿真運(yùn)行結(jié)果圖本章小結(jié)在系統(tǒng)調(diào)試的過程當(dāng)中，也出現(xiàn)了很多調(diào)試難題，能解決調(diào)試中出現(xiàn)的問題，具備自身設(shè)計(jì)能力和解決問題能力，與此同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)擁有更全面的了解。把握全部系統(tǒng)的工作流程也很重要。比如，程序流程下載失敗時(shí)，必須查驗(yàn)手機(jī)軟件設(shè)定里的單片機(jī)設(shè)計(jì)型號(hào)規(guī)格、服務(wù)器端口的設(shè)定正確與否，在檢查后再次錄。

結(jié)論本文的課題設(shè)計(jì)要求是設(shè)計(jì)一款樓梯口聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)，首先對(duì)課題研究背