基于 STC89C52R C單片機的智能照明開關(guān)設(shè)計

譚科華+魏義林

摘 要：隨著數(shù)字化、智能化、信息化趨勢的進一步發(fā)展，人們?nèi)找鎳乐氐馗惺艿絺鹘y(tǒng)照明開關(guān)的種種不便和局限，而智能照明控制系統(tǒng)以智能、便捷等優(yōu)點受到越來越多的關(guān)注。本次項目立足于智能、便捷，由 STC89C52RC作為系統(tǒng)主控芯片，將光照檢測、熱釋電傳感器、手動啟動三種啟動條件按一定優(yōu)先級排列，由控制繼電器開啟、關(guān)斷來決定照明電路的啟動、關(guān)斷。

關(guān)鍵詞：STC89C52RC 光照檢測 熱釋電傳感器 繼電器

目前，已經(jīng)有很多對于智能照明開關(guān)的研究，市場上也銷售著各種形式的智能照明開關(guān)，簡單的僅是觸摸式開關(guān)，復(fù)雜的甚至有紅外、電磁波等各種新型啟動方式。智能開關(guān)的目的在于使生活更加便捷。本次項目采用光照檢測電路和熱釋電感應(yīng)技術(shù)控制照明電路的開關(guān)斷開與閉合，是一種非常實用、簡便的智能照明開關(guān)。

一、系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計由光照檢測電路、電壓比較器電路、熱釋電感應(yīng)電路、繼電器電路和電源電路組成，系統(tǒng)設(shè)計總體圖如圖 1所示。光照變化引起平衡電橋的變化，由電壓比較器把平衡電橋的輸出電壓與門限電平進行比較得出高低電平送往單片機。熱釋電感應(yīng)電路設(shè)置感應(yīng)范圍調(diào)節(jié)與感應(yīng)靈敏度調(diào)節(jié)，感應(yīng)有無人體在感應(yīng)范圍內(nèi)活動時向單片機輸出高低電平。當(dāng)兩種條件達到要求時單片機控制繼電器閉合使照明燈與 220V交流電源接通。電源電路采用體積較小的開關(guān)電源電路將 220V交流電源降壓整流為 5V直流電源對整個系統(tǒng)弱電部分進行供電。

（1）單片機最小系統(tǒng)

（2）電橋平衡與電壓比較器

本設(shè)計因為僅用光敏電阻設(shè)置單一閾值，為了簡化電路采用平衡電橋。光敏電阻（R4）與電阻（R2）、電阻 R1與 R5組成電橋平衡電路。R1與 R5之間電壓恒定，恒等于：

單片機昀小系統(tǒng)由單片機、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵電路、下載電路組成，如圖 2所示。晶振電路為單片機工作提供時鐘信號；復(fù)位電路用于對單片機進行復(fù)位；按鍵電路的作用是當(dāng)照明開關(guān)發(fā)生錯誤時用于手動啟動照明和禁用智能控制；下載電路采用串口下載方式，通過單片機 P3.0、P3.1口、利用 CH340進行下載與調(diào)試。

R

V .5 Vcc

R1 . R5

當(dāng)光照改變、光敏電阻的阻值發(fā)生變換，則電橋 R2、R4的節(jié)點與 R1、R5的節(jié)點電壓不等，輸出電壓差（ R1為可調(diào)電阻，調(diào)節(jié) R1使 R1=R2=R）：

Vout .（R4R .4R -RR.5R5 ）Vcc

設(shè)計中要將光照電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為單片機可識別的高低電平信號，采用 LM358構(gòu)成電壓比較器，將平衡電路輸出的電壓輸入到 LM358構(gòu)成的電壓比較器中。電壓比較器采用差分輸入方式，輸入電壓為兩輸入端電壓差也就等于平衡電橋的輸出電壓：

Vin. V.. V..Vout平衡電橋

設(shè)計中 LM358作為單限比較器，其門限電平為平衡電橋 R1、R5所構(gòu)成電橋的中心電壓： RV門限 . R1 .5R 5 Vcc

當(dāng) R2與 R4的中心電壓大于V門限 時，LM358輸出高電平，當(dāng) R2與 R4的中心電壓小于V門限 時，LM358輸出低電平。將電壓轉(zhuǎn)換為電阻時，則為 R5的阻值大小控制V門限 的高低，R5越大則V門限 越大。當(dāng)光敏電阻阻值達到 R5時 LM358輸出狀態(tài)發(fā)生跳變，利用 R5可以非常便捷的改變光照電路的開啟條件。

由于 LM358輸出信號的驅(qū)動能力不強，利用一個小功率三極管，使其工作在開關(guān)狀態(tài)，三極管基級接 LM358輸出信號，集電極接限流電阻接 VCC，發(fā)射極接地，取三極管的集電極電壓做輸出，同時加 LED顯示光照檢測的狀態(tài)，為了不影響輸出信號，將 LED接在輸出信號與 VCC之間，低電平驅(qū)動。

*基金項目：項目來源：攀枝花學(xué)院 2015年度大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目

（3）熱釋電傳感器

為了使設(shè)計符合要求，并且滿足感應(yīng)距離和感應(yīng)靈敏度可調(diào)，決定采用較為高性能、靈敏的傳感器信號處理集成電路—BISS0001。BISS0001配有熱釋電紅外傳感器和能由少量外接元件構(gòu)成的被動式熱釋電紅外開關(guān)，其內(nèi)部具有延時定時器、封鎖時間定時器，能極大地精簡電路。

其應(yīng)用電路圖如圖 3所示：

芯片內(nèi)部集成有兩種觸發(fā)方式：可重復(fù)觸發(fā)與不可重復(fù)觸發(fā)，兩種方式采用開關(guān) SW1進行控制。本次設(shè)計要求有人活動時輸出為高，無人活動時輸出為低，芯片需處于可重復(fù)觸發(fā)方式。

輸出延時時間 Tx 、觸發(fā)封鎖時間 Ti由電阻、電容構(gòu)成的回路確定： T3x1062610RC..

T . 40 . RC

i 97

芯片內(nèi)部還有兩級增益和兩級高通濾波、兩級低通濾波，增益及截至頻率都由外部元件確定：

G . R/R G . R /R

178 256

FL . 159/ R . C FL . 159 / R . C

185 263

FH . 159 / R . C FH . 159/ R .C

1 742 52

當(dāng)環(huán)境溫度升高，達到同人體體溫相近時，感應(yīng)靈敏度大幅下降。改善方法為將電阻 R8改為一個固定電阻與一個熱敏電阻的結(jié)合，當(dāng)溫度升高時熱敏電阻的阻值降低，R8總電阻降低，第一級增益 G1將得到提高。

傳感器探頭采用高靈敏度探頭外加菲涅爾透鏡，有效地延長感應(yīng)距離和感應(yīng)角度，并且能加強對外部干擾的抵抗能力。

（4）繼電器

繼電器回路較為簡單，公共端接 220V交流電，常閉引腳懸空，常開引腳接照明燈，當(dāng)啟動條件吻合，單片機控制繼電器引腳吸附，常開引腳導(dǎo)通。

二、控制方法

本設(shè)計的控制器為 STC89C52RC，其主要任務(wù)是對兩個傳感電路輸出信息進行處理和判斷，控制繼電器的閉合與斷開；當(dāng)傳感電路失效時能禁用傳感電路，能手動開啟照明燈。

三、程序設(shè)計流程圖

C語言程序設(shè)計流程圖如圖 4所示，在程序中配置兩種檢測裝置的優(yōu)先級，利用 flag_key來對按鍵進行標(biāo)識，flag_key作為智能判斷和手工操作兩種模式的切換，當(dāng)有按鍵按下時，flag_key和繼電器控制引腳自動取反。當(dāng)程序初始化完成，flag_key=1，智能判斷模式啟用，當(dāng)按鍵第一次按下時，flag_key自加后清零（flag_key=2時清零），禁用智能判斷模式，閉合繼電器，照明燈點亮，當(dāng)按鍵第二次按下時，flag_key自加為 1，智能判斷模式開啟，斷開繼電器，照明燈熄滅。因此利用 flag_key達到手動啟動、關(guān)閉照明燈。

四、結(jié)束語

本次項目為基于 STC89C52RC單片機的智能照明開關(guān)設(shè)計。整體方案采用光敏傳感器、熱釋電傳感器作為判斷標(biāo)志。熱釋電檢測模塊做到了感應(yīng)距離、感應(yīng)角度可調(diào)，能排除外界溫度變化對于檢測模塊的影響，提高了檢測的正確性。整體設(shè)計較為合理，制作成品能滿足項目要求，誤判率處于合理范圍，成品已經(jīng)過長時間運行，運行過程穩(wěn)定。在本次項目中對于基本的電路設(shè)計與分析也有較好的掌握，對于 STC89C52RC單片機能夠熟練地掌握與運用。

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