【基于單片機(jī)智能聲控?zé)粼O(shè)計(jì)9800字】

32-基于單片機(jī)智能聲控?zé)粼O(shè)計(jì)目錄1緒論 11.1概述 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3課題研究的目的與意義 21.4本文主要研究?jī)?nèi)容 21.5本文的研究?jī)?nèi)容 22硬件設(shè)備選型 32.1單片機(jī)選型 32.1.1ST89C52單片機(jī) 32.1.2MSP430F249單片機(jī) 32.1.3Atmega8單片機(jī) 42.1.4綜合分析 42.2光敏電阻選型 52.3人體感覺(jué)方式 62.4聲音傳感器選型 62.5驅(qū)動(dòng)設(shè)備 62.6系統(tǒng)整體電路 63硬件設(shè)計(jì) 83.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 83.2光照采集電路 93.3聲音信號(hào)采集電路 93.4人體紅外檢測(cè)電路 103.5人體紅外檢測(cè)報(bào)警電路 113.6繼電器控制電路 114軟件程序設(shè)計(jì) 124.1Keiluvision4軟件介紹 124.2系統(tǒng)程序流程設(shè)計(jì) 135仿真結(jié)果 165.1仿真軟件簡(jiǎn)介 165.2系統(tǒng)仿真結(jié)果 16結(jié)論 20參考文獻(xiàn) 21附錄 -22-1緒論1.1概述隨著城市化的逐年發(fā)展，城市建筑密度也是在迅速增大，人們的生活質(zhì)量更是節(jié)節(jié)攀升。生活中的智能產(chǎn)品也更是隨著科技的發(fā)展不斷地推陳出新，智能電磁爐、智能電飯煲、智能洗衣機(jī)等日常家具也是越來(lái)越便利，它們利用單片機(jī)來(lái)控制其各種功能使其達(dá)到智能化控制。然而大部分家庭中已經(jīng)使用的是白熾燈、臺(tái)燈等傳統(tǒng)燈具，這些燈具都有其很大的缺點(diǎn)，首先傳統(tǒng)燈具功率消耗大，耗電多；其次一部分人經(jīng)常會(huì)出門(mén)忘記關(guān)燈而造成電能的不必要浪費(fèi)，而且當(dāng)主人不在家時(shí)也會(huì)遇到陌生人入室偷竊的隱患，因此智能燈的推出有著無(wú)比巨大的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，國(guó)家的“十一五”規(guī)劃把環(huán)保和節(jié)能作為兩大主題，并且在長(zhǎng)期的節(jié)能規(guī)劃中提出照明用電占全國(guó)電量的13%，可見(jiàn)照明節(jié)能的重要性。從節(jié)能和壽命的角度來(lái)說(shuō)，LED燈的耗能僅僅為節(jié)能燈的1/4，白熾燈的1/10。LED燈的壽命也可以達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)以上，這可謂是普通家庭的福音。LED燈同時(shí)也不含鉛、汞等有害金屬元素。[1][1]王文升.智能照明控制與節(jié)能[J].智能建筑與城市信息.2005,37(3):5-7.由于電子科技時(shí)代的發(fā)展，使得聲控?zé)綦娐纺芨玫膶?shí)現(xiàn)智能化，國(guó)際社會(huì)上對(duì)LED產(chǎn)業(yè)的反應(yīng)也十分強(qiáng)烈，日本早在1998年就開(kāi)始實(shí)施“21世紀(jì)光計(jì)劃”，美國(guó)在2000年開(kāi)始推行“國(guó)家半導(dǎo)體照明計(jì)劃”，同年歐盟也啟動(dòng)了“彩虹計(jì)劃”，其目的都是為了推動(dòng)LED的應(yīng)用和發(fā)展。很多國(guó)家都開(kāi)始鼓勵(lì)使用節(jié)能型的光源，歐盟和澳大利亞都從2016年開(kāi)始禁用白熾燈，美國(guó)也從2020年開(kāi)始禁用白熾燈。[2][2]陳濤,毛信偉.智能照明控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用[J].智能電氣,2004,34(10):9-12.我國(guó)也對(duì)LED產(chǎn)業(yè)高度重視，我國(guó)的優(yōu)秀科研者們也從未停止過(guò)在LED應(yīng)用方面的研究探索，2003年6月我國(guó)科技部聯(lián)合了信息產(chǎn)業(yè)部、建設(shè)部、輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)等多個(gè)單位成立國(guó)家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，緊急地啟動(dòng)了國(guó)家半導(dǎo)體照明工程。中國(guó)半導(dǎo)體照明工作小組的成立也充分的說(shuō)明了我國(guó)政府對(duì)LED在照明領(lǐng)域的發(fā)展寄予了厚望。2006年初，國(guó)務(wù)院也發(fā)布了《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，節(jié)能高效且壽命長(zhǎng)的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品被列入了中長(zhǎng)期規(guī)劃第一重點(diǎn)領(lǐng)域的第一優(yōu)先主題，這一發(fā)布也在國(guó)內(nèi)外引起了廣泛的關(guān)注。1.3課題研究的目的與意義眾所周知，節(jié)能是一個(gè)照明控制的最具說(shuō)服力的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)的家庭生活都是白天關(guān)燈晚上開(kāi)燈，都是通過(guò)不必要的電源浪費(fèi)來(lái)減少家庭內(nèi)不必要的日常開(kāi)支，本課題的智能聲控?zé)艟秃芎玫亟鉀Q了能源浪費(fèi)這一問(wèn)題，智能燈在保證所需的照明條件之外，在無(wú)人的情況下它有效的減少了燈具的使用時(shí)間，節(jié)約了不必要的電源開(kāi)支，同時(shí)也延長(zhǎng)了燈具的使用壽命，同時(shí)智能燈照明也提高了管理水平，智能控制主要以自動(dòng)化控制為主、人工控制為輔，在一般情況下智能燈的開(kāi)關(guān)都不需要人為的開(kāi)啟與關(guān)閉，大大地減少人們?cè)跓艟呤欠耜P(guān)閉上所耗費(fèi)的精力。同時(shí)也可以通過(guò)人體紅外線感應(yīng)布防、報(bào)警來(lái)恐嚇住當(dāng)主人不在家時(shí)入室行竊的小偷，大大地提高了主人不在家時(shí)家中財(cái)物的安全性。1.4本文主要研究方法(1)首先，本次設(shè)計(jì)使用的是成本稍微劃算的STC89C52單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能聲控?zé)舻恼彰骱蛨?bào)警功能，節(jié)約了系統(tǒng)的制造成本。(2)此次也是通過(guò)軟件的程序編程來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的大部分功能，一部分硬件所需要的功能也轉(zhuǎn)化為以軟件的形式實(shí)現(xiàn)，更加的節(jié)約了制造成本，同時(shí)也能更好的實(shí)現(xiàn)所需功能。(3)軟件程序的程序編碼大部分也是使用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)，能夠更好的便于我們的閱讀、理解和修改，同時(shí)，也對(duì)部分的程序進(jìn)行了一些注釋?zhuān)钩绦虻倪\(yùn)行不容易出錯(cuò)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。(4)通過(guò)簡(jiǎn)化電路，從而降低了系統(tǒng)外在因素所帶來(lái)的干擾，這樣也大大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。1.5本文的研究?jī)?nèi)容本文簡(jiǎn)要的描述了本課題的研究意義，表明了研究?jī)?nèi)容的創(chuàng)新點(diǎn)。之后對(duì)電路的硬件設(shè)備上也進(jìn)行了精心的挑選，對(duì)比了多種所需的元器件，挑選出最為合適的將其使用，之后也闡明了單片機(jī)系統(tǒng)、人體紅外傳感系統(tǒng)、光照系統(tǒng)、光照測(cè)試模塊等硬件的功能和運(yùn)行。之后通過(guò)軟件的程序編寫(xiě)來(lái)完成對(duì)主程序和各個(gè)功能的子程序流程圖中所需要完成的功能。通過(guò)實(shí)物來(lái)證明可行。2硬件設(shè)備選型2.1單片機(jī)選型2.1.1ST89C52單片機(jī)單片機(jī)在整個(gè)微控制器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和悠久的發(fā)展歷史，單片機(jī)再很多行業(yè)內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用。盡管51系列的單片機(jī)的配置相較于其他單片機(jī)可能相對(duì)較低，但是其憑借著自身的價(jià)格優(yōu)勢(shì)和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)在眾多的單片機(jī)中脫穎而出。[3]李群芳.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001[3]李群芳.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001:15-19.■微處理器：該單片機(jī)具有一個(gè)8位的微處理器，它與通用的微處理器一樣具備運(yùn)算器和控制器兩大部分，但是它增加了面向控制點(diǎn)額處理功能，這樣就使它不僅僅可以處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理?！鰯?shù)據(jù)存儲(chǔ)器：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)為128個(gè)字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行時(shí)的工作變量、中間運(yùn)算結(jié)果、數(shù)據(jù)的緩存。■接口：1個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通訊擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。還具有4個(gè)并行8位的I/O口，分別為P1口、P2口、P3口、P4口?！鲈摼唧w參數(shù)如下表2.1所示：表2.1STC89C52單片機(jī)的基本參數(shù)表工作電壓3.3V~5.5V工作頻率0~40MHzFlash8KIO引腳32個(gè)RAM512字節(jié)定時(shí)器3個(gè)16位定時(shí)器2.1.2MSP430F249單片機(jī)對(duì)于MSP430F249這款超低功耗控制器來(lái)說(shuō)，它是美國(guó)TI公司專(zhuān)門(mén)為簡(jiǎn)單應(yīng)用設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中利用了很多低功耗外設(shè)，使得該控制器應(yīng)用過(guò)程中能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)電池的使用壽命。[4]張波.基于STC89C51單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2012,26(10):19-23.其具體優(yōu)勢(shì)如下：[4]張波.基于STC89C51單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2012,26(10):19-23.■內(nèi)部配置有16位的CPU，并且內(nèi)置了2個(gè)的定時(shí)器和1個(gè)12位的AD轉(zhuǎn)換器，這些配置能夠保證它可以滿足大部分應(yīng)用需求。■該芯片擁有的IO針腳共計(jì)48個(gè)，就算是一些復(fù)雜的并行控制也能夠?qū)崿F(xiàn)?！鰞?nèi)置了32kHz晶振，能夠支持的額定頻率高達(dá)16MHz。■,內(nèi)部還擁有3個(gè)具有捕獲/比較功能的16位計(jì)時(shí)器Timer_A和7個(gè)帶有影子寄存器的16位Timer_B?！鲈诖龣C(jī)過(guò)程中，該芯片功耗只有0.3uA，并且可以在不到1us的時(shí)間將其從待機(jī)狀態(tài)喚醒?！鲈摼唧w參數(shù)如下表2.2所示：表2.2MSP430F249單片機(jī)的基本參數(shù)額定電壓1.8V-3.6V額定頻率16MHzRAM2KIO引腳48個(gè)定時(shí)器兩個(gè)16位定時(shí)器ADC12位2.1.3ATmega8單片機(jī)1997年,ATMEL公司利用Flash新技術(shù),研發(fā)出RISC精簡(jiǎn)指令集的高速8位單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR。而ATmega8更是該公司再2002第一季度推出的一款非常特殊的非常特殊的AVR單片機(jī)，其芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富的硬件接口電路，其接口強(qiáng)大且價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)外加可以進(jìn)行單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，這些特點(diǎn)使其成為一款極具性價(jià)比的單片機(jī)，在市場(chǎng)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，深受廣大單片機(jī)用戶的青睞。[5][5]閆雙紅，錢(qián)珊珠，王楠，等.基于單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2012,33(10):45-47.■在相同的系統(tǒng)時(shí)鐘下AVR運(yùn)行速度快?！鲂酒瑑?nèi)部的Flash和EEPROM容量較大并且都可以反復(fù)燒寫(xiě)和支持在線編程燒寫(xiě)。■每個(gè)IO口都可以以推挽驅(qū)動(dòng)的方式輸出高、低電平，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)?！銎渚唧w參數(shù)如下表2.3所示：表2.3ATmega8單片機(jī)的基本參數(shù)額定電壓4.5V-5.5V額定頻率0-16MHzFlash8KIO引腳23個(gè)定時(shí)器一個(gè)16位定時(shí)器工作寄存器32個(gè)8位2.1.4綜合分析為了更好更全面更直觀的對(duì)比分析這三種微控制器，將以上提及的四塊芯片進(jìn)行對(duì)比和歸納分析，具體如表2.4所示。表2.4三種微控制器的對(duì)比表類(lèi)型ST89C52單片機(jī)MSP430F249單片機(jī)ATmega8單片機(jī)最高運(yùn)行頻率40MHz16MHz16MHz數(shù)據(jù)處理位數(shù)8位8位8位制造成本低低低引腳數(shù)量324823編程難度簡(jiǎn)單較難簡(jiǎn)單從以上的描述對(duì)比可知，MSP430F249系列單片機(jī)，其無(wú)論是性能還是價(jià)格、功耗，都十分優(yōu)異，但是，在編程過(guò)程中難免會(huì)遇到一些專(zhuān)用存儲(chǔ)器的調(diào)用，并且其編程規(guī)則較為復(fù)雜，因此，其對(duì)于一些編程新手來(lái)說(shuō)可能會(huì)相對(duì)的有些困難；而ATmega8單片機(jī)和ST89C52單片機(jī)也都可以實(shí)現(xiàn)其功能，但ST89C52單片機(jī)使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，而且做了很多改進(jìn)和新增功能，并且MCS-51單片機(jī)具有很強(qiáng)的代表性，與課堂上所學(xué)知識(shí)相關(guān)，編程難度較低，以及手頭上該系列單片機(jī)資料較多，故本次設(shè)計(jì)選擇該單片機(jī)作為控制核心。2.2光敏電阻選型通常，為了便于光敏電阻吸收更多的光能，都會(huì)將其制造成薄片結(jié)構(gòu)，表面還涂有防潮樹(shù)脂，具有光電導(dǎo)效應(yīng)，本次使用的光敏電阻組成的主要金屬有硫化隔、碲化隔等半導(dǎo)體材料，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)，光照越強(qiáng)電阻越小，光敏電阻對(duì)光線的感應(yīng)特別的敏感（即光譜特性），在無(wú)光照的時(shí)候，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。因此隨著科技的發(fā)展，光敏電阻的特殊性能將會(huì)得到及其廣泛的應(yīng)用。2.3人體感應(yīng)方式人體感應(yīng)方面采取的是DYP-ME003人體感應(yīng)模塊，其工作電壓是4.5V-20V，當(dāng)有人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，當(dāng)人員離開(kāi)范圍時(shí)，則可以延時(shí)一段時(shí)間之后從高電平變化為低電平，能快速的開(kāi)啟各類(lèi)燈具和蜂鳴器等裝置。其工作原理是探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號(hào)，其采用PIR熱釋電傳感器，并且為了提高探測(cè)器的探測(cè)距離，因此會(huì)在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，通過(guò)透鏡的光學(xué)原理來(lái)提高他的探測(cè)接收靈敏度，從而更好的檢測(cè)是否有行人經(jīng)過(guò)。當(dāng)檢測(cè)到人之后，人體紅外輸出高電平經(jīng)過(guò)三極管進(jìn)行放大電流，再輸出給單片機(jī)，從而使單片機(jī)判斷現(xiàn)在是否有人。2.4聲音傳感器選型在本次設(shè)計(jì)中聲音使用的是LM393比較器來(lái)比較當(dāng)前聲音強(qiáng)度是否夠大，從而決定是否輸出高電平。LM393是高增益的寬頻帶器件，像其他大多數(shù)的比較器一樣，如果輸出端到輸入端有因?yàn)榧纳娙荻a(chǎn)生耦合，則會(huì)產(chǎn)生振蕩，當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)這種情況。LM393在單電源和雙電源下均可正常工作，單電源是2V-36V，雙電源是±1V-±18V，消耗電流小ICC=0.4mA，輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV,，可以很好的實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的需求。2.5驅(qū)動(dòng)設(shè)備本次的照明設(shè)備才用的是繼電器控制，繼電器是一種能夠當(dāng)某個(gè)輸入量到達(dá)一定值時(shí)，輸出量就會(huì)發(fā)生跳躍式電話的自動(dòng)控制器件，并且具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、體積小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，因此其廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)化、電力保護(hù)等裝置中。由于電磁繼電器操作簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)狀態(tài)容易判斷，所以本次設(shè)計(jì)采用繼電器控制。2.6系統(tǒng)整體電路電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常分為軟硬件兩部分內(nèi)容，本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)只能聲控?zé)粢彩侨绱?，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖2.1所示，本次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)STC89C52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)人體紅外檢測(cè)、光線檢測(cè)、聲音采集來(lái)判斷當(dāng)下環(huán)境是否進(jìn)行照明，輸出高低電平。按下布防按鈕后，通過(guò)防盜人體紅外檢測(cè)到人時(shí)，傳輸出高電平，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提示。聲音檢測(cè)電源電路聲音檢測(cè)電源電路人體紅外人體紅外蜂鳴器報(bào)警蜂鳴器報(bào)警光敏檢測(cè)繼電器控制STC89C52光敏檢測(cè)繼電器控制STC89C52圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖3硬件設(shè)計(jì)對(duì)于本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的智能聲控?zé)魜?lái)說(shuō)，以STC89C52芯片、光照信號(hào)采集電路、聲音信號(hào)采集電路、人體紅外檢測(cè)電路、繼電器控制電路等部分共同組成了它的硬件設(shè)計(jì)部分，下面分對(duì)硬件設(shè)計(jì)部分展開(kāi)介紹。3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于單片機(jī)最小系統(tǒng)，它是指單片機(jī)可以正常工作所必需的最小硬件結(jié)構(gòu)，本文使用的STC89C52芯片，其電路設(shè)計(jì)圖如下圖3.1所示。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路部分管腳說(shuō)明：P1口：P1口是一個(gè)從內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能夠接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)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(shí)，將會(huì)輸出電流，這就是由于內(nèi)部上拉的原因。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口常作為第八位地址接收。P2口：P2和P1口大部分內(nèi)容相同。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是擁有8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也常作為STC89C52的一些特殊功能口，如下表3.1所示：管腳備選功能:表3.1P3口的第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳的兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入以及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：用于來(lái)自反向振蕩器的輸出。[6]隋濤.Proteus在智能交通燈的設(shè)計(jì)與仿真[J].科技信息,2009,7(25):94-943.2光照采集電路本設(shè)計(jì)中的光照采集電路主要是通過(guò)光敏電阻D3的阻值來(lái)判斷外界光線的強(qiáng)弱。當(dāng)外界光照很弱時(shí)，光敏電阻D3的阻值增大，當(dāng)外界光照很強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R13的阻值減小。由此將電平送到單片機(jī)，由程序來(lái)控制是否進(jìn)行照明。連接如圖3.2所示。圖3.2光照采集電路3.3聲音信號(hào)采集電路本次設(shè)計(jì)對(duì)于聲音的檢測(cè)我們采取的是使用LM393比較器和聲音傳感器來(lái)對(duì)當(dāng)前接收到的聲音強(qiáng)弱來(lái)進(jìn)行處理。聲音傳感器對(duì)周?chē)h(huán)境的聲音強(qiáng)度十分敏感，用來(lái)檢查周?chē)h(huán)境的聲音強(qiáng)度大小。[7]侯美.基于keil4、Proteus和YL-236設(shè)備的單片機(jī)教學(xué)[J].數(shù)字通信世界,2020,4(4):226-226.該部分的硬件電路如圖3.3所示，標(biāo)號(hào)3口出外接的是聲音傳感器來(lái)采集聲音的大小，當(dāng)模塊在環(huán)境中接收到的聲音強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)定的閾值時(shí)，D0口輸出高電平：當(dāng)在環(huán)境中接收到的聲音強(qiáng)度超過(guò)了設(shè)定閾值，則D0[7]侯美.基于keil4、Proteus和YL-236設(shè)備的單片機(jī)教學(xué)[J].數(shù)字通信世界,2020,4(4):226-226.圖3.3聲音信號(hào)采集電路電路3.4人體紅外檢測(cè)電路人體紅外檢測(cè)采取PIR熱釋電傳感器和菲涅爾透鏡。熱釋電紅外傳感器成本低，可通過(guò)非接觸形式檢測(cè)出人體輻射出的紅外線，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。其使用的是全自動(dòng)感應(yīng)，即有人進(jìn)入感應(yīng)范圍則輸出高電平，當(dāng)人離開(kāi)感應(yīng)范圍則會(huì)輸出低電平。在實(shí)驗(yàn)上證明如果單獨(dú)的使用熱釋電傳感器的話，其檢測(cè)的距離只有2m左右，但是在配上菲涅爾透鏡之后，其檢測(cè)人體紅外的距離可以增加到10m左右，因此這時(shí)我們需要配合上菲涅爾透鏡進(jìn)行使用。[8]李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]，北京：清華大學(xué)出版社,2006:24-27.菲涅爾透鏡：菲涅爾透鏡的鏡片采用聚乙烯材料原色，略透明，透光率高，不容易變形，并且聚焦的精確度很高。菲涅爾透鏡平時(shí)有兩個(gè)作用，一個(gè)作用是將熱釋紅外信號(hào)折射或者反射來(lái)聚焦到PIR上，另一作用就是將探測(cè)區(qū)域分配為若干個(gè)暗區(qū)和明區(qū)，使進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的實(shí)行來(lái)在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)。因?yàn)闊後岆妭鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)變化十分的緩慢，不能直接作為控制信號(hào)，因此我們必須經(jīng)過(guò)一個(gè)專(zhuān)門(mén)的處理裝置，使得其輸出信號(hào)能夠適合單片機(jī)進(jìn)行處理，這里我們通過(guò)增加一個(gè)1K電阻進(jìn)行限流，當(dāng)檢測(cè)到有人時(shí)，人體紅外輸出高電平，然后經(jīng)過(guò)三極管進(jìn)行放大，然后再輸出給單片機(jī)。其硬件電路如圖3.4所示。圖3.4人體紅外檢測(cè)電路3.5人體紅外檢測(cè)報(bào)警電路這個(gè)電路用到的也是上述的人體紅外檢測(cè)電路相同的原理來(lái)檢測(cè)是否有人，后面我們外加兩個(gè)布防和撤防的按鈕來(lái)選擇是否啟用防盜報(bào)警模式，然后按下布防按鈕后，在人體紅外檢測(cè)到有人時(shí)，輸出高電平，然后傳輸?shù)椒澍Q器從而發(fā)出警報(bào)，其增加的具體電路如下圖3.5所示。圖3.5人體紅外檢測(cè)報(bào)警電路3.6繼電器控制電路單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般都是使用在一些小功率的場(chǎng)合，在要將它應(yīng)用于一些大功率的場(chǎng)合，顯然是不行的，所以這時(shí)就需要繼電器來(lái)進(jìn)行所謂的“功率驅(qū)動(dòng)”。繼電器就是一個(gè)開(kāi)關(guān)控制通斷，為了方便觀察繼電器是否閉合通行，因此我們?cè)黾恿艘粋€(gè)二極管指示燈來(lái)觀察繼電器是否閉合，當(dāng)繼電器閉合時(shí)LED燈就會(huì)亮起。[9]許志偉，秦會(huì)斌.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能燈桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2020,24(6):77-78[9]許志偉，秦會(huì)斌.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能燈桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2020,24(6):77-78.圖3.5鍵盤(pán)輸入電路4軟件程序設(shè)計(jì)本次系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分希望使用良好的邏輯設(shè)計(jì)，通過(guò)合理的調(diào)用各種功能函數(shù)，使得硬件電路中的各個(gè)器件電路能夠發(fā)揮到預(yù)期功能?，F(xiàn)在在軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中往往是采用模塊化編程的思路，這樣可以將軟件系統(tǒng)中的各個(gè)功能集成為一個(gè)函數(shù)模塊，后續(xù)可以在需要時(shí)較為方便的調(diào)用某些函數(shù)，從而能夠在一定程度上節(jié)約系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)邏輯的目標(biāo)。智能聲控?zé)魪挠布Y(jié)構(gòu)上能夠看出，它的硬件部分是由STC89C52芯片、光照信號(hào)采集電路、聲音信號(hào)采集電路、人體紅外檢測(cè)電路、繼電器控制電路等元件組成了它的硬件設(shè)計(jì)部分。為了讓各個(gè)硬件的主要功能能夠可以正常實(shí)現(xiàn)。在軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其主要的任務(wù)就是完成對(duì)光照檢測(cè)電路和對(duì)熱釋電傳感器電路的輸出信號(hào)來(lái)進(jìn)行處理。當(dāng)周?chē)h(huán)境的光照強(qiáng)度弱并且檢測(cè)到室內(nèi)有人時(shí)，輸出高電平，系統(tǒng)控制點(diǎn)亮照明設(shè)備并延時(shí)一段時(shí)間，過(guò)段時(shí)間再進(jìn)行檢測(cè)如若再次檢測(cè)到室內(nèi)無(wú)人時(shí)，則控制照明設(shè)備熄滅。按下布防按鈕時(shí)，檢測(cè)到室內(nèi)有人時(shí)，則觸發(fā)蜂鳴器來(lái)引發(fā)防盜報(bào)警程序。4.1Keiluvision4軟件介紹隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷地進(jìn)行發(fā)展和更新，從普遍的使用匯編語(yǔ)言逐漸的到使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，Keil軟件是目前最多進(jìn)行開(kāi)發(fā)51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil。其引入了靈活的窗口管理系統(tǒng)，能夠使開(kāi)發(fā)人員同時(shí)查看多臺(tái)監(jiān)視器，能看見(jiàn)窗口位置的任何地方，他能夠使用戶很好的利用屏幕空間和非常有效地組織多個(gè)窗口，能夠提高開(kāi)發(fā)人員的生產(chǎn)力，更高效地進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。它是使用一種接近的C語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性以及可維護(hù)性方面都具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，十分適合初學(xué)者的學(xué)習(xí)以及使用。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外，uVision4還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ埽铀倭藛?dòng)代碼和配置文件的生成。在功能上，Keil軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在了一起。在外觀上采用全Windows界面，這樣使用戶更容易上手。性能上，即便是使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，其生成的目標(biāo)代碼效率也非常高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼也十分緊湊。4.2主程序流程設(shè)計(jì)本文的主程序并不復(fù)雜，主要是需要實(shí)現(xiàn)全局變量定義、相關(guān)函數(shù)的解釋聲明。系統(tǒng)主程序采用中斷方式實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的調(diào)用，在函數(shù)的調(diào)用中不斷地對(duì)周?chē)墓庹諒?qiáng)度、聲音和有無(wú)行人進(jìn)行檢測(cè)測(cè)試，其具體程序代碼見(jiàn)附錄。主程序流程如圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖5系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)在系統(tǒng)安裝和調(diào)試時(shí)，系統(tǒng)總是會(huì)因?yàn)橹茉猸h(huán)境的因素所干擾，因此在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，可靠性的設(shè)計(jì)和抗干擾的技術(shù)變得尤為重要。干擾將會(huì)產(chǎn)生以下后果：①數(shù)據(jù)采集的誤差加大②程序運(yùn)行失常③系統(tǒng)被控對(duì)象誤操作④被控對(duì)象狀態(tài)不穩(wěn)定⑤數(shù)據(jù)發(fā)生變化。5.1單片機(jī)應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì)（1）供電系統(tǒng)。①防止被電源系統(tǒng)干擾，我們可采取使用交流穩(wěn)壓器來(lái)保證供電的穩(wěn)定性，防止電源的過(guò)壓或者欠壓。使用隔離變壓器來(lái)過(guò)濾掉高頻噪聲，低通濾波器來(lái)過(guò)濾掉工頻干擾。（2）注意印制電路板的布線與工藝。①在硬件設(shè)計(jì)上采用多層印制電路板，多層板可以提供一個(gè)良好的接地網(wǎng)，可防止產(chǎn)生地電位差和元件之間的耦合。②印制電路板一定要合理分區(qū)。模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)、功率驅(qū)動(dòng)區(qū)要盡量分開(kāi)些，地線不能相混，分別和電源端的地線相連。③印制電路板要按單點(diǎn)接電、單點(diǎn)心接地的原則送電。噪聲元件與非噪聲元件要分開(kāi)些。時(shí)鐘振蕩電路和特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來(lái)，讓周?chē)妶?chǎng)更加趨近于零。④使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時(shí)鐘，時(shí)鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該個(gè)TTL或20多個(gè)CMOS。如果輸出負(fù)載過(guò)于嚴(yán)重，則會(huì)降低輸出電平，使電平處于或低于被驅(qū)動(dòng)器件的輸入門(mén)檻電平，從而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。（3）提高元器件的可靠性。①選用質(zhì)量好的電子元件，并通過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試和篩選。②設(shè)計(jì)時(shí)使用的元件技術(shù)參數(shù)要有一定的余量。③提高印制板和組裝的質(zhì)量。（4）使用雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)。在對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性有嚴(yán)格要求時(shí)，使用雙機(jī)冗余可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。雙機(jī)冗余，就是在執(zhí)行同一個(gè)控制任務(wù)時(shí)，可安排兩個(gè)單片機(jī)來(lái)完成，即主機(jī)與從機(jī)。在正常情況下，主機(jī)掌握著控制權(quán)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí)，從機(jī)處于待機(jī)的狀態(tài)，等待仲裁器的觸發(fā)。當(dāng)主機(jī)由于某種原因而誤操作時(shí)，仲裁器根據(jù)判別的條件，若認(rèn)為主機(jī)程序已混亂，則切斷主機(jī)的總線控制權(quán)，將從機(jī)喚醒，這時(shí)從機(jī)將會(huì)代替主機(jī)進(jìn)行處理與控制系統(tǒng)。結(jié)論隨著人類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)水平和科技水平的不斷提升，使我們對(duì)各類(lèi)電力電子設(shè)備的研發(fā)提供更多的支持，使得生活變得更加便利。生活質(zhì)量的提高就加劇了各類(lèi)能源的消耗，近幾年來(lái)霧霾、海上垃圾、新能源開(kāi)發(fā)成為了人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。人們更加迫切的希望節(jié)能環(huán)保。隨著傳感器技術(shù)的不斷迭代，半導(dǎo)體技術(shù)也不斷的完善，各式各樣的傳感器層出不窮，本次設(shè)計(jì)就是一款基于單片機(jī)的智能聲控報(bào)警燈系統(tǒng)，這邊以單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)光敏電阻、聲音傳感器、人體紅外感應(yīng)來(lái)對(duì)當(dāng)下的環(huán)境進(jìn)行判斷，將檢測(cè)的信號(hào)傳輸給單片機(jī)從而驅(qū)動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉照明設(shè)備，也是通過(guò)單片機(jī)來(lái)啟動(dòng)蜂鳴器的報(bào)警。本次設(shè)計(jì)也是精心對(duì)比了多款單片機(jī)和了解各式各樣的傳感器設(shè)備，從中選擇出最符合要求且最便利的型號(hào)，從而其保證硬件設(shè)施能夠很好的展現(xiàn)出所需要的功能。之后對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了合理安排，詳細(xì)介紹其中的原理。本次設(shè)計(jì)的整體思路明確，以模塊化的方式分別完成各個(gè)電路。硬件電路上分為STC89C52芯片、光照信號(hào)采集電路、聲音信號(hào)采集電路、人體紅外檢測(cè)電路、繼電器控制電路等五大部分。因此在軟件設(shè)計(jì)上，也對(duì)相對(duì)應(yīng)的模塊進(jìn)行了程序編碼，分別獨(dú)立的編碼了獨(dú)立函數(shù)，使用時(shí)通過(guò)調(diào)用的方式來(lái)降低編程的難度。經(jīng)過(guò)本人的實(shí)物測(cè)試，可以知道本次設(shè)計(jì)通過(guò)軟硬件的完美結(jié)合來(lái)較好的實(shí)現(xiàn)我們心中目標(biāo)產(chǎn)品的預(yù)期功能，實(shí)現(xiàn)了智能聲控報(bào)警燈的基本功能。本次設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品在與市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品相比更加的具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，具有非常好的擴(kuò)展性。本設(shè)計(jì)中還有以下幾點(diǎn)需要在未來(lái)的工作中繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)：（1）本次設(shè)計(jì)所用到的硬件可以有所升級(jí)，這樣能夠更好完善我們所要求的的各項(xiàng)功能，使得數(shù)據(jù)更加的精確；（2）該系統(tǒng)還有許多引腳未使用，因此，可以繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)功能的擴(kuò)展。參考文獻(xiàn)[1]王文升.智能照明控制與節(jié)能[J].智能建筑與城市信息.2005,37(3):5-7.[2]陳濤,毛信偉.智能照明控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用[J].智能電氣,2004,34(10):9-12.[3]李群芳.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001:15-19.[4]張波.基于STC89C51單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2012,26(10):19-23.[5]閆雙紅，錢(qián)珊珠，王楠，等.基于單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2012,33(10):45-47.[6]隋濤.Proteus在智能交通燈的設(shè)計(jì)與仿真[J].科技信息,2009,7(25):94-94.[7]侯美.基于keil4、Proteus和YL-236設(shè)備的單片機(jī)教學(xué)[J].數(shù)字通信世界,2020,4(4):226-226.[8]李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]，北京：清華大學(xué)出版社,2006:24-27.[9]許志偉，秦會(huì)斌.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能燈桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2020,24(6):77-78.附錄#include"common.h"sbitSK=P3^5;//聲控引腳sbitGM=P3^6;//光敏引腳sbitRT_LED=P1^5;//人體紅外感應(yīng)燈sbitRTHW=P2^6;//人體紅外引腳sbitRTHW_FD=P2^7;//防盜人體紅外sbitBJ_LED=P2^1;//報(bào)警指示燈sbitBEEP=P2^0;//蜂鳴器sbitBF_LED=P1^4;//布防指示燈sbitRelay=P1^6;//繼電器sbitKEY1=P1^0;//布防sbitKEY2=P1^1;//撤防unsignedcharmiao=0;unsignedcharcount=0;unsignedchardengdai_miao=0;//進(jìn)入布防的等待時(shí)間bitbufang=0;//布防標(biāo)志bitbaojing=0;//報(bào)警標(biāo)志bitdengdai=0;//進(jìn)入布防時(shí)的等待標(biāo)志voidTime0_Init()//定時(shí)器0{ TMOD|=0x01; TH0=(65535-46080)/255;//50ms TL0=(65535-46080)%255; ET0=1; TR0=1; EA=1;}voidkeyscan()//按鍵掃描{ if(KEY1==0)//布防鍵按下 { delay_ms(10); if(KEY1==0) { while(KEY1==0); if(bufang==0)//檢測(cè)是否在布防模式下，如果不是，則開(kāi)啟 { dengdai_miao=20;//等待時(shí)間賦值20秒 dengdai=1;//開(kāi)啟進(jìn)入布防模式的等待標(biāo)志 BF_LED=0; baojing=0; } } } if(KEY2==0)//撤防鍵按下 { delay_ms(10); if(KEY2==0) { while(KEY2==0); dengdai=0;//等待標(biāo)志清零 bufang=0;//布防標(biāo)志清零 BF_LED=1;//熄滅布防指示燈 baojing=0;//如果手動(dòng)報(bào)警沒(méi)開(kāi)啟，則關(guān)閉報(bào)警 } }}voidmain(){ bitvoice=0; bitSomeone=