智能台灯毕业设计最终文.docx
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智能台灯毕业设计最终文.docx
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智能台灯毕业设计最终文
西安工业大学北方信息工程学院
本科毕业设计(论文)
题目:
智能台灯设计
系别:
电子信息系
专业:
自动化
班级:
学生:
学号:
指导教师:
年月
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。
3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标):
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。
4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点):
1-3周:
查阅资料,了解课题要求并弄清课题的难点与所需要解决的问题。
3-4周:
设计主流程图。
5-11周:
设计系统各模块流程和编写程序
12-13周:
软件模拟调试
14-15周:
软硬件联调。
16-18周:
写论文准备答辩。
5.毕业设计(论文)的工作量要求撰写15000字论文
①实验(时数)*或实习(天数):
150学时
②图纸(幅面和张数)*:
A4一张
③其他要求:
外文翻译数字不少于3000字;参考文献篇数17篇
指导教师签名:
年月日
学生签名:
年月日
系(教研室)主任审批:
年月日
说明:
1本表一式二份,一份由学生装订入附件册,一份教师自留。
2带*项可根据学科特点选填。
智能台灯设计
摘要
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:
节能;纠正坐姿;BISS0001;80C51
TheDesignofSmartTableLamp
Abstract
Designasmartlamp,mainlyinfraredsensorcontrolcircuitiscomposedofBISS0001andSCM.Itscharacteristicsareautomaticallyturnonthelightswhenpeopleandtheoutsidelightisweak,turnoffthelightswhennoone,saveenergy;andcancorrecttheposture,preventingmyopia
MCUcontrolpartofthe80C51microcontrollerasthecore,mainlycomposedofthepyroelectricinfraredsensor,photoresistorsignalprocessingcircuit,toremindthecircuit,thelightingcontrolcircuit,thefaultalarmcircuitcomponents,softwareselectionofassemblylanguageprogramming.Single-chipanalogofthepyroelectricinfraredsensordetectstheinfraredsignalofthehumanradiationandlightintensitysignalsintodigital.Thesystemisflexible,easyoperation,highreliability,therewillbemorebroadprospectsofdevelopment.
KeyWords:
energyconservation;tocorrectposture;BISS0001;80C51
4.1程序框图............................................................................................................22
4.2主程序................................................................................................................22
1绪论
1.1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10W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10Wx600s=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
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
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
2.1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,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。
2.280C51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
3.1芯片介绍
3.1.180C51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(DualInLinePackage),内有128个RAM单元及4K的ROM。
80C51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。
(a)管脚图(b)逻辑图
图3.180C51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:
a.VCC-芯片电源,接+5V;
b.VSS-接地端;
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。
(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:
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)。
3.1.274LS138
74LS138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(S=1),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3.274LS138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。
3.1.3DAC0832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1S;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3.3DAC0832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。
图3.4DAC0832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-2RT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.DI7~DI0:
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1010
f.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
h.Iout2:
电流输出2
DAC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
3.2.1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3~5V。
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Vc<VR时禁止触发;当VC>VR时允许触发。
VR≈0.2VDD。
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。
Tx≈49152R1C1。
RR2RC2—触发封销时间Ti的调节端。
Tx≈24R2C2。
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3.5BISS0001器件图
3.2.2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
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