單片機(jī)智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u12525單片機(jī)智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)案例概述 1123911.1單片機(jī)簡(jiǎn)介 1303761.1.1系統(tǒng)主控制STC89C52單片機(jī) 1303421.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 2238081.2菲涅爾透鏡 375591.3人體感應(yīng)模塊及其處理電路 4198441.1.1熱釋電紅外傳感器 4165181.1.2信號(hào)處理電路 660191.4聲控電路 860651.5光照檢測(cè)電路 920861.6繼電器驅(qū)動(dòng)電路 1188251.7電源模塊 1252151.8系統(tǒng)總原理圖 131.1單片機(jī)簡(jiǎn)介1.1.1系統(tǒng)主控制STC89C52單片機(jī)本次設(shè)計(jì)綜合考慮選用市面很常見(jiàn)的一款具有較低功耗、性能優(yōu)越的嵌入式單片機(jī)—STC89C52。STC89C52具有幾個(gè)本系統(tǒng)需要的基本功能：三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘控制電路等[9]。1.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)LED智能控制系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由宏晶公司旗下一款較低功耗的單片機(jī)再加上復(fù)位控制電路和時(shí)鐘（晶振電路）構(gòu)成。其構(gòu)成如圖3-1所示。顧名思義復(fù)位電路它的主要功能是讓單片機(jī)從設(shè)定的初始狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)單片機(jī)被外來(lái)因素干擾或者自身程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí),這時(shí)單片機(jī)就會(huì)出現(xiàn)死機(jī)的情況。這種情況發(fā)生時(shí)僅僅只需要按一下單片機(jī)自身的復(fù)位按鈕s1,這時(shí)復(fù)位電路就能夠讓單片機(jī)內(nèi)部從初始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。復(fù)位電路如下圖3-2所示。晶振(時(shí)鐘)電路是所有單片機(jī)都不能缺少的,就跟心臟在人體中的地位一樣。本系統(tǒng)的單片機(jī)主要有兩種形成時(shí)鐘(晶振)的工作方式,其中一種采用的是外部形成時(shí)鐘(或者稱為晶振)的工作方式、剩下的一個(gè)則是采用內(nèi)部形成時(shí)鐘(或者稱為晶振)的工作方式[10]。其對(duì)應(yīng)的電路圖，如圖3-3所示：圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)的控制電路圖圖3-2復(fù)位電路圖3-3時(shí)鐘電路1.2菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡表面有很多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽的之間的角度都是不同的，其形狀就跟足球外表面一樣。元件表面的這些凹槽能夠把照射到表面的光線匯聚到一點(diǎn)，并且這些凹槽也能把照射到表面的光線調(diào)整成平行光或聚集光。其實(shí)物圖如圖3-4所示。圖3-4菲涅爾透鏡1.3人體感應(yīng)模塊及其處理電路1.1.1熱釋電紅外傳感器本系統(tǒng)綜合考慮選用常見(jiàn)的熱釋電紅外傳感器作為紅外感應(yīng)模塊的核心組成部分。工作本質(zhì)是利用元件表面材料的溫度發(fā)生改變，進(jìn)而使元件表面的材料發(fā)生極化。通俗來(lái)說(shuō)就是傳感器表面材料的溫度發(fā)生改變使得材料表面的原子失去電平衡，這樣元件表面將會(huì)釋放電子，這些脫離束縛的電子最終會(huì)形成電壓或者電流[11]。傳感器的基本工作原理：幾乎所有人都知道人體正常的體表溫度值大約為37℃，在這一溫度下人體可以釋放出人類(lèi)肉眼看不到的短紅外波，該紅外短波的波長(zhǎng)大約為10μm。人體釋放出來(lái)的短紅外波穿過(guò)傳感器表面的透鏡后到達(dá)熱釋電元件，使得熱釋電元件表面材料的溫度發(fā)生改變，溫度的改變會(huì)使熱釋電表面材料的原子失去電平衡，向空間中四處發(fā)散電荷，這些四散的電荷會(huì)形成電流，這些電流流經(jīng)紅外檢測(cè)模塊后，紅外模塊就向單片機(jī)輸送相應(yīng)的信號(hào)[12]。其實(shí)物圖，如圖3-5所示。圖3-5傳感器實(shí)物圖本系統(tǒng)中的傳感器只存在三個(gè)管腳，其中三腳是電源管腳、一腳為接地引腳、二腳為信號(hào)引腳。當(dāng)傳感器不處在工作狀態(tài)時(shí)其信號(hào)管腳就為低電平，一旦系統(tǒng)感知到人體時(shí)，信號(hào)管腳即刻轉(zhuǎn)換成高電平，然后將這個(gè)電平輸送給單片機(jī)進(jìn)行后續(xù)的處理。在本系統(tǒng)中還設(shè)有提示性指示燈D1，當(dāng)元器件接收到人體發(fā)出的紅外短波后，圖中的二極管D1就會(huì)通電發(fā)光，沒(méi)有接收到紅外短波時(shí)，指示燈就不會(huì)被點(diǎn)亮。該電路圖中還加入了一個(gè)阻值較小的電阻R2，該電阻在電路中發(fā)揮的作用是防止指示燈D1因?yàn)檫^(guò)流而被燒毀。該電路圖如圖3-6所示：圖3-6人體感應(yīng)電路原理圖1.1.2信號(hào)處理電路本設(shè)計(jì)選用常見(jiàn)的BIS0001芯片處理紅外檢測(cè)模塊輸送過(guò)來(lái)的信號(hào)。BIS0001芯片的詳細(xì)引腳如下圖3-7所示：圖3-7BIS0001的引腳圖BIS0001在系統(tǒng)中的應(yīng)用，如圖3-8所示；圖3-8BIS0001應(yīng)用電路圖1.4聲控電路本系統(tǒng)中只有一個(gè)人體感應(yīng)模塊對(duì)于智能照明系統(tǒng)來(lái)說(shuō)精確度是完全不夠的，所以還需加入另一個(gè)模塊—聲控電路模塊。聲控電路模塊主要是根據(jù)走廊內(nèi)是否有腳步聲，來(lái)判斷是否傳送點(diǎn)亮LED燈的信號(hào)給單片機(jī)[13]。聲音控制模塊的實(shí)物面積和一個(gè)普通U盤(pán)的大小一樣大，它外接5V直流電就可以使其正常工作。其實(shí)物圖，如圖3-9所示。圖3-9聲音控制模塊實(shí)物圖本系統(tǒng)的聲控模塊電路如圖3-10。圖中的聲音傳感器總共有三個(gè)管腳，其一管腳是該模塊的地引腳、三管腳是電源管腳，二腳為輸出接口引腳。當(dāng)公共區(qū)域傳來(lái)腳步聲時(shí)，聲音傳感器會(huì)接收到該腳步聲并經(jīng)行處理轉(zhuǎn)換最后輸出電信號(hào)給STC89C52RC單片機(jī)。本模塊的二號(hào)管腳跟本設(shè)計(jì)單片機(jī)的十五號(hào)管腳直接連接。圖3-10聲控電路原理圖1.5光照檢測(cè)電路本系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用的模塊—光照檢測(cè)模塊。該模塊主要是檢測(cè)被測(cè)區(qū)域內(nèi)的光照強(qiáng)度。其實(shí)物圖如下圖3-11所示。3-11光檢測(cè)模塊實(shí)物圖其基本電路原理圖如下圖3-12：圖3-12光檢測(cè)電路原理圖圖中RL1為光照檢測(cè)電路的核心元件——光敏電阻，R5為10K的滑動(dòng)變阻器，D3為指示燈。當(dāng)走廊內(nèi)光線比較弱或者處于黑暗狀態(tài)時(shí)，RL1的阻值會(huì)變得非常大。此時(shí)該檢測(cè)電路幾乎是處于短路狀態(tài)，那么RL1輸出端也就為低電平。相反的，如果走廊光照良好時(shí)，其阻值就會(huì)變得很非常小，電路導(dǎo)通RL1輸出端就會(huì)變成高電平。該原理圖的右半邊的元器件組成了一個(gè)電壓比較器，具體工作是將輸入和輸出電壓值的大小進(jìn)行比較，來(lái)判斷向單片機(jī)輸送何種電平。單片機(jī)再依據(jù)自身的程序來(lái)判斷走廊內(nèi)是否光線良好。該檢測(cè)電路中還加入了限流電阻R6，R6的作用是防止指示燈D3被燒壞。1.6繼電器驅(qū)動(dòng)電路本系統(tǒng)的燈光控制電路是選用常見(jiàn)的SRD-05VDC型號(hào)的低壓電磁繼電器來(lái)控制照明燈具的開(kāi)啟與關(guān)閉。其實(shí)物圖如圖3-13所示。3-13繼電器實(shí)物圖當(dāng)在光線較弱或者黑暗條件下，系統(tǒng)接收到人體輻射的特定紅外短波或者接收到人類(lèi)發(fā)出的聲音信號(hào)，這時(shí)本設(shè)計(jì)的單片機(jī)會(huì)把這些輸送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，然后驅(qū)動(dòng)型號(hào)為S8550的三極管。如果本系統(tǒng)電磁繼電器的K1側(cè)處于低電平時(shí)，那么電路圖中的Q1就會(huì)飽和導(dǎo)通，Relay-SPDT中的線圈會(huì)通電，根據(jù)線圈電生磁的原理，繼電器的開(kāi)關(guān)撥片K1會(huì)被吸引到左側(cè)，從而使得該電路接通了LED燈亮起。一旦K1端轉(zhuǎn)變成高電平時(shí)三極管Q1就會(huì)截止，進(jìn)而導(dǎo)致Relay-SPDT中線圈沒(méi)有電流，開(kāi)關(guān)撥片K1就會(huì)恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，照明燈具也就不會(huì)被點(diǎn)亮[14]。其對(duì)應(yīng)的控制電路，如下圖3-14所示。圖3-14電磁繼電器控制電路圖1.7電源模塊本設(shè)計(jì)選用了一個(gè)2.8V的電池模組作為整個(gè)系統(tǒng)的供電電源。其實(shí)物圖如圖3-15所示。圖3-15電池模組實(shí)物圖該模塊對(duì)應(yīng)的電路圖，如下圖3-16所示。圖3-16電源電路模塊電路圖電源電路圖的P3就是本設(shè)計(jì)的電池接入點(diǎn)，其原理圖中的SW1控制著整個(gè)電源電路的開(kāi)