教室節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(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</b></p><p>　　系 別： 光電信息系 </p><p>　　專 業(yè)： 光電信息工程專業(yè) </p><p>

2、;　　班 級： </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2013年5月<

3、/b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　系 別 專業(yè) 班 姓名 學(xué)號 </p><p>　　1.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 教室節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　

4、　2.題目背景和意義：按照國標(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間為15小時，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。針對目前高校教室照明用電嚴(yán)重浪費的問題，通過紅外傳感器檢測教室是否有人，檢測教室內(nèi)光線照度是否合格，并依靠單片機(jī)來智能控制照明燈的亮滅，從而達(dá)到有效節(jié)約用電

5、、降低學(xué)校的經(jīng)費開支的目的。該項目具有重要的實用價值和意義。 </p><p>　　3.設(shè)計(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)來進(jìn)行測量的傳感器。本課題要求學(xué)生利用傳感器、單片機(jī)、可見光探測器件、繼電器、開關(guān)等器件設(shè)計一款教室照明節(jié)能系統(tǒng)的硬件電路，利用熱釋紅外探測器來檢測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

6、夠，則系統(tǒng)自動打開燈；若教室里無學(xué)生或光線照度符合要求，則節(jié)電裝置自動關(guān)閉供電電源。</p><p>　　通過采用熱釋紅外探測技術(shù)、可見光探測技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)實現(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，不需要人類發(fā)出聲音，正好與教室安靜的環(huán)境相符合。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；

7、（3）利用Protel軟件制作系統(tǒng)的硬件電路原理圖；（4）實現(xiàn)教室的節(jié)能照明自動控制功能、自動節(jié)電。 技術(shù)指標(biāo)：（1）濾光晶片的波長為7 - 10μm ；（2）不同顏色的LED燈實現(xiàn)實時指示作用。 </p><p>　　4.

8、設(shè)計的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時間、設(shè)計地點）： </p><p>　　` 2012.11.26--2012.12.28： 查閱資料，充分理解課題，開題答辯； </p><p>　　2012.12.28—2013.3.15： 進(jìn)行具體設(shè)計，搭建系統(tǒng)，撰寫中期報告，中期檢查

9、； </p><p>　　2013.3.15—203.4.7： 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，分析結(jié)果，完成整個設(shè)計； </p>&l

10、t;p>　　2013.4.7-2013.4.20：撰寫畢業(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、成果驗收，上交論文、答辯 </p><p>　　5.畢業(yè)設(shè)計（論文）的工作量要求

11、 </p><p>　?、?實驗（時數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： </p><p>　　② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： 1張Protel電路原理圖。

12、 </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1.5萬字的畢業(yè)論文。 </p><p

13、>　　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 日</p><p>　　說明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊，一份教師自留。</p

14、><p>　　2 帶*項可根據(jù)學(xué)科特點選填。</p><p>　　教室節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　日常生活中電能浪費現(xiàn)象比較嚴(yán)重，教室照明浪費現(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)能意識的淡薄，白天教室照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使教室無

15、人的情況下，也是全部開啟教室照明。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在給社會造成了巨大的浪費。</p><p>　　本文通過熱釋型紅外傳感技術(shù)，利用人體的紅外信號和光照強度作為檢測目標(biāo)。當(dāng)人進(jìn)入其探測區(qū)域內(nèi)，紅外傳感器將人體紅外信號傳遞給信號處理系統(tǒng)，從而實施對控制電路的驅(qū)動與否，實現(xiàn)對控制對象的具體控制，最終由單片機(jī)對房間內(nèi)是否有人和光線的綜合實時控制。在有人的情況下光照強度達(dá)到設(shè)定值則燈不亮，光照強度低于

16、設(shè)定值則燈亮。根據(jù)實際情況自動控制燈的開關(guān)，這樣就會杜絕嚴(yán)重的浪費現(xiàn)象，并且具有明顯的經(jīng)濟(jì)價值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(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-efficient Lighting Intelligent Control System</p>&l

17、t;p><b>　　Abstract </b></p><p>　　In daily life, electric energy waste phenomenon is serious waste phenomenon is serious, the classroom lighting. As energy-saving awareness using the student is

18、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 classroom lighting. Pilot lamp meet the eye everywhere, people

19、do not walk out phenomenon exists everywhere caused great waste to society.</p><p>　　The pyroelectric infrared sensor technology, light intensity as targets by the human body infrared signal and light. When

20、people enter the detection area, infrared sensor transmits the human body infrared signals to the signal processing system, thus the implementation of the drive control circuit or not, realize the control of a controlled

21、 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</p><p>　　Keywords: single chip microcomputer; cl

22、assroom lighting energy saving; pyroelectric infrared sensor; photosensitive resistance</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1本課題研究的目的和意義

23、1</p><p>　　1.2國內(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)能照明實現(xiàn)方式方案論證4</p><p>　　2.1.1系統(tǒng)最基本的實現(xiàn)方案4</p><p>　　2.1.2 教室照

24、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可見光檢測電路方案論證8</p><p>　　2.2.1光敏電阻檢測方案8</p><p>　　2.2.2光敏二極管檢測方案9</p><

25、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)器件簡介10</p><p>　　3.2人體紅外檢測器件簡介13</p><p>　　3.2.1熱釋電紅外傳感器13</p><p>　　3.2.2菲涅耳透鏡15&

26、lt;/p><p>　　3.2.3熱釋電傳感器信號處理芯片18</p><p>　　3.3可見光檢測器件簡介22</p><p>　　3.3.1光敏電阻23</p><p>　　3.3.2電壓比較器24</p><p>　　4 系統(tǒng)電路設(shè)計26</p><p>　　4.1單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)

27、計26</p><p>　　4.1.1復(fù)位電路設(shè)計26</p><p>　　4.1.2時鐘電路設(shè)計26</p><p>　　4.2人體紅外檢測電路設(shè)計27</p><p>　　4.3可見光檢測電路設(shè)計29</p><p>　　4.4按鍵電路設(shè)計31</p><p>　　4.5 LED

28、照明電路設(shè)計31</p><p>　　4.6執(zhí)行模塊電路設(shè)計32</p><p>　　5系統(tǒng)焊接調(diào)試運行及問題分析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36</p><p>　　5.3主要問題分析36</p><p>&l

29、t;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（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明41</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明42</p><p&

30、gt;　　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47</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1本課題研究的目的和意義</p><p>　　加強高校節(jié)電管理，特別是照明節(jié)電不僅可以

31、有效地節(jié)約用電、降低學(xué)校的經(jīng)費開支，更重要的是通過學(xué)校的示范表率作用，提高學(xué)生乃至全社會的節(jié)電意。</p><p>　　按照國標(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間為15小時，那么，一天每間教室的用電量為1kW×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20

32、0間，則照明用電量為81萬度左右。若節(jié)電率以平均30%計算，則一年可節(jié)電24.3萬度，可節(jié)約電費15～20萬元左右。而且目前國家提倡節(jié)約型社會，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。據(jù)報道，很多高校的自習(xí)室等場所用電浪費現(xiàn)象嚴(yán)重。大家都已經(jīng)習(xí)慣讓教室成為長明場所。專家們?yōu)榇怂懔艘还P賬：教室無人后如果不關(guān)閉電源開關(guān)，初步估算全國各高校每年將因此浪費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.

33、7元計算就意味著會損失十幾億元。節(jié)約用電，本人們應(yīng)該從身邊做起。為此本人們在教室的用電上開動腦筋想辦法，做試驗，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，使用刀開關(guān)來控制，燈具的壽命短，較費電。但近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對照明燈具節(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

34、領(lǐng)域的地位越來越重要。而在商品房的建設(shè)熱潮中，各大樓盤和房地產(chǎn)商也意識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。紅外智能節(jié)電開關(guān)由于觸發(fā)的時候不需要人發(fā)出任何聲音，而是人走過時身體向外界散發(fā)紅外熱量最終控制燈具的開啟，當(dāng)人離開后，經(jīng)過一定時間的延時，自動熄滅。因為不同于聲光控?zé)?，不需要聲音和開關(guān)控制，從而避免了聲控噪音的侵?jǐn)_，同時因為它是感應(yīng)人體熱量控制開關(guān)，所以避免了無效電能的損耗，達(dá)到節(jié)能效果。&

35、lt;/p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前國內(nèi)外同領(lǐng)域大多都研究到智能自動控制在照明中的應(yīng)用，以熱釋紅外為基礎(chǔ)來檢測是否有人，靠單片機(jī)來實行自動控制，但是大多數(shù)只是停留在理論階段，并未在實際生活中像聲控那樣廣泛應(yīng)用，而高校中用電量30%-40%都用在照明上，在這部分中浪費極為嚴(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)的這些問題。現(xiàn)在的公共場所照明（比如公

36、共走廊及樓梯間）應(yīng)用最多的還是幾年前出現(xiàn)的聲光控延時燈具和開關(guān)。這種燈具和開關(guān)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了人來燈亮，人走燈滅，目前已成為公共場所照明開關(guān)的主流產(chǎn)品。當(dāng)然，這種產(chǎn)品在某種程度上說確實實現(xiàn)了節(jié)能的目的，但同時也給人們的生存環(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_關(guān)自動控制的實現(xiàn)需要（超過60分貝）聲音的配合，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

37、主要內(nèi)容</p><p>　　作為一名即將畢業(yè)的學(xué)生，在校期間，對學(xué)校的教室以及圖書館的照明設(shè)計不太滿意。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>　　一是在不需要開燈的情況下，燈長亮；</p><p>　　二是人走燈長明，以至于管理員很辛苦的一個教室挨一個教室的去關(guān)燈。</p><p>　　因為這些情況都造成

38、了很多不必要的浪費。這樣下來，無形中所浪費的電能是非常驚人的。據(jù)測算，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，實施照明節(jié)能措施。這不僅可以節(jié)約能源，而且會產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　當(dāng)然說經(jīng)過教導(dǎo)，相信肯定可以減少這些浪費能源的情況發(fā)生，但從技術(shù)上完全可以解決這個問題。廉價實用的單片機(jī)就是為此而生的。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了計算機(jī)各基本功能部件的計算機(jī)系統(tǒng)

39、，包括CPU、ROM、RAM、I/O口、定時器與計數(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)問題，而是創(chuàng)造力和技巧上的問題。</p><p>　　針對生活中這種照明中電能浪費的現(xiàn)象設(shè)計一套使用單片機(jī)控制的智能照明系統(tǒng)。本設(shè)計的主要應(yīng)用范圍也是教室、圖書館和辦公室等公共場所。</p><p>　　該系統(tǒng)應(yīng)用了兩種傳感器，人體紅外傳感

40、器和自然光線傳感器，對現(xiàn)場的自然照明情況和人員情況，實現(xiàn)實時自動檢測與控制的功能，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。具體功能如下：</p><p>　　第一，系統(tǒng)設(shè)計人體紅外檢測電路，有進(jìn)入探測范圍時輸出信號。</p><p>　　第二，系統(tǒng)設(shè)計自然光檢測電路，對照明現(xiàn)場的亮度進(jìn)行自動檢測。雖在工作時間，但現(xiàn)場的亮度如果能夠滿足設(shè)定要求時，系統(tǒng)同樣關(guān)閉照明設(shè)備。</p><p&g

41、t;　　第三，設(shè)計按鍵電路，設(shè)定強制開燈和強制關(guān)燈按鍵。如有需要人為開燈或滅燈，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)的自動控制程序，是不會滅燈的，但本人們確實需要燈滅，這時就可以按下強制關(guān)燈按鍵[8]。</p><p>　　設(shè)計該系統(tǒng)的理念是：第一，“以人為本，人使用燈”；第二，“節(jié)能環(huán)?！薄?lt;/p><p><b>　

42、　2 系統(tǒng)方案論證</b></p><p>　　2.1節(jié)能照明實現(xiàn)方式方案論證</p><p>　　在設(shè)計最初需要一個整體的思路來確定設(shè)計的框架。首先根據(jù)設(shè)計任務(wù)來確定所需的功能模塊；然后按照一定的作用順序把各個功能模塊連接起來。</p><p>　　本系統(tǒng)需要兩個傳感器來分別檢測人體紅外信號和自然光強信號，需要按鍵電路來強制燈的開關(guān)，還需要指示電路來

43、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)，輸入為兩個傳感器電路即人體紅外檢測電路和自然光檢測電路，強制開關(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控制照明電路的通斷，從而

44、實現(xiàn)照明的自動控制。</p><p>　　這里的流程圖是方案流程圖，是提出來的思路流程圖。可以提出好幾種方案，來進(jìn)行比較，評價，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)最基本的實現(xiàn)方案</p><p>　　如圖2.2是一種系統(tǒng)最基本的實現(xiàn)方案的流程圖。</p><p>　　控制方案的流程圖，流

45、程經(jīng)過初始化以后，先判斷有無按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒有，繼續(xù)判斷紅外檢測電路有無探測到有人，無人時，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無按鍵按下。如果探測到有人，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，就給繼電器一個動作信號，使其動作，從而開啟照明電路[9]。</p><p>　　圖2.2系統(tǒng)最基本的實現(xiàn)方案流程圖</p><p>　　在設(shè)計

46、系統(tǒng)流程時，是先判斷光照還是先檢測是否有人是，本人遵循的原則是“以人為本，人使用燈”。如果沒有人，開關(guān)燈就無意義，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，沒有調(diào)光功能。后面的方案將體現(xiàn)方案一的這點不足。</p><p>　　2.1.2 教室照度可調(diào)方案</p><

47、;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)能效果將會更好。</p><p>　　如圖2.3具有兩個照明調(diào)節(jié)等級的方案。按鍵判斷與有沒有人的判斷與方案一相同，可見光照度判斷與方案一不同，其工作方式為：設(shè)照度X2>X1>

48、;0,當(dāng)環(huán)境照度E>X2時，不需要人工照明：當(dāng)X1<E<X2時，開一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng)E<X1時，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時候，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>　　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

49、電路流程圖</p><p>　　此方案的特別之處也在于它的可見光檢測電路和調(diào)光電路。它能夠監(jiān)測當(dāng)前照度值E1，與設(shè)定值E0作比較，當(dāng)E1<E0時，啟動調(diào)光電路進(jìn)行照明補償，維持照度不低于設(shè)定值E0。方案三的可見光檢測電路精度要高于前兩種方案，因為它的調(diào)光需要一個精確的反饋值來設(shè)定調(diào)光電路的工作。</p><p>　　這種方案對于教室，圖書館等場所，這種需要一個恒定照度的場合是非常合適

50、的，如果希望熒光燈能實現(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>　　對于方案一流程經(jīng)過初始化以后，先判斷有無按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒有，繼續(xù)判斷紅外檢測電路有無探測到有人，無人時，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無按鍵按下。如果探測到有人，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

51、電器一個動作信號，使其動作，從而開啟照明電路。</p><p>　　方案二按鍵判斷與有沒有人的判斷與方案一相同，可見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，不需要人工照明：當(dāng)X1<E<X2時，開一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng)E<X1時，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時候，就可以比方案一節(jié)約不少電能。</p><p&g

52、t;　　第三種方案它夠監(jiān)測當(dāng)前照度值E1，與設(shè)定值E0作比較，當(dāng)E1<E0時，啟動調(diào)光電路進(jìn)行照明補償，維持照度不低于設(shè)定值E0。方案三的可見光檢測電路精度要高于前兩種方案，因為它的調(diào)光需要一個精確的反饋值來設(shè)定調(diào)光電路的工作。</p><p>　　盡管方案一是最簡單，最基本的方案，卻也體現(xiàn)了智能照明的基本思路。方案二實現(xiàn)兩種等級的控制，方案三實現(xiàn)一種連續(xù)的控制是比較難的。這次設(shè)計本人就以第一種方案來設(shè)計該

53、照明系統(tǒng)。</p><p>　　2.2可見光檢測電路方案論證</p><p>　　可見光檢測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光敏電阻檢測方案</p><p>　　如圖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R

54、19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，光敏電阻阻值下降，三級管VT進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出為低電平；當(dāng)無光照時，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

55、>　　2.2.2光敏二極管檢測方案</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的一個單元，電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運算放大器。</p><p>　　2.2.3方案的比較與

56、選擇</p><p>　　方案一使用一個光敏電阻作為光線傳感器檢測環(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弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。同時利用相反器和電壓比較器作為放大倍數(shù)接近“無窮大”的運算放大器，利用可調(diào)電阻用來設(shè)定與所要設(shè)定照度值對應(yīng)的比較電位。方案二使用一個光敏二極管D2作為光線傳感器檢測環(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

57、靈敏，效果更好，因此在本次設(shè)計中選則方案一來實現(xiàn)可見光檢測。</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件核心器件介紹</p><p>　　3.1 AT89C51單片機(jī)器件簡介</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Er

58、asable Read Only Memory）和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，同時，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?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(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硬件復(fù)位。功能強大AT8

59、9C51單片機(jī)可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，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MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器1000</p><p>　

60、　寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz～24MHz；128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；32個可編程I/O口線；2個16位定時/計數(shù)器；6個中斷源；可編程串行UART通道；低功率空閑和掉電模式。[6]</p><p>　　（1）AT89C51結(jié)構(gòu)框圖于引腳說明[10]。</p><p>　　圖3.2 AT89C51結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　AT89C51結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2

61、所示。 </p><p><b>　　b. 引腳功能說明</b></p><p><b>　　Vcc：電源電壓;</b></p><p>　　GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用在

62、訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　在Flash編程時，P0接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻[11]。</p><p>　　P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)

63、部的上拉電阻把端口拉倒高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。</p><p>　　P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部

64、存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOV A，@A+DPTR指令）時。P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。</p><p>　　在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @Ri，A指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)總R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其

65、他控制信號。</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口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，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，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。</p><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

66、閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號[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，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　ALE/：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器。ALE仍一時鐘振蕩頻率的1

67、/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。但要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（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才會被激活，此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。</p><p>　

68、?。撼绦虼鎯υ试S（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。</p><p>　　/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H～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)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如端為高電平

69、（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部會鎖存端狀態(tài)。Flash存儲器編程時，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)部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器3放大器的輸出端[3]。</p><p>　　3.2人體紅外檢測器件簡介</p>

70、<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，簡稱PIR)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自動偵測等。[13]如圖3.4是RE2000B實

71、物圖，G是接地端，S是信號輸出端，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實物圖</p><p>　　圖3.5 RE200B應(yīng)用電路</p><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、

72、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2×1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，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

73、，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10～20m范圍內(nèi)人的行動。</p><p>　　b. 動式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點 優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。</p><p>　　抗干擾性能：1、防小動物干擾。探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上地小動物，一般不產(chǎn)生報警。</p><p>　　2、抗電磁干擾。探測器的抗電磁波

74、干擾性能符合要求，一般手機(jī)電磁干擾不會引起誤報。</p><p>　　3、抗燈光干擾。探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報警。</p><p>　　3.2.2菲涅耳透鏡</p><p>　　菲涅耳透鏡（Fresnel len），又稱螺紋透鏡，是由法國物理學(xué)家奧古斯丁·簡·菲涅耳所發(fā)明的一種透鏡。此設(shè)計原來被應(yīng)用于燈

75、塔，這個設(shè)計可以建造更大孔徑的透鏡，其特點是焦距短，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。如圖3.6為菲涅爾透鏡實物圖。</p><p>　　圖3.6 菲涅爾透鏡實物圖</p><p>　　a. 菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾鏡片是根據(jù)法國光物理學(xué)家FRESNEL發(fā)明的原理采用電鍍模具工藝和PE（

76、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。同一行的數(shù)個同心環(huán)組成一個垂直感應(yīng)區(qū)，同心環(huán)之間組成一個水平感應(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)人體移動幅度就小，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動幅度就要大。不同區(qū)的同心圓之間

77、相互交錯，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。鏡片從外觀分類為：長形、方形、圓形，從功能分類為：單區(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 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

78、><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)的某個段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅(qū)動負(fù)載工作。整個接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標(biāo)探測器。如圖3.9，是圓形鏡片探測效果圖。</p><

79、p>　　圖3.9 圓形鏡片探測效果圖</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)品整體更美觀。每一種鏡片有一型號（以年號+系列號命名），鏡片主要參數(shù)：1、外觀描述——外觀形狀（長、方、圓）、尺寸（直徑）。以毫

80、米為單位。2、探測范圍——指鏡片能探測的有效距離（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)點為單位。</p><p>　　c. 提高鏡片作用效果的方法增強探測動作靈敏度的方法。前面已經(jīng)闡述區(qū)段數(shù)量越多被感應(yīng)人體移動幅度就越小，因此，選用區(qū)段多且密的鏡片就能增強探測動作靈敏度，人體只要在感應(yīng)的有效范圍內(nèi)稍微移動就有效。段密度高的鏡片在50mm長度有26段之多。</p><

81、;p>　　增強抗干擾的方法。從前面闡述的原理中得知，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動幅度就要大，選用區(qū)段數(shù)量少的鏡片就能減少誤動作，一是人體運動幅度要大二是區(qū)段數(shù)量少的鏡片形成局部探測，減少外圍干擾源。</p><p>　　菲涅爾透鏡的主要作用就是將探測空間的紅外線有效地集中到傳感器上。通過分布在鏡片上的同心圓的窄帶（視窗）用來實現(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)計及透鏡材質(zhì)。考慮透

82、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、透過率、焦距誤差等。菲涅爾透鏡窄帶（視窗）的設(shè)計一般都是不均勻的，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。因為人臉部、膝部、手臂紅外輻射較強，正好對著上邊的透鏡；下邊較少，一是因為人體下部紅外輻射較弱，二是為防止地面小動物紅外輻射干擾。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，在探測器

83、前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，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以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而增強其能量幅度。</p><p>　　人體輻射的紅外線中心波長為910μm測元件的波長靈敏度在0.2～20μm范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7～10μ

84、m，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，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)信號處理而報警。</p><p>　　菲涅爾濾光片根據(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，視場越多，控制越嚴(yán)密。</p>

85、<p>　　3.2.3熱釋電傳感器信號處理芯片</p><p>　　a. SS0001概述本設(shè)計采用BISS0001來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。BISS0001是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號處理集成電路，它主要由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成。</p><p>　　如圖3.10為芯片的實物圖和外觀引腳圖。</p&

86、gt;<p>　　表3.2為芯片引腳功能說明表。</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖3.10 BISS0001芯片實物圖與外觀圖 </p><p>　　(a)實物圖 (b)外觀圖</p>&

87、lt;p>　　表3.2 管腳功能說明</p><p>　　b. 功能敘述BISS0001是CMOS數(shù)模混合專用集成電路。具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號與處理。雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬。</p><p>　　表3.3 電氣參數(shù)（表中無特殊說明時VDD=5V）</p>&l

88、t;p>　　工作原理：如圖3.11為BISS0001紅外感應(yīng)信號處理器的內(nèi)部框圖。外界元件由使用者根據(jù)需要選擇。由圖可見BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器和封鎖時間定時器即參考電壓等構(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控制器。</p><p>　　圖3.11 BISS0001內(nèi)部框圖</p><p>　　如下說明各種情況的工作

89、方式。</p><p>　　a．不可重觸發(fā)工作方式各點工作波形：</p><p>　　圖3.12 不可重觸發(fā)工作方式各點工作波形 </p><p>　　首先，根椐實際需要，利用運算放大器OP1組成傳感信號預(yù)處理電路，將信號放大。然后，耦合給運算放大器OP2，再進(jìn)行第二次放大，同時將直流電位抬高為VM（≈0.5VDD）后，將輸出信號V2送到由比較器COP1和COP2

90、組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，當(dāng)VDD=5V 時，可有效抑制±1V 的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　COP3是一個條件比較器。當(dāng)輸入電壓VC＜VR（≈0.2VDD）時，COP3輸出為低電平封住了與門U2，禁止觸發(fā)信號Vs 向下級傳遞；而當(dāng)VC＞VR，COP3輸出為高電平，進(jìn)入延時周期。當(dāng)A端接“0”電平時，在Tx 時間內(nèi)任何

91、V2的變化都被忽略，直到Tx時間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)Tx 時間結(jié)束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進(jìn)入封鎖周期Ti 。在Ti 時間內(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)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。</p><p>　　b．可重觸發(fā)工作方式各點工作波形：</p><p>　　圖3.13 可重觸發(fā)工作方式各點工作波形</p&g

92、t;<p>　　在VC=“0”、A=“0”期間，信號VS不能觸發(fā)VO為有效狀態(tài)。在VC=“1”、A=“1”時，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 時間內(nèi)，只要VS發(fā)生上跳變，則VO將從VS上跳變時刻起繼續(xù)延長一個Tx周期；若VS保持為“1”狀態(tài)，則VO一直保持有效狀態(tài)；若VS保持為“0”狀態(tài)，則在TX周期結(jié)束后Vo恢復(fù)為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時間Ti時間內(nèi)，任何VS的變化都

93、不能觸發(fā)VO為有效狀態(tài)。</p><p>　　熱釋電傳感器S極輸出信號送入BISS0001的14腳，經(jīng)內(nèi)部第一級運算放大器放大后，由C3耦合從12腳輸入至內(nèi)部第二級運算放大器放大，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)信號去啟動延遲時間定時器，最后從12腳輸出電壓信號送人單片機(jī)進(jìn)行照明控制。</p><p>　　實驗所得，當(dāng)傳感器檢測室內(nèi)有人時，VO≈4V；無人時VO≈0.4V。&

94、lt;/p><p>　　由于PIR信號變化緩慢、幅值小,針對該特點,專用信號處理器一般分為3步處理濾波放大、窗口比較、噪聲抑制及數(shù)字信號處理。BISS0001就是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰?lt;/p><p>　　它采用CMOS工藝、數(shù)模混合，具有獨立的高輸人阻抗運算放大器，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

95、選擇，通過將引腳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。在將傳感信號進(jìn)行預(yù)處理后，通過雙向鑒幅器可檢測出有效觸發(fā)信號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在延時周期Tx內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。延時周期的大小可通過R1和C1調(diào)節(jié)。在Tx時間內(nèi)，只要VS發(fā)生上跳變，VO就會從VS上跳變時刻起繼續(xù)延長一個Tx周期，若VS保持

96、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)為無效狀態(tài), 并且在封鎖時間Ti時間內(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處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白炙燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動洗手池等

97、裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)以及多種傳感器和延時控制器。</p><p>　　3.3可見光檢測器件簡介</p><p><b>　　3.3.1光敏電阻</b></p><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弱而改變的電阻器；入

98、射光強，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（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)1～10M歐,在強光條件（>100LX）下，它阻值（亮阻

99、）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4～0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。</p><p>　　可見光光敏電阻器：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)，如光電自動開關(guān)門戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機(jī)械上的自動保護(hù)裝置和“位置檢測器”，極薄零件的

100、厚度檢測器，照相機(jī)自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，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，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。</p><p>　　b. 暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流

101、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的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。</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的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。</p><p>　　e. 光照特性。光

102、照特性指光敏電阻輸出的電信號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，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強度，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。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。</p><p>　　g

103、. 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，其消耗的功率就降低。</p><p>　　光敏電阻的工作原理是基于內(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

104、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，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴

105、，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對了半導(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，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，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，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。

106、</p><p>　　3.3.2電壓比較器</p><p>　　電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關(guān)系)：</p><p>　　當(dāng)“＋”輸入端電壓高于“－”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平；</p><p>　　當(dāng)“＋”輸入端電壓低于“－”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平；</p>

107、<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。利用簡單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此本人們就要對它進(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><p>　　運放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運算參數(shù)”比如放大倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部

108、分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個輸入端的量，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，而輸出是開關(guān)（高低電平）量。一般應(yīng)用中，有時也可以用線性運算放大器，在不加負(fù)反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來使用。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)電路設(shè)計</b></p><p>　　4.1單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計</p>