基于.51单片机红外感应家用小夜灯地设计.doc
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1、本科毕业论文(设计)题 目: 基于 51 单片机红外感应家用小 夜灯的设计 院 系:物理与电子信息科学系 专 业:电子信息科学与技术 姓 名: 学 号: 指导教师:周鸿武 教师职称:讲师 填写日期:2011 年 5 月 10 日摘摘 要要本系统采用了热释电红外传感器,它的制作简单、成本低、安装比较方便,而且性能比较稳定,抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。人体都有恒定的体温,一般在 37 度左右,所以会发出特定波长的红外线,人体辐射的红外线的中心波长为 910um,而热释电红外传感器的波长灵敏度在 0.220um 范围内几乎稳定不变,所以实际系统中常采用的是热释电红外传感器。热释电传感器主要是以
2、非接触的形式对人体辐射的红外线进行检测,将检测到的红外光谱转变成微弱的电信号,然后通过放大电路将微弱的电信号放大,最后经单片机处理以达到驱动电路从而使感应灯发光的效果。本设计主要包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行发光电路、发光器控制电路等部分组成。软件部分主要是延时程序的设计,处理器采用 51 系列单片机 AT89C51,整个系统是在系统软件的控制下工作的。关键词关键词:单片机;红外传感器;数据采集;发光电路AbstractThis system uses a pyroelectric infrared sensor, its make simple
3、, low cost, installation are more convenient and more stable performance, strong anti-jamming capability, high sensitivity, safe and reliable.The human body has a constant temperature, be in commonly 37 degrees or so, so will issue certain wavelengths of infrared radiation infrared center for 9 10um
4、 wavelength, and pyroelectric infrared sensor sensitivity in the wavelength of 0.2 20um range almost constant, so actual system often USES is pyroelectric infrared sensors. Pyroelectric non-contact sensor is mainly by the form of human radiation of infrared testing, detect the infrared spectrum into
5、 a weak signal, and then by amplifying circuit will weak signal amplifier, finally SCM processing to achieve driving circuit is thus make induction lamp glow effect.This design includes two parts and the design of hardware and software. Hardware part includes single-chip microcomputer control circui
6、t, infrared sensor circuit, drive execution shine circuit, lighter control circuit components. Software part mainly delay program design, the processor by 51 series microcontroller AT89C51, the whole system is under control work in the system software.Keywords: PIC, Infrared sensor, Data acquisition
7、, Luminous circuit目目 录录第一章 前言.1 第二章 设计基础知识的介绍.2 第一节 热释电红外传感器 .2 一、 热释电红外传感器的简介.2 二、 热释电红外传感器的原理及特性.2 三、热释电红外传感器的优缺点.3 第二节 AT89C51 单片机简单概述 .3 一、 AT89C51 单片机的结构简介 .3 二、 AT89C51 管脚说明 .4 第三章 红外感应家用小夜灯的设计.5 第一节 红外感应家用小夜灯的设计 .5 一、 设计任务与要求.5 二、 设计方案及设计思路.5 第四章 直流稳压源的设计.7 第一节 设计内容及要求 .7 第二节 电路设计原理 .7 一、降压部分
8、.7 二、整流部分.7 第五章 红外感应家用小夜灯的具体电路模块.11 第一节 热释电红外传感器的原理 .11 第二节 小夜灯具体的电路模块的设计 .11 一、 放大电路的设计.11 二、 时钟电路的设计.12 三、 复位电路的设计.12 四、 发光电路的设计.13 第三节 系统硬件电路的选择及说明 .13 第四节 软件的程序实现 .13 一、 主程序工作流程图.13 二、中断服务程序工作流程图.14 三、 软件仿真.15 第六章 设计总结及展望.16 致谢.17 参考文献.18 附录.19第一章前言当今社会不断进步,科学技术和经济不断发展,人们的生活水平得到了很大提高,即便如此,在很多落后的
9、偏远山村,硬件设施还是很落后,黑夜时人们在屋内、走廊等地方行走时都很不方便,因而对紧急的照明措施提出了很高的要求,本设计就是为了满足落后偏远山村的紧急照明需求而设计的家庭式电子照明系统,根据不同的要求,通过软件延时程序来设计所需的持续照明时间。就目前市面上的感应照明设备而言,主要是声控灯占据了整个市场,而目前的声控灯适合于硬件设施较好的地区,仍然不能满足落后的偏远山村,然而红外感应家用小夜灯恰恰弥补了这一空缺,而且它具有方便、快捷、实惠的特点,一旦上市,将会在偏远山村得到广泛的应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,热释电红外传感器既可用于照
10、明装置,还可用于防盗报警装置、制动控制、接近开关、遥测等领域。第二章 设计基础知识的介绍第一节 热释电红外传感器一、 热释电红外传感器的简介热释电红外线(PIR)传感器是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器,本身不发任何类型的辐射,它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大,便可驱动各种控制电路。如图 2-1所示为热释电红外传感器的内部电路框图。图 2-1 热释电红外传感器的内部电路框图二、 热释电红外传感器的原理及特性热释电红外线传感
11、器主要是由一种高热电系数制成的探测元件,在每个探测器内装入一个或两个探测元件,并将两个探测元件以反极性串联,以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号,经装在探头内的场效应管放大后向外输出。人体一般都有恒定的体温,一般在 37 度,所以会发出特定波长 10um 左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10um 左右的红外线而进行工作的。传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口,这个滤光片可通过光的波长范围为 710um,正好适合于人体红外辐射的探测,而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收,人体发射的 10um 左右的红外线通过菲尼尔滤光片增
12、强后聚集到红外感应源上。这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦有人进入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元件接收,但是两片热释电元件接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而输出电压信号。当检测到人体移动信号时,电荷信号经过 FET 放大后,经过 C2,R1 的稳压后使输出变为高电位,再经过 NPN 的转化,输出 OUT 为低电平。其特性有以下几点:(1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为 10um 左右的红外辐射必须非常敏感。 (2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片,使环境的干扰受到
13、明显的控制作用。 (3)被动红外探头,其传感器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。 (4)一旦有人侵入探测区域内,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,经信号处理而形成电信号驱动小灯泡发光。 (5)菲尼尔滤光片根据性能要求不同,具有不同的焦距(感应距离)。 三、热释电红外传感器的优缺点热释电红外传感器是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器,本身不发任何类型的辐射,其功耗很小,隐蔽性好,价格低廉
14、。但是热释电红外传感器容易受各种热源、光源干扰,被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不容易被探头接收,环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时后会造成短时间失灵。第二节 AT89C51 单片机简单概述一、 AT89C51 单片机的结构简介AT89C51 单片机是美国 Atmel 公司生产低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和 128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技术生产,兼容标准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中央处理器(CPU
15、)和 Flash 存储单元,功能强大。AT89C51 单片机可提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。图 2-2 为 AT89C51 单片机的基本组成功能方块图。由图可见,在这一块芯片上,集成了一台微型计算机的主要组成部分,其中包括 CPU、存储器、可编程 I/O 口、定时器/计数器、串行口等,各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分:外时钟源 外部事件计数外部中断 控制 并行口 串行通信图 2-2 AT89C51 功能方块图二、 AT89C51 管脚说明Atmel 公司的 AT89C51 是一种高效微控制器。采用 40 引脚双列直插封装形式。AT89C51单片机是高性能单片
16、机,因为受引脚数目的限制,所以有不少引脚具有第二功能。VCC:供电电压。GND:接地。P0 口:P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口,每脚可吸收 8TTL 门电流。P1 口:P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 口缓冲器能接收输出 4TTL门电流。 P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 口缓冲器可接收,输出 4 个TTL 门电流,当 P2 口被写 1 时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输振荡器和时序 OSC程序存储器 4 KB ROM数据存储器 256 B RAM/SFR定时器/计数器 2 16AT89C51
17、 CPU64 KB 总线 扩展控制器可编程 I/O可编程全 双工串行口内中断入时,P2 口的管脚被外部拉低,将输出电流。P3 口:P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口,可接收输出 4 个 TTL 门电流。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/:当访问外部存储器时,地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字PROG节。PSEN:外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次 PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的 PSEN 信号将不出现。/VP:当保持低电平时,则在此期间外部程序存储
18、器(0000H-FFFFH) ,不管是否EAEA有内部程序存储器。在 FLASH 编程期间,此引脚也用于施加 12V 编程电源。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件,应不接。第三章 红外感应家用小夜灯的设计第一节 红外感应家用小夜灯的设计红外感应家用小夜灯构造简单,使用方便、灵活而且组装成本低。当今社会不断进步,科学技术和经济不断发展,人们的生活水平得到了很大提高,即便如此,在很多落后的偏远山村,硬件设施还是很落后,黑夜时人们在屋内、走廊等地方行走时都很不方便,因而对紧急的照明措施提出了很高的要求,本设计就是为了满足落
19、后偏远山村的紧急照明需求而设计的家庭式电子照明系统,根据不同的要求,通过软件延时程序来设计所需的持续照明时间。一、 设计任务与要求人体辐射的红外线中心波长为 910um,而热释电红外线传感器的波长灵敏度在0.220um 范围内几乎稳定不变,所以实际系统中常采用的是热释电红外线传感器。热释电红外线传感器主要是以非接触的形式对人体辐射的红外线进行检测,将检测到的红外光谱转变成微弱的电信号,然后通过放大电路将微弱的电信号放大,最后经单片机处理以达到驱动电路从而达到使感应灯泡发光的效果。设计一个红外感应家用小夜灯,红外感应在一定距离范围内有效,具有较强抗干扰性,较高的稳定性和可靠性。设计一个延时程序,
20、让红外感应小夜灯发光持续 2min。系统可实现功能是当有人经过时,热释电红外传感器将探测到动作,设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号,经放大电路、比较电路送至门限开关,打开门限阀门送出 TTL 电平至 AT89C51 单片机,经单片机处理运算后驱动执行发光器控电路使灯泡发光。二、 设计方案及设计思路AT89C51 单片机采用非易失性存取技术,是低电压,高密度、兼容标准 MCS-51 指令的系统,功能强大,加上通过假期的学习比较,对我来说,AT89C51 学起来要容易些,因此在本设计最终决定采用 AT89C51 单片机。其可提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域
21、。主动红外探测器由红外发射器和红外接收器组成。红外发射器发射一束或多数经过调制过的红外光线投向红外接收器。发射器与接收器之间没有遮挡物时,感应灯不会发光。有物体遮挡时,接收器输出信号发生变化,感应灯就发光,这样很容易产生错误信号。然而被动红外探测器中有 2 个关键性元件,一个是菲涅尔透镜,另一个是热释电传感器。虽然自然界中任何高于绝对温度(-273K)的物体都会产生红外辐射,但是不同温度的物体释放的红外能量波长也不同。人体有恒定的体温,与周围环境温度存在差别。当人体移动时,这种差别的变化通过菲涅尔透镜被热释电传感器检测到,从而输出电信号。热释电红外传感器的制作简单、成本低、安装比较方便,而且性
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