基于單片機(jī)的聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)

I基于單片機(jī)的聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)聲控?zé)羰且环N利用聲音來(lái)控制燈光亮與滅的照明裝置,它是由可控硅電路、音頻放大電路和延時(shí)電路等組成，它的原理是當(dāng)暮色降臨后,有人經(jīng)過(guò)聲控?zé)舾浇l(fā)出聲響時(shí),聲控?zé)魰?huì)自動(dòng)點(diǎn)亮為行人提供照明,當(dāng)行人離開(kāi)一段時(shí)間后聲控?zé)魰?huì)自動(dòng)熄滅。但在白天即使有人經(jīng)過(guò)聲控?zé)舾浇l(fā)出聲響聲控?zé)粢膊粫?huì)點(diǎn)亮，這樣便達(dá)到了用時(shí)即亮，不用即滅的效果，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的，并有訪誤觸而帶有的延時(shí)關(guān)閉功能，設(shè)有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，使其使用更急方便。本課題是以STC89C51單片機(jī)為主，采用引腳功能和指令系統(tǒng)與MCS相兼容的單片機(jī)為核心來(lái)研究聲光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中采用駐極體來(lái)完成對(duì)聲音信號(hào)的采集，并且可以通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)聲音的靈敏度，此外還設(shè)有光明控制電路，同樣可以通過(guò)對(duì)電位器的調(diào)節(jié)來(lái)控制對(duì)光線強(qiáng)弱的敏感性，再通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部軟件加以判斷使開(kāi)關(guān)在白天時(shí)即使有聲音也不工作并且在聲控?zé)艄ぷ饕欢螘r(shí)間后可以自行熄滅，這種聲光雙控的系統(tǒng)大大降低了能源的消耗，節(jié)約了人力物力，提交本設(shè)計(jì)的可行性與可靠性。重要的是聲控?zé)舨粌H僅適用于居民區(qū)的樓道口，而且還適用于工廠，寫(xiě)字樓，教學(xué)樓等公共場(chǎng)所，具有小體積、美觀、制作及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在今后的發(fā)展中將會(huì)使聲控?zé)羝占案鱾€(gè)大街小巷，暫且不論其節(jié)能價(jià)值，其在環(huán)保方面也頗為建樹(shù)，沒(méi)有熱輻射，也沒(méi)有汞等重金屬及其污染物的的處理問(wèn)題，因此還被成為“綠色照明光源”的明日之星。更何況在我國(guó)大部分城市都采用全夜燈的方式用于街道照明，此方法存在兩個(gè)問(wèn)題：其一，后半夜行人稀少，采用全夜燈的方式未免也太浪費(fèi)資源，此外，全夜燈的照明方式會(huì)影響街道旁邊居民的睡眠，影響到居民的生活質(zhì)量，由此可見(jiàn)其發(fā)展的前途將不容小歔。關(guān)鍵詞：聲光控，智能，節(jié)能，可靠性。目錄1.緒論 11.1課題背景 11.2課題現(xiàn)狀 11.3課題意義 11.4本章小結(jié) 12.設(shè)計(jì)方案及工作原理 22.1課題的研究?jī)?nèi)容 22.2 技術(shù)方案的選擇 22.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 42.4系統(tǒng)的工作原理 52.5本章小結(jié) 53.硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 203.1單片機(jī)主控電路 203.2聲音信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) 263.3光信號(hào)判斷電路的設(shè)計(jì) 273.4LM393電壓比較器介紹 293.5繼電器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 313.6本章小結(jié) 314.軟件設(shè)計(jì) 334.1軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇 334.2主程序流程圖 334.3定時(shí)器程序流程圖 334.4按鍵程序流程圖 334.5本章小結(jié) 385.聯(lián)調(diào)與測(cè)試 425.1軟件調(diào)試 385.2硬件調(diào)試 385.3本章小結(jié) 386結(jié)論與展望 44附錄1總電路圖 34附錄2仿真圖 35附錄3PCB圖 36附錄4源程序 37結(jié)論1.緒論1.1課題背景當(dāng)今社會(huì)的主潮流是：降低能耗，節(jié)約能源，注重環(huán)保。聲光控開(kāi)關(guān)體積小，外形美觀，反應(yīng)靈敏，制作容易，是公共場(chǎng)合照明開(kāi)關(guān)的理想選擇，被譽(yù)為：“長(zhǎng)明燈的克星”。公共場(chǎng)所和居民區(qū)的樓道口所使用的手動(dòng)開(kāi)關(guān)由于種種原因往往會(huì)長(zhǎng)明于晝夜之間，這不僅大大縮短了手動(dòng)開(kāi)關(guān)的壽命增大了維修量給國(guó)家、單位以及個(gè)人帶來(lái)不必要的損失，還有可能帶來(lái)不必要的安全隱患。路燈的光控與聲控是路燈自動(dòng)控制的主要方式，這種控制的主要功能是根據(jù)光照強(qiáng)度和聲音的大小來(lái)共同控制路燈的亮和滅。例如，在白天光照強(qiáng)度大的時(shí)候，路燈就沒(méi)有必要再亮，而在晚上時(shí)，我沒(méi)通常需要燈是亮著的；同時(shí)，考慮到整個(gè)晚上路燈都在亮的狀態(tài)勢(shì)必會(huì)浪費(fèi)更多的電，而且也會(huì)大大地減少路燈的壽命，所以此時(shí)就要加上聲控部分了，當(dāng)人們需要路燈亮的時(shí)候只需要發(fā)出點(diǎn)聲音，路燈就會(huì)自動(dòng)亮起來(lái)，過(guò)一定的時(shí)間就會(huì)自動(dòng)滅了。因此，設(shè)計(jì)出一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高效節(jié)能的聲光雙控開(kāi)關(guān)是十分有必要的。1.2課題現(xiàn)狀我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)的路燈關(guān)開(kāi)燈都是采用人工控制或者定時(shí)控制，這樣也有許多不利之處：若采用人工控制，則路燈開(kāi)關(guān)存在著一定的不確定性，同時(shí)也占用了一定的人力資源；定時(shí)控制則存在著夏冬季白黑晝時(shí)間不同的情況，使得天還沒(méi)黑路燈就開(kāi)，天還沒(méi)亮路燈就滅的情況，大大影響了人們的日常出生活。目前，我國(guó)市場(chǎng)上已經(jīng)存在多種節(jié)能燈設(shè)備，能夠達(dá)到一定的節(jié)能效果，但就其節(jié)能功效來(lái)講還不盡如人意，主要原因有二：一是采用可控硅式設(shè)備，元器件容易發(fā)熱，可想而知，必然存在一定的安全隱患。二是采用自偶變壓器及磁飽和電抗器的壓降技術(shù)，容易在高峰時(shí)期造成燈光閃滅，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能?；诠矆?chǎng)所和居民區(qū)的樓道口所使用的手動(dòng)開(kāi)關(guān)由于種種原因會(huì)長(zhǎng)明于晝夜之間帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患這些因素，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的聲光雙控智能開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，使公共場(chǎng)所和居民區(qū)的樓道口的燈在白天時(shí)不亮，夜幕降臨時(shí)聞聲自亮，待行人走后一段時(shí)間，燈光又可自行熄滅，這樣既方便，又節(jié)約能源。1.3課題意義（1）以51單片機(jī)為核心，采用引腳功能和指令系統(tǒng)與MCS-51相兼容的單片機(jī)，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，方便操作者模擬現(xiàn)實(shí)生活中的場(chǎng)景，使課題的研究更加具有實(shí)際意義；（2）具有聲光雙控功能，系統(tǒng)模擬實(shí)際所用聲控?zé)粼O(shè)計(jì)，在白天時(shí)不亮，而在夜幕降臨并且有聲音時(shí)亮燈，達(dá)到用時(shí)即亮，不用即滅的效果，以此節(jié)約能源；（3）整個(gè)系統(tǒng)擁有延時(shí)控制功能，在聲控?zé)艄ぷ饕欢螘r(shí)間后便可自行熄滅，這樣便可以防止因誤觸而導(dǎo)致聲控?zé)艄ぷ鞯那闆r發(fā)生； （4）本課題所設(shè)計(jì)的聲光雙控系統(tǒng)應(yīng)時(shí)下社會(huì)各界及實(shí)際生活所需，具有節(jié)能、高效、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用至居民區(qū)，工廠，辦公樓等各個(gè)社會(huì)公共場(chǎng)所。1.4本章小結(jié)本章主要講述了本次課題是基于原本的照明燈存在著十分嚴(yán)重的資源浪費(fèi)問(wèn)題以及帶有一定的安全隱患，從而設(shè)計(jì)出一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便且節(jié)能的照明燈已是時(shí)下之所需，這將使得照明燈達(dá)到用時(shí)即亮，不用即滅的目的，避免了街道燈全夜燈火通明等諸類問(wèn)題，在今后的發(fā)展中將使得聲控?zé)舻靡蚤L(zhǎng)足的發(fā)展空間。2.課題設(shè)計(jì)方案及工作原理2.1課題的研究?jī)?nèi)容利用51單片機(jī)設(shè)計(jì)出來(lái)的聲光雙控開(kāi)關(guān)，在電路設(shè)計(jì)好后，可運(yùn)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)和控制其功能，在自動(dòng)模式下模擬夜間有聲音的情況下燈光會(huì)自行亮起來(lái)，而在白天即使有聲音燈也不會(huì)亮，而在手動(dòng)模式下，可以直接通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制等的亮與滅，整個(gè)系統(tǒng)方便靈活，并且易修改，在使用過(guò)程中更加方便節(jié)能，智能環(huán)保。2.2技術(shù)方案的選擇目前的聲控開(kāi)關(guān)大多都是應(yīng)用模擬電子技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分立元件多，不可靠，而且許多聲控開(kāi)關(guān)的平均使用壽命不長(zhǎng)，主要是因?yàn)殡娐纷黝l繁的開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)電流非常大，導(dǎo)致功率元件可控硅由于過(guò)載而損壞。如果在設(shè)計(jì)中采用繼電器驅(qū)動(dòng)電燈的，能控制比較多的負(fù)載燈?，F(xiàn)如今單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而在未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)則是利用單片機(jī)設(shè)計(jì)出更加智能的聲光雙控開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，硬件具備好以后可以直接用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)控制以便在使用過(guò)程中更加的安全節(jié)能，智能環(huán)保。由于單片機(jī)是一種集具有數(shù)據(jù)處理功能的CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、制度存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、多種I/O接口以及中斷功能于一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，運(yùn)用超大規(guī)模電路集成技術(shù)將所有的元器件集中到一塊非常小的硅片上，優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu)，節(jié)約了大量的資源與空間。2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聲光控開(kāi)關(guān)，最起碼要考慮三個(gè)問(wèn)題，其一是燈泡的開(kāi)關(guān)控制，這是由220V市供電。其二是光控制，使其在有光時(shí)，即使有聲音也不能亮。其三就是聲音控制，在晚上或光線不足時(shí)，只要有人經(jīng)過(guò)，發(fā)出聲音，燈泡就會(huì)點(diǎn)亮。設(shè)計(jì)的整體方案圖如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)為核心，采用引腳功能和指令系統(tǒng)與MCS-51相兼容的單片機(jī)，內(nèi)置4K字節(jié)的EPROM，無(wú)需擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了電路，縮小了體積，降低了系統(tǒng)的成本。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)的采集并放大，再經(jīng)過(guò)電壓比較器輸入到單片機(jī)。（2）光信號(hào)采集模塊，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理，電路當(dāng)中有光信號(hào)時(shí)，輸出一電平信號(hào)給單片機(jī)，當(dāng)晚上或光線較暗時(shí)輸出一反向信號(hào)給單片機(jī)，由單片機(jī)作出判斷。（3）繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，由單片機(jī)控制，通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器的線圈，達(dá)到控制外部燈的效果。本設(shè)計(jì)以STC89C51為主控芯片的單片機(jī)聲控?zé)簦溆布糠钟蓡纹瑱C(jī)主控器電路，聲音放大電路，按鍵電路，繼電器驅(qū)動(dòng)電路，光線采集電路，電壓比較電路組成，系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)框圖2.4系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)以51單片機(jī)為主，采用引腳功能和指令系統(tǒng)與MCS-51相兼容的單片機(jī)為核心的電路系統(tǒng)，當(dāng)光線采集模塊檢測(cè)到周圍環(huán)境光線較弱時(shí)，一旦聲音采集模塊檢測(cè)到聲音燈光便會(huì)亮起，內(nèi)置的延時(shí)系統(tǒng)在聲控?zé)艄ぷ饕欢螘r(shí)間后便會(huì)自動(dòng)熄滅，而且可以通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)光線以及聲音強(qiáng)弱的敏感度，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。2.5本章小結(jié)本章主要簡(jiǎn)介了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，先將系統(tǒng)劃分各個(gè)子模塊，在實(shí)現(xiàn)各個(gè)子模塊的功能后再將各個(gè)子模塊合成一個(gè)整體便實(shí)現(xiàn)了聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的功能，闡述了系統(tǒng)的工作原理是在單片機(jī)內(nèi)軟件的控制下當(dāng)外界光線變?nèi)跚矣新曇舻那闆r下聲控?zé)魰?huì)變亮。3.硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)主控電路由于控制、指示、報(bào)警電路都是圍繞單片機(jī)進(jìn)行，所以放在一起闡述。STC89C51為主要的中央處理系統(tǒng)，單片機(jī)是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計(jì)算機(jī)，這些元件包括中央處理器CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器、多種I/O口和中斷系統(tǒng)。由于單片機(jī)具有體積小、價(jià)格低、可靠性高、開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便等特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代電子技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，在智能儀表中單片機(jī)是應(yīng)用最多、最活躍的領(lǐng)域之一。在控制領(lǐng)域中,現(xiàn)如今人們更注意計(jì)算機(jī)的底成本、小體積、運(yùn)行的可靠性和控制的靈活性。在各類儀器、儀表中引入單片機(jī)，可使儀器儀表智能化，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，簡(jiǎn)化儀器儀表的結(jié)構(gòu)，提高其性價(jià)比。（一）STC89C51主要功能、性能參數(shù)如下：（1）內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)51內(nèi)核，機(jī)器周期：增強(qiáng)型為6時(shí)鐘，普通型為12時(shí)鐘;（2）工作頻率范圍：0~40MHZ，相當(dāng)于普通8051的0~80MHZ;（3）STC89C51RC對(duì)應(yīng)Flash空間：4KB;（4）內(nèi)部存儲(chǔ)器（RAM)：256B;（5）定時(shí)器\計(jì)數(shù)器：3個(gè)16位；（6）通用異步通信口（UART）1個(gè)；（7）中斷源:8個(gè)；（8）有ISP(在系統(tǒng)可編程）\IAP(在應(yīng)用可編程),無(wú)需專用編程器\仿真器；（9）通用I\O口：32\36個(gè)；（10）工作電壓：3.8~5.5V；（11）外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等。（二）STC89C51工作方式STC89C51單片機(jī)通常有兩種產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。在51單片機(jī)的內(nèi)部有一震蕩電路，只要其XTAL1和XTAL2外接晶振就可構(gòu)成自激振蕩器并產(chǎn)生脈沖信號(hào)。(1)時(shí)鐘電路STC89C51單片機(jī)通常有兩種產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。在51單片機(jī)的內(nèi)部有一震蕩電路，只要其XTAL1和XTAL2外接晶振就可構(gòu)成自激振蕩器并產(chǎn)生脈沖信號(hào)，內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖3-1所示。其中電容的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振。圖3-1STC89C51內(nèi)部時(shí)鐘電路(2)復(fù)位電路51單片機(jī)的復(fù)位操作分為手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)上電復(fù)位，復(fù)位電路圖如圖3-2所示。①單片機(jī)的手動(dòng)復(fù)位有脈沖方式和電平方式，只需將RST引腳接入高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期便可執(zhí)行復(fù)位操作。②單片機(jī)的自動(dòng)上電復(fù)位則是在保證Vcc上升時(shí)間不超過(guò)1ms的前提下，通過(guò)外部復(fù)位電路電容的充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖3-2STC89C51復(fù)位電路單片機(jī)的手動(dòng)復(fù)位有脈沖方式和電平方式，只需將RST引腳接入高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期便可執(zhí)行復(fù)位操作。其最小系統(tǒng)如圖3-3所示。圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路為了能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，其最小系統(tǒng)必須包含電源，時(shí)鐘，復(fù)位燈部件，電源、時(shí)鐘等電路作為單片機(jī)運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。因STC89C51單片機(jī)含有ROM/EPROM，所以只需要將51單片機(jī)外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路便可完成最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能穩(wěn)定、可靠。但由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。如圖3-4所示圖3-4單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖3.2聲音信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)聲傳感器是一種能將聲波的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電壓和電流的的聲—電轉(zhuǎn)換元件。常用的聲—電轉(zhuǎn)換元件有壓電陶瓷片、駐極體話筒等。

壓電陶瓷片又稱壓電蜂鳴器，它是根據(jù)某些材料的壓電效應(yīng)而制成的。當(dāng)受到外界機(jī)械壓力或振動(dòng)作用時(shí)，某些材料會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，產(chǎn)生電壓和電流，其數(shù)值與作用于材料表面的機(jī)械力成正比。把壓電陶瓷片材料制作成圓形薄片并在其表面上燒滲一層薄的銀層作為電極，經(jīng)過(guò)直流高壓極化，即成為具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷片。

駐極體話筒一般是由駐極體和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組合而成。其中，駐極體是由表面具有永久電荷的某種高分子材料組成包括振膜，背極和空隙三個(gè)部分，在振膜和背極間形成一個(gè)具有定量電荷的電容結(jié)構(gòu)。由于駐極體膜片和金屬板間的電容量較小，因而它的輸出阻抗值很高，大約能達(dá)到幾十兆歐以上，但這么大的阻抗值不能直接與音頻放大器相匹配，可以在話筒內(nèi)接一個(gè)與之相適應(yīng)的輸入阻抗極高的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。駐極體話筒因具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單物美價(jià)廉等特點(diǎn)常被作為聲傳感器。MK1為聲傳感器，當(dāng)沒(méi)有聲音時(shí)，其輸出為低電壓信號(hào)，若有聲音時(shí)，輸出一電壓值，該電壓值經(jīng)過(guò)三極管放大，可以調(diào)節(jié)其阻值，使其放大倍數(shù)改變，起到調(diào)節(jié)聲音靈敏度的作用。如圖3-5所示為聲音信號(hào)采集電路。圖3-5聲信號(hào)采集電路3.3光信號(hào)判斷電路的設(shè)計(jì)光敏電阻又稱光導(dǎo)管，其常用的制作材料為硫化鎘，當(dāng)然還包括硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。之所以用這些材料制作是因?yàn)槠渚哂性谔囟úㄩL(zhǎng)的光照射下阻值迅速減小的特性，而這種特性又是由于光照產(chǎn)生的載流子在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)使電子流向電源的正極，空穴流向電源的負(fù)極，從而使光明電阻的阻值下降。其結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。圖3-6光敏電阻組結(jié)構(gòu)圖光敏電阻是一種利用阻值可隨光線強(qiáng)弱而改變的材料制造的電阻，又稱為光電導(dǎo)探測(cè)器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強(qiáng)，電阻增大。一般用于光的測(cè)量和光電轉(zhuǎn)換等。常用的光敏電阻器為硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。由于光敏電阻對(duì)光線的敏感性與人眼相差無(wú)幾。因而在設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，可用白熾燈或自然光作為控制光源，從而使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。樓道上的聲控開(kāi)關(guān)出了聲音控制外，還必須有光控功能，即在白天時(shí)無(wú)論有無(wú)聲音，都不會(huì)點(diǎn)亮燈泡，只有在夜晚或是光線較暗時(shí)，發(fā)出聲音后，才會(huì)開(kāi)燈。這就必須設(shè)計(jì)一個(gè)光控電路，原理圖如圖3-7所示。圖3-7光信號(hào)判斷電路圖中R6為光敏電阻器，光敏電阻器的主要功能是，當(dāng)沒(méi)有光照或光線不足時(shí)，其阻值較大，達(dá)到兆歐級(jí)以上，相當(dāng)于處于斷路狀態(tài)，此時(shí)R6和R7中間輸出為低電平。而當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻阻值下降，阻值相當(dāng)小，此時(shí)電位器R6與R7的中間輸出為高電位。本設(shè)計(jì)利用光敏阻值的變化與電阻進(jìn)行分壓，得到的電壓值給LM393進(jìn)行電壓比較，通過(guò)10k可調(diào)電阻可以實(shí)現(xiàn)光線限值的調(diào)節(jié)。感應(yīng)光線是否過(guò)弱，將信號(hào)給單片機(jī)處理。3.4LM393電壓比較器介紹LM393主要特點(diǎn)如下：

（1）工作電源電壓范圍比較寬，可工作于單電源，工作范圍：2～36V，也可工作于雙電源，工作范圍為:±1～±18V；

（2）消耗電流小，Icc=0.8mA；

（3）輸入失調(diào)電壓較小，Vi0=±2mV；（4）共模輸入電壓范圍比較寬，Vic在0～Vcc-1.5V之間；（5）輸出可與TTL，DTL，MOS，CMOS等元件兼容；

（6）輸出可以用開(kāi)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）。LM393引腳圖如圖3-8所示：圖3-8

LM393引腳圖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(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí),輸出電壓過(guò)渡的間隙.電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問(wèn)題,標(biāo)準(zhǔn)PC板的設(shè)計(jì)對(duì)減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的.減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號(hào),而且增加甚至很小的正反饋量能導(dǎo)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(hào)是脈沖波形,并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快,則滯回將不需要。

比較器的所有沒(méi)有用的引腳必須接地.LM393偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍2.0~30V無(wú)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(hù)部分必須能阻止輸入電壓向負(fù)端超過(guò)-0.3V。LM393的輸出部分是一個(gè)集電極開(kāi)路,發(fā)射極接地的NPN輸出晶體管,其可以用多集電極輸出提供或ORing功能。LM393的輸出負(fù)載電阻能夠接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上而不受Vcc端電壓值的限制。此輸出能作為一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)地SPS開(kāi)路,輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的β值所限制.當(dāng)達(dá)到極限電流時(shí),輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm的γSAT限制。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),輸出晶體管的低失調(diào)電壓允許輸出箝位在零電平。本設(shè)計(jì)利用光敏阻值的變化與電阻進(jìn)行分壓，得到的電壓值給LM393進(jìn)行電壓比較，通過(guò)10k可調(diào)電阻可以實(shí)現(xiàn)光線限值的調(diào)節(jié)。感應(yīng)光線是否過(guò)弱，將信號(hào)給單片機(jī)處理。同理聲音信號(hào)也是這樣感應(yīng)和比較的，如圖3-9所示：圖3-9電壓比較模塊電路圖3.5繼電器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電磁繼電器一般是由銜鐵、線圈、鐵芯、觸點(diǎn)簧片等元器件組成的。只需在其線圈的兩端加上一定的電壓，電磁繼電器的線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，此時(shí)銜鐵就會(huì)在電磁力的作用下克服彈簧的拉力而吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的常閉觸點(diǎn)與常開(kāi)觸點(diǎn)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁力也隨之消失，此時(shí)銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力下返回到原來(lái)的位置，從而使常開(kāi)觸點(diǎn)與原來(lái)的常閉觸點(diǎn)分開(kāi)。通過(guò)觸點(diǎn)的吸合、釋放達(dá)到在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。我們可以這樣來(lái)區(qū)分電磁繼電器的常開(kāi)與常閉觸點(diǎn)：線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的為常開(kāi)觸點(diǎn)，而處于接通狀態(tài)的則稱之為常閉觸點(diǎn)。繼電器一般有兩股電路，分為低壓控制電路和高壓工作電路。繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖3-10所示，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號(hào)的三極管來(lái)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(méi)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3-10繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖3.6本章小結(jié)本章主要講述了整個(gè)系統(tǒng)的元器件選擇和系統(tǒng)的各個(gè)模塊及其各自的功能，主要的功能模塊有聲音采集模塊，它主要是用來(lái)對(duì)外界聲音的采集，光線采集模塊，主要用于對(duì)外界光線強(qiáng)弱的感知，為了提升系統(tǒng)的負(fù)載能力而添加了繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，將各個(gè)子模塊的功能合在一起便成為一個(gè)聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)。4.軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇單片機(jī)語(yǔ)言的編程一般使用兩種語(yǔ)言：分為C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。其中C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)言,其因可讀性好，易移植而成為一種普遍使用的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,但其占用的資源較多，因而執(zhí)行效率并不高。相反的匯編語(yǔ)言則是一種用文字助記符來(lái)表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言，所以十分接近機(jī)器語(yǔ)言，相應(yīng)的其所占用的資源相對(duì)比較少，執(zhí)行效率高。但不同的CPU所使用的匯編語(yǔ)言又有可能有差異，也就不易移植到不同的CPU中。作為一種被廣泛使用的語(yǔ)言，C語(yǔ)言兼顧了許多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，是一種編譯型設(shè)計(jì)語(yǔ)言。C語(yǔ)言自帶各種功能的庫(kù)函數(shù)，使得運(yùn)算速度加快，編譯效率得到高，同時(shí)C語(yǔ)言具有良好的可移植性，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)的直接控制。此外，C語(yǔ)言擁有當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用的自頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)，其程序也具備完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開(kāi)發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，時(shí)下C語(yǔ)言已然成為用來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的主流。綜上所述，用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的必然趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)就采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，明顯的增加了軟件的可讀性。4.2主程序流程圖主程序流程圖如圖4-1所示,開(kāi)始工作后,系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)此時(shí)外界光線是否在夜間,當(dāng)判定是夜間后,系統(tǒng)會(huì)再次檢測(cè)外界是否存在聲音信號(hào),當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有聲音信號(hào)后繼電器會(huì)吸合,此時(shí)聲控?zé)舯銜?huì)工作,在亮30S后,繼電器會(huì)斷開(kāi),聲控?zé)敉Ｖ构ぷ?。圖4-1主程序流程圖4.3定時(shí)器程序流程圖定時(shí)器程序流程圖如圖4-2所示，當(dāng)繼電器合上燈光亮?xí)r系統(tǒng)便轉(zhuǎn)而進(jìn)入定時(shí)系統(tǒng)，時(shí)間變量會(huì)自動(dòng)增加，當(dāng)工作30S后，變量符合邏輯判斷要求，繼電器斷開(kāi)燈光熄滅，此時(shí)定時(shí)器工作結(jié)束。圖4-2定時(shí)器程序流程圖4.4按鍵程序流程圖按鍵程序流程圖如圖4-3所示,通過(guò)按鍵來(lái)切換系統(tǒng)的工作模式,當(dāng)切換到自動(dòng)模式時(shí),在光線較弱且有聲的情況下,系統(tǒng)便可實(shí)現(xiàn)聲控功能圖4-3按鍵程序流程圖4.5本章總結(jié)本章主要講述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面，運(yùn)用庫(kù)函數(shù)豐富，功能強(qiáng)大的C語(yǔ)言來(lái)編輯系統(tǒng)的控制軟件，并以流程圖的方式將整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行方式展現(xiàn)了出來(lái)，邏輯結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)。從光線的檢測(cè)到聲音的檢測(cè)再到工作時(shí)間的判斷，每一步都井然有序。5.聯(lián)調(diào)與測(cè)試5.1軟件調(diào)試Proteus提供了包含數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)在內(nèi)的相對(duì)較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。Proteus提供了兩種方法用于硬件電路和軟件的調(diào)試：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，另一種則是對(duì)軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。按下Play鍵后,仿真中的紅色指示燈會(huì)亮起,如圖5-1所示,此時(shí)系統(tǒng)處于聲控系統(tǒng)的自動(dòng)模式。圖5-1Proteus軟件由于仿真中無(wú)法模擬周圍環(huán)境中的光線強(qiáng)弱和聲音大小，所以通過(guò)聲音傳感器和光線傳感器開(kāi)關(guān)來(lái)模擬周圍的光線和聲音環(huán)境，此時(shí)按下模式切換鍵，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入工作模式，圖中的黃燈亮起，如圖5-2所示。圖5-2系統(tǒng)處于工作模式調(diào)試成功后可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。通過(guò)設(shè)計(jì)智能聲光控開(kāi)關(guān)，加深了對(duì)單片機(jī)系列的認(rèn)識(shí)。讓我更好的運(yùn)用了本科兩年所學(xué)的知識(shí)，運(yùn)用于實(shí)踐，加深了對(duì)知識(shí)的理解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)習(xí)了很多軟件的使用，包括硬件部分運(yùn)用Protues進(jìn)行設(shè)計(jì)，用Keil進(jìn)行程序編譯，用Protel進(jìn)行制板。5.2硬件調(diào)試接通DC電源后，電路板的黃色模式指示燈會(huì)亮起，如下圖5-3箭頭所指，顯示為此時(shí)為自動(dòng)模式。黃色指示燈黃色指示燈圖5-3自動(dòng)模式當(dāng)遮住箭頭所指光敏電阻，打一下響指或外界存在其他聲音的情況下，駐極體會(huì)采集到聲音，此時(shí)紅色指示燈會(huì)亮起，系統(tǒng)處于工作模式，如圖5-4所示。紅色工作指示燈紅色工作指示燈圖5-4工作模式按下模式切換鍵切換到手動(dòng)模式后，可將系統(tǒng)切換到手動(dòng)模式，此時(shí)可以直接通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制等的亮與滅。如圖5-5所示手動(dòng)按鍵模式切換鍵手動(dòng)按鍵模式切換鍵圖5-5手動(dòng)模式5.3本章小結(jié)本章主要闡述了聲控?zé)粲布{(diào)試和軟件調(diào)試，電路板在接通DC電源后，模式指示燈亮，此時(shí)為自動(dòng)模式，在光線變?nèi)跚矣新曇舻那闆r下燈就亮，工作30S后又會(huì)自動(dòng)熄滅，軟件調(diào)試則是模擬實(shí)物的功能，通過(guò)仿真軟件Proteus可以模擬出與硬件一樣的聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)。6.總結(jié)與展望聲光控開(kāi)關(guān)，省事省電，應(yīng)用廣泛，本文應(yīng)用單片機(jī)微控制器，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，安全可靠。解決了生活中街道、樓道等公共場(chǎng)所燈光長(zhǎng)明于白晝之間的問(wèn)題，節(jié)約了大量的電力資源以及節(jié)省了人力物力。但本設(shè)計(jì)畢竟與現(xiàn)實(shí)環(huán)境有所差異，仍有許多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題沒(méi)有在本設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出來(lái)，相信以后在這方面會(huì)不斷完善，使日常生活更加方便，更加智能化。本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心部件的控制系統(tǒng)，利用軟件編程，最終實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)要求。簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，同時(shí)節(jié)省了單片機(jī)I/O口資源，為系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展留下了空間。系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)初步證實(shí)了系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，提高了電能的利用率。在保證系統(tǒng)性能能夠穩(wěn)定、可靠工作的前提下，硬件方面盡量采用性價(jià)比高的元器件，以降低成本。軟件方面采用多任務(wù)形式對(duì)信號(hào)的采集、處理，達(dá)到最終控制燈光的目的。在設(shè)計(jì)中初步了解了聲光控制電路的工作原理，學(xué)會(huì)了分析電路、設(shè)計(jì)電路的方法和步驟，最主要的是我學(xué)會(huì)了自己來(lái)設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)并在電路板上進(jìn)行焊接，期間雖遇到不少問(wèn)題，但最終在老師和同學(xué)的幫助下都一一解決了。通過(guò)本次設(shè)計(jì)提高了自己對(duì)資料的查閱、信息處理的能力，訓(xùn)練了自己的科學(xué)研究基本功和實(shí)際動(dòng)手能力，培養(yǎng)了知識(shí)綜合運(yùn)用能力，增加了對(duì)社會(huì)普通科學(xué)知識(shí)的了解，為以后寫(xiě)作專業(yè)學(xué)術(shù)論文打下基礎(chǔ)。PAGE35附錄1總電路圖

附錄2仿真圖

附錄3PCB圖附錄4源程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitlight=P3^1; //光線輸入sbitsound=P3^0; //聲音輸入sbitLED_onoff=P3^3; //按鍵：手動(dòng)開(kāi)關(guān)燈sbitchange=P3^