基于單片機的光敏紅外感應智能控制小夜燈設計

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備取代，我們都知道常用的照明燈在夜間開燈瞬間，太強的光線使處于黑暗中的眼睛容易受到很大的刺激，因此使用人體感應小夜燈是首要選擇，人體紅外感應小夜燈，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。本文所設計的光敏紅外感應智能控制小夜燈，采用的是51系列單片機STC89C51，主要是在夜間利用人體紅外感應方式偵測附近是否有人體移動，將偵測到的紅外光譜轉(zhuǎn)變成微弱的電信號，然后通過放大電路將微弱的電信號放大，最后經(jīng)單片機處理以達到驅(qū)動電路使感應燈發(fā)光的效果，因此根據(jù)不同的要求，可通過軟件延時程序來設計所需的持續(xù)照明時間。在燈頭或底座上安裝有光敏感應器，光敏感應器與小夜燈電性連接，光敏感應器通過感應外界光線的強弱，觸發(fā)小夜燈開啟或關(guān)閉，從而達到節(jié)能節(jié)電的效果。

關(guān)鍵詞：51單片機;光敏紅外感應;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照明設備而言，主要是聲控燈、藍牙智能控制燈占據(jù)了整個市場，但聲控燈的靈敏度不高，藍牙智能控制燈雖可實現(xiàn)遠程控制，但夜間開關(guān)燈不方便，都不是很完美，然而光敏紅外感應家用小夜燈恰恰彌補了這一空缺，而且它具有快捷、實惠、感應范圍大、低能耗、小巧的特點。一旦上市，將會在每戶家庭里得到廣泛的應用，并且成本不高，無論是城市還是偏遠山村都可以滿足。同時本設計采用的采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低、安裝比較方便，而且性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠，應用廣泛，既可用于照明裝置，還可用于防盜報警裝置、制動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。

二、項目研究意義

在能量資源利用日益緊張的今天，為了響應節(jié)能減排的號召，照明設備作為千家萬戶必不可少的用品，節(jié)能自然是基本要求。因此研究設計一款光敏紅外感應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，并且本文設計的光敏紅外感應智能控制小夜燈可以廣泛的應用在生活的各個方面，安裝簡便，能夠切實做到人來燈亮，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

本設計由一個外接電源用來供電，一個單片機用來負責各個模塊的控制，通過一個光敏電阻來感應周圍環(huán)境的光照強度，一個人體紅外感應模塊來檢測周圍是否有人（人體有恒定的體溫，與周圍環(huán)境溫度存在差別，當人體移動時，這種差別的變化通過菲涅爾透鏡被熱釋電傳感器檢測到，從而輸出電信號）后經(jīng)過放大電路、比較電路，單片機處理運算后驅(qū)動執(zhí)行發(fā)光器控電路使發(fā)光器發(fā)光。

四、總體設計與分析

為了實現(xiàn)本次設計的要求，系統(tǒng)必須具備以下功能：

1.光敏電阻白天越亮，阻值越小，從而實現(xiàn)燈白天不亮;

2.通過紅外探測人體并轉(zhuǎn)換成電信號

3.信號放大;

4.當一定范圍內(nèi)有人經(jīng)過時，小燈點亮并延時自動熄滅等功能：

五、電路設計

1、時鐘電路設計

51單片機內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，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補償電容構(gòu)成自激振蕩器，如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，則一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us，也可以根據(jù)情況選擇6MHz、8MHz或12MHz等頻率的石英晶體，補償電容通常選擇20-30pF左右的瓷片電容。

2、復位電路設計

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

3、光控、紅外信號檢測電路設計

方案一：光敏三極管控制白天燈滅：

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

方案二：選用光敏電阻控制白天燈滅：

工作原理：當所處環(huán)境光線強時，光敏電阻自動調(diào)節(jié)其阻值，并與相應滑動變阻器匹配，單片機響應并且進行數(shù)據(jù)采集。單片機中有AD轉(zhuǎn)換器，因此可以根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)，進行開關(guān)工作。

紅外信號檢測電路：

人體輻射的紅外線中心波長為9～10um，而熱釋電紅外線傳感器的波長靈敏度在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、放大電路設計

采用的是最基本的放大電路，當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，然后經(jīng)放大電路將電信號放大傳給單片機。

5、發(fā)光電路設計

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

六、硬件電路設計

本次設計采用 AT89C51單片機為工作處理器核心，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元件，能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化），測出人體發(fā)出的紅外輻射，并轉(zhuǎn)化成相應電信號，再通過單片機進行數(shù)據(jù)采集，內(nèi)部軟件編程處理后，驅(qū)動夜燈燈泡，可以做到人來燈亮，人走燈滅的節(jié)能效果。

七、 小結(jié)

本次設計以 AT89C51 為核心部件，外接光控模塊和熱釋電紅外感應器，在晚上，該燈只有收到人體的紅外信號，燈自動點亮，通過軟件控制延時自動熄滅。這種照明系統(tǒng)具備成本低，安裝方便，靈敏度高，通用性強，性能穩(wěn)定的特點。

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[4] 謝嘉奎.電子線路[M].高等教育出版社.2008-3.

作者簡介：

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、單片機原理及應用等課程研究。

呂佳璐（1999-），女，漢，四川成都人，學生，綿陽職業(yè)技術(shù)學院信息工程系2017級，電子信息工程技術(shù)專業(yè)，擅長單片機項目開發(fā)。

*課題項目：綿陽職業(yè)技術(shù)學院，校級精品在線開放課程《電子產(chǎn)品分析與制作》。