毕业设计(论文)-基于AT89S51单片机的教室灯光智能控制系统设计2(2)

摘 要

时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。

1.2系统控制方案分析

该控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数，能够实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯；在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯。同时，还可设置作息时间来控制，夜晚超过12点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用开关来手动控制，以解决因特殊情况下，自动控制器的不人性化运行。

所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到设计目的。

第二章 系统控制模块的硬件设计

2.1系统控制模块的硬件构成及简介

系统控制单元是以AT89S51单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：环境光采集电路、时钟模块、热释红外传感器模块、看门狗模块、按键电路、EEPROM存储模块、超时报警模块、数码管显示模块，其结构框图如图2-1所示。

环境光采集电路 AT89S51 单 片 机 最 小 系 统 时钟模块 热释红外传感器 看门狗模块 按键电路 EEPROM存储器模块 数码管显示模块 超时报警模块 图2-1 系统控制结构框图

环境光模块采用光敏三极管来检测环境光的强度，有光照时，电阻减小，随着光照强度的减弱，电阻逐渐增大，把光信号转化成电信号，实现对光强度的检测。

人体存在传感器模块采用HP-208是基于红外线技术的智能产品，实现对人体存在的检测。

硬件时钟模块采用具有充电能力的低功耗，具有临时性存放数据的RAM寄

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存器的实时时钟芯片DS1302。该电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛的使用。

系统数据存储及故障保护部分由X5045组成，X5045是一种串行通讯的512字节EEPROM，同时兼有看门狗和电源监控功能键盘模块。

2.2系统控制的主要硬件电路

考虑到本系统安装时受环境影响因素比较多，且教室控制设备中的人体存在传感器、光敏三极管等经常会因环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电子元器件的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。 2.2.1系统主控电路

本系统的主控模块采用AT89S51作为主控芯片，它是一种低功耗，8位CMOS工艺处理器，具有8K在线可编程Flash存储器，片内的Flash可多次编程，为在线编程提供了方便。片内有128字节的RAM，4KB的EEPROM，由于合理的安排使用片内RAM空间，所以没有片外扩展的RAM，使电路结构简洁。该芯片的主要特征见如表2.1：

表2.1 AT89S51主要特征

AT89S51引脚 P0. 0-P0. 7 P2. 0-P2. 7 P1. 0 P1. 1 P1. 2 P1. 3 P1. 4 P1. 5 P1.6 P1. 7 P3. 0- P3. 1 P3. 3 P3. 4 P3. 7 DS1302CLK DS1302I/O DS1302RST 外围器件引脚 ULN2803 PNP-9012基极 X5045SI X5045SCK X5045CS X504550 说明 数码管段码驱动接口 数码管段码驱动接口 X5045串行输入端 X5045串行时钟端 X5045片选端 X5045串行输出端 工作状态指示灯 DS1302时钟线 DS1302数据线 DS1302复位线 数据采集输入端 人体存在传感器输出信号端 超时报警信号输入端 光敏三极管输入信号端 单片机最小系统如图2-2所示： 摘 要

图2-2 单片机最小系统

(1) 40（Vcc）20（GND）脚间的电压应有5V 。 (2) 18、19脚分别与20脚间有1.7―2.5V电压 (3) 9（RST）脚与GND间电压基本为0 。

(4) 31脚 （EA）与20引脚（GND）间电压为5V 。 2.2.2系统供电电路

系统供电原理如图2-3所示，采用+5V电压供电。本设计采用输出电压为9V的变压器。系统接通220V交流电源后，将220V交流电变压到9V，经过二极管全波整流、电解电容C1，C2滤波，再经正输出稳压器LM7805，为了缓冲负载突变，改善瞬态响应，输出端还采用了电容C3，C4，最后得到+5V的直流电压，用于给控制系统中单片机系统及其它外围电路的Vcc端供电。.

图2-3 系统供电电路

2.2.3数据采集电路

教室的环境光强度和人体存在与否是系统主要的输入参数，因此教室中的环境光照强度和人体存在成为系统数据采集的主要对象。常见的环境光强度采集器件主要有光敏二极管和光敏三极管，考虑抗干扰的需要，选用灵敏度较高的光敏三极管。此外，人体存在传感器要求灵敏度高，可靠性强。 一、环境光强度采集电路

光电传感器是一种能够将光转化为电量的传感器。采用的光敏三极管除了具有光敏二极管将光信号转化为电信号的功能外，还具有对电信号的放大功能。在

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无光照时，三极管的穿透电流很小，为暗电流，有光照时，产生的Ib增大，成为光电流Ie，光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。光敏三极管具有灵敏度高，体积小，工作电压低，工作电流小，发光均匀稳定，响应速度快，寿命长等特点。

环境光采集电路原理如图为2-4所示。当环境光照强度大于一定程度时，光敏三极管D6呈现低阻状态≤1KΩ，三极管Q12的基极电压升高，Q12管饱和导通，集电极输出低电平。当环境光强度小于一定程度时，光敏三极管D6呈现高阻状态≥100Ｋ，使三极管Q12截止，集电极输出高电平。其中调节R26阻值，可使三极管Q12受环境光强度影响在适当的亮度下导通。

+5vD6PHOTOR2510k p27Q12R26NPN470k图2-4环境光电路

二、人体存在信号采集电路

人体存在传感器采用HP-208-N-L人体感应模块(低电平输出)。基于红外线技术的自动控制产品，灵敏度高，可靠性强，广泛应用于各类自动感应电器中。人体传感器的1号引脚为电源信号端VCC，2号引脚为采集信号输出端OUT，3号引脚为地信号端GND。其硬件连接如图2-5。 HP-208123VCCC680pfp3.3

图2-5 人体存在信号采集电路

HP-208-N-L功能特点：

全自动感应：人进入其感应范围则输出低电平，人离开感应范围则自动延时关闭低电平，输出待机时的高电平。

两种触发方式：a.不可重复触发方式：即感应输出低电平后，延时时间段一结束，输出将自动从低电平变为高电平；b.可重复触发方式：即感应输出低电平

摘 要

后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持低电平，直到人离开后至延时结束，低电平跳变为高电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点).

具有感应封锁时间：感应模块在每一次感应输出后，待延时时间一结束，可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒—几十秒钟)。

微功耗：静态电流<50微安，特别适合干电池供电的电器产品； 输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接； 技术参数：工作电压：DC4.5V至DC24V均可； 输出低电平：0V，待机时的高电平为3.3V； 延时时间：可制作范围零点几秒—十几分钟； 封锁时间：可制作范围零点几秒—几十秒； 触发方式：L不可重复；H可重复； 感应范围：<140度锥角，7米以内； 工作温度：-20—+70度。 2.2.4系统时钟电路

根据教室灯光使用特性，该系统还应受到时间的控制，因此本研究还加入硬件时钟电路以保证系统的智能化运行。

考虑到本系统停电时需为时钟电路提供电源、且不占用太多单片机资源，于是采用具有充电能力的实时时钟芯片DS1302，作为临时性存放数据的RAM寄存器。此芯片采用的是串行通信方式，还可为掉电保护电源提供充电功能，也可以将此功能关闭。该芯片对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V—5.5V。DS1302只需三根线即可与单片机进行通信，体积小，使用简单，时钟精度较高，满足系统的要求，其引脚图如图2-6所示。

图2-6 DS1302的引脚图

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