光电信息课程设计

人体接近光强自动调节的白光LED智能照明系统课程设计院

系：

光学与电子信息学院光信息科学与技术1202班

杨振刚姜

恒

专业班级：指导老师：姓学

名：号：

U2012137592015.1.19

明德厚学求是创新光电信息学院第1页共11页目

背摘引

录

景............................................................................................................................1要............................................................................................................................1言............................................................................................................................2

2、设计方案..................................................................................................................2

2.1原理简介..........................................................................................................22.280C51的选择..................................................................................................42.3电路设计..........................................................................................................42.4单片机控制电路..............................................................................................52.5信号放大滤波电路..........................................................................................62.6复位电路..........................................................................................................73、软件设计..................................................................................................................8

3.1程序框图..........................................................................................................84、结论..........................................................................................................................9参考文献........................................................................................................................9

明德厚学求是创新光电信息学院第2页共11页背景

随着社会的发展，照明系统已经成为各种场合具体应用的不可或缺的一部分，它甚至在舞台灯光、城市路灯、家居环保中起着举足轻重的作用，而其核心模块就是单片机智能控制系统。但对于一些大型的应用场合，如：露天停车场、活禽养殖厂、工厂控制车间等，都存在光照应用不合理，电力能源过度消耗等严重问题，甚至城市光污染越来越成为一个新的议题。

智能调光系统不仅可以解决上述问题，还可以使灯在有需要的时候自动开启或者关闭，并且能够做到自适应调整，以达到对外界的最佳照明效果。成功地避免了灯在不需要的时候开启或者需要时关闭，大大的避免了不必要的电力能源浪费，对于地球环保和能源的节约，可以起到巨大的推动作用。据可靠调查，一个城市每年在电力消耗的经济支出上对于普通人来说简直是一个天文数字，且一个人一生中的不必要的用电都可能供城市公用路灯系统支持几天。智能光照系统如果可以普及化，不仅可以为财政部门省下了一大笔的开支，使其可以将节省下的资金投资到更有意义的地方去，使得城市可以更好、更快的发展。同时对于世界来说，更是可以取得巨大的节约能源效果，对于绿色地球的实现做出巨大的贡献。

摘要

设计制作了一种LED智能照明系统，主要是以BISS0001和单片机组成的红外传感控制电路。其特点是在有人时且外界光强较弱时能自动开灯，无人时关灯，节约能源；且能根据人到灯的距离来控制灯的亮度。

单片机控制部分采用80C51单片机为核心，主要由热释电红外传感器，光敏电阻信号处理电路，提醒电路，灯光控制电路，故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机可将热释电红外传感器检测到的人体辐射红外信号及光强信号的模拟量转换成数字量。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。

关键词：LED智能照明系统，人到灯距离控制，BISS0001；80C51

明德厚学求是创新光电信息学院第3页共11页引言

主要控制采用80C51单片机实现，外围器件主要是各种传感器。智能化系统是由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用的智能集合,随着信息技术的不断发展，其技术含量及复杂程度也越来越高，智能化的感念开始逐渐渗透到各行各业以及我们生活中的方方面面，相继出现了智能住宅小区，智能医院等都以智能化建筑为基点生发开来，因此我们通常提到的智能化系统，都说智能化建筑系统。

随着现代通信技术，计算机网络技术以及现场总线控制技术的飞速发展，数字化、网络化和信息化正日益融入人们的生活之中。人们在生活水平、居住条件得到不断提升与改善的基础上，对生活的质量提出了更高的要求，智能住宅小区就是在这一背景下产生的，而且其需求日益增长，智能化的内容也不断有新的概念融入。

二、设计方案

2.1原理简介：

本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的[5]。系统结构框图如2.1图所示。

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提醒电路灯光电路图2.1系统结构图明德厚学求是创新光电信息学院第4页共11页本系统组成如图2.1所示，主要由三部分组成：

a.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数字信号。

b.以80C51组成的中央处理单元：处理信号并发出控制命令

c.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，且人体过于靠近时，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LED控制范围，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。

2.280C51的选择

80C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。它是51系列单片机的一个成员，是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的80C51是一种高效微控制器。因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了

明德厚学求是创新

光电信息学院第5页共11页成本，提高了系统的性价比，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

芯片有：

80C51单片机，74LS138为3线—8线译码器，DAC0832芯片元器件有：

BISS0001红外传感信号处理器专用集成电路，热释电元件，光敏电阻，LM324

2.3电路设计

在电路设计部分中，单片机在本次智能节能台灯设计中的主要控制单元，主要控制电路灯光，控制电路是在单片机的控制下工作。传感器在设计者起着重要的作用，传感器组成的信号检测及处理部分电路原理如图3.10所示。

图2.3传感器组成的信号检测及处理部分图2.3是由热释电红外传感器、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

明德厚学求是创新光电信息学院第6页共11页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。

2.4单片机控制电路

由80C51、74LS138和DAC0832组成的控制电路如图3.11所示

图2.4单片机控制电路图2.4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DAC832可以节省80C51的管脚，有

明德厚学求是创新光电信息学院第7页共11页利于扩展，以便于控制多盏灯。由于采有DAC0832可以有效地使灯实现阶梯形的变化。

2.5信号放大滤波电路

使用放大器的滤波电路又称为有源滤波电路。其实有源无源就是看它用到的元器件的性质。用到有源器件（如：三极管，集成放大器等）就构成有源滤波器，若只用到无源器件（电阻，电容，电感等）就是无源滤波器。信号放大滤波电路如图2.5所示。

图2.5信号放大滤波电路有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95％以上，补偿无功细致。缺点为价格高，容量小。由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。其运行可靠性也不及无源。一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。缺点为谐波滤除率一般只有80％，对基波的无功补偿也是一定的。

明德厚学求是创新光电信息学院第8页共11页目前在容量大且要求补偿细致的地方一般使用有源加无源混合型，即无源进行大容量的滤波补偿，有源进行微调。

2.6复位电路

为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。复位电路原理如图2.6所示。

图2.6复位电复位电路不适当的复位可以导致许多问题，因为不同的复位利用

单片机的启动和断电的不同条件，因此必须根据系统的需要选择一种最恰当的复位方式。

三、软件设计

3.1程序框图

明德厚学求是创新光电信息学院第9页共11页程序框图如图4.1所示中断入口中断入口R=0调用延时程序TIME1发送数据R=7调用延时程序TIME0R+1发送数据调用延时程序TIME0R=7？R=0？中断返回中断返回图3.1程序框图四、结论

本系统的主要设计思想来源于生活。

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。由于采用的是热释电红外传感器，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。信号经过BISS0001后从而转化为数字信号输出，便于用单片机进处理。

本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，

明德厚学求是创新光电信息学院第10页共11页以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的。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。

虽然本系统以达到了使生活方便的目的，但是电路还是不够简单。因为当有多个热释电红外传感器时，就需要相应的信号检测电路。改进之处在于用一个信号处理电路同时控制多个传感器。还有一个不足之处在台灯开启时，产生的光强容易干扰光敏电阻对环境光强的判别，引起误判，现在的处理方法是传感器部分与控制部分单独分开放。

参考文献

[1]于海生.微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社,1999.20-35.[2]赵依军等.单片微机接口技术[M].北京:北京科学出版社,1992.102-140.[3]李华.MCS-51系列单片机使用接口技术[M].北京:北京航天航空大学出社,1993.40-68.[4]孙传友,孙晓斌.感测技术基础[M].北京:电子工业出版社,2001.37-72.[5]强锡富.传感器[M].北京:机械工业出版社,1994.122-152.[6]周泽存.检测技术[M].北京:机械工业出版社,1993.86.[7]黄贤武等.传感器原理及应用[M].成都:电子科技大学出版社,1999.110-210.[8]尢德斐.数字化测量技术及仪器[M].北京:机械工业出版社,1986.78-132.[9]李广弟等.单片机基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.99-200.[10]蔡美琴等.MCS-51单片机系统及其应用[M].北京:北京高等教育出版社,1992.145-187.[11]王福瑞.单片机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,1997.68-132.[12]王君等.传感器原理及检测技术[M].长春:吉林大学出版社,2002.144-165.[13]李永敏.监测仪器电子电路[M].西安:西北工业大学出版社,1996.122-232.[14]王家桢等.传感器与变送器[M].北京:清华大学出版社,1996.34-139.[15]NangKanLeung,MokK,Philip.Asub-1-V15-ppm/°CCMOSbandgapvoltagereferencewithoutrequiringlowthresholdvoltagedevice[J].IEEEJournalofSolid-stateCircuits,2002,37(4):520-530.[16]Boni,Andrea.Op-ampsandstartupcircuitsforCMOSbandgapreferenceswithnear1-Vsupply[J].IEEEJournalofSolid-stateCircuits,2002,37(10):1339-1343.明德厚学求是创新

光电信息学院第10页共11页以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的。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。

虽然本系统以达到了使生活方便的目的，但是电路还是不够简单。因为当有多个热释电红外传感器时，就需要相应的信号检测电路。改进之处在于用一个信号处理电路同时控制多个传感器。还有一个不足之处在台灯开启时，产生的光强容易干扰光敏电阻对环境光强的判别，引起误判，现在的处理方法是传感器部分与控制部分单独分开放。

参考文献

[1]于海生.微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社,1999.20-35.[2]赵依军等.单片微机接口技术[M].北京:北京科学出版社,1992.102-140.[3]李华.MCS-51系列单片机使用接口技术[M].北京:北京航天航空大学出社,1993.40-68.[4]孙传友,孙晓斌.感测技术基础[M].北京:电子工业出版社,2001.37-72.[5]强锡富.传感器[M].北京:机械工业出版社,1994.122-152.[6]周泽存.检测技术[M].北京:机械工业出版社,1993.86.[7]黄贤武等.传感器原理及应用[M].成都:电子科技大学出版社,1999.110-210.[8]尢德斐.数字化测量技术及仪器[M].北京:机械工业出版社,1986.78-132.[9]李广弟等.单片机基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.99-200.[10]蔡美琴等.MCS-51单片机系统及其应用[M].北京:北京高等教育出版社,1992.145-187.[11]王福瑞.单片机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,1997.68-132.[12]王君等.传感器原理及检测技术[M].长春:吉林大学出版社,2002.144-165.[13]李永敏.监测仪器电子电路[M].西安:西北工业大学出版社,1996.122-232.[14]王家桢等.传感器与变送器[M].北京:清华大学出版社,1996.34-139.[15]NangKanLeung,MokK,Philip.Asub-1-V15-ppm/°CCMOSbandgapvoltagereferencewithoutrequiringlowthresholdvoltagedevice[J].IEEEJournalofSolid-stateCircuits,2002,37(4):520-530.[16]Boni,Andrea.Op-ampsandstartupcircuitsforCMOSbandgapreferenceswithnear1-Vsupply[J].IEEEJournalofSolid-stateCircuits,2002,37(10):1339-1343.明德厚学求是创新

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