智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)

智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)【摘要】當(dāng)下最熱門最受人關(guān)注的技術(shù)就是人工智能技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)人的生活產(chǎn)生了前所未有的便利。如今中國的制造業(yè)正在飛速發(fā)展，制造出的產(chǎn)品正受到全世界人民的認(rèn)可。社會(huì)在不斷進(jìn)步，人類在不斷追求，市場在不斷變化，高科技應(yīng)用含量決定著產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢和前景，智能化技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用意義深遠(yuǎn)。隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，國內(nèi)涌現(xiàn)許多家制造智能家居的廠商以手機(jī)為樞紐，打通了所有家用電器之間的聯(lián)系使得家電也越來越偏向智能化，當(dāng)然家電本身也足夠智能。已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際中的有智能空調(diào)，智能電水壺，智能凈水器等，而所用的智能化家用電器都用一個(gè)共同的特點(diǎn)，都是利用單片機(jī)作為中央控制單元。結(jié)合了單片機(jī)的智能家用電器和普通家用電器相比，功能上更強(qiáng)，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(tái)燈以專門感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ)，以BISS0001信號(hào)處理電路，利用單片機(jī)進(jìn)行處理，以達(dá)到便于控制的目的。當(dāng)房間亮度不夠時(shí)，且當(dāng)檢測到附近有人時(shí)，臺(tái)燈就會(huì)自動(dòng)亮起,省去了黑暗中摸開關(guān)麻煩；當(dāng)學(xué)習(xí)時(shí)由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系統(tǒng)就會(huì)提示，以糾正坐姿，預(yù)防近視；學(xué)習(xí)太累了時(shí)，趴在桌子上睡會(huì)兒時(shí)，臺(tái)燈就會(huì)自動(dòng)熄滅；當(dāng)無人在時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)使臺(tái)燈自動(dòng)熄滅，以達(dá)到節(jié)省能源的目的。通過軟硬件結(jié)果的方式,使得臺(tái)燈變得更加智能，省去所有的人工環(huán)節(jié)，讓臺(tái)燈更懂你,讓你再也不用為忘記關(guān)燈而煩惱?！娟P(guān)鍵詞】智能臺(tái)燈、BISS0001、單片機(jī)STC89C51Designofintelligentdesklamp【Abstract】Atpresent,themostpopularandmostconcernedtechnologyisartificialintelligencetechnology,whichhasbroughtunprecedentedconveniencetohumanlife.Today,China'smanufacturingindustryisdevelopingrapidly,andtheproductsarebeingrecognizedbypeopleallovertheworld.Inthecontinuousprogressofsociety,humanbeingsareconstantlypursuing,themarketischangingconstantly.TheapplicationcontentofhightechnologydeterminesthenewtrendandProspectofproductdevelopment.Theapplicationofintelligenttechnologyinthefieldofelectronicproductsisofprofoundsignificance.Withtherapiddevelopmentofelectronicproducts,manydomesticmanufacturersofsmarthomearetakingmobilephonesasahub,makingtheconnectionbetweenallthehouseholdappliancessothatthehouseholdappliancesarebecomingmoreandmoreintelligent.Ofcourse,thehomeappliancesthemselvesarealsointelligentenough.Hasbeenappliedtotheactualintelligentairconditioning,intelligentelectrickettle,intelligentwaterpurifierandsoon,andtheintelligenthouseholdelectricalappliancesusedintheuseofacommonfeature,theuseofsinglechipasthecentralcontrolunit.Comparedwiththeintelligenthouseholdelectricalappliancesandordinaryhouseholdappliances,thefunctionisstronger,theuseismoreconvenient,thesafetyandreliabilityarehigher,themostimportantistosavetheelectricenergyandimprovethequalityofthehouseholdappliances.Theintelligentdesklampisbasedonthepyroelectricinfraredsensorthatspecializesintheinfraredsignalofhumanbody.TheBISS0001signalprocessingcircuitisprocessedwiththesinglechipcomputertoachievethepurposeofcontrol.Whentheroombrightnessisnotenough,andwhenapersonisdetectednearby,thelampwillautomaticallylightupandsavethetroubleoftouchingtheswitchinthedark.Whenlearningistooclosetothetable,thesystemwillbepromptedtocorrectthesittingpostureandpreventmyopia;whenthelearningistootiredtosleeponthetable,thelampwillselfThesystemwillalsoextinguishthelampautomatically,soastosaveenergy.Throughthesoftwareandhardwareresults,thelampbecomesmoreintelligent,savesalltheartificiallinks,letthelampunderstandyoumore,letyoudonotneedtoforgettoturnoffthelightsagain.【keyword

】Intelligentdesklamp,biss0001,SCMSTC89c51目錄第一章緒論 61.1智能臺(tái)燈研究的目的與意義 61.2國內(nèi)外智能臺(tái)燈研究現(xiàn)狀 61.3智能臺(tái)燈的主要研究內(nèi)容 8第二章系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 92.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 92.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 9第三章硬件電路設(shè)計(jì) 113.1單片機(jī)的選用 113.1.1主控芯片STC12C5A60S2的介紹 113.1.2晶振電路 123.1.3復(fù)位電路 133.2燈光控制電路 143.3超聲波測距模塊 143.3.1超聲波測距傳感器選擇 143.3.2HC-SR04模塊工作原理 15超聲波模塊電路 153.4光線感應(yīng)模塊 163.5人體感應(yīng)模塊 183.5蜂鳴報(bào)警模塊 183.5.1蜂鳴器的介紹 183.5.2蜂鳴器報(bào)警電路 19第四章軟件設(shè)計(jì) 204.1總體程序框圖 204.2主程序流程圖 20第五章成本預(yù)算與環(huán)境分析 2致謝 2附錄1系統(tǒng)原理圖 4附錄2系統(tǒng)程序 5第一章緒論1.1智能臺(tái)燈研究的目的與意義普通臺(tái)燈在使用時(shí)，由于亮度單一無論在什么樣的光照條件下都發(fā)出一樣亮度的光，這既不護(hù)眼也不節(jié)能，所以我們采用LED照明技術(shù)，LED是一個(gè)發(fā)光二極管，它可以快速實(shí)現(xiàn)開關(guān)。這一特點(diǎn)是其他的發(fā)光器件所無法比擬的。因此.我們需要把供電源改成脈沖恒流源，改變電源脈沖寬度的方法.就可以改變其亮度，種方法稱為脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光法。臺(tái)燈在忘記關(guān)的情況下是非常耗電的所以我們在臺(tái)燈內(nèi)部加上了人體紅外如果在一段時(shí)間內(nèi)檢測不到人體臺(tái)燈會(huì)自動(dòng)關(guān)掉以達(dá)到節(jié)能的效果，并且還加上了紅外測距，當(dāng)人體離桌面太近時(shí)，開啟蜂鳴器糾正坐姿。如今我們已經(jīng)漸漸踏入了智能化時(shí)代，智能家居必將是未來的趨勢，現(xiàn)在是中國制造業(yè)的最好時(shí)代，我們可以制造出許多非常優(yōu)秀非常智能的產(chǎn)品。讓我們的生活更加便捷，更加環(huán)保。通過智能手機(jī)連接連接所有的智能家居真正達(dá)到一部手機(jī)掌控整個(gè)家庭。1.2國內(nèi)外智能臺(tái)燈研究現(xiàn)狀臺(tái)燈的發(fā)展總體可分為三個(gè)時(shí)代。白熾燈時(shí)代，熒光燈時(shí)代，高強(qiáng)度氣體放電時(shí)代。白熾燈是照明領(lǐng)域革命性的發(fā)明。白熾燈是將電流通過燈絲，使燈絲受熱而發(fā)光。然而白熾燈有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，它只能將約1/20的電能轉(zhuǎn)化為光能，所以照明效率很低。熒光燈可以省電，但存在電磁污染、使用壽命短、易碎等問題，而且廢棄物存在汞污染:高強(qiáng)度氣體放電燈則存在成本高、維護(hù)困難、效率低、耗電高、壽命短、電磁輻射危害等缺點(diǎn).基于以上三個(gè)時(shí)代的特點(diǎn)。氣體放電燈是根據(jù)氣體、金屬蒸氣或幾種氣體與金屬蒸氣混合放電而發(fā)光的原理所制成的燈，也是通過氣體放電把電能轉(zhuǎn)換為光能的一種電光源。氣體放電的種類很多，主要有輝光放電和弧光放電兩種。電光源時(shí)代經(jīng)歷了兩個(gè)時(shí)期場致發(fā)光光源時(shí)期，led光源時(shí)期。場致發(fā)光是根據(jù)電能激發(fā)的原理，使熒光粉在電場作用下發(fā)光，屬于冷光型光源。1938年法國人戴斯特略發(fā)現(xiàn)了這種光源，到20世紀(jì)70年代場致發(fā)光技術(shù)得到重視與發(fā)展。這種光源省電且壽命長，此外它的亮度可由電壓和頻率來調(diào)節(jié)，由于發(fā)光效率非常高，可用來制作大面積的發(fā)光繃或塔頂。LED也叫發(fā)光二極管，它是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體，LED改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與熒光燈發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光原理。LED的壽命長、光效高、無輻射、低功耗。直到今天，LED光源技術(shù)還不夠成熟，主要應(yīng)用于大面積的廣告牌照明，呈矩陣分布的彩色LED燈可以營造出絢麗多彩的氣氛。另外，顯示屏、交通燈的光源也應(yīng)用了LED燈，汽車的儀表盤和剎車燈等也廣泛的應(yīng)用了LED。其在家居照明中還很少用到，近幾年出現(xiàn)了不少LED的充電臺(tái)燈，這也是臺(tái)燈設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)，無數(shù)的照明設(shè)計(jì)師開始青睞于這項(xiàng)新的照明技術(shù)。LED具有體積小

耗電量低，使用壽命長，高亮度，低熱量，環(huán)保，堅(jiān)固耐用

等優(yōu)點(diǎn)。并且如今技術(shù)上已經(jīng)很成熟所以得到了廣泛應(yīng)用。隨著人們生活越來越來好，對(duì)產(chǎn)品的要求也越來越高所，以出現(xiàn)時(shí)了智能臺(tái)燈。這類臺(tái)燈功能完善，智能化高，但市面上的價(jià)格一般比較高，制約了智能臺(tái)燈的推廣與發(fā)展。基于以上的背景，本文設(shè)計(jì)了一種以TC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心,以人體紅外輻射（波長為9.5μm）傳感器控制電路的智能臺(tái)燈，具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式[4]。在自動(dòng)模式下，臺(tái)燈通過檢測環(huán)境的光強(qiáng)以及是否檢測到人來自動(dòng)開啟臺(tái)燈。手動(dòng)模式是臺(tái)燈燈光的亮度不隨外界環(huán)境光強(qiáng)變化而變化，可以手動(dòng)按下調(diào)節(jié)亮度按鍵來調(diào)節(jié)燈光亮度。該系統(tǒng)還能夠提醒使用者坐姿錯(cuò)誤，改正坐姿，使用方便、簡單、可靠性好、成本較低。臺(tái)燈本來是一個(gè)非常簡單的照明工具，就是一個(gè)電源加一個(gè)燈泡，但是隨著科技的進(jìn)步，人們開始對(duì)臺(tái)燈的功能要求也開始日漸提高。所以它的功能也由簡單的照明開始向其他的節(jié)能和護(hù)眼等方面發(fā)展，有些臺(tái)燈還添加了鬧鐘和定時(shí)等功能。社會(huì)在不斷進(jìn)步，人類在不斷追求，市場在不斷變化，高科技應(yīng)用含量決定著產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢和前景，智能化技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用意義深遠(yuǎn)。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，已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際中的有智能洗衣機(jī)，智能電飯鍋，智能微波爐等。智能家用電器和普通家用電器相比功能上更強(qiáng)，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)。而作為常用的臺(tái)燈也要順應(yīng)科技的發(fā)展步伐走向智能化，雖然按鍵式的臺(tái)燈還是臺(tái)燈市場的主體。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和人們的需求變化，傳統(tǒng)的臺(tái)燈已經(jīng)感受到產(chǎn)品更新?lián)Q代的威脅。與其他的智能化家用電器一樣，智能化臺(tái)燈有許多普通按鍵臺(tái)燈所無法比及的優(yōu)勢，智能化臺(tái)燈一方面可以更節(jié)省電能，有利于環(huán)保，另一方面可以糾正使用者的坐姿，預(yù)防脊椎變形和眼睛近視。智能臺(tái)燈將由它們的巨大優(yōu)勢漸漸進(jìn)入人們的生活中。

1.3智能臺(tái)燈的主要研究內(nèi)容通過查閱資料，圖書館中的文獻(xiàn)，以及一些刊物，了解別人的設(shè)計(jì)思想和方法，借鑒一些別人的好的思想方法和一些應(yīng)用比較成熟的電路。進(jìn)行自己的構(gòu)思。單片機(jī)作為現(xiàn)在許多電子產(chǎn)品的微控制，雖然單片機(jī)的品種，規(guī)格越來越多。但是51系列單片機(jī)仍然是八位單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的主要機(jī)型。其功能也越來越強(qiáng)大。用51單片機(jī)作為智能臺(tái)燈的控制器，也具有很多優(yōu)勢。通過單片機(jī)系統(tǒng)將各個(gè)電路模塊有機(jī)的結(jié)合起來。形成一個(gè)完整的電路系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)智能臺(tái)燈的操作。

此次設(shè)計(jì)的智能臺(tái)燈將有以下幾個(gè)電路模塊組成：恒流LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，蜂鳴系統(tǒng)，主控系統(tǒng)，按鍵系統(tǒng)。硬件電路的設(shè)計(jì)當(dāng)然少不了軟件的支持。Proteus,keil

C51等仿真軟件的出現(xiàn)為單片機(jī)和硬件電路的仿真提供了很大的便利。Proteus軟件能夠非常逼真的進(jìn)行單片機(jī)的仿真。為電路的設(shè)計(jì)提供了理論保障。

硬件電路的實(shí)現(xiàn)需要軟件的支持單片機(jī)的編程可以用匯編語言或是高級(jí)語言。而C語言是常用的一種高級(jí)語言[。程序的設(shè)計(jì)需要考慮硬件功能的實(shí)現(xiàn)。掌握設(shè)計(jì)程序的思路，學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)語言編寫程序，以實(shí)現(xiàn)所需處理的任務(wù)：（1）、重點(diǎn)掌握單片機(jī)的基本知識(shí)，工作原理，能夠掌握用單片機(jī)作為微處理器的電路設(shè)計(jì)。（2）超聲波測距模塊特性和工作原理。（3）、熟悉BISS0001的特性和工作原理，掌握其應(yīng)用。（4）、掌握光敏電阻的特性。（5）、LED燈工作原理作用。（6）、熟悉了解PWM的原理，明白如何通過脈寬調(diào)制來進(jìn)行調(diào)光。（7）、能夠熟練掌握用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)進(jìn)行編程。（8）、硬件電路的實(shí)現(xiàn)。研究手段：本系統(tǒng)制作的主要設(shè)計(jì)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。（9）、在論文寫作工程中盡量做到貼近現(xiàn)實(shí)在大量資料的基礎(chǔ)上做到真實(shí)可靠，發(fā)現(xiàn)問題解決問題。在做作品的時(shí)候盡量做到多練習(xí)，電路做到盡量簡單可靠，設(shè)計(jì)美觀，節(jié)約成本，實(shí)用。第二章系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下：1．以專門感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ)，以BISS0001信號(hào)處理電路，利用單片機(jī)進(jìn)行處理，以達(dá)到便于控制的目的；2．有人在附近時(shí)，臺(tái)燈便會(huì)根據(jù)環(huán)境光線調(diào)節(jié)燈光亮度，省去了黑暗中摸開關(guān)麻煩；3．當(dāng)學(xué)習(xí)時(shí)由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系統(tǒng)就會(huì)提示，以糾正坐姿，防止近視；4.學(xué)習(xí)太累了時(shí)，趴在桌子上睡會(huì)兒時(shí)，臺(tái)燈就會(huì)自動(dòng)熄滅；5.當(dāng)無人在時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)使臺(tái)燈自動(dòng)熄滅，以達(dá)到節(jié)省能源的目的2.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)由超聲波測距模塊、單片機(jī)模塊、人體感應(yīng)模塊。其中用該智能臺(tái)燈的系統(tǒng)主要由傳感器、MCU單元、蜂鳴器、按鍵和燈等部分組成。信號(hào)檢測與處理部分由熱釋電紅外傳感器、光敏電阻和超聲波測距傳感器組成；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(duì)波長為10μm(人體輻射紅外線波長)左右的紅外輻射敏感，而對(duì)除人體以外的其它物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作；光敏電阻的作用是感知臺(tái)燈周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度；MCU部分采用的是擇STC12C5A60S2單片機(jī)，該單片機(jī)是增強(qiáng)型的51單片機(jī)，其代碼與傳統(tǒng)51單片機(jī)完全兼容，但速度是傳統(tǒng)8051單片機(jī)的8-12倍。而且自帶8路10位A/D轉(zhuǎn)換，可滿足設(shè)計(jì)中的光線采集的功能；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(hào)；燈的控制是有三極管驅(qū)動(dòng)，通過單片機(jī)的IO口輸出ＰＷＭ脈沖，控制燈的亮度。坐姿矯正傳感器是有超聲波測距傳感器測量人與系統(tǒng)距離，小于報(bào)警距離時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。圖2-2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其中具體模塊功能和組成如下：（1）、人體感應(yīng)模塊探測比較遠(yuǎn)的距離，當(dāng)人體進(jìn)入到人體感應(yīng)傳感器的控測范圍內(nèi)且光強(qiáng)較弱時(shí)，信號(hào)檢測電路處理信號(hào)，并向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)中斷，STC12C5A60S2啟動(dòng)燈光控制電路，使燈慢慢變亮，并同時(shí)屏蔽掉人體感應(yīng)傳感器。

當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值比較小，信號(hào)處理電路檢測到低電平信號(hào)，禁止熱釋電紅外傳感器工作，省去了STC12C5A60S2處理過程。

（2）、當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí)，光敏電阻阻值變大，信號(hào)處理電路接收到高電平，從而啟動(dòng)熱釋電紅外傳感器工作。

（3）、當(dāng)環(huán)境光比校弱時(shí)，且人體過于靠近桌面，超聲波測距傳感器檢測到信號(hào)，信號(hào)處理電路同時(shí)向STC12C5A60S2發(fā)送信號(hào)，啟動(dòng)延時(shí)電路，發(fā)出警報(bào)使人離開，若在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)未離開桌面，則啟動(dòng)燈光控制電路，使燈慢慢熄滅。當(dāng)人體離開超聲波測距傳感器的控測范圍內(nèi)且在熱釋電紅外傳感器的控測范圍內(nèi)時(shí)，燈光又慢慢變亮。第三章硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的選用3.1.1主控芯片STC12C5A60S2的介紹STC12C5A60S2單片機(jī)是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合，中斷限級(jí)有四種狀態(tài)可定義，有1K的內(nèi)部擴(kuò)展RAM，通用I/O口，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過120mA，3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘，獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在P1.0口輸出時(shí)鐘，外部中斷I/O口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，PowerDown模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3，CCP0/P1.313、PWM2路，A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S15、通用全雙工異步串行口（UART），雙串口，RxD2/P1.2，TxD2/P1.317、工作范圍：-40~85，封裝：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PLCC，該單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。主次比較型ADC由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過逐次比較邏輯，從最高位（MSB）開始，順序地對(duì)每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，STC12C5A60S2如圖3-1所示。圖3-1STC12C5A60S2引腳功能圖（1）電源引腳Vcc（40）：正電源的引腳，接5V工作電壓。GND（20）：接地端。（2）晶振電路的引腳XTAL1（19）和XTAL2（18）為了產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，在單片機(jī)的芯片內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了一個(gè)反相放大器，其中XTAL1端口就是片內(nèi)反相放大器的輸入端，XTAL2端則是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。單片機(jī)使用的工作方式是自激振蕩的方式，XTAL1和XTAL2外接的是12MHz的石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率頻率進(jìn)行振蕩，從而就可以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。（3）復(fù)位引腳RST（9）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，只要有有兩個(gè)機(jī)器周期即24個(gè)振蕩周期以上的高電平在這個(gè)引腳出現(xiàn)時(shí)，那么就將會(huì)使單片機(jī)復(fù)位，如果將這個(gè)引腳保持高電平，那么51單片機(jī)芯片就會(huì)循環(huán)不斷地進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位后的P0口至P3口均置于高電平，這時(shí)程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器將全部清零。3.1.2晶振電路51系列內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。晶振電路：主要由12MHZ的晶振和電容（C=30pf）組成，單片機(jī)工作時(shí)能產(chǎn)生固定的時(shí)鐘振蕩頻率。晶體振蕩頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。晶振電路如圖3-3所示。圖3-2晶振電路根據(jù)硬件電路不同，單片機(jī)的時(shí)鐘連接方式可分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，本課題采取內(nèi)部時(shí)鐘方式。內(nèi)部振蕩方式：MCS-51單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL和XTAL分別是此放大器的輸入和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷振蕩器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。3.1.3復(fù)位電路STC12C5A60S2系列單片機(jī)與其他微處理器一樣，在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，是CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始開始工作。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)如圖3-4所示。圖3-3復(fù)位電路主要由按鍵、電解電容、和電阻構(gòu)成。本課題采用上電復(fù)位與按鍵復(fù)位相結(jié)合的方式；復(fù)位原理是單片機(jī)RST引腳接收2μs以上的高電平。當(dāng)鍵按下，電容放電（充放電時(shí)間大于2μs），電阻R2兩端電壓增加,即可實(shí)現(xiàn)復(fù)3.2.3燈光控制電路3.2燈光控制電路LED的負(fù)極接地，所有燈并聯(lián)，正極接在三極管Ｑ８的集電極，當(dāng)單片機(jī)的IO口ＬＥＤ輸出高電平時(shí)，Ｑ７導(dǎo)通，Ｑ８的基極被導(dǎo)通的Ｑ７拉低，Ｑ８導(dǎo)通，并聯(lián)的LED燈的正極就接在了電源上，燈就亮了，當(dāng)單片機(jī)的io口led低電平時(shí)，Q7截止，Q8的基極被R12的10k電阻拉高，Q8截止，并聯(lián)ＬＥＤ的正極不接電源，ＬＥＤ熄滅。當(dāng)單片機(jī)的ＩＯ口很快的變化時(shí)，就可以通過PWM的占空比控制燈的亮度了。圖3.4為單片機(jī)燈光控制電路圖3-4單片機(jī)燈光控制電路3.3超聲波測距模塊（1）超聲波測距傳感器選擇HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，其結(jié)構(gòu)簡單，使用單片機(jī)控制電路簡單容易，而且價(jià)格便宜。該模塊包括超聲波發(fā)射、接收與控制電路。實(shí)物如圖3-5。圖3-5HC-SR04模塊實(shí)物圖（2）HC-SR04模塊工作原理電氣參數(shù)HC-SR04模塊參數(shù)如下表4-2所示。表3-1模塊參數(shù)電氣參數(shù)HC-SR04超聲波模塊工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40khz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測量角度15°輸入觸發(fā)信號(hào)10us的TTL脈沖輸入回響信號(hào)輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15cm（2）基本工作原理采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號(hào)。接著模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測是否有信號(hào)返回。一旦有信號(hào)返回，通過IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。利用該時(shí)間乘以超聲波在空氣中的速度再除以二，就可以算出被測物體距離超聲波模塊的距離了。為防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響，測量周期一般要60ms以上。HC-SR04模塊的工作時(shí)序如下圖（圖3-6）所示。圖3-6超聲波時(shí)序圖（3）超聲波模塊電路超聲波模塊一共引出四個(gè)引腳，其中一個(gè)接VCC，一個(gè)接GND，剩下兩個(gè)分別接到單片機(jī)的IO口。在本設(shè)計(jì)中，把超聲波的A引腳接到單片機(jī)的P23口，A7引腳接到單片機(jī)的P22，電路圖如圖3-7所示：圖3-7超聲波模塊電路3.4光線感應(yīng)模塊光敏電阻又稱光導(dǎo)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。本課題選用的是靈敏度較好的硫化鎘光敏電阻（LXD5637D）。LXD5637D亮阻范圍15-50K，暗阻上限5.0M。硫化鎘光敏電阻封裝如圖3-8所示。圖3-8光敏電阻封裝圖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(yīng)。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)增加了半導(dǎo)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(qiáng)，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(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)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(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。硫化鎘光敏電阻的特性：（1）溫度特性硫化鎘光敏電阻和其他半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大，當(dāng)溫度升高時(shí)，它的暗阻會(huì)下降。因此，有時(shí)為了提高靈敏度，或?yàn)榱四芙邮苓h(yuǎn)紅外光而采取降溫措施。其溫度溫度特性如圖3-9所示。圖3-9溫度特性（2）伏安特性伏安特性在一定照度下,流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。圖3-10為硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線。由圖可見，光敏硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線電阻在一定的電壓范圍內(nèi),其I-U曲線為直線，說明其阻值與入射光量有關(guān),而與電壓、電流無關(guān)。圖3-10硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線圖（3）光敏電阻模塊電路3.5人體感應(yīng)模塊紅熱釋電模塊由紅外傳感器RE200B、BISS0001組成的信號(hào)檢測及處理電路。紅熱釋電紅外傳感器只對(duì)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(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作。探頭內(nèi)包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號(hào)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(hào)。

BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰．?dāng)infare1檢測到人體信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生微弱的信號(hào)輸出，經(jīng)R4、R7、R9、R8、C2、C3、C5組成的信號(hào)放大濾波電路。R5、R7、R8和C1、C4組成的延時(shí)電路。信號(hào)經(jīng)處理后從2腳輸出。熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個(gè)探測器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測元件，并將兩個(gè)探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測出10~20米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為9~10--um，而探測元件的波長靈敏度在0.2~20--um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長范圍為7~10--um，正好適合于人體紅外輻射（10um左右）的探測，而對(duì)其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。(1)BISS0001芯片BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)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(dòng)式熱釋電紅外開關(guān)，故能自動(dòng)快速開啟各類白炙燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)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(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。BISS001的主要功能如下：為CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?；具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配進(jìn)行信號(hào)處理；帶有雙向鑒幅器，可有效抑制干擾；內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器；結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬；內(nèi)置參考電壓，工作電壓范圍為2～6V。管腳功能說明BISS0001芯片的管腳分布如圖5所示。圖5BISS0001的管腳分布3.5蜂鳴報(bào)警模塊本設(shè)計(jì)不但具有超聲波測距功能，還具有報(bào)警功能?？梢越o本系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)報(bào)警值，當(dāng)測量到的距離小于報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器鳴叫，LED燈亮起，達(dá)到聲光報(bào)警的功能。(1)蜂鳴器的介紹蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。當(dāng)接通電源后多諧振蕩器起振，輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁