教室照明自动控制器的

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1、毕业论文教室照明自动控制器的设计学 院：专 业：学生姓名：学 号：指导教师： 201年 月摘 要目前，国内学校教室的照明灯具大多采用手动开关控制，即使严格管理，还是不可避免的出现忘记关灯的时候，尤其是在白天，情况更是如此，因而造成大量的能源浪费。另外，各种照明灯具都具有一定的使用寿命，在光线充足的情况下仍继续使用，必然会缩短灯具的使用寿命。因此对教室照明系统进行自动化控制具有重要意义。而现有成型的教室照明自动控制器在应用中还存在一些问题，需要对其做进一步的改进。 本论文详细研究了学校教室的使用特点和照明需要及存在的问题，提出了一种自动化的教室照明控制系统，采用低功耗单片机和总线技术，通过光控、

2、红外检测、声控等芯片的运行来控制照明灯的开关。该系统有数据采集模块、串口通信、执行模块等的电路设计。通过硬件和软件的协同设计，该系统最终实现了在白天光照充足的情况下，教室无论有没有人照明灯都不开；在光照不充足的情况下，通过红外检测与声响检测来判断教室是否有人以此对照明灯进行控制，并在灯亮的情况下，该系统进入监控状态，若连续五次探测都没有人，则发出熄灯警告，灯具亮灭闪烁，教室里的人在提示情况下会有所动作，从而灯具不熄灭，若无反应则关闭电源。关键词：照明控制，单片机，自动化，红外检测AbstractAt present, the manual switch mostly used in domes

3、tic, lighting control, primary school classroom, even if the strict management, there will inevitably forget to turn off the lights when, especially in the daytime, the situation is more serious, resulting in a waste of energy. In addition, various lighting has certain use, still continue to use in

4、a well-lit conditions, life will certainly shorten lamp. But the existing molding classroom lighting control system has some problems in the application, need to do research and development in the further.In this paper, a detailed study of the characteristics and needs of school classroom lighting a

5、nd the existing problems, put forward a kind of automatic lighting control system, using low power microcontroller and field bus technology, on the basis of the improvement, such as switching the light, infrared detection, voice chip operation to control the lamp. The system has the circuit design o

6、f data acquisition module, serial communication module, execution etc. Finally the system is realized in the day light, the classroom regardless of whether anyone lights are not open. In the light is not sufficient, the infrared detection and noise detection to judge whether a person to control clas

7、sroom lamp control. And in the light of the circumstances, the system enters the surveillance state, if five consecutive detection are not people, a warning flashing lights, lamps and lanterns, the classroom will have to move in the prompt circumstances, thus the lamp does not go out, if no response

8、 is to turn off the power.Key words：Lighting control,SCM，Automation, Infrared detection目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论1 1.1课题的背景和意义1 1.2 采用自动控制系统的优势1第二章教室照明自动控制器的总体设计分析3 2.1学校教室自动控制的现状3 2.2系统的整体设计方案3第三章系统硬件的设计4 3.1单片机的介绍4 3.2单片机与继电器的设计6 3.3光敏模块的设计.9 光敏元件的选择.12 A/D转换应注意的问题.18 3.4红外模块的设计.19 3.5声响模块的设计.22第四章 系

9、统软件设计. 26 4.1软件的实现原理.26 4.2软件的流程框图.26 4.3软件的程序编写.28结束语.30参考文献.31致 谢 32附录.33第一章 绪 论1.1 课题的背景和意义 浪费一直是人类社会面对的重大问题，特别是到了二十一世纪，环保和可持续发展更成了国家长期发展的重中之重，我国也提出了“节能减排”的号召。然而在众多的能源问题中，电能的短缺是束缚经济发展和人民生活改善的重要问题之一。能源的充分利用与合理分配对我们国家的现状的改进有重要意义，从身边的小事做起，在照明灯的控制上采取智能化的控制，在保证照明强度的前提下，对于保护学生的视力和减少能源浪费方面有重要意义。现在学校的教室照

10、明灯存在管理落后，保护性差，布线复杂，能源浪费等问题。现在的教室照明灯自动控制已经不能满足我们现在的生活学习需求。因此设计一款新的教室照明灯控制器对教室照明、减少能源浪费、满足人们的日常生活需求等方面有及其深远的意义。在本设计中，对教室的人员情况在不同时间不同光照条件下进行了调查，同时发现了在白天有个别教室仍然是出现了在光照条件充足的情况下开灯甚至教室无人的情况下开灯的现状，对能源造成了浪费。本设计采用以单片机为主体的设计思路，通过单片机与各个模块之间的信息交流来实现对灯的亮灭控制。1.2 采用教室照明自动控制系统的优势 传统的教室照明灯都是通过人手来控制，无论我们怎么样的注意都会出现忘记关灯

11、等现象，从而造成能源的浪费，这与国家倡导的节能减排大相庭径。而该系统通过光照强度等来自动控制照明灯灯的开关，具体的优越性有以下几方面：挺高了教室照明的智能化程度，解放了人手，使教室的智能化程度更高，更人性化。减少了能源的浪费，通过具体的情况来确定灯的亮灭，从而有效的抑制了在白天光照充足的情况下仍然开灯的情况。具有良好的节电效果。解放了教室工作人员，提高了工作效率。提高了教室的管理水平，教室照明由原来的手动控制变为智能化控制，减少了维护，巡查费用。 本论文旨在设计一个基于单片机技术的教室照明灯自动控制器。通过各模块电路、控制电路及控制方法的设计与选择，软硬件的协同设计，最终实现了教室照明系统自动

12、控制的目的，即在白天光照充足的情况下，教室无论有没有人照明灯都不开；在光照不充足的情况下，通过红外检测与声响检测来判断教室是否有人以此对照明灯进行控制，并在灯亮的情况下，该系统进入监控状态，若连续五次探测都没有人，则发出熄灯警告，灯具亮灭闪烁，教室里的人在提示情况下会有所动作，从而灯具不熄灭，若无反应则关闭电源。本设计以单片机为中心，通过红外模块，声响模块以及光敏模块的信号输入单片机，并通过单片机对继电器的控制来控制灯的亮灭。红外模块对人体的红外信号进行监测并能输出高信号来判断是否有人，在此基础上配合光敏与声响模块对教室照明灯自动控制器进行了设计。第二章 教室照明自动控制器的总体设计分析2.1

13、 学校教室自动控制的现状 学校的教室白天是同学们上课学习的地方，白天的光中情况一般充足，中午的人较少，晚上不管是上课还是上自习同学们都需要一个良好的光照条件，来保护眼睛与看清书本。教室的灯具一般为荧光灯，能很好的满足光照条件，但是不可避免的出现白天开灯的情况，造成能源的浪费。实现照明节能一般是通过两方面：一方面是通过使用高效的灯具，如节能灯。另一方面是通过控制系统的改进来实现智能化。即通过优化照明系统来达到节能的效果。2.2 系统的整体设计方案考虑教室的照明节能，改进照明系统的运行，主要应关注两个方面，合理利用自然光作为辅助光源和根据室内是否有人决定灯的开关，这样能够在保证照明质量的同时有效避

14、免能源的浪费。在自然光充足的情况下，因为照明亮度已经达到要求，所以无论教室是否有人都不开灯。从而达到节能的效果，并且延长了灯管的寿命，减少了灯具的更换和维修费用。针对教室主要用于学生上课和自习学习的特点，本论文提出一种智能化的控制器设计，其结构框图如图1所示音响检测模块红外检测模块光电检测模块单片机继电器图1 结构框图第三章 系统硬件设计3.1 单片机的介绍 本文选择的单片机为AT89S51，其引脚图如图3.1所示图3.1 AT89S51的引脚图各引脚说明如下：电源引脚电源引脚介入单片机的工作电源。VCC（40脚）：接+5V电源（直流电源正端）。VSS（20脚）：接地（直流电源负端）。时钟引脚

15、时钟引脚（18、19脚）：XTAL1和XTAL2引脚，该单片机可以使用外部时钟也可以是使用内部时钟，当使用内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟信号，如果是外部时钟由XTAL1引入，XTAL2X悬空。XTAL1（18脚）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟是，对于HMOS单片机，此引脚接地：对于CHOMS单片机，此引脚作为外部振荡器信号的输入端。XTAL2(19脚)：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反相放大器的输入端。若采用外部时钟，对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信

16、号的输入端：对于CHOMS单片机，该引脚悬空不接。输入/输出引脚输入/输出（I/O）接口引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口：为双向8位三态I/O接口。在不接片外存储器或不扩展I/O接口时，可作为准双向输入/输出口；在接有片外存储器或扩展I/O接口时，P0口地址总线低8位及数据总线分时复用口，一般作为扩展是地址/数据总线口使用。P1口：为8位准双向I/O接口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置1）。P2口：为8位准双向I/O接口，但作为I/O接口使用时，可直接连接外部I/O设备；在皆有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256B时，P2口用做高8位

17、地址总线，一般作为扩展时地址总线的高8位使用P3口：P3口的每一条引脚都能够独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能。P3的第二功能如表3-1所示。控制引脚RST：即为RESET,VPD为备用电源。该引脚位单片机的上电复位或掉电保护端。它是施密特触发输入，当振荡器起振后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，使器件复位，只要RST保持高电平，单片机就保持复位状态。ALE/PROG：地址锁存有效输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。在访问外部储存器时，ALE输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存储器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡频率的1/6.但是，每当访

18、问外部数据存储器时，在两个机器周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个TTL负载。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 （0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。31脚为片外程序储存区选用端。表3-1 P3口的第二种

19、功能说明表引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD(串行输出)P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7(外部数据存储器写选通)3.2 单片机与继电器的设计 本模块功能是根据单片机的输出信号控制照明设备工作。此模块使用弱电控制强电，故需要电路电压的隔离，避免强电串入弱电，损坏单片机。继电器具有动作快、工作可靠、安全性高，使用寿命长、体积小等优点，使用历史悠久。在工业中，它广泛的使用于电力保护，开关控制等场合。继电器可以直接隔离强电与弱电，无需另外附加光耦隔离电路。单片机输出无

20、法直接驱动继电器，可以对单片机输出的信号进行简单的放大，然后驱动继电器，控制照明设备工作。继电器的低压控制端工作于低压直流，但对于AT89S51单片机的I/O口来说还是比较大的，所以我们通常使用图3.2来实现三极管开关实现单片机I/O与继电器的低压控制端接口。图3.2 单片机与继电器的连接图继电器由衔铁、铁芯、触点簧片、线圈等组成的。只要在线圈两端加电压，线圈中就会流过电流，从而产生电磁效应，继电器线圈只有两个头，加上额定电压后线圈流过额定电流，产生的电磁力就克服弹簧力，通过电磁机构使常开触点闭合、常闭触点断开。通常只有接触器才分主触点和辅助触点。继电器使用时通常就是把一般触点串联或者并联用在

21、主回路和控制回路中，完成控制任务。吸引衔铁的电磁力，克服弹簧的张力被吸引到铁芯，主触点与衔铁驱动的辅助触点（常开触点）吸合。当线圈断电时，吸力消失，弹簧的反作用力将使衔铁返回到原来的位置，从而使可动触点与原来的静止触点（常闭触点）释放。通过吸合、释放，从而达到电路的导通、断开的目的。对于继电器的“常开，常闭”触点，它可以理解为继电器线圈不通电时处于断开状态的静触点称为“常开触点”;在接通状态，静触点是“常闭触点”。技术参数：1额定工作电压是指在继电器线圈正常运行所需的电压。根据继电器的型号有所不同，电磁继电器可以用交流电压，也可以是直流电压。2直流电阻是指继电器线圈的直流电阻，由万用表测量。3

22、产生的最小电流是继电器通电吸合电流。在正常使用中，电流必须稍大于一个给定的上拉电流，使继电器可以产生稳定的效果。对于所施加的线圈电压，一般不超过1.5倍的额定电压，否则会产生较大的电流导致线圈烧毁。4放电电流是继电器产生的最大脱扣动作时的电流。继电器闭合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。此时电流远小于上拉电流。5触电切换电压和电流是继电器装置允许施加的电压和电流。它决定了继电器控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。继电器的选用：1首先要了解的必要条件控制电路的电源电压，可提供的最大电流;所述控制电路的电压和电流;被控电路需要几组，什么

23、样的形式的接触。继电器的选择，一般控制电路的电源电压可以作为选择的依据。应该给继电器控制电路提供足够的电流，否则继电器不稳定。2获得相关数据，以确定使用条件，可以找到相关信息，确定需求和规格的继电器型号。如果继电器已经在手，可以根据数据是否匹配。最后确认大小是否适当。3本论文主要用于一般电器所以主要考虑小型继电器电路板安装布局。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。继电器的作用是在电路中起着自动调节、安全保护、以弱控强，转换电路等作用。继电器K1的控制端（4,5）有

24、三极管Q1来驱动，只要单片机P0.7输出高电平则三极管Q1导通，继电器K1的控制端通过电流，电磁铁工作吸引衔铁，于是K1的接触端1,3导通，电灯L 工作。当P0.7为低电平时，三极管Q1截止，K1的控制端没有电流通过，电磁铁不工作，于是接触1,3断开，灯停止工作，可见继电器帮助单片机I/O口实现了低压5VDC控制高压220VAC的目的。由于继电器K1的电磁铁有一定的电感，在断电瞬间可能会产生较大的反向电压对三极管Q1不利，因此在继电器K1控制端反接一个二极管D1用于放电。3.3 光敏模块的设计光敏二极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等

25、优点。光电管在一个真空的玻璃泡内装有两个电极，光电阴极和阳极。光电阴极有的是贴附在玻璃泡内壁，有的是涂在半圆筒形的金属片上，阴极对光敏感的一面是向内的，在阴极前装有单根金属丝或环状的阳极，当阴极受到适当波长的光线照射时变发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，这样在光电内管就产生了电子流，在外电路中便产生了电流。光敏二极管的结构与一般二极管相似，装在透明的玻璃外壳中，它的PN结装在管顶，可直接受到光照射，光电二极管在电路中一般是处于反向工作状态的。在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，称为暗电流。当光照射在PN结上，光子打在PN结附近时，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，使少数载流子的

26、浓度大大增加，因此通过PN结的反向电流也随之增加。如果入射光照度产生变化，光生电子-空穴对的浓度也相应变动，通过外电路的光电强度也随之变动。可见，光敏二极管能将光信号转换为电信号输出。照度为照射到表面一点处的面元上的光通量除以该面元的面积。照度的符号为E(Ev)；单位为勒克斯(流明单位面积)，符号为其中，光通量，A面积。光通量的单位为“流明”。光通量通常用来表示，在理论上其单位相当于电学单位瓦特，因视觉对此尚与光色有关。所以依标准光源及正常视力度量单位采用“流明”，符号：lm。1.光通量是每单位时间到达、离开或通过曲面的光能量。2.光通量是灯泡发出亮光的比率。流明 (lm) 是国际单位体系 (

27、SI) 和美国单位体系 (AS) 的光通量单位。如果将光作为穿越空间的粒子（即光子），那么到达曲面的光束的光通量与 1 秒钟时间间隔内撞击曲面的粒子数成一定比例。光通量的物理表达式为：式中：K：光敏度、感光度（类比：胶卷的感光度）、人眼对于彩色的感知能力 K = 683.002 lm/W。 K值使光通量的单位与辐射功率的单位得到统一。：波长，事实上人眼只对波长位于380nm780nm的可见光有反应，习惯上我们把低于380nm的光波称为紫外线(Ultraviolet，简称UV)， 把高于780nm的光波称为红外线(Infrared，简称IR)，这一点也反映在了视见函数V()中。V()：称为人眼相

28、对光谱敏感度曲线，亦作视见函数曲线，是总结了众多针对人眼的测试经验而得到的，它描述了人眼对不同波长的光的反应强弱。人眼对亮度的敏感程度与颜色有关，在整个可见光范围内并不是均匀的.可以用相对敏感函数曲线进行描述.在环境明亮时，人眼对于波长X=555nm（环境黑暗时为507nm）的光线最为敏感,我们定义这时的相对视敏度Vs(555)=1.当X为其它值时，Vs(X)均小于1.如果对于某一波长X的单色光,其辐射功率为P(X),相对视敏函数为Vs(X),则可以定义光通量为Y(X)=P(X)*Vs(X)。当P(X)以瓦为单位时，Y(X)的单位为光瓦.只有当X=555nm时,1瓦光辐射功率产生683lm(流

29、明）的光通量。光敏电阻使用光电导体制成的光电器件，又称光导管，它是基于半导体内光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可见直流偏压，也可加交流电压。光敏电阻的工作原理是当无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，因此电路中的电流迅速增加。光敏电阻的管心是一块安装在绝缘衬底上的带有两个欧姆接触电极的光电导体。半导体吸收光子而产生的光电效应，仅限于光照的表面薄层。虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但深入厚度有限，因此光电导体一般都做成薄层。为了获得很高的灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状，所以提高了光

30、敏电阻的灵敏度。光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体密封在带有玻璃的壳体中。光敏电阻具有很高的灵敏度、很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区，而且体积小、重量轻、性能稳定。 常用的光敏三极管型号有：3DU5C 3DU31 3DU33 3DU107 3DU303 L14C1 PT334 等3DU系列为金属壳封装，顶端为玻璃透光窗，对880nm的光线灵敏度最高，常与红外发光二极管配套使用，具有灵敏度高，响应速度快的特点。 常用的红外发光二极管型号有：GL3S 2GLA LN303 5GLA等3.3.1 光敏元件的选择LX1970，包含PIN型光电二极管，高增益放大器和两个互补电流

31、输出端。芯片特点：PIN光电二极管光谱特性及灵敏度都与人的眼睛相似，可代替人眼感受亮度的明暗变化，并将接受的可见光装换成电流信号。光电二极管阵列峰值响应波长为520mm电流灵敏度为0.38A/lx,暗电流为10A。LX1970非线性误差小，无需使用蓝光滤光片，即可以有效的衰减紫外光及红外光。两个互补输出端电流不对称仅为0.5，可任选一段作为输出。微功耗，低压供电。采用+2+5.5V电源，电源电流低至85A(典型值)工作温度范围是-40+85，外型尺寸2.95mm3mm1mm，其结构如图3.3所示。 图3.3 LX1970引脚图51单片机的读写控制信号P3.6,P3.7分别与P2.7经过或非门连

32、接到ADC0809的启动端START和输出允许端OE。计算得ADC0809端口地址为7FFFH。LX1970转换后的电压信号没有经过运算放大器放大，直接送A/D转换。可采用延时的办法读取A/D变化的电压数量一般来说，ADC0809完成转换时间不超过200s，如果需要及时读取数字量，可以将0809的EOC端经过反相器连接到51单片机外部中断0端口，ADC0809转换完成通过触发外部中断口在中断服务程序当中完成数据的读取和处理。其连接图如图3.3.2所示。图3.3.2 光敏原件的连接图ADC0809各脚功能如下：D7-D0：A/D转换器的数据输出端，该输出端具有三态特性，能与计算机总线相接。IN0

33、-IN7：8位模拟量输入引脚。 VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。ADC0809内部逻辑结构如图3.3.3所示图3.3.3 ADC0809内部逻辑结构 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1）定时

34、传送方式对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传

35、送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。所用的指令为MOVX 读指令，该指令在送出有效口地址的同时，发出有效信号，使0809的输出允许信号OE有效，从而打开三态门输出，是转换后的数据通过数据总线送入A累加器中。这里需要说明的示，ADC0809的三个地址端A、B、C即可如前所述与地址线相连，也可与数据线相连，例如与D0D2相连。这是启动A/D转换的指令与上述类似，只不过A的内容不能为任意数，而必须和所选输入通道号IN0IN7相一致。例如当A、B、C分别与D0、D1、D2相连时，启动IN7的A/D转换指令如下：MOV DPTR， #FE00H ；送入

36、0809的口地址MOV A ，#07H ；D2D1D0=111选择IN7通道MOVX DPTR， A ；启动A/D转换54/74373 八 D 锁存器(3S,锁存允许输入有回环特性) 简要说明: 373为三态输出的八 D 透明锁存器,共有 54/74S373 和 54/74LS373 两种线路 结构型式，其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别):型号tpdPD74LS37317ns120mW373的输出端 O0O7 可直接与总线相连。 当三态允许控制端OE为低电平时，O0O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但

37、 锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。 当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。 引出端符号： D0D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效）LE 锁存允许端 O0O7 输出端 外部管腿图：逻辑图： 真值表： 极限值：电源电压. .7V 输入电压 54/74S373.5.5V 54/74LS373.7V 输出高阻态时高电平电压 .5.5V 工作环境温度 54XXX . -55125 74XXX .070 存储温度 . -65150 推荐工作条

38、件： 74LS373单位最小额定最大电源电压VCC544.555.5V744.7555.25输入高电平电压ViH2V输入低电平电压ViL540.7V740.8输入高电平电流IoH54-1mA74-2.6输入低电平电流IoL5412mA7424脉冲宽度tWLE(H)615nSLE(L)7.315保持时间tHD1010nS建立时间tSETD00nS3.3.2 A/D转换应注意的问题（1）采样速度 采样速度决定了数据采集系统的实时性，采集速度越高，对模拟信号复原的越好，即实时性好。采样速度由模拟信号带宽，数据通道数和每个周期的采样数决定，奈奎斯特，数据采集系统无损再现的必要条件是，采样频率违背采样最

39、高频率的两倍，为了保证采样精度，可以增加每个周期的采样数并在A/D转换器钱设置低通滤波，消除信号中无用的高频信号分量。(2)孔径误差 模拟量信号到数字信号转换是一个动态的过程，需要一定的转换时间，而模拟量总在不断地变化，造成输出的不确定性误差，为了确保较少的孔径误差，要求A/D转换器具有与之相对应的转换速度，否则，就应该在A/D转换器前加入采样/保持电路。(3)系统通过率 系统通过率通过输入放大器的稳定时间，模拟多路选择器，采样/保持电路的采集时间以及A/D转换器的稳定和转换时间来确定，在数据采集系统中，有正常顺序和重叠两种采集方式，采用低分辨率不A/D减少模/数转换环节及采用重叠采集时，可获

40、得较大带宽的通过滤波速度。（4）模/数转换精度用来描述前向通道采集和转换系统精度的常用方法是，计算系统中各环节的方和根误差。前向通道中信号源阻抗、信号带宽、A/D转换分辨率和系统的通过率都会影响这些误差的计算。正常情况下，前向通道的总误差应小于等于A/D转换器的量化误差。否则选取高分辨率A/D转换器就失去了意义。3.4红外模块的设计红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米至1毫米之间，是波长比红光长的非可见光。覆盖室温下物体所发出的热辐射的波段。透过云雾能力比可见光强。在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途，俗称红外光。菲涅尔透镜

41、在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR（被动红外线探测器）上产生变化热释红外信号。其实，这一原理与放大镜类似却又有所不同。放大镜是利用光的折射原理

42、放大成像，折射后的路线依然是直线，而我们的菲涅尔透镜呢，大家仔细观察就可以发现，在玻璃表面布满了细小的同心圆条纹，那么当光线通过透镜时，就会绕过其间的条纹，弯曲变形，产生衍射现象。 换一种说法就是，光偏离了原本平直的路线，因此大家便看到了放大却又不清晰的景象。此外，菲涅尔透镜又相当于可见光的凸透镜，但成本却比凸透镜来的低得多，因此它被广泛地应用于生活当中。菲涅耳透镜的作用有两个：第一，聚焦效果，即将热释电红外信号折射（反射）在PIR上，二是将探测区域内分为若干个亮区与黑区，使进入检测区域的移动对象可以以温度变化的形式在PIR上产生的热释电红外信号。菲涅耳透镜，简单的说，它是在镜头的一侧有等距齿

43、形，通过这些齿模，你可以达到正确指定光谱范围内的光学带通（反射或折射）的作用。传统的光学抛光设备的带通光学滤波器造价昂贵的。菲涅耳透镜可以大大降低成本。典型的例子是PIR。PIR广泛用于警报的。如果你看一看，你会发现在每个PIR塑料的小帽子。这是菲涅耳透镜。小帽子的内部都刻齿模。这样的菲涅耳透镜的入射光的频率峰值可能仅为10微米（人体红外辐射的峰值）。菲涅尔透镜焦屏上还刻有局部测光或点测光区域。早期AF单反机在光线较暗环境中对焦时，往往很难看见对焦框，就难以判断相机是以哪一点来作为对焦点，新一代单反机对焦屏上的对焦点会发光，或者有对焦声音提示，便于在复杂环境中确认对焦。不同类型的对焦屏有不同的

44、用途、拍摄人像可能用如裂像对焦屏更好，带横竖线或刻度的对焦屏适用于建筑物摄影和文件翻拍；中间部分没有裂像而只有微棱的对焦屏适用于小光圈镜头，它不会有裂像一边亮一边黑的缺点。不少单反相机焦屏可由用户自己更换。又称螺纹透镜。热释电效应指的是极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象宏观上是温度的改变使材料的两端出现电压或产生电流。当温度改变时，极化强度发生变化，原先的自由电荷不能完全屏蔽束缚电荷，于是表面上出现自由电荷，他们在附近空间形成电场对带点微粒有吸引或排斥作用。通过与外电路的连接，则可在电路中观测到电流。升温和降温两种变化截然相反。与压电效用不同的是，热释电效应中极化的改变是由温度变化引起的

45、，压电效应中是由压力引起的。本课题针对学校教室的环境，选用红外人体感应传感器(PR)RE200B对人体信号进行检测。RE200B是传感器的一种，RE200B采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，并配合双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。RE200B是热释电红外传感器。这种传感器是由一种晶体材料做成，当这种晶体表面受到红外线照射时，会在晶体表面产生电荷。随着光线对晶体照射的改变，电荷量也会发生改变。这个改变的电信号可以通过场效应管来进行测量，基本就是这样的一个原理制作了这样的传感器。 这种传感器对于不同波长的光线照射都能产生不同程度的响应，因此在传感器前会

46、加入一个滤镜窗口，这就是为什么我们能看到的RE200B的to5封装形式中有一个像玻璃似的小窗。当然通过这个滤镜可以限定晶体对特定波长的光线产生响应，一般在8um14um，这样就非常接近人体辐射的红外线波长了。 特 点：CMOS工艺 。数模混合。具有独立的高输入阻抗运算放大器。内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰。内设延迟时间定时器和封锁时间定时器。采用16脚DIP封装。 BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。红外人体感应传感器的信号处理电路如图3.4所示图3.4 红外人体感应器信号处理电路技术指标为： 工作电压：DC4.

47、520V 电平输出：有人时3.3V高电平，无人时0V低电平 感应角度：110度 静态电流：小于40A 距离：05米BISS0001是采用CMOS数模混合结构、具有DIP-16和SOIC-16两种封装的热释电红外传感信号处理集成电路。芯片内部集成了电压比较器、状态控制器、延时电路定时器、封锁时间定时器以及参考电压源等电路，常用于防盗报警器、自动门等各种自动开关。利用BISS0001构成的热释电红外延时照明控制器典型电路如图所示。该控制器能实现有人进入灯亮，人走灯灭控制。常用于浴室、储藏室、梳妆台镜前灯等自动控制。利用BISS0001构成的热释电红外延时照明控制器电路该热释电红外延时照明控制器由电

48、源电路、红外延时控制电路和控制执行电路组成。其中，电源电路由电源变压器T、整流二极管VD1VD4、滤波电容C7、C9、旁路电容C8、三端稳压集成电路IC2组成。实际应用时，T常选用220V9V、5VA小型优质电源变压器；VD1VD4选用IN4001型硅整流二极管；IC2选用LM7805型三端稳压集成电路。220V交流电通过降压、整流、滤波和稳压后形成稳定的5V直流电压给整个控制电路供电。3.5 声响模块的设计我们采用话筒放大实现声控功能，主要是由话筒拾音电路和放大电路组成的。拾音电路是把收集的声音信号转换为电信号，由于声音微弱，即用放大电路把信号放大。放大电路中我们利用了芯片LM324运算放大

49、器。电路图如图3.5所示图3.5 声响模块LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。其引脚图如图3.6所示。LM324是四运放集成电路是，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。例如，可直接操作的LM324系列，这是用

50、来在数字系统中，轻松地将提供所需的接口电路，而无需额外的15V电源标准的5V电源电压。参数指标：运放类型:低功率 放大器数:4带宽:1.2MHz针脚数:14工作温度范围:0C 至+70C封装类型:SOIC3dB带宽增益乘积:1.2MHz变化斜率:0.5V/s器件标号:324器件标记:LM324AD增益带宽:1.2MHz工作温度最低:0C工作温度最高:70C放大器类型:低功耗温度范围:商用电源电压最大:32V电源电压最小:3V芯片标号:324表面安装器件:表面安装 输入偏移电压 最大:7mV 运放特点:高增益频率补偿运算逻辑功能号:324额定电源电压, +:15V图3.6 LM324引脚图特点：

51、1.短路保护输出。2.真差动输入级。3.可单电源工作：3V-32V。4.低偏置电流：最大100nA。5.每封装含四个运算放大器。6.具有内部补偿的功能。7.共模范围扩展到负电源。8.行业标准的引脚排列。9.输入端具有静电保护功能。这个是最常用的运算放大器1，2，3脚是一组5，6,7脚是一组，8，9，10脚是一组，12，13,14脚是一组，剩下的两个脚是电源，1，7,8,14是各组放大器的输出脚，其它的就是输入脚。至于使用地方，那就是你需要比较器和运算放大器的所有地方你都可以用，只是当你所需要用到运算放大器的地方对运算放大器的性能要求很高的时候那你就的看看LM324是不是满足性能要求了！单位增益

52、内部频率补偿大直流电压增益100 dB的高带宽（单位增益）1兆赫（温度补偿）电源范围宽：单电源3V至32V电源或双电源1.5V至16V极低的电源漏电流（700A）基本上是独立的电源电压低输入偏置电流45 NA（温度补偿）低的输入失调电压为2 mV和失调电流：5 NA。第四章 系统软件设计4.1 软件的实现原理该自动控制器要求实现以下功能：当有光（自然光）时，不管教室是否有人和声响，都将关闭电源，所有灯具不会点亮。当无光（自然光）时，若有人或者附近有异常声响时。则开启电源，点亮灯具，并使控制系统程序进入监控状态，若连续五次探测都无人，则发出熄灯警告，灯具亮灭闪在警告状态下，若此时教室有人静止不动

53、，在灯具亮灭闪烁的提示下，自认会有所动作，热释红外探测器就会探测到这一变化，从而结束警告，式灯具继续点亮，控制器回到监控状态。仍无人无声，则关闭灯具电源，从而实现照明灯有人自启无人自熄的目的4.2 软件的流程框图通过对该自动控制器系统的设计可以画出该系统的流程框图如图4.1所示，该系统的设计思路是先开始初始化，在第三步信号为基本的前提下，与预先设定的数据做比较，若成立产生了高信号，则进入第五步的红外与声响的检测模块，通过信号的高低来判断是否有人，当有高信号输出的时候，通过单片机与电磁铁的关系来控制灯的开启。并在此时红外模块进入监测模式，若是有人动作就会散发红外然后被红外模块所发现。以此来阻止灯

54、的关闭。图4.1 系统的流程框图4.3软件的程序编写根据此流程框图，我们可以写出该系统的软件编程。#include int main(int b,int c) int a=0;/ 光敏元件初始化 /int b;/红外信号,静态变量全局值 /int c;/声音信号 int flag=1;/检测开关键 int d=0;/灯 int i=0;/监控次数 while（flag） scanf(%d,a); if（a0） if（b0|c0） flag=1; else return 1；/没有感应 do d=1; i+; if(b0) i=0; while(i=5) d=0; return 0;结束语1.结

55、论基于单片机的教室照明自动控制器的设计涉及到了计算机的硬软件知识，通过对系统的设计和调试，本次设计主要完成了以下工作： 1、提出基于单片机的教室照明自动控制器设计的基本方案； 2、完成了模块电路、主控门电路等相应的硬件电路设计； 3、编译了教室自动控制器的设计的控制程序、流程框图等2.系统的改善当然，本次设计中也还存在很多问题。本次设计由于作者知识的有限，所以设计的系统并不是最理想的。例如作者对单片机掌握的不太熟练，对于一些串行口及数据的传输有些问题，并且对于各个元器件的工作电压是否匹配等问题处理的不够精确。3.感想和收获本次设计的过程和结果都给了我很多感触。初次拿到毕业设计的题目时，真的是对

56、教室照明灯自动控制器一无所知。在初次见到魏芹芹老师的时候，只是对自动控制器有一定的理解，至于怎么设计，几乎没有什么想法。在魏芹芹老师的指导和讲解下，对照明灯自动控制器的介绍有了一定的了解。后来通过不断的学习以及在图书馆等查阅资料，终于清楚的知道了教室自动控制器的基本情况和设计方案。通过对各种元件性能的比较和所学知识的实际应用，对本次毕业设计进行了设计。通过本次设计，让我学会了从系统的高度来考虑设计的方方面面，对单片机的设计和研究有了更深刻的体会；让我了解到软件的设计是建立在对硬件了解的基础上的，特别是对单片机的功能，引脚定义和内部结构要有较为详细的了解，此外对电路板中所用到的各个芯片的引脚和功

57、能，也要进行了解；在编写程序时，进行模块化设计，以严谨的态度进行编程，避免出现低级错误，养成为程序添加注释和说明的好习惯，以便自己的修改和阅读者轻松的了解程序的各部分及整体的功能。参考文献1雷玉堂光电检测技术M. 中国计量出版社. 1995.2季建华. 智能仪表原理M. 山东教育出版社. 2004.3王永生. 电子测量学M. 西北工业大学出版社. 2003.4李华单片机实用接口技术M. 航空航天大学出版社. 2006.5张鹏王雪梅. 单片机原理与应用实例教程M. 海军出版社. 2007.6赫建国等. 单片机在电子电路设计中的应用M. 清华大学出版社. 2005.7康华光电子技术基础（模拟部分）

58、M. 高等教育出版社. 199889 html.74LS00英文参考手册Z.1011康华光电子技术基础（数字部分）M. 高等教育出版社. 1998.12赖麒文. 8051单片机C语言软件设计的艺术M. 科学出版社. 2004.13徐波. Keil的使用技巧J. 电子产品世界出版社. 2006. 第224期. 6-9.14 何政.单片机原理与应用M.上海科学技术出版社,1992年.54-5515 刘文秀.单片机应用系统仿真的研究J.现代电子技术.2005, 第286 期.16 李光飞.单片机设计实例指导M.北京：北京航空航天大学出版社,2004.5,96-100.17姜志海等编.单片微型计算机原理及应用.电子工业出版社,201118李华等编.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京航空航天大学出版社，1993