基于單片機(jī)的自行車液晶里程表背光燈設(shè)計(jì)

巢國強(qiáng)

摘要：隨著節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提高，在追求節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，也趨向功能細(xì)分化，功能多樣化發(fā)展。本文設(shè)計(jì)的智能感應(yīng)背光燈，就是以人到燈亮，人走燈滅為原則設(shè)計(jì)的功能化產(chǎn)品。利用紅外感應(yīng)技術(shù)和光學(xué)原理，通過控制電路來實(shí)現(xiàn)智能開關(guān)。當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)，專用傳感器探測到移動(dòng)熱源（人體紅外線光譜的變化），就會(huì)自動(dòng)把燈點(diǎn)亮。而當(dāng)人離開之后，在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間延時(shí)后，燈會(huì)自動(dòng)熄滅。人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能。

關(guān)鍵詞：紅外檢測;單片機(jī);智能開關(guān);節(jié)能控制。

一、電路設(shè)計(jì)總體思路

1、功能目標(biāo)：燈的狀態(tài)分為Time和Body兩種模式。其中，Time為背光燈的亮燈延時(shí)時(shí)間設(shè)定模式;Body為背光燈的待機(jī)工作模式。

（1）按下功能鍵，使用加1、減1鍵可對(duì)亮燈時(shí)間進(jìn)行Time和Body兩種模式的選擇。

（2）進(jìn)入Time模式后，使用加1、減1鍵可對(duì)燈亮?xí)r間進(jìn)行任意數(shù)值的設(shè)定。當(dāng)主界面上時(shí)間計(jì)時(shí)到設(shè)定的燈亮?xí)r間，燈自動(dòng)點(diǎn)亮;當(dāng)計(jì)時(shí)到設(shè)定的燈滅時(shí)間，燈自動(dòng)熄滅。

（3）進(jìn)入Body模式后，當(dāng)感應(yīng)裝置感應(yīng)到有人經(jīng)過時(shí)，背光燈自動(dòng)點(diǎn)亮;人若不走，燈不滅;當(dāng)人離開后，到達(dá)設(shè)定時(shí)間背光燈自動(dòng)熄滅。

2、技術(shù)要求

（1）定時(shí)設(shè)定由電路按鍵部分控制;

（2）實(shí)現(xiàn)亮燈時(shí)間的自由設(shè)定及人來背光燈亮，人走背光燈滅的功能;

（3）定時(shí)時(shí)間到后自動(dòng)滅燈;

（4）可反復(fù)設(shè)置定時(shí)時(shí)間。

二、硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、電路總體設(shè)計(jì)

采用被動(dòng)式熱釋電紅外探頭作為智能背光燈的傳感器?；诠?jié)能方便等要求，要求背光燈有感光抑制功能，即在白天環(huán)境亮度很高時(shí)，燈處于熄滅的狀態(tài)，不會(huì)受傳感器觸發(fā)而點(diǎn)亮。人到燈亮，燈立即點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間后再判斷是否熄滅，點(diǎn)亮的延時(shí)時(shí)間可通過按鍵調(diào)節(jié)。環(huán)境亮度低時(shí)，燈被觸發(fā)點(diǎn)亮，環(huán)境亮度會(huì)提高，即使燈光光譜與日光光譜不同，這種影響也不可忽略。為消除這類干擾，在感光抑制中，可以更改電路結(jié)構(gòu)，使燈在點(diǎn)亮后提高對(duì)環(huán)境亮度判斷的閥值。

進(jìn)入開關(guān)感應(yīng)范圍時(shí)，紅外傳感器探測到人體紅外光譜的變化，背光燈自動(dòng)點(diǎn)亮。人不離開且在活動(dòng)，燈保持點(diǎn)亮狀態(tài);人離開后，燈在延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅;當(dāng)又有人經(jīng)過時(shí)，燈又可點(diǎn)亮，即擁有人到燈亮，人離燈熄的功能，安全節(jié)能。紅外探頭和光敏元件經(jīng)信號(hào)放大及處理電路，輸出可控制燈狀態(tài)的觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)化電路可實(shí)現(xiàn)控制燈供電系統(tǒng)、電子鎮(zhèn)流器振蕩狀態(tài)等就可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能。主要元件有：被動(dòng)式熱釋電紅外探頭、菲涅爾透鏡、光敏電阻、電子鎮(zhèn)流器、供電系統(tǒng)、信號(hào)采集及處理系統(tǒng)、輸出控制系統(tǒng)、電子鎮(zhèn)流器應(yīng)用電路。

2、按鍵電路

本系統(tǒng)有K1、K2、K3三個(gè)按鍵，采用查詢式按鍵技術(shù)。查詢式按鍵技術(shù)的按鍵是相互獨(dú)立的，每一個(gè)按鍵接一根I/O口線，互不干擾，以下是各建作用：

（1）K1功能鍵：首次按下功能鍵，系統(tǒng)進(jìn)入模式選擇狀態(tài)，（用加1鍵，減1鍵進(jìn)行模式選擇）;第二次按下功能鍵，系統(tǒng)進(jìn)入顯示屏當(dāng)前時(shí)間的“小時(shí)”時(shí)間設(shè)定（用加1鍵，減1鍵進(jìn)行時(shí)間設(shè)定）;第三次按下功能鍵，系統(tǒng)進(jìn)入顯示屏當(dāng)前時(shí)間的“分鐘”時(shí)間設(shè)定（用加1鍵，減1鍵進(jìn)行時(shí)間設(shè)定）;第四次按下功能鍵，系統(tǒng)進(jìn)入背光燈點(diǎn)亮?xí)r間的“小時(shí)”時(shí)間設(shè)定（用加1鍵，減1鍵進(jìn)行時(shí)間設(shè)定）;第五次按下功能鍵，系統(tǒng)進(jìn)入背光燈點(diǎn)亮?xí)r間的“分鐘”時(shí)間設(shè)定（用加1鍵，減1鍵進(jìn)行時(shí)間設(shè)定）;第六次按下功能鍵，系統(tǒng)進(jìn)入背光燈熄滅時(shí)間的“小時(shí)”時(shí)間設(shè)定（用加1鍵，減1鍵進(jìn)行時(shí)間設(shè)定）;第七次按下功能鍵，系統(tǒng)進(jìn)入背光燈熄滅時(shí)間的“分鐘”時(shí)間設(shè)定（用加1鍵，減1鍵進(jìn)行時(shí)間設(shè)定）;當(dāng)設(shè)定好后，再次按功能鍵，系統(tǒng)顯示當(dāng)前時(shí)間，并開始計(jì)時(shí);計(jì)時(shí)過程中，也可通過功能鍵與加1、減1鍵對(duì)時(shí)間進(jìn)行重新設(shè)定。

（2）K2加1鍵：按下加1鍵，顯示值加1。

（3）K3減1鍵：按下減1鍵，顯示值減1。

三、紅外信號(hào)接收和處理電路

紅外信號(hào)接收和處理電路包括了熱釋電紅外探頭、紅外熱釋電處理芯片和光敏電阻組成。在夜晚或光線不足的時(shí)候，當(dāng)熱釋電紅外探頭探測到有紅外熱源后，經(jīng)紅外處理芯片處理后控制LED燈打開，經(jīng)過一段延時(shí)時(shí)間后關(guān)閉LED;在白天或環(huán)境光線充足時(shí)，不論是否有人經(jīng)過，背光燈均不點(diǎn)亮。電路中對(duì)于光線強(qiáng)弱的判斷是通過光敏電阻完成的。

（1）熱釋電紅外探頭

熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ會(huì)跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，ΔT=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有信號(hào)輸出;若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場效應(yīng)管FET等組成。其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對(duì)太陽光和熒光燈光的短波長（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長在8mm～12mm之間的紅外信號(hào)的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，為了只對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。

（2）光敏電阻器

光敏電阻器又叫光感電阻，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(qiáng)弱而改變的電阻器;入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換。

四、LCD顯示電路

本次設(shè)計(jì)液晶顯示電路選用的是LCD1602模塊。LCD1602是顯示的內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。顯示內(nèi)容分為延時(shí)時(shí)間和實(shí)時(shí)時(shí)間兩部分。當(dāng)單片機(jī)判斷出當(dāng)前為延時(shí)時(shí)間設(shè)定時(shí)，在LCD的第一行顯示出相應(yīng)的設(shè)定調(diào)整值。LCD的第二行始終顯示當(dāng)前的實(shí)時(shí)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]周堅(jiān)，《單片機(jī)輕松入門[M]》，北京航空航天出版社，2002

[2]孫育才，《MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M]》，東南大學(xué)出版社，2004

[3]顧立志，《PIC單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)和實(shí)例導(dǎo)航[M]》，人民郵電出版社，2005