基于單片機(jī)語音控制路燈設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析.........................................................................................................1

2設(shè)計(jì)方案遴選.........................................................................................................1

2.1單片機(jī)的選擇..............................................................................................1

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)......................................................................................................2

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)..............................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).........................................................................................................2

3.1STC89C52RC單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì).............................................................2

3.2聲音采集電路的設(shè)計(jì)..................................................................................3

3.3光信號(hào)判斷電路的設(shè)計(jì)..............................................................................4

3.4LM393電壓比較器介紹..............................................................................5

3.5繼電器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)....................................................................................7

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì).........................................................................................................7

4.1主程序流程圖..............................................................................................8

4.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)..............................................................................................9

4.3仿真..............................................................................................................9

5產(chǎn)品使用說明.......................................................................................................10

5.1產(chǎn)品裝配圖................................................................................................10

5.2產(chǎn)品調(diào)試....................................................................................................10

5.3產(chǎn)品使用說明............................................................................................11

6、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)...............................................................................................11

7參考資料.................................................................................................................11

附錄1元器件清單...................................................................................................13

附錄2電路原理圖...................................................................................................14

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖....................................................................................................15

附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖...................................................................................................16

附錄5主程序代碼...................................................................................................17

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的語音控制路燈設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

節(jié)約是中華民族傳統(tǒng)美德。聲控?zé)艟哂酗@著的節(jié)能效果，它的制作簡(jiǎn)單，

反應(yīng)迅速，是公共場(chǎng)所照明的首選。目前公共區(qū)域大量使用的普通手動(dòng)的機(jī)械

式手動(dòng)開關(guān)，由于各方各面的原因總是使燈光常亮從而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，同時(shí)

因?yàn)轭l繁使用或其他原因開關(guān)損壞率大大增加，平白增加維修成本，因此我選

擇設(shè)計(jì)一塊制造簡(jiǎn)單，成本低廉，組裝安全，方便維護(hù)，反應(yīng)靈敏的語音控制

的燈光開關(guān)系統(tǒng)。該產(chǎn)品自動(dòng)識(shí)別光照分辨是否為夜晚，白天則關(guān)閉，夜晚時(shí)

當(dāng)有人路過發(fā)出聲響則燈光亮起，一段時(shí)間路人走過則燈光熄滅。

2設(shè)計(jì)方案遴選

目前市場(chǎng)上大多數(shù)聲控開關(guān)選擇使用模擬電子設(shè)計(jì)，而模擬電子元件眾多，

極易出現(xiàn)故障，而元件多排故成本高，維修麻煩，日用燈恰恰又是維系頻繁的

器件。

單片機(jī)技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟，未來單片機(jī)的發(fā)展前景也十分優(yōu)秀。

單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)：

（1）種類多，型號(hào)全；

（2）性價(jià)比高

（4）方便控制

（3）低消耗。

（5）C語言開發(fā)環(huán)境，友好的人機(jī)互交環(huán)境。

（6）使用壽命長；

（7）行速度越來越快；

（8）低噪聲和高可靠性技術(shù)；

通過精心的電路設(shè)計(jì)和精心的軟件開發(fā)，可以輕松地完成所需的功能，操

作簡(jiǎn)易，而且在操作中具有極高的安全性和可持續(xù)性，是一種高效的技術(shù)。

2.1單片機(jī)的選擇

采用STC89C52RC作為基礎(chǔ)，結(jié)合MCS-51作為支持，可實(shí)現(xiàn)更加高效、可

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靠、靈活、可靠、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展，其中包括4K字節(jié)的EPROM，可有效地滿

足無需額外程序存儲(chǔ)器的要求，從而實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)、高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)語音控制路燈時(shí)至少要考慮三個(gè)問題：

(1)燈泡開關(guān)的控制，因?yàn)槭浅鞘杏秒姡妷簽?20v。

(2)系統(tǒng)應(yīng)能分辨環(huán)境是否有光亮，有光時(shí)即使有聲響也不能亮燈。

(3)聲音控制，當(dāng)符合條件時(shí)，有行人經(jīng)過發(fā)出聲響路燈能靈敏的做出亮

燈反應(yīng)。

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

由STC89C52RC芯片為核心的系統(tǒng)，其硬件部分由單片機(jī)主控器電路，聲

音放大電路，光線采集電路，繼電器驅(qū)動(dòng)電路，按鍵電路，電壓比較電路組成。

整個(gè)設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)模塊：

（1）聲信號(hào)采集模塊，該模塊主要是負(fù)責(zé)聲音信號(hào)的收集和處理聲音信

號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，最終通過單片機(jī)進(jìn)行處理。

（2）通過使用光信號(hào)采集模塊，我們可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用于分析的

數(shù)據(jù)。在白天，該模塊會(huì)將白天的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可用的數(shù)據(jù)，而在晚上，該模塊

會(huì)將晚上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可用的數(shù)據(jù)。

（3）采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)，利用高精度的三極管技術(shù)，將繼電器的線

圈精確地調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外界燈具的有效操作。

3.1STC89C52RC單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)

因?yàn)榭刂?、指示和?bào)警電路都是基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，因此我們將它們結(jié)合

起來進(jìn)行討論。

STC89C52RC作為一款高性能的微控制器，它采用CPU、RAM、ROM、定時(shí)/

計(jì)數(shù)器、中斷器、I/O接口電路等多個(gè)組成部分，構(gòu)成一個(gè)完整的、高效率的、

可靠的、可擴(kuò)展的、可靠的、可靠的、可擴(kuò)展的的電子控制器。隨著科學(xué)技術(shù)

的進(jìn)步，單片機(jī)已經(jīng)被越來越多的企業(yè)所采納，它以其輕巧、廉宜、穩(wěn)定、易

操作的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到現(xiàn)代的電子技術(shù)與工業(yè)，尤其是智能儀器的

研究與使用，使得它的使用范圍越來越大，也受到了越來越多的關(guān)注。通過將

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單片機(jī)應(yīng)用于多種儀器、儀表，可以大大改善它們的智能化水平，極大地增強(qiáng)

了測(cè)量的準(zhǔn)確率，加快了計(jì)算的處理過程，同時(shí)也大大減少了它們的硬件組成，

從而極大地降低了成本。

當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單

片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作，按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電

平復(fù)位是通過RST端經(jīng)過電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。圖3-1為單片機(jī)最

小系統(tǒng)。

圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)

3.2聲音采集電路的設(shè)計(jì)

聲傳感器是一種用于檢測(cè)聲音的元件，它可以通過壓電陶瓷片或駐極體話

筒來檢測(cè)聲音的振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換成電壓或電流。

駐極體振動(dòng)膜被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)駐極體話筒的重要組成部分，這種材質(zhì)的特殊

結(jié)構(gòu)使得它能夠?qū)⒁幻娴臒崃總鬟f到另一面，從而實(shí)現(xiàn)雙重的功能。當(dāng)這種材

質(zhì)被加入到某個(gè)特定的容器內(nèi)時(shí)，就可以將雙重的功能實(shí)現(xiàn)。通過使用薄的絕

緣屏蔽襯圈將膜片和金屬材料極板分隔，我們可以在蒸金膜和金屬極板中間建

立一條電阻。這樣一來，在膜片受到外界噪音的影響下，它的兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)

的電場(chǎng)，導(dǎo)致出現(xiàn)不斷的交流電壓。由于駐極體膜片和金屬材料極板的電容積

通常只是幾十pF，所以其產(chǎn)生的阻抗非常高（Xc=1/2~tfc），達(dá)到幾十兆歐。

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然而，由于其特殊的結(jié)構(gòu)，無法和普通的音頻放大器完全兼容。為了提升語音

信號(hào)的質(zhì)量，我們可以將一只具備極強(qiáng)的輸出功率、極小的噪音的場(chǎng)效應(yīng)晶體

三極管連接到話筒中，它具備極強(qiáng)的功率、極小的噪音，而且還可以將其與一

只二極管相連，從而實(shí)現(xiàn)更加精確的語音信號(hào)傳遞。通過將源極S與漏極D相

聯(lián)系，可以使得駐極體話筒具備三根輸入輸出線，其中源極S采用深灰色塑膠

制成，漏極D則采用深灰色塑膠制成，并且將其與金屬外殼相結(jié)合，以此來抵

抗來自外界的強(qiáng)烈信號(hào)。

由于駐極體話筒的尺寸小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、電聲效果出眾、價(jià)格實(shí)惠，因此

本次實(shí)驗(yàn)中我們選擇了它作為聲傳感器。圖3-2為聲音采集電路。

圖3-3聲音采集電路

聲控電路是一種用于控制路燈亮滅的技術(shù)，它通過調(diào)節(jié)駐極體話筒的輸出

信號(hào)，使其在一定的聲音強(qiáng)度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，并通過放大、整流等處理，將

輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)路燈的自動(dòng)亮滅。

3.3光信號(hào)判斷電路的設(shè)計(jì)

光敏電阻，也被稱為光電阻，通常采用硫化鎘、硒、硫化鋁、硫化鉛、硫

化鉍等多種原理，它們能夠通過接收到特定波長的光，將電阻率顯著降低。原

理可以歸結(jié)為，當(dāng)受到電場(chǎng)的影響時(shí)，電荷會(huì)被電離，電離的電荷會(huì)朝著電阻

器的正極或者反面進(jìn)行電離，最終形成電阻。

光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱

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而改變的電阻器；它可以根據(jù)外界的光照來調(diào)節(jié)電阻。這種電阻器也被叫做光

電阻檢測(cè)器。當(dāng)外界的光照較強(qiáng)時(shí)，電阻會(huì)降低，當(dāng)外界的光照較弱時(shí)，電阻

會(huì)升高。

除了具備聲音控制的特性，樓梯口的聲控開關(guān)也具備光學(xué)調(diào)節(jié)的特性，白

天，它將自動(dòng)熄滅，但當(dāng)夜晚來臨，當(dāng)環(huán)境變得更加昏暗，它將自動(dòng)啟動(dòng)，以

便讓行人們走進(jìn)安全的環(huán)境。

這就必須設(shè)計(jì)一個(gè)光控電路，原理圖如圖3-4所示

圖3-4光信號(hào)判斷電路

在圖中，R6是一種光敏電阻器，它的主要作用是在沒有光照或光照不足的

情況下，阻值會(huì)變得很大，甚至可以達(dá)到兆歐級(jí)，這時(shí)候它就會(huì)處于斷路狀態(tài)，

此時(shí)R6和R7之間的電位會(huì)變得很低。但是，如果有光照，光敏電阻器的阻值

就會(huì)下降，變得很小，此時(shí)電位器R6和R7之間的電位會(huì)變得很高。

利用LM393的光敏阻值，我們能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生不同的輸出，并且利用10k的

可調(diào)電阻來控制其輸出，從而達(dá)到對(duì)光照強(qiáng)度的檢測(cè)和控制。此外，我們還能

夠收集并傳輸相關(guān)的數(shù)據(jù)，并由單片機(jī)來完成相關(guān)的處理。

3.4LM393電壓比較器介紹

LM393主要特點(diǎn)如下：

（1）工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，

雙電源:±1～±18V；

（2）消耗電流小，Icc=0.8mA；

（3）輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV；

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（4）共模輸入電壓范圍寬，Vic=0～Vcc-1.5V；

（5）輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；

（6）輸出可以用開路集電極連接“或”門；

.LM393偏置網(wǎng)絡(luò)使得電流的變化對(duì)比較器的性能影響很小，它的電壓范圍

從2.0~30V都是允許的。此外，它的差分輸入電流也足夠高，足夠高，而且不

會(huì)對(duì)電容造成影響。為此，它的保護(hù)部分也非常重要，它的作用是防止輸入電

壓偏移到-0.3V。LM393采用多集電極開路的NPN輸出晶體管，具有良好的抗干

擾性和抗電磁干擾性，并且輸出電阻的連接性也很強(qiáng)，它的輸出電流跨越了Vc

c和其他電路，無論電流的大小都無法影響。這種SPS的輸入輸出具有一種簡(jiǎn)

易的地面開關(guān)，即使沒有采用負(fù)載電阻，它的輸入端的阻力也會(huì)受到驅(qū)動(dòng)力以

及元件的β值的影響.一旦超過了最大的阻力，輸入端的結(jié)晶管就會(huì)斷裂，并

導(dǎo)致輸入端的電流迅速增加。γSAT的控制使得輸出晶體管的飽和電流只能達(dá)

到60ohm，而且，即使是最微弱的負(fù)荷，也能夠?qū)⑵潴橹频?.0mV的水平。

通過改變光敏阻值，我們可以對(duì)LM393的電壓進(jìn)行分壓，并使用10k可調(diào)

電阻來調(diào)整光線的強(qiáng)度。我們還可以檢測(cè)光線是否過弱，并將信號(hào)傳輸給單片

機(jī)進(jìn)行處理。同樣，我們也可以使用聲音信號(hào)來進(jìn)行感應(yīng)和比較，如圖3-5所

示。

圖3-5電壓比較電路

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3.5繼電器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

通常，電磁繼電器是由多個(gè)部件構(gòu)成的。例如，它們通常包括鐵芯、線圈、

接頭和接地裝置。當(dāng)給予某個(gè)部件特殊的電壓時(shí)，它的接頭部分將接通電源，

并通過接地裝置將接頭連接到其他部件。這樣，接頭部分的接地裝置將通過接

地裝置來接通其他部件，并通過接地裝置來連接其他部件。當(dāng)線圈被斷開時(shí)，

由于電磁場(chǎng)的影響，銜鐵便受到彈簧的推動(dòng)，重新恢復(fù)至其本身，并且將其內(nèi)

部的常閉觸點(diǎn)和外部常閉觸點(diǎn)一起釋放出去，實(shí)現(xiàn)了電流的引入和排出。“常

開、常閉”是指在沒有被連接到外部的情況下，“常開觸點(diǎn)”是指它的動(dòng)作被

阻止的部位，而“常閉觸點(diǎn)”則是指它的動(dòng)作被阻止的部位?！俺ｉ_、常閉”

是指“常開觸點(diǎn)”，它的動(dòng)作被阻止的部位，而“常閉觸點(diǎn)”則是指它的動(dòng)作

被阻止的部位。

繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖3-6所示，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號(hào)的三極

管來驅(qū)動(dòng)，繼電器吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。設(shè)計(jì)中負(fù)載沒有接，

當(dāng)繼電器吸合時(shí)，LED也會(huì)得電，達(dá)到指示的作用。

圖3-6繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

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4.1主程序流程圖

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4.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

基于系統(tǒng)的原理，我們可以利用兩種控制方式，即聲控和光控，將其分別

調(diào)節(jié)至最佳工況，從而達(dá)成預(yù)期的目標(biāo)：當(dāng)光線較弱時(shí)，聲控將被激活，而光

控則會(huì)被激活；而當(dāng)夜幕降臨時(shí)，兩種控制方式將共同發(fā)揮作用，從而讓電燈

保持點(diǎn)亮的狀態(tài)；接著，我們可以利用單片機(jī)設(shè)定定時(shí)器，在未接收到任何外

部指令時(shí)，先將燈熄滅，等待外部指令出現(xiàn)時(shí)再重新啟動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間后再

將燈熄滅。在這段黑夜中，唯一的變化便是由聲音傳感器發(fā)出的實(shí)時(shí)信號(hào)，同

時(shí)還會(huì)被設(shè)置為指示燈的開啟或關(guān)閉。

系統(tǒng)采用C語言編程，利用軟件進(jìn)行程序的編寫。

4.3仿真

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5產(chǎn)品使用說明

5.1產(chǎn)品裝配圖

5.2產(chǎn)品調(diào)試

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正常光亮強(qiáng)度下led燈不工作（紅燈為路燈，黃燈為電路檢測(cè)燈）

光照不足時(shí)，敲擊桌面發(fā)出聲響，led燈亮30s，30s后滅。

5.3產(chǎn)品使用說明

打開產(chǎn)品后首先光敏電阻分析周圍環(huán)境光亮程度，當(dāng)環(huán)境光亮充足時(shí)，le

d燈不會(huì)因聲音而亮。當(dāng)環(huán)境光照不足時(shí)，聲控模塊工作，分析接收到的聲音

是否超過設(shè)定分貝，當(dāng)聲音超過設(shè)定分貝時(shí)，led燈亮30s，30s后滅。

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語；

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過程標(biāo)準(zhǔn)；

[6]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范。

7參考資料

[1]肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī).北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2017.8

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[2]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程．第1版．北京：北京航空航天大學(xué)出版

社，2018

[3]趙曉安.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.天津：天津大學(xué)出版社，2019.3

[4]何立民．從Cygnal80C51F看8位單片機(jī)發(fā)展之路．單片機(jī)與嵌入

式系統(tǒng)應(yīng)用，2019年，第5期：P5~8

[5]程周.電氣控制技術(shù)與應(yīng)用[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2014.

[6]夏繼強(qiáng).單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,

2011年

[7]韓兵.光電控制系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2019.

[8]何希才.傳感器技術(shù)及其應(yīng)用北京航空航天大學(xué)出版社2015年

[9]焦中平.照明燈聲光控制電路及制作[M].科教文匯，2017.

[10]趙家貴.傳感器電路設(shè)計(jì)手冊(cè)中國計(jì)量出版社2012年

[11]王俊杰.檢測(cè)技術(shù)與儀表武漢理工大學(xué)出版社2012年

[12]孫涵芳.單片機(jī)原理及應(yīng)用北京航空航天大學(xué)出版社2019年

[13]譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì)（第四版）清華大學(xué)出版社2020年6月

[14]譚浩強(qiáng).C語言題解與上機(jī)指導(dǎo)（第二版）清華大學(xué)出版社2020年

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附錄

附錄1元器件清單

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附錄2電路原理圖

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附錄3PCB設(shè)計(jì)圖

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

附錄5主程序代碼

#include<reg52.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitlight=P3^1;

sbitsound=P3^0;

sbitLED_onoff=P3^3;

sbitchange=P3^2;

sbitled=P0^0;

sbitLED_out=P2^6;

bitMode=0;

ucharsec=0;

voiddelay(uintxms)

{

uinti,j;

for(i=0;i<xms;i++)

for(j=0;j<110;j++);

}

voidinit()

{

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

TMOD=0x01;

ET0=1;

EA=1;

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;

TR0=0;

}

voidkey()

{

if(change==0)

{

delay(50);

if(change==0)

{

Mode=!Mode;

led=Mode;