教室燈光控制系統(tǒng)_畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘要本課題主要是處理室內(nèi)燈光的控制，節(jié)約能源的問(wèn)題，尤其是針對(duì)當(dāng)前社會(huì)室內(nèi)燈光的智能控制方面的發(fā)展緩慢的現(xiàn)狀。本課題詳細(xì)分析了室內(nèi)燈光智能控制的原理和實(shí)現(xiàn)方法，提出了基于單片機(jī)和模擬電路相結(jié)合的室內(nèi)燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了智能控制系統(tǒng)的硬件裝置和相應(yīng)軟件。 該系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)作為主控制裝置的“大腦”，采用熱釋紅外人體傳感器檢測(cè)人員的存在與否，采用光敏電阻構(gòu)成的電路檢測(cè)周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度。以室內(nèi)人員數(shù)目作為打開(kāi)照明燈的條件，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)人體的存在信號(hào)和周圍環(huán)境光強(qiáng)信號(hào)的識(shí)別和智能判斷，實(shí)施對(duì)室內(nèi)照明調(diào)節(jié)的智能控制，避免了室內(nèi)照明用電的大量浪費(fèi)。同時(shí)還采用了軟/硬件的

2、“看門狗”技術(shù)等抗干擾措施。單片機(jī)軟件程序部分采用C語(yǔ)言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、條理清晰、通用性強(qiáng)，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。 該系統(tǒng)具有一下優(yōu)點(diǎn)：體積小，控制簡(jiǎn)單，可靠性高，專用性強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足各類室內(nèi)燈光控制的要求，最大程度的達(dá)到節(jié)約能源的目的。關(guān)鍵詞:人體；紅外線；傳感器；自動(dòng)控制；熱釋電AbstractCurrently light intelligent control systems are not efficiently used in the classroom. In order to improve the system, based on control and c

3、urrent methods of how to keep control，developing intelligent classroom light control system and developed the hardware and software system. This classroom light intelligent control system the theory of the light put forward methods ofon the basis of AT89C52 is developed, which machine of AT89C52 is

4、a major part, and the environment of development is better than before. This system can satisfy the following functions, such as controlling the circuit of illumination, testing and processing daylight signal, testing and processing the signal of human body that illuminates the back track exists, re

5、porting to the warning devices,etc.In order to satisfy these functions, the system adopted the homologous methods respectively, and to the gearing of the system, analyzing how to install，test and run the system. The microcontroller software was developed based on assemble language. Assemble language

6、 is one kind of structured program languages, it has more advantages than other high-level languages. Assemble language adopts building block design. Its commonality is very good and easy to improve and expand. It could be used to develop larger一scale system with more perfect performance. At the sam

7、e time, the anti-jamming technologies, such as watchdog, are necessary when developing hardware and software.This system had many advantages. For example, the physical volume was small，the system was conveniently controlled, the credibility was high, the appropriation was strong, and its price propo

8、rtion was ideal,etc. The experiment proved that the system can satisfy the control command of the classroom' s light device, so it could largely reduce the consuming of energy resources. Key words: Human body, infrared ray, sensor, automatic control，heat to release the electricity1.1.引言1.1本課題研究的

9、意義隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我們的生活水平也在不斷的快速提高，致使用電負(fù)荷的日益加劇，而當(dāng)今世界全球性的能源危機(jī)，能源缺乏已成為全世界所面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。尤其對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)非常嚴(yán)重。伴隨著各類室內(nèi)、樓盤、公司的擴(kuò)建，室內(nèi)照明的需求也變的越來(lái)越多，而室內(nèi)照明的管理不能及時(shí)到位，往往會(huì)造成電能的大量浪費(fèi)。因此，提高室內(nèi)用電效率就成為首要考慮的一大問(wèn)題。 目前對(duì)燈光的智能控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外己經(jīng)開(kāi)始采用，但于對(duì)室內(nèi)燈光的控制，尤其是我國(guó)室內(nèi)燈光的智能控制尤為缺乏和不完善，依然是傳統(tǒng)的人工管理。各類大、中專院校不斷擴(kuò)招，教室不斷擴(kuò)建，室內(nèi)的用電負(fù)荷急劇加大，室內(nèi)用電管理不完善，造成學(xué)校電能浪費(fèi)，經(jīng)

10、濟(jì)損失，這種的浪費(fèi)與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。而且，伴隨著現(xiàn)代自動(dòng)化程度不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，燈光的管理也在朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。例如樓道燈光的自動(dòng)控制等等。所有這些使得室內(nèi)燈光控制也應(yīng)該朝著智能的方向發(fā)展。于是，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、實(shí)用的室內(nèi)燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)便具有非常重要的實(shí)際意義。1.2國(guó)內(nèi)外室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀及問(wèn)題 世界上各地發(fā)電的主要原料還是煤炭、石油和天然氣，而丹麥在能源利用方面的成功經(jīng)驗(yàn)為大家提供了很好的借鑒。從1974年以來(lái)，盡管丹麥國(guó)民收入比以往增長(zhǎng)了50%，然而丹麥總的能源消費(fèi)量并沒(méi)有增加。丹麥?zhǔn)荗ECD成員國(guó)中能源消耗量和國(guó)民收入比值最小的國(guó)家。他們不斷地研發(fā)、提

11、供一些節(jié)能供熱系統(tǒng)，例如丹麥熱電同供熱電廠(CHP)，而且，他們盡可能的有效利用資源。因而，使他們的能源使用總效率達(dá)到了90%。丹麥政府非常重視住房空間用電的節(jié)能，并設(shè)立了對(duì)新建房屋節(jié)能的諸多要求。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，居民入住有節(jié)能裝置的房子時(shí)，他們要支付比沒(méi)有節(jié)能方案房屋高出8%的費(fèi)用。其節(jié)能項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)在歐盟國(guó)家中廣為流傳。而且，有歐司朗一斯維尼亞公司也在不斷的推出新型高輸出的熒光燈，節(jié)約6%的總系統(tǒng)用電功率，并具有更高的光通和平均光通量。飛利浦照明公司推出的新型陶瓷金鹵燈代替過(guò)去的鹵鎢燈，可以節(jié)約60%的電能。這種種跡象表明世界各國(guó)都在采取不同方式來(lái)節(jié)約能源，節(jié)約電能。中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)多年的高速發(fā)展讓

12、能源問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。雖然我國(guó)能源總儲(chǔ)量不低，但是，由于我國(guó)人口眾多，所以人均儲(chǔ)量較少，單位產(chǎn)值的能耗高達(dá)發(fā)達(dá)國(guó)家的3-10倍。因此，能源問(wèn)題已成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高效發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。從保護(hù)環(huán)境和自然資源角度出發(fā)，節(jié)約能源問(wèn)題也是我國(guó)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的一個(gè)關(guān)鍵因素。鑒于能源問(wèn)題的重要性，我國(guó)在綠色照明工程新聞發(fā)布中聲明，綠色照明工程在未來(lái)五年間將在全國(guó)公用設(shè)施、賓館、商廈、居民住所等全國(guó)建筑物中推廣1.5億只節(jié)能燈，節(jié)約電能290億度電。上海、河北等一些地方采取政府對(duì)節(jié)能燈的大宗采購(gòu)每只補(bǔ)貼3至4元的方式進(jìn)行推廣。從普通白熾燈到高效節(jié)能燈，使我國(guó)的電光源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐步向節(jié)電型轉(zhuǎn)變，熒光燈與普通

13、白熾燈的比例由1995年的l:6.25前的l: 1. 5。 目前國(guó)內(nèi)各類院校中，由于同學(xué)們的自覺(jué)節(jié)能意識(shí)薄弱，在光線足夠強(qiáng)時(shí)也開(kāi)燈，護(hù)潔課上完離開(kāi)室內(nèi)后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在;而且，節(jié)能規(guī)劃極為欠缺，室內(nèi)的燈光控制由管理人員手工代替，室內(nèi)極多，管理人員忙不過(guò)來(lái)，這樣就造成不必要的電能浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。我省各類大中專院校及其中小學(xué)總共有600百多所，若都象我校一樣每年浪費(fèi)13.06萬(wàn)度電的話，我省就會(huì)浪費(fèi)近7900萬(wàn)度的電。導(dǎo)致電能的極大浪費(fèi)。再者，每所院校不斷的擴(kuò)招，室內(nèi)不斷的擴(kuò)建，若再?zèng)]有改進(jìn)室內(nèi)的用電管理設(shè)備，那么用電負(fù)荷可想而知，浪費(fèi)的電能就更驚人了。 基于以上種種原因，提高室內(nèi)用電效率就

14、成照明節(jié)能的重要且主要的措施之一，因此節(jié)能技術(shù)的重要手段之一就是室內(nèi)燈關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無(wú)疑就成為其中一項(xiàng)重要課題。1.3本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo)1.3.1研究?jī)?nèi)容本課題的研究?jī)?nèi)容有如下幾點(diǎn):(1)了解室內(nèi)照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)；(2)調(diào)研室內(nèi)燈光照明需求以及環(huán)境光強(qiáng)弱與開(kāi)、關(guān)燈的關(guān)系；(3)研究人體存在探測(cè)技術(shù)，探測(cè)角度與范圍；(4)研究傳感器室內(nèi)分布、安放問(wèn)題，是否一燈一個(gè)傳感器或多燈公用傳感器等；(5)研究確定人體傳感器的有關(guān)參數(shù)；(6)研究燈光控制器電源問(wèn)題； (7)研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案；(8)研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問(wèn)題；(9)研究與現(xiàn)有室內(nèi)照明相兼容，易替代，不易被偷盜

15、、被仿制，易于維護(hù)、維修等控制技術(shù)；(10)研究報(bào)警等附加功能問(wèn)題1.3.2研究目標(biāo) 研究的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)能用于現(xiàn)有室內(nèi)照明系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的人性化智能管理，提高用電效率;實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)燈光控制相兼容，以降低成本;通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和改進(jìn)，最終達(dá)到可靠性、實(shí)用性、推廣性較好的目標(biāo)。1.4本課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題本課題擬通過(guò)試驗(yàn)研究室內(nèi)燈光的各種控制方案解決如下關(guān)鍵問(wèn)題:(1)照明回路的控制回路與控制器本身的節(jié)能問(wèn)題；(2)傳感器與室內(nèi)燈配合安裝的問(wèn)題；(3)環(huán)境光參數(shù)輸入采集問(wèn)題；(4)人存在傳感器參數(shù)輸入采集問(wèn)題；(5)開(kāi)、關(guān)燈的自動(dòng)與手動(dòng)兼容措施；2.室內(nèi)燈光控制器簡(jiǎn)介及控制方案的分析

16、2.1室內(nèi)燈光控制器簡(jiǎn)介 室內(nèi)燈光控制器可實(shí)現(xiàn)有效的室內(nèi)燈光智能控制。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)等的外界因素，環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)不開(kāi)燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人存在時(shí)開(kāi)燈，理論和實(shí)驗(yàn)證明用這種方式來(lái)對(duì)室內(nèi)燈進(jìn)行智能控制可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。 室內(nèi)燈光控制器一般安裝在室內(nèi)內(nèi)避開(kāi)電燈直射的位置，且人紅外體傳感器安置時(shí)應(yīng)使人體活動(dòng)方向與人體傳感器中兩個(gè)熱釋電元連線方向垂直，這樣可使人體存在信號(hào)采集更加靈敏、可靠，同時(shí)還要盡可能避免外界風(fēng)直接吹向人體傳感器。2.2系統(tǒng)控制方案的分析 所研制的控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)控制相兼容。在自然

17、環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無(wú)論人是否存在，都不開(kāi)燈;在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在且超過(guò)一定時(shí)間，控制器自動(dòng)打開(kāi)電燈，直到人離開(kāi)后再延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)燈。同時(shí)，還要按作息時(shí)間來(lái)控制，夜晚超過(guò)12點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動(dòng)控制器的運(yùn)行，改用機(jī)械開(kāi)關(guān)來(lái)手動(dòng)控制，以解決因特殊情況下，自動(dòng)控制器的不人性化運(yùn)行。 本文所研究的室內(nèi)燈光控制器主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合的室內(nèi)照明智能控制。3.系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì) 考慮

18、到本系統(tǒng)所安裝的環(huán)境影響因素比較多，且室內(nèi)控制設(shè)備中的人體存在傳感器、光敏電阻等經(jīng)常會(huì)因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電子元器件的選用、線路布置和設(shè)備的安放要充分考慮到抗干擾問(wèn)題。3.1控制模塊的硬件構(gòu)成系統(tǒng)控制單元是以單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括:ISP下載線模塊、系統(tǒng)供電模塊、硬件時(shí)鐘模塊、看門狗模塊、燈光驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、環(huán)境光模塊、人體存在傳感器模塊、超時(shí)報(bào)警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示：51系統(tǒng)模塊ISP下載線模塊看門狗模塊硬件時(shí)鐘模塊數(shù)碼管顯示模塊燈光驅(qū)動(dòng)模塊環(huán)境光模塊EEEPROM存儲(chǔ)器模塊電源模塊人體存在傳感器模塊圖3-1系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)框圖3.2

19、控制系統(tǒng)的主要硬件電路3.2.1系統(tǒng)主控電路 本系統(tǒng)的主控模塊主要采用Atmel公司的AT89C52作為主控芯片，它是一種低功耗，8位CMOS工藝處理器，具有8K在線可編程Flash存儲(chǔ)器，片內(nèi)的Flash可多次編程，為在線編程提供了方便。片內(nèi)有128字節(jié)的RAM, 4KB的EEPROM，由于合理的安排使用片內(nèi)RAM空間，所以沒(méi)有擴(kuò)展的片外RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷。因?yàn)樵O(shè)備的設(shè)置參數(shù)是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更改的，又要求是斷電能夠保存下來(lái)，所以本設(shè)備用一片EEPR0M來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)。AT89C52芯片支持在線編程(ISP)功能，用戶可以通過(guò)AT89C52在線編程接口直接對(duì)電路板上的CPU進(jìn)行在線

20、編程，方便了程序的修改燒寫工作。ISP進(jìn)行在線編程時(shí)，用AT89C52芯片的P1.5，P1.6，P1.7引腳及RST端口，通過(guò)PC并口，根據(jù)工SP協(xié)議制作簡(jiǎn)單的編程器就可對(duì)CPU進(jìn)行編程。在線編程(ISP)器的紅色LED是電源指示燈，綠色LED是復(fù)位指示燈，黃色LED是時(shí)鐘信號(hào)指示燈，每個(gè)LED約消耗0.6mA的電流，它們使用獨(dú)立的緩沖器不會(huì)影響下載線和用戶板，當(dāng)執(zhí)行菜單命令Reset時(shí)可以看到綠色LED閃一下，表示電腦已經(jīng)可以控制下載線;其下載線正常工作電壓為DC3.6-6V，部分電腦即使不連接VCC也可以正常工作，10心的插頭和插座有三角形標(biāo)志的均為第一腳。使用方便、快捷，且工作顯示信號(hào)清

21、晰。3.2.3系統(tǒng)供電電路要取得+5V電壓，若選用12V的變壓器，整流濾波后輸出往往大于12V，會(huì)使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度較高。故不選用輸出電壓為12V的變壓器，而選用輸出電壓為5V的變壓器。系統(tǒng)接通220V交流電源后，將220V交流電變壓到5V，經(jīng)過(guò)二極管全波整流、電解電容Cl，C2濾波，再經(jīng)一只正輸出穩(wěn)壓器LM7805，為了緩沖負(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，輸出端還采用了電容C3、C4，最后得到+5V的直流工作電源，用于給控制系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)及其它外圍電路的Vcc+端供電。其供電原理圖如3.2.3圖3.2.3 供電原理圖在硬件時(shí)鐘模塊中，為了在斷電后硬件時(shí)鐘能夠正常運(yùn)行，故采用主從雙電源供電方式

22、。硬件時(shí)鐘一般在系統(tǒng)的+5V主電源情況下工作，而只有系統(tǒng)+5V主電源消失的情況下，為確保硬件時(shí)鐘的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)一個(gè)3. 6V的可充電鏗電池作為備用電源。具體電路及其原理將在后面的系統(tǒng)時(shí)鐘電路部分詳細(xì)說(shuō)明。3.2.4數(shù)據(jù)采集電路 室內(nèi)中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此室內(nèi)中的環(huán)境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對(duì)象。常見(jiàn)的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏二極管和光敏電阻，根據(jù)需求，選用靈敏度適中的光敏電阻。此外，人體傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)，本系統(tǒng)采用了邏輯電平輸出的HP-208型號(hào)的人體存在傳感器。1.環(huán)境光采集電路 光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。采用的光敏

23、電阻除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。在無(wú)光照時(shí)光敏電阻的穿透電流很小，為暗電流Iceo有光照時(shí)，產(chǎn)生的Ib增大，成為光電流Ie。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。因此光敏電阻靈敏度高，而且體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其外形電路圖形符號(hào)如圖3.2.4. 1-1 圖3.2.4. 1-1環(huán)境光采集電路原理圖如圖3.2.4 1-2所示。當(dāng)自然光強(qiáng)大于一定程度時(shí)，光敏電阻呈現(xiàn)底阻狀態(tài)<1千歐，電壓升高。當(dāng)自然光強(qiáng)小于一定程度時(shí)，光敏電阻呈現(xiàn)高阻狀態(tài),100千歐，截

24、止電極輸出高電平。其中可變電阻R26可調(diào)節(jié)，調(diào)R26阻值的大小，使光敏電阻受環(huán)境光影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。圖 3.2.4.1-2環(huán)境光采集電路原理圖2.人體存在傳感器的工作原理自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動(dòng)紅外傳感器。與量子型相比，響應(yīng)的紅外線波長(zhǎng)范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點(diǎn)相反，而且要求冷卻條件。本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用了紅外傳感器的原理，它是目前在防盜報(bào)警、火災(zāi)檢測(cè)、自

25、動(dòng)門、自動(dòng)水龍頭、自動(dòng)電梯、自動(dòng)照明等場(chǎng)合，及非接觸溫度測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。其原因?yàn)?被測(cè)對(duì)象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；大氣對(duì)2-2.61Lm,3-51Lm, 8-141Lm三個(gè)被稱為“大氣窗口”的特定光通量的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測(cè)；中、遠(yuǎn)紅外線不受可見(jiàn)光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)。人體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的工作原理及特性如下:人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就靠探測(cè)人體發(fā)射的左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的左右的紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外

26、輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號(hào)。 1)這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為左右的紅外輻射非常敏感。 2)為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 3)人體存在的探測(cè)，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(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(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。 4)一旦有人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被人體存在傳感器的熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不

27、同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而輸出有人體存在的信號(hào)。5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距(感應(yīng)距離)，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。人體傳感器透鏡的信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖如圖4. 2. 2-1圖4. 2. 2-1信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖有人進(jìn)入時(shí)，移動(dòng)人體發(fā)出的紅外線被紅外傳感器接收，則人體存在被感應(yīng)，并輸出高電平。若人體進(jìn)入最不敏感移動(dòng)方向時(shí)，則人體傳感器所體現(xiàn)的信號(hào)就會(huì)不理想，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，所以要特別注意人體傳感器的安裝方向。3.人體存在信號(hào)采集電路 人體傳感器HP-208是深圳市浩博特電子有限公司研發(fā)和生產(chǎn)的基于紅外線術(shù)的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下:

28、(1)感應(yīng)為全自動(dòng)方式，人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)輸出高電平(高3.3V)，人離開(kāi)應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平(低0.3V)，其高低電平利于采集； (2)采用可重復(fù)觸發(fā)方式。即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果二人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開(kāi)后才延時(shí)8，15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑?3)人體傳感器工作電壓寬為DC3V-DC24V；(4)人體傳感器制作成錐面形狀，感應(yīng)范圍大，小于140度錐角，感應(yīng)距了為7米以內(nèi)；(5)其靜態(tài)電流小于50微安，功耗低；(6)工作溫度介于15度和+70度之間，適應(yīng)性強(qiáng)；(7)靈敏度高，可靠性強(qiáng)。 人體傳感器HP-208型號(hào)的正視圖如圖3

29、.2.4.2-1所示: 圖3.2.4.2-2人體傳感器的1號(hào)引腳為電源信號(hào)端，3號(hào)引腳為地信號(hào)端，2號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。在電路設(shè)計(jì)中，為了使人體傳感器的工作更加可靠，介于人體傳感器的信號(hào)引腳2與地信號(hào)引腳3之間加一個(gè)6800pF的電容，另外人體存在傳感器的信號(hào)引腳2與單片機(jī)的P3.3引腳相連，P3.3引腳再接一個(gè)100的上拉電阻，增加人體存在傳感器輸出信號(hào)的可靠性，其電路原理圖如圖3. 2. 4. 2-3 圖3.2.4.2-3 HP-208傳感器電路原理圖3.2.7繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖3.2.7所示，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號(hào)的59012三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，開(kāi)機(jī)時(shí)，單片機(jī)初

30、始化后的P3. 5/P3. 6為高電平，三極管截止，所以開(kāi)機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，如果P3. 5/P3. 6為低電平，三極管的基極就會(huì)被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。繼電器的輸出端并聯(lián)100歐的電阻和6800皮法電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。每個(gè)繼電器都有一對(duì)常開(kāi)常閉的觸點(diǎn)，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。圖3.2.7繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖4控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)4.1系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊監(jiān)控程序按模塊分為監(jiān)控主程序和命

31、令處理子程序。監(jiān)控主程序的基本任務(wù)是調(diào)用子程序，一個(gè)主程序可以調(diào)用多個(gè)子程序，對(duì)于51系列單片機(jī)，系統(tǒng)資源有限，主程序通常是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，即是一個(gè)反復(fù)調(diào)用子程序的過(guò)程。子程序主要分為中斷子程序和功能子程序，它們之間可以互相嵌套和調(diào)用，即中斷子程序可以調(diào)用功能子程序。在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)中，盡可能各個(gè)功能模塊寫成子程序的形式，并通過(guò)主程序調(diào)用。而命令處理子程序完成各種命令所規(guī)定的具體操作，它按各種命令再分為不同的子程序模塊，它一般總是把其余部分連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)無(wú)限循環(huán)，系統(tǒng)所有功能都在這一循環(huán)中周而復(fù)始的有選擇的執(zhí)行。其監(jiān)控主程序流程圖如圖4-1所示: 系統(tǒng)初始化看門狗激活設(shè)定定時(shí)器，允許定時(shí)

32、中斷上電Reset人體傳感器處理任務(wù)環(huán)境光處理任務(wù)定時(shí)時(shí)鐘管理顯示刷新任務(wù)圖 4-1 監(jiān)控主程序流程圖4.1.1定時(shí)中斷處理 定時(shí)中斷是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)值已滿引起的中斷，內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘或從外部引線TO和TI輸入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，去置位定時(shí)器溢出標(biāo)志位，向單片機(jī)的CPU申請(qǐng)中斷。定時(shí)中斷為周期性中斷，每隔一定的時(shí)間會(huì)中斷一次。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時(shí)中斷主要用來(lái)構(gòu)造多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，無(wú)需對(duì)斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，可直接進(jìn)行多任務(wù)時(shí)間的劃分工作，使相應(yīng)的操作任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，即該中斷可以啟動(dòng)有關(guān)的任務(wù)就緒。該定時(shí)中斷處

33、理程序框圖如圖4-I-2所示。開(kāi)始定時(shí)中斷到？多任務(wù)啟動(dòng)時(shí)間劃分下一步Y(jié)N圖 4-1-2 定時(shí)中斷處理程序框圖 本系統(tǒng)還采用了外部中斷，此外部中斷主要用來(lái)判斷是否有遙控器信號(hào)，若有，就采集下來(lái)并加以處理；若無(wú)，則返回到主循環(huán)。4.2數(shù)據(jù)采集模塊本控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對(duì)象為環(huán)境光信號(hào)及人體存在信號(hào)，在程序設(shè)計(jì)中對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)的采集放置在多任務(wù)模塊中實(shí)施定時(shí)采集。4.2.1存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)人體存在傳感器有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)便是本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉。而缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源干擾;由于紅外穿透力差，因此人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干

34、擾;環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)還會(huì)造成短時(shí)失靈。試驗(yàn)檢測(cè)也證明了這點(diǎn)，只要人體存在卻有巧秒左右沒(méi)有活動(dòng)，人體傳感器則認(rèn)為沒(méi)有人體存在。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，本系統(tǒng)軟件程序中設(shè)計(jì)為有人體存在狀態(tài)后間隔2分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)對(duì)人體存在參數(shù)信號(hào)的采集。4.2.2數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光足夠亮?xí)r，無(wú)論有否人體存在都不應(yīng)開(kāi)燈;而環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開(kāi)燈，無(wú)人體存在不開(kāi)燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮?xí)r為二進(jìn)制的“0”(符合光采集電路輸出信號(hào)狀態(tài))，暗時(shí)為“1”，人體存在為“1”，人體不存在為“0”，開(kāi)燈為“1”，關(guān)燈為“0”，那么環(huán)境光與人體存在可以有以下的

35、邏輯關(guān)系表表示，如表4. 2. 2所示: 表4. 2. 2環(huán)境光參數(shù)人體存在參數(shù)室內(nèi)燈狀態(tài)010000111100上表數(shù)據(jù)表明可將環(huán)境光參數(shù)與人體存在參數(shù)相與門操作，又由于繼電器是低平驅(qū)動(dòng)，所以要將采集處理后的信號(hào)進(jìn)行非操作，才可以驅(qū)動(dòng)繼電器工作，即可得到室內(nèi)燈的狀態(tài)，其軟件程序?yàn)?； 4.2.3人體存在傳感器的抗干擾措施 人體存在傳感器易受外界影響，于是要在使用時(shí)特別注意抗干擾性能。 1.防小動(dòng)物干擾 探測(cè)器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面上的小動(dòng)物，不產(chǎn)生信號(hào)。 2.抗電磁干擾 探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4. 6. 1要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。 3.抗燈光

36、干擾 探測(cè)器正常靈敏度范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^(guò)玻璃照射，不產(chǎn)生信號(hào)。4.2.4人體存在傳感器的安裝要求 人體存在傳感的安裝要求：人體存在傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系，正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：1.人體存在傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。2.人體存在傳感器遠(yuǎn)離空調(diào)，冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。3.人體存在傳感器探測(cè)范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。4.人體存在傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。人體存在傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。人體存在傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。人體存在傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感，而對(duì)于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感.在