毕业设计基于80C51单片机的智能台灯设计
西安工业大学北方信息工程学院西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计本科毕业设计( (论文论文) )题目题目：基于基于80C51 单片机的智能台灯设计智能台灯设计系系 别：别： 电子信息系 专专 业：业： 自动化 班班 级：级： 学学 生：生： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 年月I智能台灯设计智能台灯设计摘摘 要要设计制作了一种智能台灯，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；且能纠正坐姿，防止近视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关键词：节能；纠正坐姿；BISS0001；80C51IIThe Design of Smart Table LampAbstract Design a smart lamp, mainly infrared sensor control circuit is composed of BISS0001 and SCM. Its characteristics are automatically turn on the lights when people and the outside light is weak, turn off the lights when no one, save energy; and can correct the posture, preventing myopia MCU control part of the 80C51 microcontroller as the core, mainly composed of the pyroelectric infrared sensor, photoresistor signal processing circuit, to remind the circuit, the lighting control circuit, the fault alarm circuit components, software selection of assembly language programming. Single-chip analog of the pyroelectric infrared sensor detects the infrared signal of the human radiation and light intensity signals into digital. The system is flexible, easy operation, high reliability, there will be more broad prospects of development.Key Words: energy conservation；to correct posture；BISS0001；80C51III目目 录录1 1 绪论绪论.11.1 研究背景.11.2 研究意义.21.3 功能简介及特色功能.22 2 设计方案设计方案.42.1 系统组成.42.2 80C51 的选择.53 3 系统的硬件设计系统的硬件设计.63.1 芯片介绍.63.1.1 80C51 介绍.63.1.2 74LS138.83.1.3 DAC0832 芯片介绍 .93.2 元器件介绍.113.2.1 热释电红外传感器.113.2.2 特点.123.2.3 热释电元件.143.2.4 光敏电阻.153.2.5 LM324.173.3 电路设计.183.3.1 信号检测及处理电路.183.3.2 单片机控制电路.193.3.3 信号放大滤波电路.193.3.4 复位电路.204 软件设计软件设计.224.1 程序框图.22 4.2 主程序.225 结论结论.25参考文献参考文献.26致致 谢谢.27毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明.28毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明.291 绪论11 绪论绪论1.1 研究背景研究背景随着科技的高速发展，各种各样的科技产品、家用电器走入人们的生活，这一切都大大地提高了人们的工作效率、改善了人们的生活，现在电器的发展趋势是智能化，这样会使人们使用起来更方便。
智能化产品在各个领域都有出色的应用，所以我们打算研究是智能化台灯虽然按键式的台灯还是台灯市场的主体但是，现代电子技术的发展和人们的需求变化，已使传统的台灯感受到产品更新换代的威胁智能型的电器产品渐渐进入人们的生活中台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，集中光线，便于工作和学习一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡 有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明已用来应急它是千家万户的必需生活用品目前，灯具市场上出售的台灯种类繁多，一般的台灯均采用 220V 交流电源供电，日光灯管、白炽灯泡为光源，手动开关或触摸感应式开关来控制但这类台灯，存在很多弊端，一是电压是不安全电压，给人们使用带来不安全因素；二是日光灯还具有频闪效应，经常使用会给人的眼睛带来一定的伤害；三是耗电量大、台灯通常都是以日光灯为主，在几瓦到几十瓦之间；四是人工化，人们由于手工操作，往往会忘记关灯，这也造成电能的浪费，到目前为止，在灯具市场上，很少见到采用+6V 的直流电源供电的一种人体智能台灯，它具有既不会出现触电，使用寿命长，无辐射，又无污染等优点。
智能台灯可分成自动和手动两种模式在自动模式下，台灯能根据环境光的亮暗与人是否被台灯所检测到（人是否在）来自动开启台灯当人被微机检测到，环境光又达到某个程度的时候（可以设定与调节） ，台灯就会开启如果环境光没有达到这个程度，台灯不会开启当人没有被微机检测到，无论多暗，台灯也不会开手动模式是为了不习惯使用自动模式的人或是台灯中的微机出故障等紧急情况时用的在手动模式下，智能台灯和普通台灯是一样使用的 智能台灯最大的优点就是省电和方便方便不用多说了，来之则亮，去之则暗，不用动手省电是比较重要的，现在全世界都缺少电能，2003 年，美国和加拿大大面积停电我国也是，每到夏天就有很多省市拉闸限电如果用上我们的智能台灯，那么假设一天我们可以节省 10min 的开灯时间，灯上装的是西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）210W 的节能灯泡（一个 10W 的节能灯泡相当于 40W 的白炽灯泡） 节省的电能为 10W600s = 6000J ，一个月（30 天）就能节省 180000J，一年就能节省2190000J 的电能，相当于 0.6 千瓦时不要小看这个 0.6 千瓦时的电能如果全国人都能每年节省 0.6 千瓦时的电能，那么每年全国会省下 7.8 亿千瓦时的电能，这 7.8 亿千瓦时的电能相当节省接近 4 亿人民币，4 亿人民币可以建造多少所希望小学，可以救助多少无家可归的孤儿，可以圆多少贫穷的孩子无法圆的上学梦啊！更重要作用的是环境保护。
大家都知道我国有 70%的电能来自火力发电厂，而火力发电厂少发一度电（就是 1 千瓦时）会减少 1 千克的 CO2 排放那么节省 3.9 亿度的电能就等于少向大气排放 39 万吨的 CO2 ，而 CO2 是温室效应的最归祸首就是因为全球向大气排入过多的 CO2，导致了温室效应的加剧，海平面上升，大片的土地被淹没，气候变暖，降水和土壤湿度进一步减少，气候逐渐干旱，土地沙漠化和草原退化将变的更加严重1.2 研究意义研究意义台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便在这里设计了以人体红外辐射（波长为 9.5um）传感控制电路当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，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时则自动关灯，达到节约能源的目的 1.3 功能简介及特色功能功能简介及特色功能 智能台灯作为一款新型的台灯，智能化是它的主要特色，在普通台灯的基础上，采用高亮 led 光源，实现了节能，其具体功能如下： a. 实现人来灯亮，人走灯灭：作为智能化和节能化的台灯，人来灯亮，人走灯灭是这种台灯功能上面的特色。
当人体靠近台灯的时候，由热释电红外传感器发出信号，使得单片机处理输出驱动灯管发光的 PWM 波形，灯就亮；当人体离开台灯的时候，由于没有持续触发，台灯将在三分钟之后熄灭这种设计能够有效地节约能源，并且能够有效地控制灯亮的时间 b. 实现自动调光的功能：通过光敏电阻和一部分传感电路的分析，将环境光强转化成数字信号输入单片机，由程序解决和处理并输出相应的亮度值 c. 实现坐姿提醒的功能：坐姿的提醒，是通过距离传感装置进行的，当使用者头部距离台灯太近的时候，将产生报警信号，提醒纠正坐姿 d. 温度传感：在开机的时候显示当前的室温情况并设有专门的按键显示当西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）3前的室温 f. 电池电压检测的功能：和温度的传感一样，当按下键的时候显示当前的电池电压并及时提醒用户更换电池 g. 遥控模块：使用万能遥控器进行系统的总体控制 h. 液晶显示时间，温度，并设有闹钟 主要控制采用 80C51 单片机实现，外围器件主要是各种传感器其中“人来灯亮，人走灯灭”功能采用热释电红外传感器实现；人体检测采用热释电红外传感器实现；“坐姿提醒”主要使用红外发射二极管和接收管实现，电池电压采用串行 8 位 AD 转换器实现；“自适应调光”以一块光敏电阻和电压比较器实现。
i. 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根据一项调查表明： 41.7%的普通市民， 74.2%网上一族认为在 5 年之内，我国智能化住宅将成为住宅市场的主流 住宅小区智能化系统，从其内容上来看可分为小区物业综合管理系统和家居智能管理系统两大部分，前者包括：社区安防、信息服务、计量收费三部分，后者包括家居安防、家居信息服务，家居智能化控制等2 设计方案42 2 设计方案设计方案2.1 系统组成系统组成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 图所示图 2.1 系统结构图本系统组成如图 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， 热释电红外传感器 1热释电红外传感器 2 光敏电阻 信 号处 理 电 路 80C51提醒电路灯光电路西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）5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 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2.2 80C51 的选择的选择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。
3 系统的硬件设计63 系统的硬件设计系统的硬件设计3.1 芯片芯片介绍介绍3.1.1 80C51 介绍介绍80C51 单片机属于 MCS-51 系列单片机，由 Intel 公司开发，其结构是 8048的延伸，改进了 8048 的缺点，增加了如乘（MUL） 、除（DIV） 、减（SUBB） 、比较（PUSH） 、16 位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和 5个中断源采用 40 引脚双列直插式 DIP（Dual In Line Package） ，内有 128 个RAM 单元及 4K 的 ROM80C51 有两个 16 位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有 4 个 8 位并行输入口80C51 内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用 12MHz 的晶振频率由于 80C51 的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心 MCS-51 以其典型的结构、完善的总线、SFR 的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰富的指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础MCS-51 系列的典型芯片是 80C51（CHMOS 型的 8051）。
为此，众多的厂商都介入了以 80C51 为代表的 8 位单片机的发展，如Philips、Siemens（Infineon）、Dallas、ATMEL 等公司，我们把这些公司生产的与 80C51 兼容的单片机统称为 80C51 系列特别是在近年来，80C51 系列又有了许多发展，推出了一些新产品，主要是改善单片机的控制功能，如内部集成了高速 I/O 口、ADC、PWM、WDT 等，以及低电压、微功耗、电磁兼容、串行扩展总线和控制网络总线性能等西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）7（a）管脚图 (b) 逻辑图 图 3.1 80C51 管脚图单片机的 40 个引脚大致可分为 4 类：电源、时钟、控制和 I/O 引脚电源电源:a. VCC - 芯片电源，接+5V； b. VSS - 接地端； 时钟时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端 控制线控制线:控制线共有 4 根， a.ALE/PROG:地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲 (1) ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 (2) PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。
b. PSEN:外 ROM 读选通信号c. RST/VPD:复位/备用电源1) RST（Reset）功能：复位信号输入端 (2) VPD 功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源 d. EA/Vpp:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源 西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）8(1) EA 功能：内外 ROM 选择端 (2) Vpp 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源 Vpp I/O 线线: 80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0、P1、P2、P3 口，共 32 个引脚P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）3.1.2 74LS13874LS138 为 3 线8 线译码器74LS138 有三个附加的控制端和当时输出为高电平（S1） ，译码器处于工作状态否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表 3.3.5 所示这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器在图 3.2 电路中如果把作为“数据”输入端（在同一个时间） ，而将作为“地址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。
这就不难理解为什么把叫做地址输入了例如当101 时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上 图 3.2 74LS138 管脚图当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2)和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在 Y0 至 Y7 对应的输出端以低电平译出比如：A2A1A0=110 时，则 Y6 输出端输出低电平信号利用 E1、E2 和 E3 可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个 反相器还西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）9可级联扩展成 32 线译码器若将选通端中的一个作为数据输入端时， 74LS138 还可作数据分配器可用在 8086 的译码电路中，扩展内存3.1.3 DAC0832 芯片介绍芯片介绍DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 转换集成芯片与微处理器完全兼容这个DA 芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用D/A 转换器由 8 位输入锁存器、8 位 DAC 寄存器、8 位D/A 转换电路及转换控制电路构成DAC0832 是一个 8 位 D/A 转换器。
单电源供电，从 +5V +15V 均可正常工作基准电压的范围为 10V ；电流建立时间为 1 S ； CMOS 工艺，低功耗 20mW DAC0832 转换器芯片为 20 引脚，双列直插式封装，其引脚排列如 3.3 图所示 图 3.3 DAC0832 的管脚图DAC0832 转换器芯片为 20 引脚，双列直插式封装，其引脚排列如图 3.1.3a所示DAC0832 内部结构框图如 3.4 图所示西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）10 图 3.4 DAC0832 内部结构图 该转换器由输入寄存器和 DAC 寄存器构成两级数据输入锁存使用时数据输入可以采用两级锁存（双锁存）形式，或单级锁存（一级锁存，一级直通）形式，或直接输入（两级直通）形式此外，由三个与门电路组成寄存器输出控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制，当=0 时，输入数据被锁存；当=1 时，锁存器的输出跟随输入的数据D/A 转换电路是一个 R-2R T 型电阻网络，实现 8 位数据的转换对各引脚信号说明如下：a. DI7DI0：转换数据输入b. 片选信号（输入） ，低电平有效c. ILE：数据锁存允许信号（输入） ，高电平有效d. 第 1 写信号（输入） ，低电平有效上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当ILE=1 和=0 时，为输入寄存器直通方式；当 ILE=1 和=1 时，为输入寄存器锁存方式。
e. 第 2 写信号（输入） ，低电平有效 1010f. 数据传送控制信号（输入），低电平有效上述两个信号控制 DAC 寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当=0和=0 时，为 DAC 寄存器直通方式；当 =1 和=0 时，为 DAC 寄存器锁存方式g. Iout1：电流输出 1西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）11h. Iout2：电流输出 2DAC 转换器的特性之一是：Iout1+Iout2=常数i. Rfb反馈电阻端3.2 元器件介绍元器件介绍3.2.1 热释电红外传感器热释电红外传感器BISS0001 是红外传感信号处理器专用集成电路，是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路,它配以热释电红外传感器和少量外元器件可以构成被动式红外开关它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置是一种高技术产品已经广泛用于企业，宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统 图 2 为 BIS0001 红外传感器信号处理器的原理框图外界元件由使用者根据需要选择由图可见 BISS0001 是由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路。
可广泛应用于多种传感器和延时控制器各引脚的定义和功能如下： VDD工作电源正端范围为 35V Vss工作电源负端一般接 0V IB运算放大器偏置电流设置端经 RB 接 VSS 端，RB 取值为 1M 左右 1IN-第一级运放放大器的反相输入端 1IN+第一级运放放大器的同相输入端 1OUT第一级运算放大器的输出端 2IN-第二级运算放大器的反相输出端 2OUT第二级运算放大器的输出端 Vc触发禁止端当 VcVR 时禁止触发；当 VCVR 时允许触发VR0.2VDD VRF参考电压及复位输入端一般接 VDD接“0”时可使定时器复位A可重复触发和不可重复触发控制端当 A=“1”时，允许重复触发，当 A=“0”时，不可重复触发Vo控制信号输出端由 Vs 上跳边沿触发使 Vo 从低电平跳变到高电平时为有效触发在输出延时间 Tx 之外和无 Vs 上跳变时 Vo 为低电平状态 RR1RC1输出延迟时间 Tx 的调节端Tx49152R1C1西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）12 RR2RC2触发封销时间 Ti 的调节端Tx24R2C2 BISS0001 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。
它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统 图 3.5 BISS0001 器件图3.2.2 特点特点a. CMOS 工艺b. 数模混合c. 具有独立的高输入阻抗运算放大器d. 内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰e. 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器f. 采用 16 脚 DIP 封装(1)BISS0001 管脚如图 3.6 所示 图 3.6 BISS0001 管脚图(2)BISS0001 管脚说明如表 3.1 所示表3.1 管脚说明西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）13引引脚脚名名称称I/O功能说明功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端当 A 为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端由 VS 的上跳前沿触发，使 Vo 输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发在输出延迟时间 Tx 之外和无 VS 的上跳变时，Vo 保持低电平状态3 RR1 输出延迟时间 Tx 的调节端4 RC1 输出延迟时间 Tx 的调节端5 RC2 触发封锁时间 Ti 的调节端6 RR2 触发封锁时间 Ti 的调节端7 VSS 工作电源负端8 VRF I 参考电压及复位输入端。
通常接 VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端当 VcVR 时允许触发(VR0.2VDD)10IB 运算放大器偏置电流设置端11 VDD 工作电源正端122OUT 0 第二级运算放大器的输出端132IN+ I 第二级运算放大器的反相输入端141IN+ I 第一级运算放大器的同相输入端151IN- I 第一级运算放大器的反相输入端161OUT 0 第一级运算放大器的输出端 （3）BISS0001 热释电红外开关应用电路如图 3.7 所示西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）14图 3.7 BISS0001 的热释电红外开关应用电路图 图 3.7 中，运算放大器 OP1 将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由 C3 耦合给运算放大器 OP2 进行第二级放大，再经由电压比较器 COP1和 COP2 构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号 Vs 去启动延迟时间定时器，输出信号 Vo 经晶体管 T1 放大驱动继电器去接通负载图 3.7 中，R3 为光敏电阻，用来检测环境照度当作为照明控制时，若环境较明亮，R3 的电阻值会降低，使 9 脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号 Vs。
SW1 是工作方式选择开关，当 SW1 与 1 端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当 SW1 与 2 端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式图中R6 可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选 10K，实际使用时可以用 3K，可以提高电路增益改善电路性能输出延迟时间 Tx 由外部的 R9 和 C7 的大小调整，触发封锁时间 Ti 由外部的 R10 和 C6 的大小调整，R9/R10 可以用 470 欧姆，C6/C7 可以选 0.1U西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）153.2.3 热释电元件热释电元件 图 3.8 传感器灵敏元面积 2.01.0mm2基片材料 硅 基片厚度 0.5mm 工作波长 7-14m 平均透过率 75% 输出信号 2.5V (420k 黑体 1Hz 调制频率 0.3-3.0Hz 带宽 72.5db 增益) 噪声 200mv (mvp-p) (25) 平衡度 20% 工作电压 2.2-15V 工作电流 8.5-24A (VD=10V,Rs=47k,25) 源极电压 0.4-1.1V (VD=10V,Rs=47k,25) 工作温度 -20- +70 保存温度 -35- +80 视场 139126 说明 该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射采用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。
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）16 a. 上述特性指标是在源极电阻 R2=47K 条件下测定的，用户使用传感器时，可根据自己的需要调整 R2 的大小 b. 注意灵敏元的位置及视场大小，以便得到最佳光学设计 c. 所有电压信号的测量都是采用峰一峰值定标平衡度 B 中的 EA 和 EB分别表示两个灵敏元的电压输出信号的峰一峰值 d. 使用传感时，管脚的弯曲或焊接部位应离开管脚基部 4mm 以上 e. 使用传感器前，应先参考说明书，尤其要防止接错管脚 3.2.4 光敏电阻光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降光敏电阻的工作原理是基于内光电效应在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降光照愈强，阻值愈低入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器： 紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线 红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中 西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）17可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。
主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面 光敏电阻的主要参数是： a. 光电流、亮电阻光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示 b. 暗电流、暗电阻光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示 c. 灵敏度灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值 d. 光谱响应光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线 e. 光照特性光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓在大多数情况下，该特性为非线性。
f. 伏安特性曲线伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大 g. 温度系数光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低 h. 额定功率额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低3.2.5 LM324LM324 系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器可工作在单电源下，电压范围是 3.0V-32V 或+16V.LM324 的特点：a. 短跑保护输出 b. 真差动输入级 c. 可单电源工作：3V-32Vd. 低偏置电流：最大 100nA（LM324A）西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）18e. 每封装含四个运算放大器 f. 具有内部补偿的功能g. 共模范围扩展到负电源 h. 行业标准的引脚排列i. 输入端具有静电保护功能1.LM324 电压参考电路如图 3.9 所示图 3.9 参考电压电路a. LM324 引脚图资料与电路应用LM324 资料： LM324 为四运放集成电路，采用 14 脚双列直插塑料封装内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。
电路功耗很小，lm324 工作电压范围宽，可用正电源 330V，或正负双电源15V15V 工作它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为 0Vcc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，四组运放相互单独每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有 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相位相反；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 LM324 引脚排列见图1 lm124、lm224 和 lm324 引脚功能及内部电路完全一致lm124 是军品；lm224 为工业品；而 lm324 为民品由于 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，价格低廉等特点，因此他被非常广泛的应用在各种电路中 西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）193.3 电路设计电路设计3.3.1 信号检测及处理电路信号检测及处理电路在电路设计部分中，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 3.10 传感器组成的信号检测及处理部分图 3.10 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 10m（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。
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）20R1000、R1001、C1000 和 C1001 组成的延时电路信号经处理后从 2 脚输出3.3.2 单片机控制电路单片机控制电路 由 80C51、74LS138 和 DAC0832 组成的控制电路如图 3.11 所示图 3.11 单片机控制电路图 3.11 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3.3.3 信号放大滤波电路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 3.12 所示西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）21图 3.12 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3.3.4 复位电路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5V5%，即 4.755.25V。
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 3.13 所示西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）22图 3.13 复位电路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4 软件设计234 软件设计软件设计4.1 程序框图程序框图 程序框图如图 4.1 所示 图 4.1 程序框图4.2 主程序主程序 ORG0000HAJMP MAINORG0003HAJMPDET1 ;远探测器ORG0013HAJMPDET0;近探测器ORG0050HMAIN: MOV P0, #00000001B;置初始值 DET0，DET1 可重复触发，灯灭 R=7？ 中断入口 R=0 发送数据 R+1R 中断返回 调用延时程序 TIME0中断入口调用延时程序 TIME1R=7发送数据调用延时程序 TIME0R=0？中断返回西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）24MOVTMOD, #00000010B;方式 2，8 位自动重装计数器MOV TCON, #00010000B;开启计数器 T0MOVIE, #10000111B;开启所有中断SJMP$;灯慢慢变亮DET1: MOVP0, #00000001BCALLTIME0;灯亮度延时 10msMOVP0, #00000011BCALLTIME0MOVP0, #00000101BCALLTIME0MOVP0, #00000111BCALLTIME0MOVP0, #00001001BCALLTIME0MOVP0, #00001011BCALLTIME0MOVP0, #00001101BCALLTIME0MOVP0, #00001111BCALLTIME1RETI;灯慢慢熄灭DET0: CALLTIME1;延时 1 分钟MOVTCON, AANLA, #1JZ LOOPMOVP0, #00001111BCALLTIME0MOVP0, #00001101BCALLTIME0MOVP0, #00001011BCALLTIME0MOVP0, #00001001BCALLTIME0MOVP0, #00000111B西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）25CALLTIME0MOVP0, #00000101BCALLTIME0MOVP0, #00000011BCALLTIME0MOVP0, #00000001BRETILOOP: RET;延时 10msTIME0: SETBTR0MOVR0, #20D_1:MOVR1, #250DJNZR1, $DJNZR0, D_1CLRTR0RET;延时 1 分钟TIME1: SETBTR0MOVR0, #250MOVR1, #200MOVR2, #60D_2 :DJNZR0, D_2MOVR1, #200DJNZR1, D_2MOVR2, #60DJNZR2, D_2CLRTR0RETEND5 结论265 结论结论 本系统的主要设计思想来源于生活。
台灯是一般家庭的生活必需品，但由于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费全球这么多台灯，估算一下，消耗能源可观另一个是作为一个必需品，当然要使生活变得更方便，省去了黑暗中开灯的麻烦，并且可以纠正坐姿本系统在实验室进行了实物实验热释电红外探测器 1 的距离是 4m 左右（距离可调） ，主要是因为般来说是门离书桌的距离;以便黑暗中时人一到门口则启动，省去了开灯的麻烦，用户可以根据自己的实际情况进行距离调节热释电红外探测器 2 的距离是 10cm 左右（距离可调） ，主要考虑是当学习时，有时坐姿不正，引起身体离桌面太近，容易引起近视，此时台灯发出警告，提醒注意，若在设定的时间内未离开，则强制熄灭有时人学习累了，趴在桌子上睡觉，而忘了关灯,这时系统就会检测到，从而启动延时程序，一段时间过后，台灯就会自动熄灭 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，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27参考文献参考文献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 Nang Kan Leung,Mok K,Philip.A sub-1-V15-ppm/C CMOS bandgap voltage reference without requiring low threshold voltage deviceJ.IEEE Journal of Solid-state Circuits,2002,37(4):520-530.16 Boni,Andrea.Op-amps and startup circuits for CMOS bandgap references with near 1-V supplyJ.IEEE Journal of Solid-state Circuits,2002,37(10):1339-1343.17 Banba Hironori,Shiga Hitoshi,Umezawa Akiza,et al.A CMOS bandgap reference circuit with sub-1-V operationJ.Journal of Solid-state,2002,36(12):96-109.致 谢28致致 谢谢 在本次毕业设计中，本人从指导老师杨艳霞身上学到了很多东西。
杨老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使本人收益匪浅她无论在理论上还是在实践中，都给与本人很大的帮助，使本人得到不少的提高这对于本人以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢她细心而又耐心的辅导 另外，上一届的学长学姐也给了本人很大的支持，帮助解决了不少的难点，还有同组的几位同学的互相帮助，齐心协力，这里一并表示感谢在这里，对他们的无私帮助，本人表示诚挚的感谢！毕业设计（论文）知识产权声明29毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明本人完全了解西安工业大学北方信息工程学院有关保护知识产权的规定，即：本科学生在校攻读学士学位期间毕业设计（论文）工作的知识产权属于西安工业大学北方信息工程学院本人保证毕业离校后，使用毕业设计（论文）工作成果或用毕业设计（论文）工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学北方信息工程学院学校有权保留送交的毕业设计（论文）的原文或复印件，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅；学校可以公布毕业设计（论文）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文） 保密的毕业设计（论文）在解密后应遵守此规定）毕业设计（论文）作者签名：指导教师签名：日期：毕业设计（论文）独创性声明30毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢毕业设计（论文）与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任毕业设计（论文）作者签名：指导教师签名： 日期：毕业设计（论文）独创性声明31毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书系（别） 电子信息系 专业 自动化 班 姓名 学号 1.毕业设计（论文）题目： 智能台灯设计 2.题目背景和意义： 台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造。
