本科毕业设计(论文)
题目：智能台灯设计
系 别： 电子信息系 专 业： 自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师：
年月
毕业设计（论文）任务书
系（别） 电子信息系 专业 自动化 班 姓名 学号 1.毕业设计（论文）题目： 智能台灯设计
2.题目背景和意义： 台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。在这里设计了以人体红外辐射传感控制电路。当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，警告纠正坐姿，若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭。当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）： 设计制作了一种智能台灯，主要是以BISS0001和单片机组成的红外传感控制电路。其特点是在有人时且外界光强较弱时能自动
开灯，无人时关灯，节约能源；且能纠正坐姿，防止近视。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：
1-3周： 查阅资料，了解课题要求并弄清课题的难点与所需要解决的问题。 3-4周： 设计主流程图。 5-11周: 设计系统各模块流程和编写程序
12-13周: 软件模拟调试
14-15周：软硬件联调。
16-18周：写论文准备答辩。
① 实验（时数）或实习（天数）： 150学时 ② 图纸（幅面和张数）： A4一张
*
*
5.毕业设计（论文）的工作量要求 撰写15000字论文
③ 其他要求： 外文翻译数字不少于3000字；参考文献篇数17篇
指导教师签名： 年 月 日
学生签名： 年 月 日 系（教研室）主任审批： 年 月 日 说明：1本表一式二份，一份由学生装订入附件册，一份教师自留。
2 带*项可根据学科特点选填。
智能台灯设计
摘 要
设计制作了一种智能台灯，主要是以BISS0001和单片机组成的红外传感控制电路。其特点是在有人时且外界光强较弱时能自动开灯，无人时关灯，节约能源；且能纠正坐姿，防止近视。
单片机控制部分采用80C51单片机为核心，主要由热释电红外传感器，光敏电阻信号处理电路，提醒电路，灯光控制电路，故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机可将热释电红外传感器检测到的人体辐射红外信号及光强信号的模拟量转换成数字量。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
关键词：节能；纠正坐姿；BISS0001；80C51
I
The Design of Smart Table Lamp
Abstract
Design a smart lamp, mainly infrared sensor control circuit is composed of BISS0001 and SCM. Its characteristics are automatically turn on the lights when people and the outside light is weak, turn off the lights when no one, save energy; and can correct the posture, preventing myopia
MCU control part of the 80C51 microcontroller as the core, mainly composed of the pyroelectric infrared sensor, photoresistor signal processing circuit, to remind the circuit, the lighting control circuit, the fault alarm circuit components, software selection of assembly language programming. Single-chip analog of the pyroelectric infrared sensor detects the infrared signal of the human radiation and light intensity signals into digital. The system is flexible, easy operation, high reliability, there will be more broad prospects of development.
Key Words: energy conservation；to correct posture；BISS0001；80C51
IV
目 录
1 绪论 ......................................................................................................................... 1
1.1研究背景.............................................................................................................. 1 1.2研究意义.............................................................................................................. 2 1.3功能简介及特色功能.......................................................................................... 2
2 设计方案 ................................................................................................................ 4
2.1系统组成.............................................................................................................. 4 2.2 80C51的选择 ...................................................................................................... 5
3 系统的硬件设计 .................................................................................................. 6
3.1芯片介绍.............................................................................................................. 6 3.1.1 80C51介绍 ................................................................................................... 6 3.1.2 74LS138 ........................................................................................................ 8 3.1.3 DAC0832芯片介绍 ..................................................................................... 9 3.2元器件介绍........................................................................................................ 11 3.2.1热释电红外传感器..................................................................................... 11 3.2.2特点............................................................................................................. 12 3.2.3热释电元件................................................................................................. 14 3.2.4光敏电阻..................................................................................................... 15 3.2.5 LM324......................................................................................................... 17 3.3电路设计............................................................................................................ 18 3.3.1信号检测及处理电路................................................................................. 18 3.3.2单片机控制电路......................................................................................... 19 3.3.3信号放大滤波电路..................................................................................... 19 3.3.4复位电路..................................................................................................... 20
4 软件设计 .............................................................................................................. 22
4.1程序框图............................................................................................................22 4.2主程序................................................................................................................22
5 结论 ....................................................................................................................... 25 参考文献 ................................................................................................................... 26 致 谢 ....................................................................................................................... 27 毕业设计（论文）知识产权声明 .................................................................... 28 毕业设计（论文）独创性声明 ......................................................................... 29
V
1 绪论
1 绪论
1.1研究背景
随着科技的高速发展，各种各样的科技产品、家用电器走入人们的生活，这一切都大大地提高了人们的工作效率、改善了人们的生活，现在电器的发展趋势是智能化，这样会使人们使用起来更方便。智能化产品在各个领域都有出色的应用，所以我们打算研究是智能化台灯。虽然按键式的台灯还是台灯市场的主体。但是，现代电子技术的发展和人们的需求变化，已使传统的台灯感受到产品更新换代的威胁。智能型的电器产品渐渐进入人们的生活中。
台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的。它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，集中光线，便于工作和学习。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡。 有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明已用来应急。它是千家万户的必需生活用品。
目前，灯具市场上出售的台灯种类繁多，一般的台灯均采用220V交流电源供电，日光灯管、白炽灯泡为光源，手动开关或触摸感应式开关来控制。但这类台灯，存在很多弊端，一是电压是不安全电压，给人们使用带来不安全因素；二是日光灯还具有频闪效应，经常使用会给人的眼睛带来一定的伤害；三是耗电量大、台灯通常都是以日光灯为主，在几瓦到几十瓦之间；四是人工化，人们由于手工操作，往往会忘记关灯，这也造成电能的浪费，到目前为止，在灯具市场上，很少见到采用+6V的直流电源供电的一种人体智能台灯，它具有既不会出现触电，使用寿命长，无辐射，又无污染等优点。
智能台灯可分成自动和手动两种模式。在自动模式下，台灯能根据环境光的亮暗与人是否被台灯所检测到（人是否在）来自动开启台灯。当人被微机检测到，环境光又达到某个程度的时候（可以设定与调节），台灯就会开启。如果环境光没有达到这个程度，台灯不会开启。当人没有被微机检测到，无论多暗，台灯也不会开。手动模式是为了不习惯使用自动模式的人或是台灯中的微机出故障等紧急情况时用的。在手动模式下，智能台灯和普通台灯是一样使用的。
智能台灯最大的优点就是省电和方便。方便不用多说了，来之则亮，去之则暗，不用动手。省电是比较重要的，现在全世界都缺少电能，2003年，美国和加拿大大面积停电。我国也是，每到夏天就有很多省市拉闸限电。如果用上我们的智能台灯，那么假设一天我们可以节省10min 的开灯时间，灯上装的是10W的节能灯泡（一个10W的节能灯泡相当于40W的白炽灯泡）。节省的电能为10W
1
西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）
ｘ600s = 6000J ，一个月（30天）就能节省180000J，一年就能节省2190000J的电能，相当于0.6千瓦时。不要小看这个0.6千瓦时的电能。如果全国人都能每年节省0.6千瓦时的电能，那么每年全国会省下7.8亿千瓦时的电能，这7.8亿千瓦时的电能相当节省接近4亿人民币，4亿人民币可以建造多少所希望小学，可以救助多少无家可归的孤儿，可以圆多少贫穷的孩子无法圆的上学梦啊！更重要作用的是环境保护。大家都知道我国有70%的电能来自火力发电厂，而火力发电厂少发一度电（就是1千瓦时）会减少1千克的CO2排放。那么节省3.9亿度的电能就等于少向大气排放39万吨的CO2 ，而CO2是温室效应的最归祸首。就是因为全球向大气排入过多的CO2，导致了温室效应的加剧，海平面上升，大片的土地被淹没，气候变暖，降水和土壤湿度进一步减少，气候逐渐干旱，土地沙漠化和草原退化将变的更加严重。
1.2研究意义
台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。在这里设计了以人体红外辐射（波长为9.5um）传感控制电路。当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，警告纠正坐姿，若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭。当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。
1.3功能简介及特色功能
智能台灯作为一款新型的台灯，智能化是它的主要特色，在普通台灯的基
础上，采用高亮led光源，实现了节能，其具体功能如下：
a. 实现人来灯亮，人走灯灭：作为智能化和节能化的台灯，人来灯亮，人走灯灭是这种台灯功能上面的特色。当人体靠近台灯的时候，由热释电红外传感器发出信号，使得单片机处理输出驱动灯管发光的PWM波形，灯就亮；当人体离开台灯的时候，由于没有持续触发，台灯将在三分钟之后熄灭。这种设计能够有效地节约能源，并且能够有效地控制灯亮的时间。
b. 实现自动调光的功能：通过光敏电阻和一部分传感电路的分析，将环境光强转化成数字信号输入单片机，由程序解决和处理并输出相应的亮度值。 c. 实现坐姿提醒的功能：坐姿的提醒，是通过距离传感装置进行的，当使用者头部距离台灯太近的时候，将产生报警信号，提醒纠正坐姿。
d. 温度传感：在开机的时候显示当前的室温情况并设有专门的按键显示当前的室温。
f. 电池电压检测的功能：和温度的传感一样，当按下键的时候显示当前的电
2
西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）
池电压并及时提醒用户更换电池。
g. 遥控模块：使用万能遥控器进行系统的总体控制。 h. 液晶显示时间，温度，并设有闹钟。
主要控制采用80C51单片机实现，外围器件主要是各种传感器。其中“人来灯亮，人走灯灭”功能采用热释电红外传感器实现；人体检测采用热释电红外传感器实现；“坐姿提醒”主要使用红外发射二极管和接收管实现，电池电压采用串行8位AD转换器实现；“自适应调光”以一块光敏电阻和电压比较器实现。
i. 智能化系统是由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用的智能集合,随着信息技术的不断发展，其技术含量及复杂程度也越来越高，智能化的感念开始逐渐渗透到各行各业以及我们生活中的方方面面，相继出现了智能住宅小区，智能医院等都以智能化建筑为基点生发开来，因此我们通常提到的智能化系统，都说智能化建筑系统。
随着现代通信技术，计算机网络技术以及现场总线控制技术的飞速发展，数字化、网络化和信息化正日益融入人们的生活之中。人们在生活水平、居住条件得到不断提升与改善的基础上，对生活的质量提出了更高的要求，智能住宅小区就是在这一背景下产生的，而且其需求日益增长，智能化的内容也不断有新的概念融入。根据一项调查表明：41.7%的普通市民，74.2%网上一族认为在5年之内，我国智能化住宅将成为住宅市场的主流。 住宅小区智能化系统，从其内容上来看可分为小区物业综合管理系统和家居智能管理系统两大部分，前者包括：社区安防、信息服务、计量收费三部分，后者包括家居安防、家居信息服务，家居智能化控制等。
3
2 设计方案
2 设计方案
2.1系统组成
本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的[5]。系统结构框图如2.1图所示。
热释电红外传感器1 信 号 热释电红外传感器2 处 理 电 路 光敏电阻 80C51 提醒电路 灯光电路 图2.1 系统结构图
本系统组成如图2.1所示，主要由三部分组成：
a. 传感器及信号处理部分：检测人体辐射红外信号及光强信号经过处理后变成数字信号。
b. 以80C51组成的中央处理单元：处理信号并发出控制命令
c. 提醒电路及灯光控制电路 ：给出提醒信号并根据80C51给出的命令控制灯光
整个系统是以80C51控制下工作的。其工作过程为：当环境光比较强时，光敏电阻阻值比较小，信号处理电路检测到低电平信号，禁止热释电红外传感器工作，省去了80C51处理过程。当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大，信号处理电路接收到高电平，从而启动热释电红外传感器工作。热释电红外传感器1探测比较远的距离，当人体进入到传感器1的控测范围内且光强较弱时，信号检
4
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
测电路处理信号，并向单片机发送一个中断，80C51启动灯光控制电路，使灯慢慢变亮。当环境光比校弱时，且人体过于靠近桌面，热释电红外传感器2检测到信号，同时了在热释电红外传感器1的控测范围内，信号处理电路同时向80C51发送信号，80C51处理信号根据优先级顺序，屏蔽掉热释电红外传感器1的信号，启动延时电路，发出警报使人离开，若在设定的时间内未离开桌面，则启动灯光控制电路，使灯慢慢熄灭。当人体离开热释电红外传感器2的控测范围且在热释电红外传感器1的控测范围内时，灯光又慢慢变亮。
2.2 80C51的选择
80C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。它是51系列单片机的一个成员，是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的80C51是一种高效微控制器。因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
5
3 系统的硬件设计
3 系统的硬件设计
3.1芯片介绍
3.1.1 80C51介绍
80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（PUSH）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。采用40引脚双列直插式DIP（Dual In Line Package），内有128个RAM单元及4K的ROM。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。
MCS-51以其典型的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰富的指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础。MCS-51系列的典型芯片是80C51（CHMOS型的8051）。为此，众多的厂商都介入了以80C51为代表的8位单片机的发展，如Philips、Siemens（Infineon）、Dallas、ATMEL等公司，我们把这些公司生产的与80C51兼容的单片机统称为80C51系列。特别是在近年来，80C51系列又有了许多发展，推出了一些新产品，主要是改善单片机的控制功能，如内部集成了高速I/O口、ADC、PWM、WDT等，以及低电压、微功耗、电磁兼容、串行扩展总线和控制网络总线性能等。
6
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
（a）管脚图 (b) 逻辑图
图3.1 80C51管脚图
单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。 电源:
a. VCC - 芯片电源，接+5V； b. VSS - 接地端； 时钟:
XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:
控制线共有4根，
a. ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 (1) ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址
(2) PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
b. PSEN:外ROM读选通信号。 c. RST/VPD:复位/备用电源。
(1) RST（Reset）功能：复位信号输入端。 (2) VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 d. EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
7
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
(1) EA功能：内外ROM选择端。
(2) Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
I/O线:
80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 3.1.2 74LS138
74LS138为3线—8线译码器
74LS138有三个附加的控制端和当时输出为高电平（S＝1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3.3.5所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。
带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。在图3.2电路中如果把作为“数据”输入端（在同一个时间），而将作为“地址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。这就不难理解为什么把叫做地址输入了。例如当＝101时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。
图3.2 74LS138管脚图
当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2))和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。
利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还
8
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
可级联扩展成 32 线译码器。
若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。可用在8086的译码电路中，扩展内存。 3.1.3 DAC0832芯片介绍
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
DAC0832 是一个 8 位 D/A 转换器。单电源供电，从 +5V ～ +15V 均可正常工作。基准电压的范围为 10V ；电流建立时间为 1 S ； CMOS 工艺，低功耗 20mW 。 DAC0832 转换器芯片为 20 引脚，双列直插式封装，其引脚排列如3.3图所示
图3.3 DAC0832的管脚图
DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列如图3.1.3a所示。DAC0832内部结构框图如3.4图所示。
9
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
图3.4 DAC0832内部结构图
该转换器由输入寄存器和DAC寄存器构成两级数据输入锁存。使用时数据
输入可以采用两级锁存（双锁存）形式，或单级锁存（一级锁存，一级直通）形式，或直接输入（两级直通）形式。此外，由三个与门电路组成寄存器输出控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制，当=0时，输入数据被锁存；当=1时，锁存器的输出跟随输入的数据。
D/A转换电路是一个R-2R T型电阻网络，实现8位数据的转换。对各引脚信号说明如下：
a. DI7～DI0：转换数据输入 b. 片选信号（输入），低电平有效
c. ILE：数据锁存允许信号（输入），高电平有效 d. 第1写信号（输入），低电平有效
上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当ILE=1和=0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和=1时，为输入寄存器锁存方式。
e. 第2写信号（输入），低电平有效1010 f. 数据传送控制信号（输入），低电平有效
上述两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当=0和=0时，为DAC寄存器直通方式；当 =1和=0时，为DAC寄存器锁存方式。
g. Iout1：电流输出1 h. Iout2：电流输出2
DAC转换器的特性之一是：Iout1+Iout2=常数。
10
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
i. Rfb—反馈电阻端
3.2元器件介绍
3.2.1热释电红外传感器
BISS0001是红外传感信号处理器专用集成电路，是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路,它配以热释电红外传感器和少量外元器件可以构成被动式红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置。是一种高技术产品。已经广泛用于企业，宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
图2为BIS0001红外传感器信号处理器的原理框图。外界元件由使用者根据需要选择。由图可见BISS0001是由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。 各引脚的定义和功能如下：
VDD—工作电源正端。范围为3~5V。 Vss—工作电源负端。一般接0V。
IB—运算放大器偏置电流设置端。经RB接VSS端，RB取值为1M左右。 1IN-—第一级运放放大器的反相输入端。 1IN+—第一级运放放大器的同相输入端。 1OUT—第一级运算放大器的输出端。 2IN-—第二级运算放大器的反相输出端。 2OUT—第二级运算放大器的输出端。
Vc—触发禁止端。当Vc＜VR时禁止触发；当VC＞VR时允许触发。VR≈0.2VDD。
VRF—参考电压及复位输入端。一般接VDD。接“0”时可使定时器复位。 A—可重复触发和不可重复触发控制端。当A=“1”时，允许重复触发，当A=“0”时，不可重复触发。Vo—控制信号输出端。由Vs上跳边沿触发使Vo从低电平跳变到高电平时为有效触发。在输出延时间Tx之外和无Vs上跳变时Vo为低电平状态。
RR1RC1—输出延迟时间Tx的调节端。Tx≈49152R1C1。 RR2RC2—触发封销时间Ti的调节端。Tx≈24R2C2。
BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各
11
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
图3.5 BISS0001器件图
3.2.2特点
a. CMOS工艺 b. 数模混合
c. 具有独立的高输入阻抗运算放大器 d. 内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰 e. 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 f. 采用16脚DIP封装 (1)BISS0001管脚如图3.6所示
图3.6 BISS0001管脚图
(2)BISS0001管脚说明如表3.1所示
表3.1 管脚说明 引名 脚 称 1 A I/O I 功能说明 可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；12
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文） 反之，不可重复触发
控制信号输出端。由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到
2
VO
O
高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。
3 RR1 输出延迟时间Tx的调节端 4 RC1 输出延迟时间Tx的调节端 5 RC2 触发封锁时间Ti的调节端 6 RR2 触发封锁时间Ti的调节端 7 VSS 工作电源负端
8 VRF I 参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可
使定时器复位
9 10
VC
I
触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR≈0.2VDD) 运算放大器偏置电流设置端
IB
11 VDD 工作电源正端 12 13 14 15 16
2OUT 0 第二级运算放大器的输出端 2IN+ I 第二级运算放大器的反相输入端 1IN+ I 第一级运算放大器的同相输入端 1IN- I 第一级运算放大器的反相输入端 1OUT 0 第一级运算放大器的输出端
（3）BISS0001热释电红外开关应用电路如图3.7所示
图3.7 BISS0001的热释电红外开关应用电路图
13
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
图3.7中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，
然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。
图3.7中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0.1U。 3.2.3热释电元件
图3.8 传感器
灵敏元面积 2.0×1.0mm2 基片材料 硅 基片厚度 0.5mm 工作波长 7-14μm 平均透过率 ＞75% 输出信号 ＞2.5V
(420°k黑体1Hz调制频率0.3-3.0Hz 带宽72.5db增益) 噪声 ＜200mv
14
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
(mvp-p) (25℃) 平衡度 ＜20% 工作电压 2.2-15V 工作电流 8.5-24μA (VD=10V,Rs=47kΩ,25℃) 源极电压 0.4-1.1V (VD=10V,Rs=47kΩ,25℃) 工作温度 -20℃- +70℃ 保存温度 -35℃- +80℃ 视场 139°×126°
说明 该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。 a. 上述特性指标是在源极电阻R2=47KΩ条件下测定的，用户使用传感器时，可根据自己的需要调整R2的大小。
b. 注意灵敏元的位置及视场大小，以便得到最佳光学设计。
c. 所有电压信号的测量都是采用峰一峰值定标。平衡度B中的EA和EB分别表示两个灵敏元的电压输出信号的峰一峰值。
d. 使用传感时，管脚的弯曲或焊接部位应离开管脚基部4mm以上。 e. 使用传感器前，应先参考说明书，尤其要防止接错管脚 3.2.4光敏电阻
光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，
15
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：
紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。
红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 光敏电阻的主要参数是：
a. 光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。
b. 暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。
c. 灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。
d. 光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。
e. 光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。
f. 伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。
g. 温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。
h. 额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，
16
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
当温度升高时，其消耗的功率就降低。 3.2.5 LM324
LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V.
LM324的特点： a. 短跑保护输出 b. 真差动输入级 c. 可单电源工作：3V-32V
d. 低偏置电流：最大100nA（LM324A） e. 每封装含四个运算放大器 f. 具有内部补偿的功能 g. 共模范围扩展到负电源 h. 行业标准的引脚排列 i. 输入端具有静电保护功能 1.LM324电压参考电路如图3.9所示
图3.9参考电压电路
a. LM324引脚图资料与电路应用
LM324资料： LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为0～Vcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，
17
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324引脚排列见图1。2。 lm124、lm224和lm324引脚功能及内部电路完全一致。lm124是军品；lm224为工业品；而lm324为民品。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此他被非常广泛的应用在各种电路中。
3.3电路设计
3.3.1信号检测及处理电路
在电路设计部分中，单片机在本次智能节能台灯设计中的主要控制单元，主要控制电路灯光，控制电路是在单片机的控制下工作。传感器在设计者起着重要的作用，传感器组成的信号检测及处理部分电路原理如图3.10所示。
图3.10 传感器组成的信号检测及处理部分
图3.10是由热释电红外传感器、光敏电阻、BISS0001组成的信号检测及处理电路。红热释电红外传感器只对波长为10μm（人体辐射红外线波长）左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内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。一旦人侵入探测区域内，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，
18
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
于是输出检测信号。BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。当外界光强较强时，光敏电阻阻值很小，BISS0001检测到低电平，从而封锁14脚，禁止传感器infare1的信号。当外界光强较弱时，光敏电阻阻值很大，BISS0001检测到低电平，开启14脚；infare1检测到人体信号时，产生微弱的信号输出，经R5、R1005、R4、C1、C6、C7组成的信号放大滤波电路。R1000、R1001、C1000和C1001组成的延时电路。信号经处理后从2脚输出。 3.3.2单片机控制电路
由80C51、74LS138和DAC0832组成的控制电路如图3.11所示
图3.11 单片机控制电路
图3.11是由单片机组成的报警及灯光控制电路。当外部无任何中断时，80C51控制74LS138的使能控制端，使后面电路不工作。当有中断一产生时，80C51启动74LS138，向P0脚低4位发送信号，控制灯慢慢亮。当中断1和中断0同时产生时，80C51屏蔽掉中断1，启动74LS138向P0脚低四位发送数据，使灯光慢慢变暗。这里采用74LS138控制DAC832可以节省80C51的管脚，有利于扩展，以便于控制多盏灯。由于采有DAC0832可以有效地使灯实现阶梯形的变化。
3.3.3信号放大滤波电路
使用放大器的滤波电路又称为有源滤波电路。其实有源无源就是看它用到的元器件的性质。用到有源器件（如：三极管，集成放大器等）就构成有源滤波器，
19
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
若只用到无源器件（电阻，电容，电感等）就是无源滤波器。信号放大滤波电路如图3.12所示。
图3.12 信号放大滤波电路
有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95％以上，补偿无功细致。缺点为价格高，容量小。由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。其运行可靠性也不及无源。一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。缺点为谐波滤除率一般只有80％，对基波的无功补偿也是一定的。
目前在容量大且要求补偿细致的地方一般使用有源加无源混合型，即无源进行大容量的滤波补偿，有源进行微调。 3.3.4复位电路
为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。复位电路原理如图3.13所示。
20
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
图3.13 复位电路
复位电路不适当的复位可以导致许多问题，因为不同的复位利用单片机的启动和断电的不同条件，因此必须根据系统的需要选择一种最恰当的复位方式。
21
4 软件设计
4 软件设计
4.1程序框图
程序框图如图4.1所示
中断入口 中断入口
R=0 调用延时程序TIME1
发送数据 R=7
R+1 发送数据 调用延时程序TIME0 调用延时程序TIME0
R=7？ R=0？
中断返回
中断返回
图4.1 程序框图
4.2主程序
ORG 0000H
AJMP MAIN ORG ORG ORG
0003H
;远探测器
;近探测器
0013H 0050H
AJMP DET1 AJMP DET0
MAIN: MOV P0, #00000001B ;置初始值DET0，DET1可重复触发，灯灭
22
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
MOV TMOD, #00000010B MOV TCON, #00010000B MOV IE, #10000111B SJMP $;灯慢慢变亮
;方式2，8位自动重装计数器 ;开启所有中断
;开启计数器T0
DET1: MOV P0, #00000001B CALL TIME0
MOV P0, #00000011B
CALL TIME0 MOV P0, #00000101B CALL TIME0 MOV P0, #00000111B CALL TIME0 MOV P0, #00001001B CALL TIME0 MOV P0, #00001011B CALL TIME0 MOV P0, #00001101B CALL TIME0 MOV P0, #00001111B CALL TIME1 RETI;灯慢慢熄灭 DET0: CALL TIME1
MOV TCON, A ANL
A, #1
JZ LOOP
MOV P0, #00001111B
CALL TIME0 MOV P0, #00001101B CALL TIME0 MOV P0, #00001011B CALL TIME0 MOV P0, #00001001B CALL TIME0 MOV P0, #00000111B
;灯亮度延时10ms
;延时1分钟
23
西安工业大学北方信息学院毕业设计（论文）
CALL TIME0 MOV P0, #00000101B CALL TIME0 MOV P0, #00000011B CALL TIME0 MOV P0, #00000001B
RETI
LOOP: RET;延时10ms TIME0: SETB TR0
MOV R0, #20 D_1:MOV R1, #250
DJNZ R1, $ DJNZ R0, D_1 CLR
TR0
RET;延时1分钟 TIME1: SETB TR0
MOV R0, #250 MOV R1, #200 MOV R2, #60
D_2 :
DJNZ R0, D_2 MOV R1, #200 DJNZ R1, D_2 MOV R2, #60 DJNZ R2, D_2 CLR TR0
RET END
24
5 结论
5 结论
本系统的主要设计思想来源于生活。台灯是一般家庭的生活必需品，但由于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。全球这么多台灯，估算一下，消耗能源可观。另一个是作为一个必需品，当然要使生活变得更方便，省去了黑暗中开灯的麻烦，并且可以纠正坐姿。本系统在实验室进行了实物实验。热释电红外探测器1的距离是4m左右（距离可调），主要是因为般来说是门离书桌的距离;以便黑暗中时人一到门口则启动，省去了开灯的麻烦，用户可以根据自己的实际情况进行距离调节。热释电红外探测器2的距离是10cm左右（距离可调），主要考虑是当学习时，有时坐姿不正，引起身体离桌面太近，容易引起近视，此时台灯发出警告，提醒注意，若在设定的时间内未离开，则强制熄灭。有时人学习累了，趴在桌子上睡觉，而忘了关灯,这时系统就会检测到，从而启动延时程序，一段时间过后，台灯就会自动熄灭。
本系统的主要技术难点在于对人体红外信号的采集及处理。由于采用的是热释电红外传感器，当人体进入其感应范围时，传感器就会产生几mv信号，然后通过以BISS0001为中心的信号处理电路，对信号进行二次放大，并滤波，以防止外界的信号产生干扰。信号经过BISS0001后从而转化为数字信号输出，便于用单片机进处理。
本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的。当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关的麻烦；当学习时由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系统就会提示，以纠正坐姿，防止近视；当学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的。除了硬件部分采用防干扰技术外，在软件中也采用了防干扰技术，当中断0产生时，并不立即执行，而是对其进行延时，防止由于不小心而进入到探测器2的范围内，以免产生误判。
虽然本系统以达到了使生活方便的目的，但是电路还是不够简单。因为当有多个热释电红外传感器时，就需要相应的信号检测电路。改进之处在于用一个信号处理电路同时控制多个传感器。还有一个不足之处在台灯开启时，产生的光强容易干扰光敏电阻对环境光强的判别，引起误判，现在的处理方法是传感器部分与控制部分单独分开放。
25
参考文献
参考文献
[1] 于海生.微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社,1999.20-35. [2] 赵依军等.单片微机接口技术[M].北京:北京科学出版社,1992 .102-140.
[3] 李华.MCS-51系列单片机使用接口技术[M].北京:北京航天航空大学出社,1993.40-68. [4] 孙传友,孙晓斌.感测技术基础[M].北京:电子工业出版社,2001.37-72. [5] 强锡富.传感器[M].北京:机械工业出版社,1994.122-152. [6] 周泽存.检测技术[M].北京:机械工业出版社,1993.86.
[7] 黄贤武等.传感器原理及应用[M].成都:电子科技大学出版社,1999.110-210. [8] 尢德斐.数字化测量技术及仪器[M].北京:机械工业出版社,1986.78-132. [9] 李广弟等.单片机基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.99-200.
[10] 蔡美琴等.MCS-51单片机系统及其应用[M].北京:北京高等教育出版社,1992.145-187. [11] 王福瑞.单片机测控系统设计大全[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,1997.68-132. [12] 王君等.传感器原理及检测技术[M].长春:吉林大学出版社,2002.144-165. [13] 李永敏.监测仪器电子电路[M].西安:西北工业大学出版社,1996.122-232. [14] 王家桢等.传感器与变送器[M].北京:清华大学出版社,1996.34-139.
[15] Nang Kan Leung,Mok K,Philip.A sub-1-V15-ppm/°C CMOS bandgap voltage reference
without requiring low threshold voltage device[J].IEEE Journal of Solid-state Circuits,2002,37(4):520-530.
[16] Boni,Andrea.Op-amps and startup circuits for CMOS bandgap references with near 1-V
supply[J].IEEE Journal of Solid-state Circuits,2002,37(10):1339-1343.
[17] Banba Hironori,Shiga Hitoshi,Umezawa Akiza,et al.A CMOS bandgap reference circuit
with sub-1-V operation[J].Journal of Solid-state,2002,36(12):96-109.
26
致 谢
致 谢
在本次毕业设计中，本人从指导老师杨艳霞身上学到了很多东西。杨老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使本人收益匪浅。她无论在理论上还是在实践中，都给与本人很大的帮助，使本人得到不少的提高。这对于本人以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢她细心而又耐心的辅导。
另外，上一届的学长学姐也给了本人很大的支持，帮助解决了不少的难点，还有同组的几位同学的互相帮助，齐心协力，这里一并表示感谢。在这里，对他们的无私帮助，本人表示诚挚的感谢！
27
毕业设计（论文）知识产权声明
毕业设计（论文）知识产权声明
本人完全了解西安工业大学北方信息工程学院有关保护知识产权的规定，即：本科学生在校攻读学士学位期间毕业设计（论文）工作的知识产权属于西安工业大学北方信息工程学院。本人保证毕业离校后，使用毕业设计（论文）工作成果或用毕业设计（论文）工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学北方信息工程学院。学校有权保留送交的毕业设计（论文）的原文或复印件，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅；学校可以公布毕业设计（论文）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文）。 （保密的毕业设计（论文）在解密后应遵守此规定）
毕业设计（论文）作者签名：
指导教师签名：
日期：
28
毕业设计（论文）独创性声明
毕业设计（论文）独创性声明
秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。
毕业设计（论文）与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
毕业设计（论文）作者签名：
指导教师签名：
日期：
29
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容