基于单片机的红外线智能家电控制系统设计毕业设计论文.doc

湖南生物机电职业技术学院毕业设计报告书
目 录

第一部分 设计任务与调研 3
1 毕业设计的主要任务 3
2 设计的思路与方法 3
3 与本课题相关的资料 3
4 调研的目的和总结 3
第二部分 设计说明 4
1 设计方案 4
2 硬件电路设计与实现 5
3 系统软件设计及实现 8
第三部分 设计成果 10
第四部分 结束语 12
第五部分 致谢 13
第六部分 参考文献 14

2

第一部分 设计任务与调研
1 毕业设计的主要任务
本系统利用51单片机为核心控制部件，人体检测电路部分采用热释电红外扫描技术，单片机反馈电路采样信号采用可见光扫描技术，以达到不需要人工操作就可以实现电灯的亮灭的照明控制系统，进而实现节约能源的目的。
2 设计的思路与方法
本设计主要由光照检测电路、热释电红外线传感器记处理电路、单片机系统记控制电路组成。工作时，光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱、是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。通过去图书馆查阅相关书籍查找资料以及上网查询相关资料，还可以向学校老师请教来完成本次设计。
3 与本课题相关的资料

图1-1单片机管脚图
4 调研的目的和总结
随着社会信息化与科技化的快速发展，家居智能化以迅猛的态势日益渗透到平常百姓的生活当中。一股家居智能化的浪潮也席卷了人们的高品质生活。家居照明所处的时代已不再是有几盏灯、亮度够就可以的时代了，家居照明也进入了智能时代。
第二部分 设计说明
1 设计方案
1.1 MCS-51单片机
AT89C51是MSC-51单片机中应用最广泛的型号，现在以其为代表介绍其参数。AT89C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。
1.2 光照检测方式
1.采用光敏二极管或三极管等光传感器件把环境亮度转换成相应的数字电平，然后直接接入单片机IO引脚。
1.3 人体感应方式
1.采用集成电路BIS0001，该芯片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就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。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，特别适用于家庭的过道、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。
1.4 延时参数设置电路
1.采用单片机内部定时器定时。通过读取外部参数，单片机实现不同时间的定时。由于此方案简单可靠且节约成本。
1.5 照明设备驱动电路
1.采用继电器控制。继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。其具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。根据结构不同，可以将其分为电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等型号。由于电磁继电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。
2 硬件电路设计与实现
2.1 系统硬件总述
系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有六个主要部分：AT89C51芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、延时选择电路、输出控制电路、时间显示电路。
延时选择电路
时间显示电路

B

光照检测电路
MCU
L
C

A

控制电路

热释电传感器
信号处理器

N

图2-1系统硬件总述
2.2 CPU性能介绍
本系统采用51系列单片机中的AT89C51芯片，它是低压高性能CMOS 8位微处理器，带有4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，15个I／O口线，两个16位定时／计数器，—个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口。
2.3 主控制机电路设计
主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。
主控制器系统的外围接口电路由信号处理电路、LED显示及控制电路、时间显示电路等几部分组成。主控制器系统的硬件电路原理图如图所示。

图2-2系统硬件电路图
2.4 热释电传感器及处理电路
2.4.1 热释电红外线传感器
热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2 m左右；而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到10 m以上。由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小(小于1 mV)，不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。
2.4.2 信号处理电路
本设计采用BIS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。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，特别适用于家庭的过道、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。它主要由运算放大器、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。
由BIS0001构成的信号处理电路如图所示。

图2-3 BIS0001的热释电红外开关应用电路图
2.4.3 光照检测电路
如图3-2所示，当外界环境光照强时，光敏电阻R13阻值较小，则A点电平较低；当外界环境光照弱时，光敏电阻R13阻值较大，则A点电平较高，将此电平送到单片机，由程序控制是否实现照明。
2.4.4 控制电路
延时时间选择电路
系统在AT89C52的P1中设置了延时时间选择电路，其目的是在环境光照较弱时，照明设备延时一段时间后自动熄灭。电路通过P1．0～P1．3设置4个延时时间，当P1．0～P3．0无开关闭合时，系统按初始值进行延时；当P1．0～P1．3有开关闭合时，程序从P1．3～P1．0进行检测，若检测到某一端口为低电平时，则系统按当前端口设置的值进行延时。设置时间关系值如表所示。
表2-1 端口时间设置
端口
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
时间/min
15
20
25
30
2.4.5 输出控制电路
单片机对光照检测电路和传感器处理电路输出的信号进行检测，输出控制信号由单片机的P2．0输出。在室内环境光照较强或光较弱但室内又无人时，P2．0输出高电平，此时三极管V1截止，继电器J1不工作，则接在220 V上的照明设备不亮。在室内光照较弱且传感器检测室内有人时，则P2．0输出低电平，此时三极管V1导通，继电器J1工作，则220 V交流电通过继电器加到照明设备上，照明设备正常点亮。
2.4.6 时钟电路
AT89C51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。AT89C51单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。
本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHZ到12MHZ之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值。所以本设计中，振荡晶体选择6MHZ,电容选择30pF。
2.5 系统软件设计及实现
1. 系统软件流程图
软件部分的主要任务是完成对光照检测电路和对热释电传感器信号处理电路的输出信号进行处理。在光照较强时，系统继续对光照检测电路的输出状态进行检测。光照较弱时，系统对信号处理电路的输出状态Vo进行检测。若室内有人时Vo为高电平，系统控制照明设备点亮并按设定的时间进行延时。在延时时间内再一次检测到有人时，则系统又按设定的时间进行延时；若在延时时间内检测到室内无人时，则系统控制照明设备熄灭并重新对信号处理电路的输出状态
Vo进行检测。基于上述分析，系统软件设计流程如图所示。

图2-4系统软件流程第三部分 设计成果
主程序
ORG   0000H
AJMP  MAIN
ORG   0003H   
AJMP  DET1
ORG   0013H
AJMP  DET0
ORG   0050H
MIAN:  MOV   P0,#00000001B
  MOV   TMOD,#00000010B
  MOV   TCON,#00010000H
  MOV   IE,#10000011B
SJMP  ＄
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
CALL  TIME0
MOV   P0,#00000101B
CALL   TIME0
MOV    P0,#00000011B
CALL   TIME0
     RETI
LOOP:   RET
TIME0:  SETB TR0
     MOV   R0,#20
DL1:   MOV  R1,#250
     DJNZ  R1, ＄
     DJNZ  R1,DL1
CLR    TR0
RET             
END
13

第四部分 结束语
经过了一个多月的学习和工作，我终于完成了本次毕业设计。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从一开始的无从下手，到现在的得心应手。我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完美起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间。
通过这次的毕业设计，我充分认识到自己的不足，从刚确定毕业设计课题以来，我首先是查找一些相关的书籍及资料，然后分析设计，并根据实际情况拟定设计方案，从而达到优化方案。在研究设计过程中，我遇到一些设计上的困难，但在老师和同学的帮助下，完成的设计达到了预定的要求。同时，通过这次毕业设计，我们在各个方面都有了很大的提高，特别是在理论和实践结合方面使我们受益匪浅，使大学里学习的理论知识在根本上得到一次最完整的实践和提高。也为我即将面临的工作奠定了很好的基础。
同时，在本次毕业设计中深深认识到自己的各个方面的不足之处，本着提高动手能力以及检测四年所学知识的目的，我严格要求自己，每一环节都认真对待，定期向知道老师报告进展情况和请教不懂的地方，得以完成任务。
在以后的工作中，我们必须进一步深化在实践中去丰富理论，完善知识结构。由于环境条件的影响，理论与实践还是有一定的差距，这也要求我们在实践中注意检验的积累。
第五部分 致谢
本次的毕业设计从选题到设计完成，通过上网广泛搜集资料和在图书馆查阅书籍，充分运用自己三年所学的专业知识，根据设计的要求记录相关的资料、数据信息，并在我的指导老师的细心指导下完成的。在这次毕业设计得到了很多老师、同学的帮助，我的指导老师对我的关心和支持尤为重要，在做设计过程中，每次遇到难题，当我向老师寻求帮助时，老师您每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。所以在此要向我的指导老师表示由衷的感谢。
另外，感谢院校给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种帮助，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示感谢。
我还要感谢我的父母，是他们的辛勤劳动换来了我在学校安心学习知识的机会，是他们养育了我，让我在求学的道路上得到了许许多多的支持与鼓励。所以我要感谢我的父母。
我非常感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，还有曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，通过自己的努力认真，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结合作的力量。正是因为有了你们的帮助，我才能克服各种困难，在他们的帮助下使我顺利的完成了毕业设计，在这里也想他们报以真挚的感谢。
第六部分 参考文献
[1] 张友德著.单片微型计算机原理、应用与实验.复旦大学出版社，2006
[2] 徐煜明、韩雁著.单片机原理及接口技术.电子工业出版社，1998
[3] 何立民著.单片微型计算机原理及应用.航空航天大学出版社,2004
[4] 王文升.智能照明控制与节能[J].智能建筑与城市信息.2005
[5] 陈涛,毛信伟.智能照明控制系统的工程应用[J].智能电气,2004
[6] 何立民著.单片机高级教程.北京航空航天大学出版社，2007