基于 STC89C52R C單片機(jī)的智能照明開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

譚科華+魏義林

摘 要：隨著數(shù)字化、智能化、信息化趨勢(shì)的進(jìn)一步發(fā)展，人們?nèi)找鎳?yán)重地感受到傳統(tǒng)照明開(kāi)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(diǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注。本次項(xiàng)目立足于智能、便捷，由 STC89C52RC作為系統(tǒng)主控芯片，將光照檢測(cè)、熱釋電傳感器、手動(dòng)啟動(dòng)三種啟動(dòng)條件按一定優(yōu)先級(jí)排列，由控制繼電器開(kāi)啟、關(guān)斷來(lái)決定照明電路的啟動(dòng)、關(guān)斷。

關(guān)鍵詞：STC89C52RC 光照檢測(cè) 熱釋電傳感器 繼電器

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

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由光照檢測(cè)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(jì)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(mén)限電平進(jìn)行比較得出高低電平送往單片機(jī)。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(wú)人體在感應(yīng)范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)向單片機(jī)輸出高低電平。當(dāng)兩種條件達(dá)到要求時(shí)單片機(jī)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(kāi)關(guān)電源電路將 220V交流電源降壓整流為 5V直流電源對(duì)整個(gè)系統(tǒng)弱電部分進(jìn)行供電。

（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)

（2）電橋平衡與電壓比較器

本設(shè)計(jì)因?yàn)閮H用光敏電阻設(shè)置單一閾值，為了簡(jiǎn)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(jī)昀小系統(tǒng)由單片機(jī)、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(jī)工作提供時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路用于對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位；按鍵電路的作用是當(dāng)照明開(kāi)關(guān)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)用于手動(dòng)啟動(dòng)照明和禁用智能控制；下載電路采用串口下載方式，通過(guò)單片機(jī) P3.0、P3.1口、利用 CH340進(jìn)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(diǎn)與 R1、R5的節(jié)點(diǎn)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(jì)中要將光照電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的高低電平信號(hào)，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(jì)中 LM358作為單限比較器，其門(mén)限電平為平衡電橋 R1、R5所構(gòu)成電橋的中心電壓： RV門(mén)限 . R1 .5R 5 Vcc

當(dāng) R2與 R4的中心電壓大于V門(mén)限 時(shí)，LM358輸出高電平，當(dāng) R2與 R4的中心電壓小于V門(mén)限 時(shí)，LM358輸出低電平。將電壓轉(zhuǎn)換為電阻時(shí)，則為 R5的阻值大小控制V門(mén)限 的高低，R5越大則V門(mén)限 越大。當(dāng)光敏電阻阻值達(dá)到 R5時(shí) 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(kāi)啟條件。

由于 LM358輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力不強(qiáng)，利用一個(gè)小功率三極管，使其工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，三極管基級(jí)接 LM358輸出信號(hào)，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(shí)加 LED顯示光照檢測(cè)的狀態(tài)，為了不影響輸出信號(hào)，將 LED接在輸出信號(hào)與 VCC之間，低電平驅(qū)動(dòng)。

*基金項(xiàng)目：項(xiàng)目來(lái)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(xiàng)目

（3）熱釋電傳感器

為了使設(shè)計(jì)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(hào)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(dòng)式熱釋電紅外開(kāi)關(guān)，其內(nèi)部具有延時(shí)定時(shí)器、封鎖時(shí)間定時(shí)器，能極大地精簡(jiǎn)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(kāi)關(guān) SW1進(jìn)行控制。本次設(shè)計(jì)要求有人活動(dòng)時(shí)輸出為高，無(wú)人活動(dòng)時(shí)輸出為低，芯片需處于可重復(fù)觸發(fā)方式。

輸出延時(shí)時(shí)間 Tx 、觸發(fā)封鎖時(shí)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(jí)增益和兩級(jí)高通濾波、兩級(jí)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(dá)到同人體體溫相近時(shí)，感應(yīng)靈敏度大幅下降。改善方法為將電阻 R8改為一個(gè)固定電阻與一個(gè)熱敏電阻的結(jié)合，當(dāng)溫度升高時(shí)熱敏電阻的阻值降低，R8總電阻降低，第一級(jí)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(zhǎng)感應(yīng)距離和感應(yīng)角度，并且能加強(qiáng)對(duì)外部干擾的抵抗能力。

（4）繼電器

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

二、控制方法

本設(shè)計(jì)的控制器為 STC89C52RC，其主要任務(wù)是對(duì)兩個(gè)傳感電路輸出信息進(jìn)行處理和判斷，控制繼電器的閉合與斷開(kāi)；當(dāng)傳感電路失效時(shí)能禁用傳感電路，能手動(dòng)開(kāi)啟照明燈。

三、程序設(shè)計(jì)流程圖

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 4所示，在程序中配置兩種檢測(cè)裝置的優(yōu)先級(jí)，利用 flag_key來(lái)對(duì)按鍵進(jìn)行標(biāo)識(shí)，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(shí)，flag_key和繼電器控制引腳自動(dòng)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(shí)，flag_key自加后清零（flag_key=2時(shí)清零），禁用智能判斷模式，閉合繼電器，照明燈點(diǎn)亮，當(dāng)按鍵第二次按下時(shí)，flag_key自加為 1，智能判斷模式開(kāi)啟，斷開(kāi)繼電器，照明燈熄滅。因此利用 flag_key達(dá)到手動(dòng)啟動(dòng)、關(guān)閉照明燈。

四、結(jié)束語(yǔ)

本次項(xiàng)目為基于 STC89C52RC單片機(jī)的智能照明開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)。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(cè)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(duì)于檢測(cè)模塊的影響，提高了檢測(cè)的正確性。整體設(shè)計(jì)較為合理，制作成品能滿足項(xiàng)目要求，誤判率處于合理范圍，成品已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定。在本次項(xiàng)目中對(duì)于基本的電路設(shè)計(jì)與分析也有較好的掌握，對(duì)于 STC89C52RC單片機(jī)能夠熟練地掌握與運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭天祥. 51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2013

[2]胡啟明.葛祥磊. Proteus從入門(mén)到精通 100例[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2012

[3]燕慶明. 電路分析教程 第三版[M]. 北京：高等教育出版社，2013

[4]楊欣.萊·諾克斯.王玉鳳.劉湘黔. 電子設(shè)計(jì)從零開(kāi)始（第2版）[M] 北京：清華大學(xué)出版社：2015