超級LEDDSPATMEL聲光路燈的設計畢業(yè)論文

1、武漢大學畢 業(yè) 論 文 聲控和光控路燈的設計學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)xxxx大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可

2、以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日摘 要 隨著科技的飛速發(fā)展，自動化已經(jīng)運用在了生活中的方方面面，而路燈就是一個很好的例子。如何能夠利用51單片機作為中央處理器實現(xiàn)路燈的節(jié)能是本設計的主要內(nèi)容。通過書本知識學習、指導老師的輔導以及資料文獻的查閱，確定51單片機為主要芯片，然后因為要實現(xiàn)聲光控功能，那就必須使用到光敏電阻和駐極體話筒電阻來實現(xiàn)光和聲音轉(zhuǎn)換為電信號，利用單片機最小系統(tǒng)模塊、聲控模塊、光控模塊等幾大模塊為主的硬件來實現(xiàn)本次設計。本設計分別通過利用聲控和光控模塊的駐極體話筒和光敏電

3、阻將聲音信號和光信號通過轉(zhuǎn)換為51單片機能夠識別的電信號來實現(xiàn)聲光控功能。通過運用所學知識和必要繪圖仿真編程軟件繪制出系統(tǒng)原理圖、整體電路圖、程序流程圖，完成系統(tǒng)電路設計、光敏傳感器模電變換設計、聲控整流濾波放大并進行程序編寫、仿真、硬件調(diào)試等，終于設計實現(xiàn)了利用51單片機使白天由光控電路起作用控制燈不亮，晚上由聲控電路起作用控制開關(guān)閉合燈亮，并且延時一段時間熄滅。從而達到節(jié)能環(huán)保的目的，最終達到本次論文的要求。關(guān)鍵詞：51單片機 光控電路 聲控電路 光敏電阻 駐極體話筒 目 錄 第一章 緒 論1.1論文選題的目的和意義11.2國內(nèi)外關(guān)于該論題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1第二章 論文設計概述2.1

4、論文主要要求32.2論文設計思路及說明3 2.3論文設計方案3 2.4方案選擇4第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 at89c5253.2單片機的原理53.3駐極體話筒73.4光敏電阻83.5 雙電壓比較集成器lm39393.6系統(tǒng)主要模塊介紹：113.6.1 光控電路模塊113.6.2 聲控電路模塊123.6.3 串口通信模塊133.6.4 電源電路模塊14 3.6.5 復位電路模塊143.6.6 時鐘電路模塊15第四章 系統(tǒng)電路設計4.1系統(tǒng)工作原理方框圖164.2 51單片機系統(tǒng)及功能實現(xiàn)174.3整個系統(tǒng)的電路原理圖174.4主要部分功能介紹174.4.1 光控電路184.4.2 聲控部分19

5、第五章 系統(tǒng)程序設計5.1程序設計流程圖205.2單片機控制程序215.3 系統(tǒng)電路設計21第六章調(diào)試仿真6.1系統(tǒng)兩大模塊說明22 6.1.1聲控部分22 6.1.2 光控部分226.2系統(tǒng)仿真226.3結(jié)論27參考文獻28附錄29后 記31 第一章 緒 論1.1論文選題的目的和意義在學校,機關(guān),廠礦企業(yè)等單位的公共場所以及居民區(qū)的公共樓道,長明燈現(xiàn)象十分普遍,這造成了能源的極大浪費。另外,由于頻繁開關(guān)或者人為因素,墻壁開關(guān)的損壞率很高,增大了維修量,浪費了資金。而本課題正是聲光控制路燈的設計,它設計出一種電路新穎, 安全節(jié)電, 結(jié)構(gòu)簡單, 安裝方便, 使用壽命長的聲光雙控白熾燈節(jié)能路燈，同

6、時，這可加強對模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的理解和鞏固。以此達到節(jié)能環(huán)保的作用。1.2國內(nèi)外關(guān)于該論題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢由于近年我國的照明器材行業(yè)的迅速崛起，中國已經(jīng)成為電光源產(chǎn)品 的主要輸出國之一。努力增加節(jié)能光源和不同檔次、花樣、不同用途的照明器具的開發(fā)，加快綠色、節(jié)能光源產(chǎn)品的開發(fā)推廣和應用是我國目前照明器材行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點。我國目前已經(jīng)成為世界照明電器生產(chǎn)大國，我們的目標是要成為照明電器產(chǎn)品生產(chǎn)強國，我們與發(fā)達國家在照明電器產(chǎn)品的質(zhì)量、檔次、生產(chǎn)工藝、材料及新產(chǎn)品開發(fā)能力等方面存在明顯的差距。看到我們?nèi)〉贸煽兊耐瑫r，也能清醒的認識我們存在的差距，才能不斷的進步。美國、法國、荷蘭、英國

7、、意大利等國家從上世紀90年代起，紛紛制定出相關(guān)扶持政策，用于推廣節(jié)能燈等節(jié)能產(chǎn)品。僅美國環(huán)保局從1991年開始實施綠色照明以來，就投資10多億美元用于推廣高效照明產(chǎn)品。研究指出，節(jié)能燈能減少雇員眼部疲勞和頭疼的發(fā)生率。這也是構(gòu)成商業(yè)機構(gòu)樂于更換新一代照明系統(tǒng)的另一原因?？梢姽?jié)能燈在國內(nèi)外都有著重大的發(fā)展和重要作用。隨著城市路燈規(guī)模的增加,靠人工對路燈的控制、維護及工作狀態(tài)的監(jiān)測,在控制、檢測的實時性等方面的矛盾日益突出。對路燈實現(xiàn)智能化和節(jié)能控制,對于解決人工控制存在的問題是非常有利的,同時對于節(jié)約電能和美化城市夜景也是非常重要的。 路燈是我國經(jīng)濟發(fā)展和國家建設中必需的用電設備，它在我國的整

8、體用電量中所占比例巨大，如果通過節(jié)能裝置對其進行有效控制，就能夠降低電力損耗，達到節(jié)約能源，降低生產(chǎn)安裝成本，有助于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展。 基于單片機的聲光雙控路燈將在我國的未來城市發(fā)展中發(fā)揮更加廣泛的作用。 第二章 論文設計方案2.1論文主要要求 (1)利用51系列單片機作為中央處理器； (2)具有聲控和光控功能； (3)完成系統(tǒng)電路設計； (4)光敏傳感器的模電變化的電路設計； （5）完成仿真電路，通過單片機編程能實現(xiàn)改變燈亮時間的長短。2.2論文設計思路及說明 隨著科技的飛速發(fā)展，自動化已經(jīng)運用在了生活中的方方面面，而路燈就是一個很好的例子。路燈的自動化控制主要通過聲控和光控兩部分來實現(xiàn)。

9、這種控制主要根據(jù)光照強度和聲音來共同控制路燈的點亮與熄滅。白天光照強度很大的時候路燈不需要點亮，而到了晚上通常就需要路燈是點亮的，但是由于晚上又不需要路燈經(jīng)常亮著，因為這樣勢必會浪費許多電量，所以需要通過聲控來實現(xiàn)路燈的點亮與熄滅：當人或車經(jīng)過的時候發(fā)出聲響，路燈就會自動點亮，一段時間自動熄滅。這樣就大大減少了能源的浪費。大致原理介紹：使用光敏電阻和駐極體話筒分別來檢測光信號和聲音信號，通過駐極體話筒和光敏電阻得到的電信號在進行測控電路進行整流、濾波、放大等功能后變?yōu)閿?shù)字信號，再將這個數(shù)字信號發(fā)送到51單片機，經(jīng)過51單片機來判斷是否是高或低電平來決定燈的亮與不亮，燈的亮與不亮用發(fā)光二極管le

10、d來顯示。本設計有兩種系統(tǒng)，一種是光控系統(tǒng)，另外一種是聲控系統(tǒng)，這兩個功能均通過單片機控制，使其能達到如下功能：在白天有光照強度強時，聲控不起作用，光控功能處于關(guān)閉狀態(tài)，路燈在有聲音信號的情況下也不亮；在晚上黑暗狀態(tài)時，聲控系統(tǒng)起作用，當有聲響的時候路燈點亮，延時一段時間自動熄滅。本設計是通過駐極體話筒作為傳感器來接受聲音信號并將其轉(zhuǎn)化為微弱電信號，然后通過放大電路和遲滯比較電路將微弱的電信號轉(zhuǎn)變成單片機能識別的翻轉(zhuǎn)電平信號即方波信號，并送入單片機的p3.5口，單片機通過程序來判別信號變化來控制開關(guān)的閉合狀態(tài)或者發(fā)光二極管的亮滅，同時光敏電阻受光強的影響阻值發(fā)生改變，引起電壓變化進而來控制單片

11、機的中斷程序，使得開關(guān)在白天和光照比較亮的時候都處于斷開狀態(tài)，達到聲光雙控開關(guān)的目的。2.3論文設計方案2.3.1方案一利用51單片機定時器計數(shù)功能控制路燈在白天一段時間內(nèi)燈不亮；在晚上轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^聲控電路控制路燈的點亮與熄滅。 圖2.3.1 方案一2.3.2方案二利用光敏電阻和駐極體話筒將外界的光信號和聲音信號轉(zhuǎn)換為單片機能識別的電信號來控制路燈。 圖2.3.2 方案二2.4方案選擇通過方案一與方案二的比較分析，可以清楚看到，如果在白天陰雨天氣等光照強度很弱的情況下路燈也不會點亮，方案一因為是計時器功能實現(xiàn)白天燈不亮，設計不夠靈活，而方案二則很靈活地可以通過光敏電阻進行調(diào)節(jié)，思路清晰明確且簡潔

12、易懂，故選擇方案二。 第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 at89c52at89c52是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，at89c52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。圖3.1為at89c52的引腳圖： 圖3.1 at89c52引腳圖3.2單片機的原理及各引腳功能介紹：vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收

13、8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫

14、“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，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

15、故。p3口作為at89c52的一些特殊功能口，管腳備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/ea / vpp：當/ea保

16、持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 圖3.2 at89c52引腳功能介紹3.3駐極體話筒 駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設置一個場效應管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此

17、駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。 駐極體話筒聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。當駐極體膜片遇到聲波振動時，引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pf。因而它的輸出阻抗值很高(xc12tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應晶

18、體三極管來進行阻抗變換。場效應管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應管有源極(s)、柵極(g)和漏極(d)三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復合一只二極管的專用場效應管。接二極管的目的是在場效應管受強信號沖擊時起保護作用。場效應管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極s，一般用藍色塑線，漏極d，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。其原理圖如下： 圖3.3 駐極體話筒結(jié)構(gòu)圖3.4光敏電阻 光敏電阻又稱光導管，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。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流

19、子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達110m歐,在強光條件（100lx）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）m的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。圖（3）為光敏電阻基本結(jié)構(gòu)圖： 圖3.4.1 光敏電阻結(jié)構(gòu)圖在

20、光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內(nèi)光電效應工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導效應，因此，光敏電阻又稱光導管。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只

21、要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻的阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。光敏電阻隨入射光線的強弱其對應的阻值變化不是線性的，也就不能用它作光電的線性變換，這是使用者應注意的地方。初學者可購置一只光敏電阻器（mg45型)，在夜間點一盞60100w的白熾燈，用萬用表直接測量光敏電阻器的阻值。測量時，應把光敏電阻對著白熾燈的光，再逐漸拉開與燈的距離(由

22、近到遠)，觀察萬用表指示的阻值變化，可以直觀驗證光敏電阻的特牲，以加深對它的感性認識。常用的光敏電阻器型號有密封型的mg41、mg42、mg43和非密封型的mg45。它們的額定功率均在200mw以下。在光電自動控制電路中，可以選用光敏電阻器作為光電傳感元件。 圖3.4.2 光敏電阻實物圖3.5 雙電壓比較集成器lm3933.5.1 主要功能輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個簡單的對地sps開路(當不用負載電阻沒被運用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的值所限制.當達到極限電流(16ma)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓

23、將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的sat限制。當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約1.0mv)允許輸出箝位在零電平。 圖3.5.1 lm393芯片圖3.5.2 主要特點lm393 是雙電壓比較器集成電路。該電路的特點如下：比較器數(shù):2工作溫度范圍:0c - +70csvhc(高度關(guān)注物質(zhì)):no svhc (18-jun-2010) 器件標號:393通道數(shù):2邏輯功能號:393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：118v；消耗電流小， icc=0.8ma；輸入失調(diào)電壓小， vio=2mv；共模輸入電壓范圍寬， vic=0vcc

24、-1.5v；輸出與ttl，dtl，mos，cmos 等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；采用雙列直插8 腳塑料封裝（dip8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（sop8）。3.5.3 結(jié)構(gòu)圖lm393內(nèi)部采用雙列直插8 腳塑料封裝（dip8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（sop8） 圖3.5.3 lm393內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.5.4 應用說明lm393是高增益,寬頻帶器件，象大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當比較器改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準pc板的設計對減小輸入輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電

25、阻至小于10k將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.010mv)能導致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入ic(集成電路板integrated circuit，縮寫：ic) 并在引腳上加上電阻將引起輸入輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回將不需要。比較器的所有沒有用的引腳必須接地。lm393偏置網(wǎng)絡確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.030v無關(guān)。通常電源不需要加旁路電容。差分輸入電壓可以大于vcc并不損壞器件，保護部分必須能阻止輸入電壓向負端超過-0.3v。lm393的輸出部分是集電極開路，發(fā)

26、射極接地的npn輸出晶體管，可以用多集電極輸出提供。3.6系統(tǒng)主要模塊介紹：3.6.1 光控電路模塊光敏傳感器模電變換的電路圖 圖3.6.1光控電路圖 當光敏電阻收到光照的時候，電阻減小，運放同向輸入端為低電平，端口1輸出為低電平；當光照較弱時，電阻增加，運放同向輸入端為高電平，端口1輸出為高電平。光控電路的輸出信號經(jīng)過電壓跟隨器后，將比較微弱的電流信號放大到單片機能夠識別的電流，然后由運放輸出端將放大后的信號傳給單片機的p1.6口。3.6.2 聲控電路模塊聲控電路部分電路圖 圖3.6.2 聲控電路圖 駐極體話筒將接收到的聲音信號轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號，然后，微弱的電壓信號經(jīng)過兩級放大器的放大，

27、然后將放大后的信號電壓通過遲滯比較器轉(zhuǎn)變成單片機識別的高低電平信號,經(jīng)過雙向穩(wěn)壓管變成翻轉(zhuǎn)電平信號，然后傳給單片機的外部中斷p3.5口。3.6.3 串口通信模塊 圖3.6.3 串口通信模塊電路圖 串口通訊對單片機而言意義重大，不但可以實現(xiàn)將單片機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C端，而且也能實現(xiàn)計算機對單片機的控制。由于其所需電纜線少，接線簡單，所以在較遠距離傳輸中，得到了廣泛的運用。通信協(xié)議原理 通信協(xié)議是通信設備在通信前的約定。單片機、計算機有了協(xié)議這種約定，通信雙方才能明白對方的意圖，以進行下一步動作。假定我們需要在pc機與單片機之間進行通信，在雙方程式設計過程中，有如下約定： 0xa1：單片機讀取p0

28、端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回pc機； 0xa2：單片機從pc機接收一段控制數(shù)據(jù)； 0xa3：單片機操作成功信息。 在系統(tǒng)工作過程中，單片機接收到pc機數(shù)據(jù)信息后，便查找協(xié)議，完成相應的操作。當單片機接收到0xa1時，讀取p0端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回pc機；當單片機接收到0xa2時，單片機等待從pc機接收一段控制數(shù)據(jù)；當pc機接收到0xa3時，就表明單片機操作已經(jīng)成功。 硬件連接 51單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和計算機之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如計算機的串口是rs232電平的，而單片機的串口是ttl電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，我們采

29、用了專用芯片max232進行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說和計算機的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的gnd、第2腳的rxd、第3腳的txd。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示，max232的第10腳和單片機的11腳連接，第9腳和單片機的10腳連接，第15腳和單片機的20腳連接。串口通信電路采用經(jīng)典的max232串口通信，由于電腦串口rs232電平是-10v+10v，而一般的單片機應用系統(tǒng)的信號電壓是ttl電平0v+5v，max232就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的，進行對單片機與電腦的通信，系

30、統(tǒng)中采用max232串口通信電路。系統(tǒng)中采用串口通信電路可與電腦進行通信，可以對單片機內(nèi)的程序進行修改，并對相關(guān)的指令和相關(guān)的數(shù)據(jù)進行調(diào)整。并且可以針對性地將單片機與電腦進行通信，編寫上位機軟件程序，在上位機(電腦)上對系統(tǒng)狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并可以讓功能更強大的pc機進行龐大的指令處理。在本系統(tǒng)中，加入串口通信電路模塊，可以使電路的完整性大大增強，并對系統(tǒng)的升級有極大的優(yōu)勢，可以是系統(tǒng)在雙機通信、與上位機通信等方面擁有相對優(yōu)勢，使得設計更加完善。3.6.4電源電路模塊 電源模塊主要是為整個系統(tǒng)提供可靠、穩(wěn)定的電源。主要實現(xiàn)以下功能：（1）安全隔離：即強電弱電隔離，他將外電路中的強電轉(zhuǎn)化為5伏的

31、弱電壓。（2）電路保護：包括短路保護、過壓保護、欠壓保護、過流保護、其它保護 。（3）電壓變換：這里主要是將強電變成弱電。（4）穩(wěn)壓：將交流電別換成直流弱電，始終保持輸出電壓一定。其原理圖如下： 圖 3.6.4 電源電路3.6.5 復位電路模塊復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。下圖所示的rc復位電路可以實現(xiàn)上述基本功能。 圖3.6.5 復位電路圖3.6.6時鐘模塊的設計51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的

32、輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2.這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。如下電路中的電容c1和c2典型值通常選擇為20pf左右。晶振的震蕩頻率的范圍一般是在1.2mhz到12mhz之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機的運行速度也就越快。 圖3.6.6 時鐘模塊 第四章 系統(tǒng)電路設計4.1系統(tǒng)工作原理方框圖如下圖所示： 圖4.1 系統(tǒng)工作原理圖 白天整個系統(tǒng)的光控部分中的光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過光控電路轉(zhuǎn)換為單片機能識別的高低電平信號，以此來控制路燈；晚上主要由聲控電路中的駐極體話筒將接收的聲音信號轉(zhuǎn)換為微弱的

33、電信號，經(jīng)過聲控電路放大整流等作用轉(zhuǎn)換為單片機能識別的信號，51單片機將接受的信號經(jīng)過已編寫好的程序控制燈的點亮，并且一段時間后自動熄滅。 4.2 51單片機系統(tǒng)及功能實現(xiàn)系統(tǒng)主要由光控電路模塊、聲控電路模塊、串口通信模塊、電源電路模塊、復位電路模塊、時鐘電路模塊、以及51單片機系統(tǒng)構(gòu)成。它們各自實現(xiàn)的功能前面已有介紹，此處不作贅述。先將整個系統(tǒng)總的實現(xiàn)原理做一簡單的介紹。（1） 打開電源，給系統(tǒng)提供電源，此時指示燈亮。（2） 加載程序，將已寫好的程序（仿真正確的程序）下載到單片機里，具體方法是：首先將系統(tǒng)的串口與pc機的串口相接，找到已經(jīng)寫好的程序點擊下載。其次，按系統(tǒng)復位電路，給系統(tǒng)上電，

34、此時，程序就會自動的下載到單片機中去。（3） 光控功能的調(diào)試，給系統(tǒng)不同的光照強度，此時可以看到路燈會隨著外界光照強度的不同而時亮是滅。這就是光控的實現(xiàn)。（4） 聲控功能的調(diào)試，駐極體話筒會感應的外界的聲音大小而產(chǎn)生不同的電流強度，當聲音達到一定的程度是，路燈就會放光。之后一直處于明亮狀態(tài)，過了設定的時間后自動關(guān)閉。4.3整個系統(tǒng)的電路原理圖： 圖4.3 系統(tǒng)電路原理圖4.4主要部分功能介紹4.4.1 光控部分 圖4.4.1 光控電路 光敏電阻受到光照，阻值隨光照強度的升高而變小，當白天光照強度很強（0-100lx左右），阻值很小，運放同向輸入端為低電平，光控電路的輸出信號經(jīng)過電壓電壓跟隨器后

35、將比較微弱的電流信號放大并輸出給單片機p1.6口。lm393是一個比較器，它的主要工作原理是：將正輸入和負輸入的電壓進行比較，當正輸入電壓大于負輸入電壓時，則輸出高電平，反之則輸出低電平?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)可變電阻r10r11的阻值來改變正負輸入的電壓值來調(diào)節(jié)比較器的靈敏度。4.4.2 聲控部分 圖4.4.2 聲控電路 首先駐極體話筒將外界發(fā)出的聲音信號變成電信號，之后經(jīng)過q3共射級放大電路將微弱的電信號放大，共射級主要用來放大電壓，之后是射級跟隨，避免前級對后級的影響，之后是同相放大和射級跟隨，射級跟隨后面有一個高通濾波，將最終得到的電流信號輸出給單片機的p3.5口。 第五章 系統(tǒng)程序和電路設計5

36、.1程序設計流程圖如下 圖5.1 程序流程圖程序執(zhí)行部分：白天光照強度強光敏電阻阻值很小，光控電路呈導通狀態(tài)，p1.6口輸出為高電平，則令p1.7也為高電平，此時發(fā)光二極管不亮；晚上光照強度幾乎為零，光敏電阻阻值很大，光控電路呈斷開狀態(tài)，p1.6口輸出為低電平，此時由p3.5口即聲控電路起作用控制發(fā)光二極管，若有聲音發(fā)出，則聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柾ㄟ^p3.5口傳入單片機，單片機再通過p1.7口輸出低電平，此時發(fā)光二極管亮，通過單片機內(nèi)部延時功能讓其點亮60秒自動熄滅，若無聲音信號則p1.7口為高電平控制發(fā)光二極管處于熄滅狀態(tài)。程序結(jié)束。5.2單片機控制程序通過keil軟件新建工程，選好芯片，編寫

37、程序，編譯準確無誤后生成.hex文件。系統(tǒng)源程序見附錄。5.3 系統(tǒng)電路設計根據(jù)第四章介紹將各部分模塊通過proteus軟件畫出具體電路圖如圖所示 圖5.3 系統(tǒng)電路連接圖將單片機最小模塊，聲控模塊，光控模塊與發(fā)光二極管正確連接，整個系統(tǒng)的電路圖就繪制完成了，雙擊單片機at89c52將通過keil軟件生成的.hex文件載入，仿真過程會出現(xiàn)一些元器件模型在元器件庫里沒有或者重名等情況，通過一些通用元器件的替換和重新命名等手段最終得到正確的仿真圖。 第六章 調(diào)試仿真6.1系統(tǒng)兩大模塊說明6.1.1 聲控部分： 當有聲音產(chǎn)生時，聲音通過駐極體話筒將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過聲控電路放大整流濾波等得到穩(wěn)定的

38、電信號，經(jīng)過電壓比較器lm393，通過判斷正電壓和負電壓的大小來控制p3.5口輸出的是高電平還是低電平。6.1.2 光控部分： 由光敏電阻來感受光照強度，然后經(jīng)過電壓比較器輸出高低電平信號并將信號送給單片機的p1.6口控制燈的亮滅是否受聲音控制。發(fā)光二極管的驅(qū)動和控制，由pnp來控制發(fā)光二極管，pnp基極電平來自單片機的p1.7口輸出信號，當為低電平是發(fā)光二極管發(fā)光并發(fā)光一段時間熄滅，為高電平時不發(fā)光。6.2系統(tǒng)仿真將利用keil編譯好的程序生成.hex文件后加載到proteus繪制好的的51單片機中，進行仿真，如下圖所示 圖 6.2 系統(tǒng)仿真圖由于聲控模塊這部分不好仿真，為簡化設計使實驗現(xiàn)象

39、更為直觀簡潔，將聲控模塊這個整體用一個按鍵開關(guān)和電阻組成的簡易模塊代替，然后進行仿真。系統(tǒng)在不同條件下的仿真圖有以下幾種情況。6.2.1白天無聲音燈不亮 圖6.2.1 白天無聲音光控電路主要由光敏電阻和lm393組成，lm393是電壓比較器，它的主要工作原理是：將正輸入和負輸入的電壓進行比較，當正輸入電壓大于負輸入電壓時，則輸入高電平，反之則為低電平。隨著外界光照強度的變化，輸入比較器的正反電壓也在不斷變化，當正電壓比較大時，即光照強度強的時候，比較器會給單片機輸入高電平，p1.6口輸出為高電平，發(fā)光二極管不亮。6.2.2 白天有聲音燈不亮 圖6.2.2 白天有聲音白天單片機輸出p1.7口由光

40、控電路起作用，由于整個白天光敏電阻很小，lm393比較器接收的正電壓總是大于負電壓，因此無論聲控電路是否接收到聲音信號，p1.6口接收的電信號永遠是高電平，發(fā)光二極管不會發(fā)光。6.2.3 晚上有聲音燈亮 圖6.2.3 晚上有聲音晚上光照強度幾乎為零，光控電路中的正電壓較小，比較器會給單片機輸入為低電平，此時單片機通過編寫的程序?qū)1.7口輸出的電平由p3.5口控制，也就是此時由聲控電路起作用，聲控電路同樣通過lm393電壓比較器控制，當有聲音被駐極體話筒接收到的時候，聲控電路中的lm393正電壓比負電壓小，給單片機輸入低電平，發(fā)光二極管接收到低電平燈亮，且保持程序設定的60秒不熄滅。6.2.4

41、 晚上一段時間后燈熄滅 圖6.2.4 晚上聲音消失后此過程通過單片機內(nèi)部延時功能實現(xiàn)，60秒后發(fā)光二極管熄滅，此時聲音也消失了，lm393正輸入電壓比負輸入電壓大，單片機重新輸出高電平，單片機識別后從p1.7輸出高電平光二極管處于熄滅狀態(tài)保持不變至下次再次接收到聲音信號為止。6.3 結(jié)論 白天光照強度強，光敏電阻阻值很小，光敏電路呈導通狀態(tài)，電流通過單片機p1.6口輸入給at89c52單片機，單片機通過已編寫好的程序通過p1.7口輸出高電平信號，此時無論是否有聲音發(fā)光二極管均不亮；晚上光照強度很小，光敏電阻阻值很大，光敏電路呈斷開狀態(tài)，此時完全由聲控電路起作用控制發(fā)光二極管，當有車經(jīng)過或者人的腳步聲的時候，駐極體話筒將接收的微弱電信號經(jīng)過聲控電路放大整流濾波等過程轉(zhuǎn)換為