基于51單片機(jī)的智能聲光控開(kāi)關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-4"摘要 ③最小系統(tǒng)的中斷技術(shù)概述中斷技術(shù)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控，通過(guò)主程序的中斷請(qǐng)求源提出的服務(wù)請(qǐng)求來(lái)快速響應(yīng)處理發(fā)生的問(wèn)題。當(dāng)主程序的中斷請(qǐng)求源發(fā)出中斷請(qǐng)求之后，如果中斷請(qǐng)求被允許，單片機(jī)將會(huì)暫時(shí)中止當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序響應(yīng)請(qǐng)求，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序這里來(lái)處理服務(wù)請(qǐng)求。中斷服務(wù)處理程序處理完服務(wù)請(qǐng)求后，再返回到原來(lái)被中止的程序斷電處，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。單片機(jī)有了中斷系統(tǒng)，就不會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間去查詢(xún)是否有服務(wù)請(qǐng)求發(fā)生了，而是會(huì)去主動(dòng)處理問(wèn)題，這便能除去多余的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機(jī)的工作效率和實(shí)時(shí)性。3.2.2繼電器驅(qū)動(dòng)電路繼電器是一種電子控制器件。繼電器是一種當(dāng)輸入端的量(電、磁、聲、光、熱)達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式轉(zhuǎn)化的這樣一種自動(dòng)控制器件，具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之的連帶依靠關(guān)系。圖3.9繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖繼電器通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是反向思路運(yùn)行的，用小的電流去控制大的電流的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，而不是一般的大電流控制小電流。而本設(shè)計(jì)中使用的便是電磁繼電器。電磁繼電器一般由銜鐵、鐵芯、觸點(diǎn)簧片、線(xiàn)圈等原件組成的。只要在線(xiàn)圈兩端加上一定的電壓，單片機(jī)又給三極管一定的電平信號(hào)，連通了三極管加上又有電壓，整個(gè)電路形成回路，電流流經(jīng)線(xiàn)圈通過(guò)三極管集電極發(fā)射極到達(dá)地線(xiàn)，線(xiàn)圈中就會(huì)產(chǎn)生一定的電流，從而出現(xiàn)電磁效應(yīng)，線(xiàn)圈有了電磁吸引銜鐵，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服彈簧的慣性拉力吸向鐵芯，帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)進(jìn)行閉合。若是線(xiàn)圈斷電，電磁對(duì)銜鐵的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的慣性作用力下回到原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)打開(kāi)。當(dāng)輸入端為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出口輸出低電平，繼電器線(xiàn)圈通電，繼電器觸點(diǎn)閉合；當(dāng)輸入端為低電平時(shí)，繼電器線(xiàn)圈斷電，繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)。通過(guò)閉合及打開(kāi)，達(dá)到了在電路中的連通和斷開(kāi)的目的。繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖3.9所示，我所使用的繼電器是由相應(yīng)的PNP型號(hào)三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)繼電器閉合后便能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮控制的燈。3.2.3按鍵電路按鍵電路主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制模塊的開(kāi)關(guān)模式轉(zhuǎn)換，他可以轉(zhuǎn)換為四種模式：復(fù)位模式、手動(dòng)控制模式、自動(dòng)感應(yīng)控制模式、關(guān)閉模式。其中的一個(gè)按鍵是負(fù)責(zé)控制自動(dòng)和手動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換的，另外一個(gè)按鍵則是負(fù)責(zé)復(fù)位和關(guān)閉模式的，將四種模式分裝到兩個(gè)按鍵上避免了一個(gè)按鍵不便利的問(wèn)題，還可以避免四種模式難以控制發(fā)生混亂的問(wèn)題。有了這幾種模式的控制可以使得燈既能自動(dòng)感應(yīng)又能在特殊情況下人為的控制，便利了大眾。圖3.10按鍵電路3.3實(shí)時(shí)顯示模塊3.3.1指示燈電路指示燈電路只要是完成實(shí)時(shí)顯示,按鍵模式的轉(zhuǎn)換顯示就要靠指示燈來(lái)顯示，同樣繼電器線(xiàn)圈閉合的顯示也是要靠指示燈的顯示。4軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言本設(shè)計(jì)是采用C語(yǔ)言程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的，首先我們應(yīng)該先對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行進(jìn)行分析和整理，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)劃分模塊，逐個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)其功能，最終把各個(gè)子模塊合理的連接起來(lái)，構(gòu)成總的程序。此次軟件設(shè)計(jì)根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，以系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，采用模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，確保完成系統(tǒng)功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。軟件設(shè)計(jì)的目的就是讓單片機(jī)加載程序并運(yùn)行，對(duì)距離、時(shí)間、光照強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果控制繼電器的輸出[8]。C語(yǔ)言具備匯編語(yǔ)言的功能。它功能豐富的庫(kù)函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛用的有頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)[10]。此外，C語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(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。因此使用C語(yǔ)言進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)已經(jīng)為軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)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)。程序圖見(jiàn)附錄B。4.2軟件設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的功能:第一,白天光照強(qiáng)有聲音的時(shí)候保證燈不亮，第二,晚上沒(méi)有光的有聲音的時(shí)候燈亮；第三，手動(dòng)模式開(kāi)啟要保證按鍵功能能夠?qū)崿F(xiàn)燈亮30s后燈滅。這是設(shè)計(jì)最重要的三點(diǎn)。有了設(shè)計(jì)的思路整個(gè)設(shè)計(jì)就分為了這樣幾大模塊:第一個(gè)是按鍵模式切換(即自動(dòng)模式和手動(dòng)模式的切換)；第二個(gè)是自動(dòng)模式、手動(dòng)模式工作；第三個(gè)是定時(shí)器模塊。圖4.1系統(tǒng)框圖通過(guò)這三個(gè)模塊我們可以大概的弄出一個(gè)系統(tǒng)模式來(lái)，首先是要對(duì)模式切換的定義，要定義模式切換后輸出顯示燈和控制顯示燈的亮滅問(wèn)題；關(guān)于自動(dòng)模式顯示模塊要解決關(guān)于光感和聲音協(xié)調(diào)控制的問(wèn)題，即白天即使有聲音燈也不能自動(dòng)亮燈，而晚上有聲音要保證等能自動(dòng)亮；定時(shí)器模塊即是關(guān)于燈亮后延長(zhǎng)保持的實(shí)間，這樣可以最大程度的減少能源的浪費(fèi)和軟件開(kāi)銷(xiāo)。主要模塊已經(jīng)分析好，其他的通過(guò)定義很快便能夠得到一個(gè)整體的系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖4.1:有了上述的流程圖，可以根據(jù)其設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行C語(yǔ)言設(shè)計(jì)了，其具備匯編語(yǔ)言的功能。C語(yǔ)言有功能豐富的庫(kù)函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛用的有頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，C語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(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。因此使用C語(yǔ)言進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)已經(jīng)為軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)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)。程序圖見(jiàn)附錄D。4.3ProteusPROTEUS軟件是英國(guó)Labcenter

公司研發(fā)的EDA工具軟件。它是一個(gè)集模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)。是目前同類(lèi)軟件中最先進(jìn)、最完整的電子類(lèi)仿真平臺(tái)之一。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到板生成的完整的電子產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程。Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件），Proteus與其他的仿真軟件相比較，在下面的優(yōu)點(diǎn)：能仿真模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐?；能繪制原理圖和PCB圖；幾乎包括實(shí)際中所有使用的儀器；其最大的亮點(diǎn)在于能夠?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行實(shí)物級(jí)的仿真。5測(cè)試與分析5.1硬件測(cè)試整個(gè)電路板焊接起來(lái)不算是太難，焊接圖上看的也是比較的清晰，但是焊接過(guò)程中還是遇到了一些問(wèn)題。1.像光敏電阻的焊接就是有些問(wèn)題的，總是接觸不良，進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候經(jīng)常會(huì)難以感應(yīng)光的強(qiáng)弱，無(wú)論怎么調(diào)節(jié)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示的紅燈都是亮著的，閉合右下角的開(kāi)關(guān)黃燈亮，紅燈一秒之后自動(dòng)會(huì)亮。最后就只能檢查光敏電阻那里是否有虛焊，才解決了這個(gè)問(wèn)題。2.整個(gè)電路中，不注意的時(shí)候會(huì)有些虛焊的問(wèn)題，像上面的光敏電阻就是虛焊了導(dǎo)致接觸不良，總會(huì)有些沒(méi)有焊好的地方，要進(jìn)行認(rèn)真的檢查，確保每個(gè)地方都焊好了功能才能完整的實(shí)現(xiàn)出來(lái)。不僅是虛焊，還有主要引腳的問(wèn)題，不能接錯(cuò)引腳?？傮w來(lái)說(shuō)就是要認(rèn)真檢查，若是功能顯示不齊全，那一定是焊接的時(shí)候哪部分出了問(wèn)題，要進(jìn)行認(rèn)真的檢測(cè)。5.2軟件測(cè)試聲光控開(kāi)關(guān)整體要實(shí)現(xiàn)的功能比較簡(jiǎn)潔清晰，軟件方面就三個(gè)問(wèn)題：要求光聲條件滿(mǎn)足的時(shí)候燈要亮；開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)模式轉(zhuǎn)換；定時(shí)器的設(shè)定方面。編寫(xiě)程序的時(shí)候就要考慮到這幾個(gè)問(wèn)題，要設(shè)定聲光調(diào)節(jié)滿(mǎn)足燈才能亮，以及模式轉(zhuǎn)換，定時(shí)器時(shí)間的設(shè)定，啟動(dòng)的設(shè)定。（1）軟件剛開(kāi)始設(shè)定的時(shí)候?qū)τ诙〞r(shí)器的問(wèn)題沒(méi)有設(shè)定好，關(guān)于何時(shí)啟動(dòng)何時(shí)關(guān)閉，燈亮后多少時(shí)間內(nèi)是要關(guān)閉，還是要繼續(xù)打開(kāi)，最開(kāi)始沒(méi)考慮到要關(guān)閉定時(shí)器，所以只要燈亮條件滿(mǎn)足后定時(shí)器就一直打開(kāi)了，但是太浪費(fèi)電了，本設(shè)計(jì)是響應(yīng)節(jié)能的，最后還是選擇完成定時(shí)任務(wù)后關(guān)閉它。（2）還有就是模式轉(zhuǎn)換，模式轉(zhuǎn)換上，同樣關(guān)于設(shè)定的問(wèn)題，手動(dòng)模式的時(shí)候燈亮條該怎么協(xié)調(diào)，總是弄反。5.3測(cè)試結(jié)果分析（1）測(cè)試的時(shí)候，光敏電阻部分總是接觸不良，后面發(fā)現(xiàn)是虛焊的問(wèn)題，多對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，就會(huì)減少很多的問(wèn)題。（2）對(duì)于軟件部分總會(huì)有些小的疏忽，沒(méi)有設(shè)定好定時(shí)器，或者是模式轉(zhuǎn)換的設(shè)定，要經(jīng)過(guò)好好的思路分析。最后按照程序流程圖對(duì)照查看功能，檢查最后的顯示。6總結(jié)這次設(shè)計(jì)的主題聲光控開(kāi)關(guān)可以很好的控制以及節(jié)省能源，應(yīng)用較廣泛，是有一定的研究?jī)r(jià)值的。整個(gè)設(shè)計(jì)體系是以STC89C51單片機(jī)為核心，其他模塊包括聲音采集模塊、光信息采集模塊、繼電模塊、晶振模塊、復(fù)位模塊、按鍵模塊、指示燈模塊幾部分來(lái)輔助完成總的目標(biāo)。STC89C51它是在集成電路芯片上集成了各類(lèi)元件的微型計(jì)算器，各原件基于一身使得單片機(jī)的不僅多功能化還具有體積較小、價(jià)格較低、可靠性較高、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方便等特點(diǎn)，在各類(lèi)器件中引入單片機(jī)，編程使器件智能化，可以提高器件的自動(dòng)化程度和精準(zhǔn)度，增強(qiáng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，簡(jiǎn)化方便器件的硬件結(jié)構(gòu)，總體來(lái)說(shuō)應(yīng)用到本設(shè)計(jì)中是十分契合的。通過(guò)聲光控原件、電壓比較器、繼電器各個(gè)部分的綜合作用，能夠很好實(shí)現(xiàn)整體功能。結(jié)合了各部分器件，整體來(lái)說(shuō)還是比較使用節(jié)能的，經(jīng)過(guò)聲光檢測(cè)元件將信號(hào)傳達(dá)給電壓比較器輸出給單片機(jī)處理，信號(hào)處理過(guò)后由繼電器驅(qū)動(dòng)負(fù)載，利用雙電壓比較輸出電信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，又有繼電器驅(qū)動(dòng)負(fù)載，通過(guò)一系列的帶動(dòng)程序來(lái)控制系統(tǒng)減少電量損耗，又通過(guò)定時(shí)器的控制和各項(xiàng)條件控制使得最后能夠減少資源的浪費(fèi)。原件綜合起來(lái)，比較便宜適合廣大人民群眾的，性?xún)r(jià)比較高。經(jīng)過(guò)這次的畢設(shè)，突然間發(fā)現(xiàn)動(dòng)手前一定要先整理好思路，得到整體的框架了再著手會(huì)輕松很多。由于前面的分析使得設(shè)計(jì)總體做起來(lái)有頭緒多了，雖然也有很多的不懂和困難，但是完成了那些問(wèn)題就都不算什么了。很難想象自己能認(rèn)真的去完成一個(gè)項(xiàng)目，這次經(jīng)過(guò)自己的實(shí)踐，學(xué)會(huì)了不少東西，通過(guò)對(duì)目標(biāo)的分析將各個(gè)功能分細(xì)到各個(gè)模塊，將各個(gè)功能協(xié)調(diào)運(yùn)用，對(duì)比目標(biāo)功能來(lái)尋找合適的原件，整理好原理圖，學(xué)會(huì)了如何去用軟件實(shí)現(xiàn)各自的功能，把以前差點(diǎn)忘掉的原理圖制作還有PCB圖制作仿真等實(shí)踐都復(fù)習(xí)了一遍鞏固了以前的知識(shí)。通過(guò)此次設(shè)計(jì)我還加深了對(duì)STC89C51單片機(jī)以及LM393等原件的了解，也鍛煉了自己查找資料的能力。自己的能力得到了很大的提升，也能夠更加認(rèn)真的去做好一件事情了，更明白了完成一件事情前一定要有好的思路再開(kāi)始動(dòng)手，有什么不懂得地方也要多問(wèn)同學(xué)多自己上網(wǎng)搜索資料。總的來(lái)說(shuō)收貨頗多。參考文獻(xiàn)[1]張毅剛，彭喜元，彭宇編著.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].高等教育出版社，2010.5：92～102.[2]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程.第1版[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001：31～43.[3]趙曉安.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學(xué)出版社，2001.3：17～21.[4]焦中平.照明燈聲光控制電路及制作[M].科教文匯，2007：71～78.[5]胡斌.元器件及實(shí)用電路[M].電子工業(yè)出版社,2007年7月：147～148.[6]肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.8：41～46.[7]趙家貴.傳感器電路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].中國(guó)計(jì)量出版社2002年：17～26.[8]王俊杰.檢測(cè)技術(shù)與儀表[M].武漢理工大學(xué)出版社2002年：35～37.[9]孫涵芳.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社1996年：48～49.[10]譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第四版）[M].清華大學(xué)出版社2010年6月：34～41.[11]郝希才.實(shí)用傳感器接口電路實(shí)例[M].中國(guó)電力出版社2007年：57～59.致謝大學(xué)四年最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這里，首先要衷心地感謝彭曉良老師一直以來(lái)對(duì)我們的指導(dǎo)和幫助。正是老師時(shí)刻的關(guān)心與耐心的指導(dǎo)才能讓我們這么快的掌握了這么多的知識(shí)，得到了一定的實(shí)踐能力，在這里再次感謝老師的幫助。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，這四年學(xué)得的大部分知識(shí)得到了充分的應(yīng)用，以前沒(méi)有完全掌握的難點(diǎn)得到了解決，也是要感謝四年來(lái)一直教育我們的老師感謝各位老師的細(xì)心指導(dǎo)讓我們能夠收獲頗多同時(shí)，培養(yǎng)了我們實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，進(jìn)一步提高了自己的自學(xué)能力。這對(duì)即將完全踏入社會(huì)的我們來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很大的收獲。也要感謝陪伴我一路走來(lái)的同學(xué)朋友，他們也在生活學(xué)習(xí)中給了我不少幫助，在做畢設(shè)時(shí)給了我不少的建議和幫助。最后，我要感謝懷化學(xué)院，在這里，我們不僅學(xué)到了豐富的專(zhuān)業(yè)和生活各方面的處理能力，更學(xué)到了如何去為人，這將是我人生中一筆巨大的財(cái)富。在這里，我向?qū)W校的每一位老師致以最真誠(chéng)的謝意！感謝你們陪伴我們一起走過(guò)了最美好的四年。附錄：附錄A根據(jù)之前用ROTEL99SE做的電路原理圖生成PCB板。繪制完電路原理圖之后，要檢測(cè)是否正確，再進(jìn)行電器規(guī)則檢測(cè)，然后生成相應(yīng)的網(wǎng)路報(bào)表。最后把原理圖生成PCB。生成后，對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)布線(xiàn)。附錄B系統(tǒng)全程序：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitlight=P3^1; //光線(xiàn)輸入sbitsound=P3^0; //聲音輸入sbitLED_onoff=P3^3; //按鍵：手動(dòng)開(kāi)關(guān)燈sbitchange=P3^2; //按鍵：模式切換sbitled=P0^0; //模式指示燈sbitLED_out=P2^6; //輸出控制燈bitMode=0; //=0自動(dòng)=1手動(dòng)ucharsec=0; //定義秒變量控制燈亮?xí)r間voiddelay(uintxms) //延時(shí)函數(shù)約為1ms{ uinti,j; for(i=0;i<xms;i++) for(j=0;j<110;j++);}voidinit() //初始化函數(shù)定時(shí)器等{ TMOD=0x01; ET0=1; EA=1; TH0=0x3c; TL0=0xb0; TR0=0;}voidkey() //按鍵函數(shù){ if(change==0) //模式切換按下時(shí) { delay(50); //去抖 if(change==0) //再次判斷是否按下 { Mode=!Mode; //切換模式 led=Mode; //控制模式指示燈的亮滅 if(Mode==1) //切換到手動(dòng)模式時(shí)如果燈是亮的，就熄滅燈；反之則反 LED_out=!LED_out; elseif(Mode==0)//切換到自動(dòng)模式時(shí)如果燈是亮的就計(jì)時(shí)sec后熄燈 { if(LED_out==0) { TR0=1; sec=0; } else delay(500); } while(!change); //按鍵釋放 } } if