向兵 呂佳璐

摘 要：隨著生活節(jié)奏的加快，人們都在追求著節(jié)能減排，舒適簡(jiǎn)單而又不單調(diào)的生活方式。傳統(tǒng)的照明方式已經(jīng)被智能控制的照明設(shè)備取代，我們都知道常用的照明燈在夜間開燈瞬間，太強(qiáng)的光線使處于黑暗中的眼睛容易受到很大的刺激，因此使用人體感應(yīng)小夜燈是首要選擇，人體紅外感應(yīng)小夜燈，柔和的光線類似月光照明的感覺，使用它有助于保護(hù)眼睛，有助于如廁后安然入睡，它特別適合于家人有老人或孩子的地方使用，也適合于夜晚怕黑的人群使用，且有著很好的節(jié)電效果。本文所設(shè)計(jì)的光敏紅外感應(yīng)智能控制小夜燈，采用的是51系列單片機(jī)STC89C51，主要是在夜間利用人體紅外感應(yīng)方式偵測(cè)附近是否有人體移動(dòng)，將偵測(cè)到的紅外光譜轉(zhuǎn)變成微弱的電信號(hào)，然后通過放大電路將微弱的電信號(hào)放大，最后經(jīng)單片機(jī)處理以達(dá)到驅(qū)動(dòng)電路使感應(yīng)燈發(fā)光的效果，因此根據(jù)不同的要求，可通過軟件延時(shí)程序來設(shè)計(jì)所需的持續(xù)照明時(shí)間。在燈頭或底座上安裝有光敏感應(yīng)器，光敏感應(yīng)器與小夜燈電性連接，光敏感應(yīng)器通過感應(yīng)外界光線的強(qiáng)弱，觸發(fā)小夜燈開啟或關(guān)閉，從而達(dá)到節(jié)能節(jié)電的效果。

關(guān)鍵詞：51單片機(jī);光敏紅外感應(yīng);數(shù)據(jù)采集;發(fā)光電路

一、發(fā)展現(xiàn)狀

就目前市面上的感應(yīng)照明設(shè)備而言，主要是聲控?zé)?、藍(lán)牙智能控制燈占據(jù)了整個(gè)市場(chǎng)，但聲控?zé)舻撵`敏度不高，藍(lán)牙智能控制燈雖可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，但夜間開關(guān)燈不方便，都不是很完美，然而光敏紅外感應(yīng)家用小夜燈恰恰彌補(bǔ)了這一空缺，而且它具有快捷、實(shí)惠、感應(yīng)范圍大、低能耗、小巧的特點(diǎn)。一旦上市，將會(huì)在每戶家庭里得到廣泛的應(yīng)用，并且成本不高，無論是城市還是偏遠(yuǎn)山村都可以滿足。同時(shí)本設(shè)計(jì)采用的采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低、安裝比較方便，而且性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠，應(yīng)用廣泛，既可用于照明裝置，還可用于防盜報(bào)警裝置、制動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。

二、項(xiàng)目研究意義

在能量資源利用日益緊張的今天，為了響應(yīng)節(jié)能減排的號(hào)召，照明設(shè)備作為千家萬(wàn)戶必不可少的用品，節(jié)能自然是基本要求。因此研究設(shè)計(jì)一款光敏紅外感應(yīng)智能控制小夜燈正是為了解決控制不方便，靈敏度不高，不夠小巧等問題，并且本文設(shè)計(jì)的光敏紅外感應(yīng)智能控制小夜燈可以廣泛的應(yīng)用在生活的各個(gè)方面，安裝簡(jiǎn)便，能夠切實(shí)做到人來燈亮，人走燈滅的功能，并且如果在此基礎(chǔ)上增加調(diào)節(jié)光控模塊的話，可以滿足各種光照條件下的需求。

三、系統(tǒng)研究功能

本設(shè)計(jì)由一個(gè)外接電源用來供電，一個(gè)單片機(jī)用來負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的控制，通過一個(gè)光敏電阻來感應(yīng)周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度，一個(gè)人體紅外感應(yīng)模塊來檢測(cè)周圍是否有人（人體有恒定的體溫，與周圍環(huán)境溫度存在差別，當(dāng)人體移動(dòng)時(shí)，這種差別的變化通過菲涅爾透鏡被熱釋電傳感器檢測(cè)到，從而輸出電信號(hào)）后經(jīng)過放大電路、比較電路，單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行發(fā)光器控電路使發(fā)光器發(fā)光。

四、總體設(shè)計(jì)與分析

為了實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)必須具備以下功能：

1.光敏電阻白天越亮，阻值越小，從而實(shí)現(xiàn)燈白天不亮;

2.通過紅外探測(cè)人體并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

3.信號(hào)放大;

4.當(dāng)一定范圍內(nèi)有人經(jīng)過時(shí)，小燈點(diǎn)亮并延時(shí)自動(dòng)熄滅等功能：

五、電路設(shè)計(jì)

1、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

51單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。一個(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，則一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us，也可以根據(jù)情況選擇6MHz、8MHz或12MHz等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇20-30pF左右的瓷片電容。

2、復(fù)位電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容C3充電來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過按鍵將電阻R2與VCC接通來實(shí)現(xiàn)。

3、光控、紅外信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

方案一：光敏三極管控制白天燈滅：

工作原理：有光時(shí)對(duì)外呈現(xiàn)低阻抗，無光時(shí)高阻抗，分壓不同從而產(chǎn)生變化的電信號(hào)。

方案二：選用光敏電阻控制白天燈滅：

工作原理：當(dāng)所處環(huán)境光線強(qiáng)時(shí)，光敏電阻自動(dòng)調(diào)節(jié)其阻值，并與相應(yīng)滑動(dòng)變阻器匹配，單片機(jī)響應(yīng)并且進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。單片機(jī)中有AD轉(zhuǎn)換器，因此可以根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)，進(jìn)行開關(guān)工作。

紅外信號(hào)檢測(cè)電路：

人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為9～10um，而熱釋電紅外線傳感器的波長(zhǎng)靈敏度在0.2～20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變，所以采用的是熱釋電紅外線傳感器。

4、放大電路設(shè)計(jì)

采用的是最基本的放大電路，當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到動(dòng)作，設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，然后經(jīng)放大電路將電信號(hào)放大傳給單片機(jī)。

5、發(fā)光電路設(shè)計(jì)

發(fā)光電路是由一個(gè)燈泡，三極管，電阻，繼電器構(gòu)成，當(dāng)采樣數(shù)據(jù)滿足通過程序時(shí)，通過單片機(jī)的控制I/0口驅(qū)動(dòng)，控制繼電器的通斷來控制燈的開關(guān)。

六、硬件電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用 AT89C51單片機(jī)為工作處理器核心，通過光控模塊控制白天，由于光線照射，該燈始終處于關(guān)閉狀態(tài);而到晚上，該燈通過熱釋電紅外傳感器（80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測(cè)元件，能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化），測(cè)出人體發(fā)出的紅外輻射，并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)電信號(hào)，再通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，內(nèi)部軟件編程處理后，驅(qū)動(dòng)夜燈燈泡，可以做到人來燈亮，人走燈滅的節(jié)能效果。

七、 小結(jié)

本次設(shè)計(jì)以 AT89C51 為核心部件，外接光控模塊和熱釋電紅外感應(yīng)器，在晚上，該燈只有收到人體的紅外信號(hào)，燈自動(dòng)點(diǎn)亮，通過軟件控制延時(shí)自動(dòng)熄滅。這種照明系統(tǒng)具備成本低，安裝方便，靈敏度高，通用性強(qiáng)，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：

向兵（1990-），男，漢，四川南充人，助教，碩士研究生，從事電子產(chǎn)品分析與制作、單片機(jī)原理及應(yīng)用等課程研究。

呂佳璐（1999-），女，漢，四川成都人，學(xué)生，綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系2017級(jí)，電子信息工程技術(shù)專業(yè)，擅長(zhǎng)單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)。

*課題項(xiàng)目：綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，校級(jí)精品在線開放課程《電子產(chǎn)品分析與制作》。