基于单片机的红外光控灯系统（一）

摘要

 随着时代的飞逝，人们对更加先进、更加环保、更加节约资源、更加可持续地满足自身需要，高科技的运用正变成当今时代发展的动力，其对电子行业有着重要影响。近年来，智能化技术被广泛运用到各种家庭设备上，如智能洗衣机、智能电饭锅、智慧电磁炉，它们均采用了机器人当作核心控制部件，从而使得它们更加安全、可靠、节约。采用单片机技术的智能家居产品，与传统的家居产品相比，拥有更加先进的技术，操作简易，安全可靠，而且还具备极大的节约能源的优势，从而大大改善了家居产品的整体品质。

通过采用热释电红外感应器和BISS0001信息处理电路，智慧灯可以实现对体内红外信号的快速感知，并且可以通过单片机实现精确控制，即使没有外界干扰，它仍然可以实现自主关闭，从而有效地减少能耗。

关键词: 单片机、灯光控制、BISS0001

目录

第1章 设计介绍

1.1 设计目标

1.2 设计功能

第2章 系统方案设计

第3章 硬件系统设计

3.1 单片机模块

3.2 时钟模块电路设计

3.3复位电路模块设计

3.4 红外热释电模块

3.5 LM393电压比较器

第4章 系统组成及电路设计

4.1 最小系统电路如下：

4.2 红外热释电传感器电路

4.3继电器电路

第5章 软件程序设计

5.1 主程序流程图

第6章 系统调试

6.1 硬件调试

6.2 系统软件测试

项目总结

参考文献

致谢

附录

第1章 设计介绍

1.1 设计目标

现在，由于社会的快速发展，人们越来越关注周围的安全。特别是在住宅中，他们必须密切关注周围的陌生人。为此，许多住宅已经配备了先进的智能监控设备，以确保住宅内的安全。这样，住宅的整体安全水平就会显著提升，为住户的生命和财产提供巨大的安全。由于科学的开发，红外线作为一种无法直接接触的物质，具备极高的隐秘性、保密性，已经成为各种安全设备的重要组成部分。尤其是在电子防盗、人身检查、智能家居建设等方面，被动式热释电红外探测器更加受到消费者的青睐，它的优势包括价格便宜、功率高、控制简便、使用寿命长。当前，国产防盗报警器大多依赖于先进的超音频、自适应红外发射/接收和微波技术，但我们的新型报警器却拥有更先进的能力，它们采用美国最新的热释电红外传感器，能够实现更高精度的告警能力。通过采用热释电红外传感器，我们不仅能够通过无需接触的方法来探测到人类身上的红外线，而且还能够通过感应器来识别活跃的生命和其他无机物。此外，该感应器不仅适合作为安全保护设备，而且在各个行业都有广泛的应用。

通过使用咪头，我们可以对周围的环境进行监控。它可以将电信号转换为可听的信号，与传统的喇叭器件形成对比。这两个器件构成了一个完整的声学系统，它们分别作为两个不同的部分，分别作为电信号的传递器。

1.2 设计功能

名称：基于STC89C51的红外光控灯

本研究旨在R&D一种新型的智能灯，它采用BISS0001和单片机构建的红外传感器，可根据周围的环境信息，实现对有人的自动报警，而不需要手工操纵，同时可实现实现实时的熄火，从而大大减少能耗。具体要求如下：

红外光控灯系统通常包括以下功能：

1.灯具控制：根据环境亮度，自动控制灯的开关。

2.时序控制：在特定的时间段内，自动控制灯的开关。例如，在夜晚或天亮时打开或关闭路灯。

3.节能功能：使用红外传感器检测人体活动，当没有人经过时，将灯关闭以节省能源。

4.当红外传感器检测到有人闯入监控范围时，系统会自动激活灯光，并通过报警装置发出警报，以提醒周围的人注意安全。

5.智能控制：通过集成人工智能技术，可以实现更加智能化的控制

第2章 系统方案设计

这个设计需要结合硬件与软件来完成。为了达到这个目标，我们需要对单片处理器（89S52）、按键、LED显示器以及它们的串行接口技术进行全面的研究。我们需要掌握这些技术，例如如何利用它们来提高我们的性能。我们还需要掌握非编码键盘和LED的动态显示，以及如何通过这些技术来降低器件的售价、提高生产效率，以及如何提高我们的软件的使用体验。在S52的软件环境中，我们需要熟悉S52的编程方式，掌握基本的编码技术，精心设置程序，以保证它的简单、容易理解、可移植、编译速度快、稳固可靠。在利用计算机处理复杂的任务时，我们需要首先仔细研究问题的需求，找出合适的算法、步骤，再根据需要挑选合适的指令，最终将它们有条不紊地组织在一起，以达到最佳的结果。经过精心设计的AP可以有效地帮助我们解决复杂的问题，并且可以满足我们的需求。为此，我们采取了多种方法，包括利用模拟软件和T写入技术，对编码的程序进行校验，然后将校验结果存储在AT89S52上，以便在未来的硬件环境下正常运作。

第3章 硬件系统设计

1.1 单片机模块

STC89C52是一款性能卓越、存储容量为8K的微控制器，具备高性能、复位功能、计时器、中断架构和双工串口等特点，支持空闲状态自动关闭CPU并保持其他功能正常工作状态，具备掉电保护和数据储存功能。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

STC有限公司近期发布的一款全新的51核心的机器人，它拥有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM以及其他多种功能，为用户提供更加先进的服务。（一）STC89C51主要功能、性能参数如下：

(1）采用51内核的系统，其中，增强版拥有6个时钟，而普及版则拥有12个时钟；

（2）该设备的工作频段可达0~40MHZ，与传统的8051设备的0~80MHZ的频段非常接近；

（3）STC89C51RC对应Flash空间：4KB;

（4）内部存储器（RAM)：512B;

（5）定时器\计数器：3个16位；

（6）通用异步通信口（UART）1个；

（7）中断源:8个；

（8）拥有可靠的ISP和\IAP，可以在系统和应用中实现可靠的调度，而不必依赖于特定的模拟软件；

（9）通用I\O口：32\36个；

（10）工作电压：3.8~5.5V；

（11）外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。

（二）STC89C51单片机的引脚说明：

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口是一种双向I/O口，具有8位漏级开路，并且具有8TTL的门电压，因此，在P1口的第一个入口1时，P0口就会产生高阻入口。此外，p0口还具有多种应用，比如作为外接程序的数据存储器，其第八位位置也是一种重要的参考。FIASH编写时，P0端口是起始端，它的功能是将数据转换成可执行的格式。然而，如果需要对FIASH进行检查，就需要将P0端口的值提升到一定的水平。

P1口：一种8位的双向I/O口，提供一种内置的拉阻力，它的管脚在1位处会被拉升至较高的电压，从而产生4TTL的电流。当P1口管脚在外界拉降至较低电压时，它会产生电流，而此现象正是因为它的拉升电压所致。FLASH编程中，P1口被用于第八位的信息传输，以便进行检查。

P2口是一种具有8个位置的I/O口，它的内部结构有一组上升的阻力，使得它能够接受4个TTL门的电流。在““1””的位置，它的管脚会被内层的上升阻力抬起，从而成为一组输入。在这个位置，它的管脚会被外部的力量降低，从而产生一组输出。P2口能够被设计为一种能够被多个程序存储器和16位地址寄存器使用的存储设备，因为它具有内置的上拉机制，能够将寄存器的位置设置为8位。此外，P2口还能够根据程序存储器的位置，将寄存器的位置设置为“1”，从而实现存储设备的多种存储功能。P2口能够通过高八位的地址传输器来实现FLASH编程及其相关的检测功能。

P3口管脚拥有8个具有内置上升电路的单向I/O口，它能够同时传送4个TTL信号，从而实现高效的数据,在P3口中，“1”的电平会被内部调节至高电平，以此来提供电力。然而，随着外界电平的降低，P3口会产生一个电流（ILL），因此，在调节电平时，需要考虑到电平的变化。

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

P3口可以同时发出闪烁信号并进行编程校验，以确保系统的正常运行。

I/O口可以被分为两类：一个用以接收源自外界的信息，一个用以接收源自本地的信息。在接收信号的情况下，i/o口会将源自本地的信号转发给本地的信息，然后通过一些计算机程序进行转发，最终将转发信号发送至本地的信息。当端口被设定为1，CPU便会按照相关的指令，向输入缓冲器CPU发送端口和端口引脚的信息，从而使得外界的数据被准确地传送至内部的总线。此过程无须人工介入，而且也无须设定端口的值，因此，当端口被设定为1，端口锁定器的状态也会被设定，从而使得从场效应管栅极传递的数据也设定为1，从而避免了端口的设定值被设定为1，从而使得从外界的数据被准确地传送至内部的总线。当场效应管的电流较小时，它的电路将受限，从而降低其电路的性能。此时，即便将1的电流传递给它，它的电路仍然受限，从而无法将其转换成1。但如果我们能够首先进行1的设置，那么它的电路将能够将电流传递给三态缓存，从而达到正常的电路。此时，我们需要进行额外的预处理，从而将I/O口设计成具有双向传送功能的口。89C51的P0/P1/P2/P3口均采用了单向传输，以满足用户的需求。

RST：用于重置设备的输出。在重置过程中，应确保RST接口处的两个机械循环的电压都处于较高水平。

ALE/PROG是一种可靠的地址锁定技术，它可以将FLASH中的数据转换成一种可被控制的格式，并且可以根据需要调整其输出的信号强度。通常，ALE端会按照一定的频段发出一条正脉冲信息，这个信息的频谱大约是1/6。由于ALE具备特殊功能，它既能够被用来控制外部输入，也能够被用来实现特殊的时间控制。但需要特别提醒的是，一旦被设为外部数据存储，就会中断一条ALE脉冲信号。为了防止ALE被激活，应该把SFR8EH地址设为0。这样，ALE就会被激活，直到MOVX和MOVC指令被激活。此处，由于引脚的增加，如果ALE处于外部的禁用条件，则此处的定位将失败。

/PSEN是一种特殊的电子控制单元，它可以被用来控制电子设备的运行状态。当电子设备被控制时，它会发送两次/PSEN，以确保电子设备的正常运行。然而，当电子设备被控制到其他地方，它就无法发送/PSEN了。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1是一种反向振荡放大器，它通过接收外界信号来驱动其内置的时钟系统。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

3.2 时钟模块电路设计

89C51单片机可以采用两种不同的时间传输模式：一种是内置的，另一种则可以采用外置的。其中，内置的模拟模型可以参考图3，它由一个XTAL1（18）和XTAL2）的元件组合而成，这些元件之间形成一个自激的振荡，从而使得该单片机能够发出一个精确的时间脉冲。电容器C1和C2的功能主要是维持振动的平衡，其容量介于5pf到5~30pF之间，其中30pF最佳。晶振CYS的振动频率可以根据需要调整，其取值范围介于1.2~12MHz到1.2~12MHz之间，其中最佳值分别为12MHz和6MHz。

3.3复位电路模块设计

89C51单片机的RST接口被激活后，将会进入高电平状况，这种状况会维持2个机器周期，一旦该接口一直处在高电平状况，则会进入循环恢复状况。

电路复位通常有两种选择：自动重置或者按键重置。

在这种情况下，使用Vcc技术，我们能够在短的时间内完成上电的重置。这种方法的原理在于，我们使用了一个内置的电容器，它能够在短的时间内完成充放电。

遥控器可以采取两种不同的模式：一种是直流模式，另一种则采取脉冲模式。根据图4，采用12MHZ的时钟频率，将C设置为10uF，将R设置为10kΩ，以实现快速的按键复位功能。

3.4 红外热释电模块

HC-SR501是一款拥有先进的红外科技的智能型自动控制系统，它采用联邦德国进口的LHI778探测仪，拥有极佳的敏感度和稳定的可靠度，而且拥有极低的电压，因此被广泛地应用到多种自动化的电气设备，特别是为干电池提供充足的能量。

电气参数

功能特点:  

1、当人们进入感应区域时，系统会发出高电平信号；而当人们离开感应区域时，系统会自动关闭高电平信号，并发出低电平信号。  

2、通过选择光敏控制，可以在白天或光照较强的情况下保持系统的稳定性，而无需在出厂时设定。  

3、夏季，随着环境温度的上涨，如果探测距离缩小，则需要进行温度补偿，以确保设备的正常运行。

4、两种触发方式：（可跳线选择）  

a、采用无限次触发模式：当检测到一个较高的电平值，在一定的延迟期限内，系统会立刻调整电平值，使其降至较低的水平；

b、可重复触发方式：当感应器检测到人体的活动时，它会自动调整电平，以便在指定的时间段内，将高电平转换为低电平，直至人离开。这种方式可以确保系统的稳定性，并且能够及时响应用户的反馈。  

5、当高电平变 低电平，并且默认情况下，感应模块会被关闭，这个关闭的时长为2.5S。这个关闭的期限是，在这个期限里，感应器将无法收到外部的传递的信息。这项技术允许与“封锁时间”之间进行定期的交替运行，从而为检测到的不良物质提供了一个灵活的空间，并且还具备了抵抗在不断变化的负荷环境下所带来的噪音的特性。

6、该设备的输入电压可达DC4.5V-20V，具有较大的灵活性。  

7、微功耗：其静态电流低至50微安，使其成为最佳的选择，尤其是在使用干电池作为源时，更是能够满足其要求。此外，它还能够提供 8级的高精度信号。

3.5 LM393电压比较器

电压比较器是一个用来测量电路电压的集成电路，通过对集成电路进行测试，可以得到电路电压的波形。这个电路通过测试电路电压的波形来确保集成电路的稳定性，并且可以用来测试电路的电流。电压比较器通过测试电路电流的波形来确保集成电路的稳定性，并且可以用来测试电路的电流。通过使用比较器，我们能够构建非正弦波形变换电路，并将其广泛地运用到仿真和数字信号处理中。

内部框图如下图；

LM393主要特点如下：

●具有广泛的供电能力，无论是单相还是多相，都能够正常运行。其中，单相供电能力为2~36V，多相供电能力为±1~±18V;

●消耗电流小，Icc=0.8mA；

●输入失调电压小，VIO=±2mV；

●共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；

●输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；

●输出可以用开路集电极连接“或”门；

LM393偏置网络的特性使得它的静态电流与电源电压之间的差异可以被忽略不计.  

通常电源不需要加旁路电容。  

差分输入电压应当足够高，以确保Vcc的正常运行.同时，保护部分也应当有效地阻止输入电压超出-0.3V.  

LM393采用了一种开路的NPN输出晶体管，它的集阴极与辐射极之间的连通性使得它具有多集阴极输入输出和ORing功能的特性.

这种输出方式的特点是，它的负载电阻可以连接到 Vcc端的任意电压，并且它的输入是一个简易的地面SPS断路，即使没有使用它，它的缺口也会由于驱动力或者器件的β值来控制.一旦超过了最高的16mA的电流，输入晶片就会断裂，并迅速地提高输入的饱和电压，这个阈值由输入晶片的γSAT来控制。当电流不足以满足负载要求 ，低失衡电压（约1.0mV）可以将电流限制在零水平。为此，我们采取了一种新的电路，将声波传感器与光学传感器结合起来。