教室節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院</p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題目：教室節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系 別： 光電信息系 </p><p>　　專 業(yè)：

2、 光電信息工程專業(yè) </p><p>　　班 級(jí)： B090104 </p><p>　　學(xué) 生： 劉釗 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： B09010412 </p><p>　　指導(dǎo)教師：

3、張雄星 王可寧 </p><p><b>　　2013年5月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　系 別 專業(yè) 班 姓名 學(xué)號(hào) </p><p>

4、;　　1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 教室節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.題目背景和意義：按照國(guó)標(biāo)規(guī)定，教室照明的功率密度約為10W/m2，假設(shè)教室的平均面積為100m2，則照明負(fù)荷約為1kW。如果每天正常使用時(shí)間為15小時(shí)，那么，每天每間教室的用電量為1kW×15h＝15kWh，學(xué)生年在校為270天，則每間教室年用電量約為4050kWh。針對(duì)目前高校教室照明用電嚴(yán)重浪費(fèi)的問(wèn)題

5、，通過(guò)紅外傳感器檢測(cè)教室是否有人，檢測(cè)教室內(nèi)光線照度是否合格，并依靠單片機(jī)來(lái)智能控制照明燈的亮滅，從而達(dá)到有效節(jié)約用電、降低學(xué)校的經(jīng)費(fèi)開(kāi)支的目的。該項(xiàng)目具有重要的實(shí)用價(jià)值和意義。 </p><p>　　3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：</p><p>　　紅外傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。本課題要求學(xué)生利用傳感器、單片機(jī)、可見(jiàn)光探測(cè)器件、繼電器、開(kāi)關(guān)等

6、器件設(shè)計(jì)一款教室照明節(jié)能系統(tǒng)的硬件電路，利用熱釋紅外探測(cè)器來(lái)檢測(cè)教室的光線亮度和是否有學(xué)生。若有學(xué)生而且室內(nèi)光線照度不夠，則系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)燈；若教室里無(wú)學(xué)生或光線照度符合要求，則節(jié)電裝置自動(dòng)關(guān)閉供電電源。</p><p>　　通過(guò)采用熱釋紅外探測(cè)技術(shù)、可見(jiàn)光探測(cè)技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了教室照明的智能控制，在一定程度上節(jié)省了大量的人力物力，與傳統(tǒng)的聲音控制照明相比有很大的優(yōu)勢(shì)，不需要人類(lèi)發(fā)出聲音，正好與教室安靜的環(huán)境相

7、符合。該課題的主要任務(wù)是：（1）了解并查閱紅外傳感器的資料并選擇合適的傳感器；（2）選取所需元件，搭建系統(tǒng)的硬件電路；（3）利用Protel軟件制作系統(tǒng)的硬件電路原理圖；（4）實(shí)現(xiàn)教室的節(jié)能照明自動(dòng)控制功能、自動(dòng)節(jié)電。 技術(shù)指標(biāo)：（1）濾光晶片的波長(zhǎng)為7 - 10μm ；（2）不同顏色的LED燈實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)指示作用。

8、 </p><p>　　4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： </p><p>　　` 2012.11.26--2012.12.28： 查閱資料，充分理解課題，開(kāi)題答辯； </p>

9、;<p>　　2012.12.28—2013.3.15： 進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，搭建系統(tǒng)，撰寫(xiě)中期報(bào)告，中期檢查； </p><p>　　2013.3.15—203.4.7： 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，分析結(jié)果，完成整個(gè)設(shè)計(jì)；

10、 </p><p>　　2013.4.7-2013.4.20：撰寫(xiě)畢業(yè)論文，進(jìn)行論文內(nèi)容、格式審查； </p><p>　　2013.4.20-20135.12：論文定稿、成果驗(yàn)收，上交論文、答辯

11、 </p><p>　　5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 </p><p>　?、?實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： </p>

12、<p>　?、?圖紙（幅面和張數(shù)）*： 1張Protel電路原理圖。 </p><p>　?、?其他要求： 1篇3000字的外文翻譯 ；</p><p>　　15篇參考文獻(xiàn)，其中至少1篇外文參考文獻(xiàn)；</p><p>　　1篇不少于1.5萬(wàn)字的畢業(yè)論文。

13、 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　學(xué)生簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任審批： 年 月

14、 日</p><p>　　說(shuō)明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊(cè)，一份教師自留。</p><p>　　2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。</p><p>　　教室節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　日常生活中電能浪費(fèi)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，教室照明浪

15、費(fèi)現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。由于使用學(xué)生不固定以及學(xué)生的節(jié)能意識(shí)的淡薄，白天教室照度很高的情況下，仍然普遍存在開(kāi)燈作業(yè)；即使教室無(wú)人的情況下，也是全部開(kāi)啟教室照明。長(zhǎng)明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在給社會(huì)造成了巨大的浪費(fèi)。</p><p>　　本文通過(guò)熱釋型紅外傳感技術(shù)，利用人體的紅外信號(hào)和光照強(qiáng)度作為檢測(cè)目標(biāo)。當(dāng)人進(jìn)入其探測(cè)區(qū)域內(nèi)，紅外傳感器將人體紅外信號(hào)傳遞給信號(hào)處理系統(tǒng)，從而實(shí)施對(duì)控制電路的驅(qū)動(dòng)與否，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)

16、象的具體控制，最終由單片機(jī)對(duì)房間內(nèi)是否有人和光線的綜合實(shí)時(shí)控制。在有人的情況下光照強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定值則燈不亮，光照強(qiáng)度低于設(shè)定值則燈亮。根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)控制燈的開(kāi)關(guān)，這樣就會(huì)杜絕嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象，并且具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；教室照明節(jié)能；熱釋紅外傳感器；光敏電阻</p><p>　　The Hardware Design of Classroom Energy-

17、efficient Lighting Intelligent Control System</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　In daily life, electric energy waste phenomenon is serious waste phenomenon is serious, the classroom

18、 lighting. As energy-saving awareness using the student is not fixed and students' lack of classroom illumination, the day is very high, still exists on the job; even the classroom no circumstances, are all open clas

19、sroom lighting. Pilot lamp meet the eye everywhere, people do not walk out phenomenon exists everywhere caused great waste to society.</p><p>　　The pyroelectric infrared sensor technology, light intensity as

20、 targets by the human body infrared signal and light. When people enter the detection area, infrared sensor transmits the human body infrared signals to the signal processing system, thus the implementation of the drive

21、control circuit or not, realize the control of a controlled object, integrated real-time control is ultimately the room if someone and light. In the case of light intensity reaches the set value does not light, the li<

22、;/p><p>　　Keywords: single chip microcomputer; classroom lighting energy saving; pyroelectric infrared sensor; photosensitive resistance</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&g

23、t;　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1本課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3本課題研究的主要內(nèi)容2</p><p>　　2 系統(tǒng)方案論證4</p><p>　　2.1節(jié)能照明實(shí)現(xiàn)方式方案論證4</p>&

24、lt;p>　　2.1.1系統(tǒng)最基本的實(shí)現(xiàn)方案4</p><p>　　2.1.2 教室照度可調(diào)方案5</p><p>　　2.1.3系統(tǒng)設(shè)定調(diào)光電路工作的方案6</p><p>　　2.1.4方案的比較與選擇7</p><p>　　2.2可見(jiàn)光檢測(cè)電路方案論證8</p><p>　　2.2.1光敏電阻檢測(cè)

25、方案8</p><p>　　2.2.2光敏二極管檢測(cè)方案9</p><p>　　2.2.3方案的比較與選擇9</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件核心器件介紹10</p><p>　　3.1 AT89C51單片機(jī)器件簡(jiǎn)介10</p><p>　　3.2人體紅外檢測(cè)器件簡(jiǎn)介13</p><p

26、>　　3.2.1熱釋電紅外傳感器13</p><p>　　3.2.2菲涅耳透鏡15</p><p>　　3.2.3熱釋電傳感器信號(hào)處理芯片18</p><p>　　3.3可見(jiàn)光檢測(cè)器件簡(jiǎn)介22</p><p>　　3.3.1光敏電阻23</p><p>　　3.3.2電壓比較器24</p>

27、<p>　　4 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1.1復(fù)位電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1.2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.2人體紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.3可見(jiàn)光檢測(cè)電路設(shè)計(jì)29</p

28、><p>　　4.4按鍵電路設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.5 LED照明電路設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.6執(zhí)行模塊電路設(shè)計(jì)32</p><p>　　5系統(tǒng)焊接調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析34</p><p>　　5.1PCB板焊接34</p><p>　　5.2單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟3

29、6</p><p>　　5.3主要問(wèn)題分析36</p><p><b>　　6 結(jié)論38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　致謝40</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明

30、41</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明42</p><p>　　附錄1系統(tǒng)protel電路原理圖43</p><p>　　附錄2系統(tǒng)主程序44</p><p>　　附錄3照明基礎(chǔ)知識(shí)47</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>

31、　　1.1本課題研究的目的和意義</p><p>　　加強(qiáng)高校節(jié)電管理，特別是照明節(jié)電不僅可以有效地節(jié)約用電、降低學(xué)校的經(jīng)費(fèi)開(kāi)支，更重要的是通過(guò)學(xué)校的示范表率作用，提高學(xué)生乃至全社會(huì)的節(jié)電意。</p><p>　　按照國(guó)標(biāo)的規(guī)定，教室照明的功率密度約為10W/m2，假設(shè)教室的平均面積為100m2，則照明負(fù)荷約為1kW。如果每天正常使用時(shí)間為15小時(shí)，那么，一天每間教室的用電量為1kW

32、15;15h＝15kWh，學(xué)生年在校為270天，則年用電量約為4050kWh.如果學(xué)校按照100m2折合教室數(shù)量為200間，則照明用電量為81萬(wàn)度左右。若節(jié)電率以平均30%計(jì)算，則一年可節(jié)電24.3萬(wàn)度，可節(jié)約電費(fèi)15～20萬(wàn)元左右。而且目前國(guó)家提倡節(jié)約型社會(huì)，節(jié)約型校園。建設(shè)節(jié)約型的校園的當(dāng)務(wù)之急該是節(jié)省不該用的能源，防止浪費(fèi)。據(jù)報(bào)道，很多高校的自習(xí)室等場(chǎng)所用電浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。大家都已經(jīng)習(xí)慣讓教室成為長(zhǎng)明場(chǎng)所。專家們?yōu)榇怂懔艘还P賬：教室

33、無(wú)人后如果不關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，初步估算全國(guó)各高校每年將因此浪費(fèi)20億度電以上。20億度電意味著什么呢？如果按平均每度電0.7元計(jì)算就意味著會(huì)損失十幾億元。節(jié)約用電，本人們應(yīng)該從身邊做起。為此本人們?cè)诮淌业挠秒娚祥_(kāi)動(dòng)腦筋想辦法，做試驗(yàn)，提建議，為節(jié)能校園的建設(shè)貢獻(xiàn)一份力量</p><p>　　現(xiàn)代化家居照明系統(tǒng)要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)引入智能化的概念。在傳統(tǒng)的家居照明系統(tǒng)中，一般都是綜合布線，使用刀開(kāi)關(guān)來(lái)控制，燈具的壽

34、命短，較費(fèi)電。但近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)照明燈具節(jié)能和科學(xué)管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化領(lǐng)域的地位越來(lái)越重要。而在商品房的建設(shè)熱潮中，各大樓盤(pán)和房地產(chǎn)商也意識(shí)到了智能照明的重要性。使用智能照明控制系統(tǒng)，更能體現(xiàn)其在節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢(shì)。紅外智能節(jié)電開(kāi)關(guān)由于觸發(fā)的時(shí)候不需要人發(fā)出任何聲音，而是人走過(guò)時(shí)身體向外界散發(fā)紅外熱量最終控制燈具的開(kāi)啟，當(dāng)人離開(kāi)后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)，自動(dòng)熄滅。因?yàn)椴煌诼暪饪責(zé)?，不需?/p>

35、聲音和開(kāi)關(guān)控制，從而避免了聲控噪音的侵?jǐn)_，同時(shí)因?yàn)樗歉袘?yīng)人體熱量控制開(kāi)關(guān)，所以避免了無(wú)效電能的損耗，達(dá)到節(jié)能效果。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外同領(lǐng)域大多都研究到智能自動(dòng)控制在照明中的應(yīng)用，以熱釋紅外為基礎(chǔ)來(lái)檢測(cè)是否有人，靠單片機(jī)來(lái)實(shí)行自動(dòng)控制，但是大多數(shù)只是停留在理論階段，并未在實(shí)際生活中像聲控那樣廣泛應(yīng)用，而高校中用電量30%-40%都用在

36、照明上，在這部分中浪費(fèi)極為嚴(yán)重。因此，必須有一套節(jié)能設(shè)施，本作品正好可以解決出現(xiàn)的這些問(wèn)題。現(xiàn)在的公共場(chǎng)所照明（比如公共走廊及樓梯間）應(yīng)用最多的還是幾年前出現(xiàn)的聲光控延時(shí)燈具和開(kāi)關(guān)。這種燈具和開(kāi)關(guān)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了人來(lái)燈亮，人走燈滅，目前已成為公共場(chǎng)所照明開(kāi)關(guān)的主流產(chǎn)品。當(dāng)然，這種產(chǎn)品在某種程度上說(shuō)確實(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，但同時(shí)也給人們的生存環(huán)境造成了一定的破壞。由于產(chǎn)品本身性能的限制，這種聲光控?zé)艟吆烷_(kāi)關(guān)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)需要（超過(guò)60分貝）聲

37、音的配合，這就給大眾需要的安靜環(huán)境造成一定的噪聲污染。</p><p>　　1.3本課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　作為一名即將畢業(yè)的學(xué)生，在校期間，對(duì)學(xué)校的教室以及圖書(shū)館的照明設(shè)計(jì)不太滿意。本人認(rèn)為有很多可以改進(jìn)的地方。試舉一下幾種不太好的現(xiàn)象：</p><p>　　一是在不需要開(kāi)燈的情況下，燈長(zhǎng)亮；</p><p>　　二是人走燈

38、長(zhǎng)明，以至于管理員很辛苦的一個(gè)教室挨一個(gè)教室的去關(guān)燈。</p><p>　　因?yàn)檫@些情況都造成了很多不必要的浪費(fèi)。這樣下來(lái)，無(wú)形中所浪費(fèi)的電能是非常驚人的。據(jù)測(cè)算，這種現(xiàn)象的耗電占其單位所有耗電的40% 左右。因此，有必要在保證照明質(zhì)量的前提下，實(shí)施照明節(jié)能措施。這不僅可以節(jié)約能源，而且會(huì)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　當(dāng)然說(shuō)經(jīng)過(guò)教導(dǎo)，相信肯定可以減少這些浪費(fèi)能源的情況發(fā)生，但從

39、技術(shù)上完全可以解決這個(gè)問(wèn)題。廉價(jià)實(shí)用的單片機(jī)就是為此而生的。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了計(jì)算機(jī)各基本功能部件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括CPU、ROM、RAM、I/O口、定時(shí)器與計(jì)數(shù)器以及中斷系統(tǒng)等等。單片機(jī)在現(xiàn)代生活和工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用所受到的主要限制不是技術(shù)問(wèn)題，而是創(chuàng)造力和技巧上的問(wèn)題。</p><p>　　針對(duì)生活中這種照明中電能浪費(fèi)的現(xiàn)象設(shè)計(jì)一套使用單片機(jī)控制的智能照明系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的主要應(yīng)用范圍

40、也是教室、圖書(shū)館和辦公室等公共場(chǎng)所。</p><p>　　該系統(tǒng)應(yīng)用了兩種傳感器，人體紅外傳感器和自然光線傳感器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的自然照明情況和人員情況，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)與控制的功能，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。具體功能如下：</p><p>　　第一，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人體紅外檢測(cè)電路，有進(jìn)入探測(cè)范圍時(shí)輸出信號(hào)。</p><p>　　第二，系統(tǒng)設(shè)計(jì)自然光檢測(cè)電路，對(duì)照明現(xiàn)場(chǎng)的亮度進(jìn)行自

41、動(dòng)檢測(cè)。雖在工作時(shí)間，但現(xiàn)場(chǎng)的亮度如果能夠滿足設(shè)定要求時(shí)，系統(tǒng)同樣關(guān)閉照明設(shè)備。</p><p>　　第三，設(shè)計(jì)按鍵電路，設(shè)定強(qiáng)制開(kāi)燈和強(qiáng)制關(guān)燈按鍵。如有需要人為開(kāi)燈或滅燈，可按相應(yīng)鍵。比如在教室內(nèi)，晚上要演示幻燈片，現(xiàn)實(shí)條件是室內(nèi)有人，自然照度不滿足工作要求，按照系統(tǒng)的自動(dòng)控制程序，是不會(huì)滅燈的，但本人們確實(shí)需要燈滅，這時(shí)就可以按下強(qiáng)制關(guān)燈按鍵[8]。</p><p>　　設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的理

42、念是：第一，“以人為本，人使用燈”；第二，“節(jié)能環(huán)?！?。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)方案論證</b></p><p>　　2.1節(jié)能照明實(shí)現(xiàn)方式方案論證</p><p>　　在設(shè)計(jì)最初需要一個(gè)整體的思路來(lái)確定設(shè)計(jì)的框架。首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)來(lái)確定所需的功能模塊；然后按照一定的作用順序把各個(gè)功能模塊連接起來(lái)。</p><

43、;p>　　本系統(tǒng)需要兩個(gè)傳感器來(lái)分別檢測(cè)人體紅外信號(hào)和自然光強(qiáng)信號(hào)，需要按鍵電路來(lái)強(qiáng)制燈的開(kāi)關(guān)，還需要指示電路來(lái)指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，等等[7]。</p><p>　　如圖2.1，為該照明系統(tǒng)總體框圖。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　該照明系統(tǒng)總體框圖，包括：系統(tǒng)核心AT89C51單片機(jī)，輸入為兩個(gè)傳感器電路即人體紅外檢測(cè)電路和

44、自然光檢測(cè)電路，強(qiáng)制開(kāi)關(guān)的按鍵電路。輸出是LED指示電路以及繼電器執(zhí)行電路。最后由繼電器電路來(lái)控制照明電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)照明的自動(dòng)控制。</p><p>　　這里的流程圖是方案流程圖，是提出來(lái)的思路流程圖?？梢蕴岢龊脦追N方案，來(lái)進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)，最終確定一種比較合理的方案，如下是本人提出的三種方案。</p><p>　　2.1.1系統(tǒng)最基本的實(shí)現(xiàn)方案</p><p>

45、;　　如圖2.2是一種系統(tǒng)最基本的實(shí)現(xiàn)方案的流程圖。</p><p>　　控制方案的流程圖，流程經(jīng)過(guò)初始化以后，先判斷有無(wú)按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒(méi)有，繼續(xù)判斷紅外檢測(cè)電路有無(wú)探測(cè)到有人，無(wú)人時(shí)，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無(wú)按鍵按下。如果探測(cè)到有人，就接著判斷當(dāng)前照度是否滿足設(shè)定要求。若照度滿足要求，繼續(xù)返回滅燈程序；若不滿足，就給繼電器一個(gè)動(dòng)作信號(hào)，使其動(dòng)作，從而開(kāi)啟照明電路[9]。</p&

46、gt;<p>　　圖2.2系統(tǒng)最基本的實(shí)現(xiàn)方案流程圖</p><p>　　在設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程時(shí)，是先判斷光照還是先檢測(cè)是否有人是，本人遵循的原則是“以人為本，人使用燈”。如果沒(méi)有人，開(kāi)關(guān)燈就無(wú)意義，所以應(yīng)先判斷是否有人，而不是先判斷光照情況。</p><p>　　本方案是智能照明系統(tǒng)的一種最簡(jiǎn)單的流程圖，表現(xiàn)在什么地方呢，就是它只控制燈的亮與滅，沒(méi)有調(diào)光功能。后面的方案將體現(xiàn)方案

47、一的這點(diǎn)不足。</p><p>　　2.1.2 教室照度可調(diào)方案</p><p>　　如圖2.3為照明系統(tǒng)調(diào)節(jié)照度方案的流程圖。</p><p>　　圖2.3教室照度可調(diào)方案流程圖</p><p>　　如果設(shè)計(jì)的照明控制系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)照度，那么照明效果和節(jié)能效果將會(huì)更好。</p><p>　　如圖2.3具有兩個(gè)照明調(diào)節(jié)等

48、級(jí)的方案。按鍵判斷與有沒(méi)有人的判斷與方案一相同，可見(jiàn)光照度判斷與方案一不同，其工作方式為：設(shè)照度X2>X1>0,當(dāng)環(huán)境照度E>X2時(shí)，不需要人工照明：當(dāng)X1<E<X2時(shí)，開(kāi)一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng)E<X1時(shí)，燈全部打開(kāi)。這樣在傍晚，陰天的時(shí)候，就可以比方案一節(jié)約不少電能。</p><p>　　2.1.3系統(tǒng)設(shè)定調(diào)光電路工作的方案</p><p>　

49、　如圖2.4為照明控制系統(tǒng)設(shè)定調(diào)光電路工作方案的流程圖。</p><p>　　圖2.4 調(diào)光電路流程圖</p><p>　　此方案的特別之處也在于它的可見(jiàn)光檢測(cè)電路和調(diào)光電路。它能夠監(jiān)測(cè)當(dāng)前照度值E1，與設(shè)定值E0作比較，當(dāng)E1<E0時(shí)，啟動(dòng)調(diào)光電路進(jìn)行照明補(bǔ)償，維持照度不低于設(shè)定值E0。方案三的可見(jiàn)光檢測(cè)電路精度要高于前兩種方案，因?yàn)樗恼{(diào)光需要一個(gè)精確的反饋值來(lái)設(shè)定調(diào)光電路的工

50、作。</p><p>　　這種方案對(duì)于教室，圖書(shū)館等場(chǎng)所，這種需要一個(gè)恒定照度的場(chǎng)合是非常合適的，如果希望熒光燈能實(shí)現(xiàn)照度調(diào)節(jié)，需要配合數(shù)字整流器。</p><p>　　2.1.4方案的比較與選擇</p><p>　　對(duì)于方案一流程經(jīng)過(guò)初始化以后，先判斷有無(wú)按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒(méi)有，繼續(xù)判斷紅外檢測(cè)電路有無(wú)探測(cè)到有人，無(wú)人時(shí)，滅燈并返回繼續(xù)判

51、斷有無(wú)按鍵按下。如果探測(cè)到有人，就接著判斷當(dāng)前照度是否滿足設(shè)定要求。若照度滿足要求，繼續(xù)返回滅燈程序；若不滿足，就給繼電器一個(gè)動(dòng)作信號(hào)，使其動(dòng)作，從而開(kāi)啟照明電路。</p><p>　　方案二按鍵判斷與有沒(méi)有人的判斷與方案一相同，可見(jiàn)光照度判斷與方案一不同，其工作方式為：設(shè)照度X2>X1>0,當(dāng)環(huán)境照度E>X2時(shí)，不需要人工照明：當(dāng)X1<E<X2時(shí)，開(kāi)一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng)E

52、<X1時(shí)，燈全部打開(kāi)。這樣在傍晚，陰天的時(shí)候，就可以比方案一節(jié)約不少電能。</p><p>　　第三種方案它夠監(jiān)測(cè)當(dāng)前照度值E1，與設(shè)定值E0作比較，當(dāng)E1<E0時(shí)，啟動(dòng)調(diào)光電路進(jìn)行照明補(bǔ)償，維持照度不低于設(shè)定值E0。方案三的可見(jiàn)光檢測(cè)電路精度要高于前兩種方案，因?yàn)樗恼{(diào)光需要一個(gè)精確的反饋值來(lái)設(shè)定調(diào)光電路的工作。</p><p>　　盡管方案一是最簡(jiǎn)單，最基本的方案，卻也體現(xiàn)

53、了智能照明的基本思路。方案二實(shí)現(xiàn)兩種等級(jí)的控制，方案三實(shí)現(xiàn)一種連續(xù)的控制是比較難的。這次設(shè)計(jì)本人就以第一種方案來(lái)設(shè)計(jì)該照明系統(tǒng)。</p><p>　　2.2可見(jiàn)光檢測(cè)電路方案論證</p><p>　　可見(jiàn)光檢測(cè)電路中的感光器件有兩種：一種為光敏電阻，另一種為光敏二極管。</p><p>　　2.2.1光敏電阻檢測(cè)方案</p><p>　　如圖

54、2.5光敏電阻電路圖，該方案的感光器件為光敏電阻R25，R19-為精密電阻。光敏電阻R25一端接+5V電源，另一端與R19電阻分壓。</p><p>　　圖2.5 光敏電阻電路圖</p><p>　　該方案的感光器件為光敏電阻R25，R19為精密電阻。光敏電阻R25一端接+5V電源，另一端與R19的電阻分壓。當(dāng)有光照射時(shí)，光敏電阻阻值下降，三級(jí)管VT進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出為低電平；當(dāng)無(wú)光照時(shí)

55、，三極管VT截止，輸出為高電平。經(jīng)電壓比較器與反向器整形后直接與單片機(jī)I/O口連接。</p><p>　　2.2.2光敏二極管檢測(cè)方案</p><p>　　如圖2.6光電二極管電路圖。</p><p>　　圖2.6 光電二極管電路圖</p><p>　　使用一個(gè)光敏二極管D2，電壓比較器U3為電壓比較器集成芯片LM339的一個(gè)單元，電壓比

56、較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器。</p><p>　　2.2.3方案的比較與選擇</p><p>　　方案一使用一個(gè)光敏電阻作為光線傳感器檢測(cè)環(huán)境的光照度,光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。同時(shí)利用相反器和電壓比較器作為放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器，利用可調(diào)電阻用來(lái)設(shè)定與所要設(shè)定照度

57、值對(duì)應(yīng)的比較電位。方案二使用一個(gè)光敏二極管D2作為光線傳感器檢測(cè)環(huán)境的光照度，方案一和方案二相比較，方案一在應(yīng)用中更加靈敏，效果更好，因此在本次設(shè)計(jì)中選則方案一來(lái)實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光檢測(cè)。</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件核心器件介紹</p><p>　　3.1 AT89C51單片機(jī)器件簡(jiǎn)介</p><p>　　AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS

58、 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及

59、中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[1]。如圖3.1為AT89C51外形圖。</p><p>　　圖3.1 AT89C51外形圖</p><p>　　a. AT89C51主要性能參數(shù)：</p><p>　　與MC

60、S-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4K字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器1000</p><p>　　寫(xiě)周期；全靜態(tài)操作：0Hz～24MHz；128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；低功率空閑和掉電模式。[6]</p><p>　?。?）AT89C51結(jié)構(gòu)框圖于引腳說(shuō)明[10]。</p><p&g

61、t;　　圖3.2 AT89C51結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　AT89C51結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2所示。 </p><p><b>　　b. 引腳功能說(shuō)明</b></p><p><b>　　Vcc：電源電壓;</b></p><p>　　GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O，也即地

62、址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　在Flash編程時(shí)，P0接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻[11]。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)

63、帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉倒高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。</p><p>　　P2口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電

64、流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOV A，@A+DPTR指令）時(shí)。P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。</p><p>　　在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @Ri，A指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也

65、即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)總R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其他控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。</p>

66、<p>　　P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能， P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)[2]。</p><p>　　表3.1 P3口第二功能</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或

67、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。ALE仍一時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。但要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)

68、被激活，此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。</p><p>　?。撼绦虼鎯?chǔ)允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。</p><p>　　/VPP：外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H～

69、FFFFH），端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器

70、3放大器的輸出端[3]。</p><p>　　3.2人體紅外檢測(cè)器件簡(jiǎn)介</p><p>　　3.2.1熱釋電紅外傳感器</p><p>　　熱釋電紅外傳感器(Pyroelectric Infrared Sensor，簡(jiǎn)稱PIR)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電

71、壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路，如作電源開(kāi)關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自動(dòng)偵測(cè)等。[13]如圖3.4是RE2000B實(shí)物圖，G是接地端，S是信號(hào)輸出端，D是接+5V電源端。</p><p>　　圖3.5是該傳感器的典型應(yīng)用電路圖。</p><p>　　圖3.4 RE200B實(shí)物圖</p><p>　　圖3.5 RE200B應(yīng)用電路</p><

72、;p>　　a. 釋電紅外傳感器工作原理 熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2×1mm的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲

73、涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測(cè)出10～20m范圍內(nèi)人的行動(dòng)。</p><p>　　b. 動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。</p><p>　　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

74、測(cè)范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。</p><p>　　2、抗電磁干擾。探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。</p><p>　　3、抗燈光干擾。探測(cè)器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^(guò)玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。</p><p>　　3.2.2菲涅耳透鏡</p><p>　　菲涅耳透鏡（Fresnel

75、len），又稱螺紋透鏡，是由法國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W古斯丁·簡(jiǎn)·菲涅耳所發(fā)明的一種透鏡。此設(shè)計(jì)原來(lái)被應(yīng)用于燈塔，這個(gè)設(shè)計(jì)可以建造更大孔徑的透鏡，其特點(diǎn)是焦距短，且比一般的透鏡的材料用量更少、重量與體積更小。和早期的透鏡相比，菲涅耳透鏡更薄，因此可以傳遞更多的光，使得燈塔即使距離相當(dāng)遠(yuǎn)仍可看見(jiàn)。如圖3.6為菲涅爾透鏡實(shí)物圖。</p><p>　　圖3.6 菲涅爾透鏡實(shí)物圖</p><p

76、>　　a. 菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾鏡片是根據(jù)法國(guó)光物理學(xué)家FRESNEL發(fā)明的原理采用電鍍模具工藝和PE（聚乙烯）材料壓制而成。鏡片（0.5mm厚）表面刻錄了一圈圈由小到大，向外由淺至深的同心圓，從剖面看似鋸齒。圓環(huán)線多而密感應(yīng)角度大，焦距遠(yuǎn)；圓環(huán)線刻錄的深感應(yīng)距離遠(yuǎn)，焦距近。紅外光線越是靠進(jìn)同心環(huán)光線越集中而且越強(qiáng)。同一行的數(shù)個(gè)同心環(huán)組成一個(gè)垂直感應(yīng)區(qū)，同心環(huán)之間組成一個(gè)水平感應(yīng)段。垂直感應(yīng)區(qū)越多垂直感應(yīng)角度越大；鏡片越長(zhǎng)

77、感應(yīng)段越多水平感應(yīng)角度就越大。區(qū)段數(shù)量多被感應(yīng)人體移動(dòng)幅度就小，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動(dòng)幅度就要大。不同區(qū)的同心圓之間相互交錯(cuò)，減少區(qū)段之間的盲區(qū)。區(qū)與區(qū)之間，段與段之間，區(qū)段之間形成盲區(qū)。由于鏡片受到紅外探頭視場(chǎng)角度的制約，垂直和水平感應(yīng)角度有限，鏡片面積也有限。鏡片從外觀分類(lèi)為：長(zhǎng)形、方形、圓形，從功能分類(lèi)為：?jiǎn)螀^(qū)多段、雙區(qū)多段、多區(qū)多段。如圖3.7是常用圓形鏡片外觀示意圖。</p><p>　　圖3.7

78、圓形鏡片外觀示意圖</p><p>　　如圖3.8是三區(qū)多段鏡片垂直和平面感應(yīng)圖。</p><p>　　圖3.8 常用鏡片感應(yīng)圖</p><p>　　當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過(guò)鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個(gè)段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接

79、收人體紅外光的方式也被稱為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測(cè)器。如圖3.9，是圓形鏡片探測(cè)效果圖。</p><p>　　圖3.9 圓形鏡片探測(cè)效果圖</p><p>　　b. 鏡片的顏色與參數(shù)鏡片主要有三種顏色：1、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易變形。2、白色主要用于適配外殼顏色。3、黑色用于防強(qiáng)光干擾。</p><p>　　鏡片還可以結(jié)合產(chǎn)品外觀注色，使產(chǎn)品整體更美

80、觀。每一種鏡片有一型號(hào)（以年號(hào)+系列號(hào)命名），鏡片主要參數(shù)：1、外觀描述——外觀形狀（長(zhǎng)、方、圓）、尺寸（直徑）。以毫米為單位。2、探測(cè)范圍——指鏡片能探測(cè)的有效距離（米）和角度。3、焦距——指鏡片與探頭窗口的距離，精確度以毫米的小數(shù)點(diǎn)為單位。</p><p>　　c. 提高鏡片作用效果的方法增強(qiáng)探測(cè)動(dòng)作靈敏度的方法。前面已經(jīng)闡述區(qū)段數(shù)量越多被感應(yīng)人體移動(dòng)幅度就越小，因此，選用區(qū)段多且密的鏡片就能增強(qiáng)探測(cè)動(dòng)作靈敏

81、度，人體只要在感應(yīng)的有效范圍內(nèi)稍微移動(dòng)就有效。段密度高的鏡片在50mm長(zhǎng)度有26段之多。</p><p>　　增強(qiáng)抗干擾的方法。從前面闡述的原理中得知，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動(dòng)幅度就要大，選用區(qū)段數(shù)量少的鏡片就能減少誤動(dòng)作，一是人體運(yùn)動(dòng)幅度要大二是區(qū)段數(shù)量少的鏡片形成局部探測(cè)，減少外圍干擾源。</p><p>　　菲涅爾透鏡的主要作用就是將探測(cè)空間的紅外線有效地集中到傳感器上。通過(guò)分布在鏡

82、片上的同心圓的窄帶（視窗）用來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外線的聚集，相當(dāng)于凸透鏡的作用。這部分選擇主要是看透鏡窄帶的設(shè)計(jì)及透鏡材質(zhì)?？紤]透鏡的參數(shù)主要有：光通量、不同透鏡同心度、厚度不均勻性、透鏡光軸與外形同心度、透過(guò)率、焦距誤差等。菲涅爾透鏡窄帶（視窗）的設(shè)計(jì)一般都是不均勻的，自上而下分為幾排，上面較多、下邊較少，一般中間密集、兩側(cè)疏。因?yàn)槿四槻?、膝部、手臂紅外輻射較強(qiáng)，正好對(duì)著上邊的透鏡；下邊較少，一是因?yàn)槿梭w下部紅外輻射較弱，二是為防止地面小動(dòng)物紅外

83、輻射干擾。材質(zhì)一般用有機(jī)玻璃。</p><p>　　菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而增強(qiáng)其能量幅度。</p><p>　　人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為910μm測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在

84、0.2～20μm范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為7～10μm，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門(mén)用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。</p><p>　　菲涅爾

85、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。</p><p>　　3.2.3熱釋電傳感器信號(hào)處理芯片</p><p>　　a. SS0001概述本設(shè)計(jì)采用BISS0001來(lái)完成對(duì)熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。BISS0001是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號(hào)處理集成電路，它主要由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖

86、時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成。</p><p>　　如圖3.10為芯片的實(shí)物圖和外觀引腳圖。</p><p>　　表3.2為芯片引腳功能說(shuō)明表。</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖3.10 BISS0001芯片實(shí)

87、物圖與外觀圖 </p><p>　　(a)實(shí)物圖 (b)外觀圖</p><p>　　表3.2 管腳功能說(shuō)明</p><p>　　b. 功能敘述BISS0001是CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)與處理。雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬。<

88、/p><p>　　表3.3 電氣參數(shù)（表中無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)VDD=5V）</p><p>　　工作原理：如圖3.11為BISS0001紅外感應(yīng)信號(hào)處理器的內(nèi)部框圖。外界元件由使用者根據(jù)需要選擇。由圖可見(jiàn)BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器即參考電壓等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。可廣泛應(yīng)用于多種傳感器和延時(shí)控制器。</p><p

89、>　　圖3.11 BISS0001內(nèi)部框圖</p><p>　　如下說(shuō)明各種情況的工作方式。</p><p>　　a．不可重觸發(fā)工作方式各點(diǎn)工作波形：</p><p>　　圖3.12 不可重觸發(fā)工作方式各點(diǎn)工作波形 </p><p>　　首先，根椐實(shí)際需要，利用運(yùn)算放大器OP1組成傳感信號(hào)預(yù)處理電路，將信號(hào)放大。然后，耦合給運(yùn)算放大

90、器OP2，再進(jìn)行第二次放大，同時(shí)將直流電位抬高為VM（≈0.5VDD）后，將輸出信號(hào)V2送到由比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，當(dāng)VDD=5V 時(shí)，可有效抑制±1V 的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　COP3是一個(gè)條件比較器。當(dāng)輸入電壓VC＜VR（≈0.2VDD）時(shí)，COP3輸出為低電平封住了與門(mén)U2，禁止

91、觸發(fā)信號(hào)Vs 向下級(jí)傳遞；而當(dāng)VC＞VR，COP3輸出為高電平，進(jìn)入延時(shí)周期。當(dāng)A端接“0”電平時(shí)，在Tx 時(shí)間內(nèi)任何V2的變化都被忽略，直到Tx時(shí)間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)Tx 時(shí)間結(jié)束時(shí)，Vo下跳回低電平，同時(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器而進(jìn)入封鎖周期Ti 。在Ti 時(shí)間內(nèi)，任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平），可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。</p><p>　　b．可重觸發(fā)工作方式

92、各點(diǎn)工作波形：</p><p>　　圖3.13 可重觸發(fā)工作方式各點(diǎn)工作波形</p><p>　　在VC=“0”、A=“0”期間，信號(hào)VS不能觸發(fā)VO為有效狀態(tài)。在VC=“1”、A=“1”時(shí)，VS可重復(fù)觸發(fā)VO為有效狀態(tài)，并可促使VO在Tx 周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在Tx 時(shí)間內(nèi)，只要VS發(fā)生上跳變，則VO將從VS上跳變時(shí)刻起繼續(xù)延長(zhǎng)一個(gè)Tx周期；若VS保持為“1”狀態(tài)，則VO一直保持有

93、效狀態(tài)；若VS保持為“0”狀態(tài)，則在TX周期結(jié)束后Vo恢復(fù)為無(wú)效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時(shí)間Ti時(shí)間內(nèi)，任何VS的變化都不能觸發(fā)VO為有效狀態(tài)。</p><p>　　熱釋電傳感器S極輸出信號(hào)送入BISS0001的14腳，經(jīng)內(nèi)部第一級(jí)運(yùn)算放大器放大后，由C3耦合從12腳輸入至內(nèi)部第二級(jí)運(yùn)算放大器放大，再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，最后從12腳輸出電壓信號(hào)送人單片機(jī)進(jìn)行照明控制

94、。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)所得，當(dāng)傳感器檢測(cè)室內(nèi)有人時(shí)，VO≈4V；無(wú)人時(shí)VO≈0.4V。</p><p>　　由于PIR信號(hào)變化緩慢、幅值小,針對(duì)該特點(diǎn),專用信號(hào)處理器一般分為3步處理濾波放大、窗口比較、噪聲抑制及數(shù)字信號(hào)處理。BISS0001就是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。</p><p>

95、;　　它采用CMOS工藝、數(shù)?；旌?，具有獨(dú)立的高輸人阻抗運(yùn)算放大器，內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾。它有兩種工作方式供選擇，通過(guò)將引腳A置1或0?？稍O(shè)置為可重復(fù)觸發(fā)方式和不可重復(fù)觸發(fā)方式。</p><p>　　本系統(tǒng)選擇可重復(fù)觸發(fā)方式。在將傳感信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后，通過(guò)雙向鑒幅器可檢測(cè)出有效觸發(fā)信號(hào)VS。由于選擇的是可重復(fù)觸發(fā)方式，VS可重復(fù)觸發(fā)VO為有效狀態(tài)，并可促使VO在延時(shí)周期Tx內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。延時(shí)周期的

96、大小可通過(guò)R1和C1調(diào)節(jié)。在Tx時(shí)間內(nèi)，只要VS發(fā)生上跳變，VO就會(huì)從VS上跳變時(shí)刻起繼續(xù)延長(zhǎng)一個(gè)Tx周期，若VS保持為“0”狀態(tài)，則VO一直保持有效狀態(tài);若保持為“0”狀態(tài)，則在周期Tx結(jié)束后VO恢復(fù)為無(wú)效狀態(tài), 并且在封鎖時(shí)間Ti時(shí)間內(nèi)，任何VS的變化都不能觸發(fā)VO為有效狀態(tài)。</p><p>　　c. BSS0001的應(yīng)用BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量

97、外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類(lèi)白炙燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)以及多種傳感器和延時(shí)控制器。</p><p>　　3.3可見(jiàn)光檢測(cè)器件簡(jiǎn)介</p><p><b>　　3.3.1光敏電阻</b></p>

98、<p>　　如圖3.14光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。</p><p>　　圖3.14 光敏電阻外形圖</p><p>　　光敏電阻器一般用于光的測(cè)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(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見(jiàn)

99、光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)1～10M歐,在強(qiáng)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(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.4～0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。</p><p>　　可見(jiàn)光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)

100、關(guān)門(mén)戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。</p><p>　　光敏電阻的主要參數(shù)是：a.光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時(shí)，流過(guò)的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。</p><p&

101、gt;　　b. 暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒(méi)有光照射的時(shí)候，流過(guò)的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。</p><p>　　c. 靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值（暗電阻）與受光照射時(shí)的電阻值（亮電阻）的相對(duì)變化值。</p><p>　　d.光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長(zhǎng)的單色光照射下的靈敏度。若將

102、不同波長(zhǎng)下的靈敏度畫(huà)成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。</p><p>　　e. 光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號(hào)隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開(kāi)始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。</p><p>　　f.伏安特性曲線。伏安特性曲線用來(lái)描述光敏電阻的外加

103、電壓與光電流的關(guān)系，對(duì)于光敏器件來(lái)說(shuō)，其光電流隨外加電壓的增大而增大。</p><p>　　g. 溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。</p><p>　　h. 額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當(dāng)溫度升高時(shí)，其消耗的功率就降低。</p><p>　　光敏電阻的工作原理

104、是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。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(dǎo)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光敏電阻原理圖及梳狀歐姆電極，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。</p><p>　　在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，

105、只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，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(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過(guò)，受到波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻

106、沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。</p><p>　　3.3.2電壓比較器</p><p>　　電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)：</p><p>　　當(dāng)“＋”輸入端電壓高于“－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平；</

107、p><p>　　當(dāng)“＋”輸入端電壓低于“－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平；</p><p>　　電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此本人們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。[18]</p>

108、<p>　　運(yùn)放，是通過(guò)反饋回路和輸入回路的確定“運(yùn)算參數(shù)”比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個(gè)輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開(kāi)關(guān)（高低電平）量。一般應(yīng)用中，有時(shí)也可以用線性運(yùn)算放大器，在不加負(fù)反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來(lái)使用。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)電路