智能台灯的设计

智能台灯的设计 【摘 要】 本设计制作的智能台灯，主要是以80C51和BISS0001组成的红外传感控制电路。本系 统的主要技术难点在于对人体红外信号的采集及处理。由于采用的是红外传感器，当 人体进入其感应范围时，传感器就会产生几mV信号，然后通过以BISS0001为中心的信 号处理电路，对信号进行二次放大，并滤波，以防止外界的信号产生干扰。从而将转 化成的数字信号输出，便于用单片机进处理。 【】:单片机 80C51 传感控制 The Design Of Intelligent Lamp 【Abstract】The Design of Intelligent Lamp is a kind of infrared sensor control circuit ,which mainly constituded of single-chip 80C51 and BISS0001. The main technical difficulty of the system is the collect and process of human body’s infrared signal. As what we used is infrared sensor,when human body enter the induction range,the sensor can produce singles at mV level, then through BISS0001-centric signal processing circuit, secondary amplification of the signal, and filterd in order to prevent outside interference signal generator.Then output the digital singles, easy to deal with by the SCM. 【Key words】：single—chip 80C51 Sensing Control 台灯是学生学习的必需用品，本设计以人体红外辐射为感应源，由传感控制电路 和单片机控制电路组成智能台灯。当人体在台灯的感应范围内且环境光强较弱时，自 1 动开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应人体热源，警告纠正坐姿，若在一定时 间内未离开桌面则自动熄灭。当人离开一定时间后则自动关灯，达到节约能源的目的。 热释电红外传感器1 信号 热释电红外传感器2 处理 电路 光敏电阻 80C51 提醒电路 灯光控制电路 图一 系统结构图 本系统组成如图一所示，主要由三部分组成： 1) 传感器及信号处理部分：检测人体辐射红外信号及光强信号经过处理后变成可处 理的数字信号 2) 以80C51组成的中央处理单元：处理信号并发出控制命令 3) 提醒电路及灯光控制电路 ：给出提醒信号并根据80C51给出的命令控制灯光 整个系统是以80C51控制下工作的。其工作过程为：当环境光比较强时，光敏电 阻阻值比较小，信号处理电路检测到低电平信号，禁止热释电红外传感器工作，省去 了80C51处理过程。当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大，信号处理电路接收到高 电平，从而启动热释电红外传感器工作。热释电红外传感器1探测比较远的距离，当人体进入到传感器1的控测范围内且光强较弱时，信号检测电路处理信号，并向单片 机发送一个中断，80C51启动灯光控制电路，使灯慢慢变亮。当环境光比校弱时，且 人体过于靠近桌面，热释电红外传感器2检测到信号，同时了在热释电红外传感器1 2 的控测范围内，信号处理电路同时向80C51发送信号，80C51处理信号根据优先级顺 序，屏蔽掉热释电红外传感器1的信号，启动延时电路，发出警报使人离开，若在设 定的时间内未离开桌面，则启动灯光控制电路，使灯慢慢熄灭。当人体离开热释电红 外传感器2的控测范围且在热释电红外传感器1的控测范围内时，灯光又慢慢变亮。 图二 传感器组成的信号检测及处理部分 图二是由红热释电红外传感器、光敏电阻、BISS0001组成的信号检测及处理电路。 红热释电红外传感器只对波长为10μm（人体辐射红外线波长）左右的红外辐射敏感， 所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热 释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具 有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探 测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元 接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出检测信号。 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。当外界光强较强时，光敏电阻阻值很小，BISS0001检测到低电平，从而封锁14脚，禁止传感器infare1的信号。当外界光强较弱时，光敏 电阻阻值很大，BISS0001检测到低电平，开启14脚；infare1检测到人体信号时，产生微弱的信号输出，经R5、R1005、R4、C1、C6、C7组成的信号放大滤波电路。R1000、R1001、C1000和C1001组成的延时电路，信号经处理后从2脚输出。 3 图三 单片机控制电路 图三是由单片机组成的报警及灯光控制电路。当外部无任何中断时，80C51控制74LS138的使能控制端，使后面电路不工作。当有中断一产生时，80C51启动74LS138，向P0脚低4位发送信号，控制灯慢慢亮。当中断1和中断0同时产生时，80C51屏蔽掉中断1，启动74LS138向P0脚低四位发送数据，使灯光慢慢变暗。这里采用 74LS138控制DC832可以节省80C51的管脚，有利于扩展，以便于控制多盏灯。由于 采有DC0832可以有效地使灯实现阶梯形的变化。 开始 程序初始化 开启所有中断 中断返回入口 结束 4 中断入口 中断入口 调用延时程序R=0 TIME1 R=7 发送数据 发送数据 R -调用延时程序R+1 1 调用延时程序TIME0 TIME0 R=7？ R=0？ 中断返回 中断返回 图四 程序流程图 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP DET1 ;远探测器 ORG 0013H AJMP DET0 ;近探测器 ORG 0050H MAIN: MOV P0, #00000001B ;置初始值DET0，DET1可重复触发，灯灭 MOV TMOD, #00000010B ;方式2，8位自动重装计数器 MOV TCON, #00010000B ;开启计数器T0 MOV IE, #10000111B ;开启所有中断 SJMP $ ;灯慢慢变亮 DET1: MOV P0, #00000001B CALL TIME0 ;灯亮度延时10ms 5 MOV P0, #00000011B CALL TIME0 MOV P0, #00000101B CALL TIME0 MOV P0, #00000111B CALL TIME0 MOV P0, #00001001B CALL TIME0 MOV P0, #00001011B CALL TIME0 MOV P0, #00001101B CALL TIME0 MOV P0, #00001111B CALL TIME1 RETI ;灯慢慢熄灭 DET0: CALL TIME1 ;延时1分钟 MOV TCON, A ANL A, #1 JZ LOOP MOV P0, #00001111B CALL TIME0 MOV P0, #00001101B CALL TIME0 MOV P0, #00001011B CALL TIME0 MOV P0, #00001001B CALL TIME0 MOV P0, #00000111B CALL TIME0 6 MOV P0, #00000101B CALL TIME0 MOV P0, #00000011B CALL TIME0 MOV P0, #00000001B RETI LOOP: RET TIME0: SETB TR0 MOV R0, #250 MOV R1, #20 D1: DJNZ R0, D1 MOV R0, #250 DJNZ R1, D1 CLR TR0 RET TIME1: SETB TR0 MOV R0, #250 MOV R1, #200 MOV R2, #60 D2 : DJNZ R0, D2 MOV R1, #200 DJNZ R1, D2 MOV R2, #60 DJNZ R2, D2 CLR TR0 RET END 程序框图如图四所示，程序开始后，对程序进行初始化。向P0脚写入低电平， 开启所有中断，启动计数器。当中断1来时，进入中断1，设置R0为0，调用延时程 7 序TIME0（延时10ms），判断R0是否等于7，若不是，则加1，继续发送数据进入循环，直至R=7，即实现的是灯慢慢变亮的一个过程。当中断0和中断1同时产生时，根据优先级，屏蔽掉中断1，开启中断0。调用延时程序TIME0（延时1分钟），查询中断0控制位;防止人体不小心到达热释电探测器的探测范围内，采用延时程序来排 除干扰，防止误判。若为0，则返回主程序；若为1，则向P0高四位发送数据，使灯保持原来最亮状态，调用延时程序TIME1，判断R0是否等于0，若是则中断返回，若不是，则R0减1，继续循环，直至R0等到于0，此程序的目的是实现灯慢慢变暗。 本系统的主要设计思想来源于生活，当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯 便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关的麻烦；当学习时由于靠桌面太近，造成坐姿不 正，系统就会提示，以纠正坐姿，防止近视；当学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时， 台灯就会自动熄灭；当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的。 除了硬件部分采用防干扰技术外，在软件中也采用了防干扰技术，当中断0产生时，并不立即执行，而是对其进行延时，防止由于不小心而进入到探测器2的范围内，以免产生误判。 【1】胡学海主编 单片机原理及应用系统设计 电子工业出版社 【2】赵继文主编 传感器与应用电路设计 科学出版社 【3】黄继昌主编 电子元器件应用手册 人民邮电出版社 【4】徐维祥, 刘旭敏主编.《单片微型机原理及应用》 大连理工大学出版社 8