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基于单片机声控智能开关的设计.doc

发布时间：2022-06-15 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.48M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1 绪论
    1.1 设计的背景和研究意义
    1.2 声光控智能开关的发展状况
    1.3 论文的主要内容
    2 声光控智能开关的结构和功能分析
    2.1 声光控智能开关的简介
    2.2 声光控智能开关的结构和功能
    3 基于AT89S52声光控智能开关的设计研究
    3.1 系统设计原理及组成
    3.1.1 系统设计原理
    3.1.2 系统组成
    3.2 系统硬件设计
    3.2.1 电源电路的设计
    3.2.2 声控电路的设计
    3.2.3 光控电路的设计
    3.2.4 控制电路的设计
    3.2.5 灯电路的设计
    3.2.5 系统硬件整体电路图
    3.3 系统软件设计
    4 系统设计的仿真分析
    5 结论
    参考文献
    附录
    毕业论文 题 目： 基于单片机的声光控智能开关设计 学生姓名： 学生学号： 系 别： 专 业： 届 别： 指导教师： 2012 届
    目 录 1 绪论.........................................................................................................................(2) 1.1 设计的背景和研究意义..................................................................................(2) 1.2 声光控智能开关的发展状况..........................................................................(2) 1.3 论文的主要内容..............................................................................................(3) 2 声光控智能开关的结构和功能分析.....................................................................(3) 2.1 声光控智能开关的简介..................................................................................(3) 2.2 声光控智能开关的结构和功能......................................................................(3) 3 基于 AT89S52 声光控智能开关的设计研究....................................................... (4) 3.1 系统设计原理及组成......................................................................................(4) 3.1.1 系统设计原理........................................................................................... (4) 3.1.2 系统组成................................................................................................... (4) 3.2 系统硬件设计..................................................................................................(5) 3.2.1 电源电路的设计....................................................................................... (5) 3.2.2 声控电路的设计....................................................................................... (5) 3.2.3 光控电路的设计....................................................................................... (7) 3.2.4 控制电路的设计....................................................................................... (8) 3.2.5 灯电路的设计......................................................................................... (10) 3.2.5 系统硬件整体电路图............................................................................. (12) 3.3 系统软件设计................................................................................................(12) 4 系统设计的仿真分析...........................................................................................(13) 5 结论.......................................................................................................................(17) 参考文献...................................................................................................................(18) 附录...........................................................................................................................(18) 致谢.......................................................................................... (错误！未定义书签。)
    淮南师范学院 2012 届本科毕业论文 1 基于单片机的声光控智能开关的设计 摘 要：随着社会的进步，人们越来越倾向节能、环保、智能。传统的照明灯，在一些场合，比如楼 道、卫生间、小巷等，往往造成资源的浪费.本毕业设以 AT89S52 为核心，由光敏电阻，驻极体传 声器、可控硅和电源电路构成的声、光控智能开关电路。使用单片机，可以通过编程控制灯泡持续 发亮的时间，通过调节与关敏电阻及控制传声器灵敏度的滑动变阻器，可以方便调节对光声音的感 应，从而使整个电路效果明显，一个单片机可以控制多个照明灯、节约成本，控制简单，节约资源。 关键词：AT89S52；光敏电阻；驻极体传声器；可控硅 Design of intelligent switch based on Microcontroller Electrical and Information Engineering Department of Huainan Normal University Abstract: along with the progress of the society, people are more and more tend to energy saving, environmental protection, intelligence. The traditional lights, in some cases, such as corridor, toilet, lane, etc, often cause waste of resources. This graduation set to AT89S52 as the core, from photoconductive resistance, in a body microphones, thyristor and power circuit consists of the sound, electric intelligent switch circuit. Use a single-chip microcomputer, can be programmed control bulb last bright time, through the regulation and GuanMin resistance and control microphone sensitivity of the slide rheostat, easy to adjust the light sound induction, so that the entire circuit has obvious effect, a single chip microcomputer can control more lights, save costs and simple control, conservation of resources. Key words: AT89S52；photoconductive resistance；in a body microphones；thyristor
    基于单片机声光控智能开关的设计 2 1 绪论 1.1 设计的背景和研究意义 随着新技术的不断开发与应用，单片机发展迅速，一个以微机应用为主的新技术革 命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、 石油等各个行业。它所给人带来的方便也是不可否定的并且带动了数字电路技术的进一 步发展，在这样的背景下，声光控智能灯应运而生，它既满足了人们对单片机及数字电 路技术研究的的需求，也符合了照明灯在人类生活环境中扮演重要角色的条件。 用数字电路技术及单片机实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越 重要，而且贴近我们的实际生活。声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品， 它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所， 给人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控 制电路工作的电子开关。该电路由电源电路、声控电路、光控电路和延时控制开关电路 等组成，它不仅广泛适用于楼梯间、过道库房等场合，而且节能省电，使用方便[1]。 1.2 声光控智能开关的发展状况 声光控智能开关是国家建设部,国家科技部在建筑节能产品中，定义的延时自熄开关 中的一种，其在使用中的节能作用是非常明显的。以 40W 灯具使用普通开关傍晚连续 点亮 6 小时为例，耗电应为 0.6KW/H 即 0.36 度电；如果仍以 40W 灯具使用声光控延时 开关，按照傍晚点亮 100 次，每次 30 秒钟计算，耗电量为 0.033 wK /H 即 0.033 度电； 二者的耗电量相比差距为 20 倍之多。由此可见，声光控开关最大的节能之处在于它很 大的开/停时间比，仍以上面的例子作比，普通手动开关一天 24 小时内如打开 6 小时， 则一天的开停比为 6:24=0.25；而采用声光控开关一天 24 小时累计的打开时间为 0.83 小 时，则一天的开停比为 0.83:24=0.035。由于声光控智能开关的巨大经济效益及其智能化， 智能控制已被人们广泛研究并加以利用[3]。 声光控智能开关的核心部分是控制系统，单片机控制系统在国内各行各业的应用虽 然已经十分广泛，但从国内生产的声光控智能开关控制器来讲，总体发展水平仍然不高， 同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的声光控智能开关控 产品主要以模拟电路及数字电路为主，它们只能适应一般系统控制，而用于较高控制场 合的智能化、国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控较少。随着我国经济 的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相 继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的
    淮南师范学院 2012 届本科毕业论文 3 发展[7]。 随着科学技术日益迅速的发展和现代工业技术的需要，智能控制已经深入到生活的 各个方面，声光控智能开关也不断地改进和提高。它具有控制效果好，经济效益高，方 便使用等许多优点。声光控智能开关与传统的手动照明灯相比，也具有节约能源，控制 准确等优势。对其进行研究和设计，可使我们更加熟练掌握单片机编程及Protues的使用， 有利于将所学的专业知识更好地应用于实践中。 1.3 论文的主要内容 本设计讨论了用光敏电阻，驻极体传声器和单片机最小系统及电源电路及照明电路 构成的声、光控智能开关电路。主要有声控电路、光控电路、控制电路及电源电路及照 明电路等部分组成。在白天该灯始终处于关闭状态，一到晚上，在黑暗中，该灯只要收 到一个触发声音（如脚步、击掌声），灯就自动点亮，而后延一段时间又会自动熄灭， 可以达到节电的目的，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强的 特点。 本文第一章是绪论，第二章是声光控智能开关的结构和功能分析，第三章是基于 AT89S52 的声光控智能开关的设计研究，第四章是系统设计的仿真分析，第五章是结束 语。 2 声光控智能开关的结构和功能分析 2.1 声光控智能开关的简介 声光控智能开关是基于传统照明灯的基础上，用单片机控制来实现智能控制，不但 能实现传统照明灯的作用而且能够实现资源的最大利用，充分利用智能控制给现在生活 带的方便、清洁、高效率。 2.2 声光控智能开关的结构和功能 该声光控智能开关主要包括电源电路、声控电路、光控电路、控制电路及灯电路几 部分。电源电路主要是整流电路，给整个系统提供电源。声控电路主要由驻极体传声器， 三极管VT，电容及电阻R1等组成；该部分电路的作用主要把环境中的声音信号转化为电 信号然后送给主控电路。光控电路主要有光敏电阻、滑动变阻器、电阻、比较器等组成。 利用光敏电阻随光强的变化电阻值改变的特点，利用比较器来比较滑动变阻器与光敏电 阻阻值的大小，以此来检测外界光信号的改变，滑动变阻器可以调节控制精度。主控电 路主要是AT89S52单片机最小系统，把声控电路及光控电路的信号进行分析，然后延迟 输出触发信号来控制灯泡的亮灭。照明电路主要由灯泡、三极管、可控硅、电阻等组成
    基于单片机声光控智能开关的设计 4 以实现在触发信号来时实现灯泡的亮灭。 各部分组合在一起形成声光控智能开关，在白天无论有没有声音；灯均不亮，在晚 上一旦有声音则灯亮一分钟，然后自动熄灭。从而实现智能控制及节约资源能源的目的。 3 基于 AT89S52 声光控智能开关的设计研究 本文主要从硬件设计和软件设计两方面来对声光控智能开关进行设计与研究。硬件 部分主要从电源电路，声控电路，光控电路，主控电路，照明电路等方面进行设计，软 件部分主要用 C 语言进行编程以实现设计要求。 3.1 系统设计原理及组成 3.1.1 系统设计原理 本系统的设计原理在黑天时，由于光照强较弱光敏电阻阻值较大，在与电阻串联的 支路上分的电压较大且该支路接在比较器的负端；与另条一串有滑动变阻器分得的电压 相比较大；经过比较器，则比较器输出低电平；当有声音信号时，声控电路检测到微弱 的信号，转化为电信号由放大电路输出低电平；两端信号同时送到单片机的输入端口通 过对单片机编程，当两端口检测到这样的信号时；使单片机的输出端口输出高电平，从 而给灯控电路提供触发信号，点亮灯泡。当白天光照较强时，在此时送给单片机两端口 的是高、低电平；通过程序此时单片机输出低电平；无驱动信号灯泡不亮。 3.1.2 系统组成 本设计以 AT89S52 单片机为核心设计的一种声光控智能开关控制系统，系统整体硬 件电路包括：电源电路，声控电路，光控电路和主控电路及灯控电路。根据设计任务及 设计要求，设计出系统总体框图如图 1 所示： 图 1 系统方框图
    淮南师范学院 2012 届本科毕业论文 5 由系统方框图可以看出，声控电路、光控电路将外界声光信号送到控制器进行处理， 然后将输出处理后的相应的信号送给灯电路，来控制灯泡的亮灭。 3.2 系统硬件设计 该系统硬件部分主要包括了电源电路、声控电路、光控电路、控制电路以及灯电路。 3.2.1 电源电路的设计 灯泡的工作电压为 220V，但控制器的工作电压为 5V，所以首先必须设计一个电源 电路，来获取 5V 的系统工作电压。 如图 2 所示 1Z 为 9V 稳压管， 1C ～ 4C 为滤波电容， 2D 、 3D 为保护二极管；7805 为三段稳压管。220V 经过整流后，经 1Z 稳压输出 9V，在经 1C 和 2C 滤波输出直流电压， 从 7805 的 1 脚输出+5V，供整个系统使用[12]。 3.2.2 声控电路的设计 图 2 电源电路设计 声控电路主要用到驻极体传声器。驻极体传声器主要由声电转换电路和阻抗变换两 部分组成，其组成图如图 3 所示
    基于单片机声光控智能开关的设计 6 图 3 驻极体传声器机构图及实物图 其工作原理高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷 Q，由于没有放电回 路，这个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离 也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。 我们知道电容上电荷的 公式是 VCQ   ，反之 CQV   也是成立的。驻极体总的电荷量是不变，当极板在声 波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加 时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的 电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了[16]。 根据极体传声器 1MK 的原理及由三极管 VT9014，电阻 1R 、 2R 、 3R 等组成的声控 电路，如图 4 所示。其中 1MK 为声检测元件。当环境声音很弱时，三极管 VT9014 处于 饱和状态，经反相器的作用 NOT 脚为低电平，当环境声音信号达到一定强度时，通过 1MK 拾音输出到 VT9014 的基极，使集电极为高电平，当满足了与非门翻转条件，NOT 脚跳变为高电平电平并送给控制电路来检测外界信号的变化[18]。 驻极体传声器接收声音信号并将信号转化为电流信号（交流信号），使三极管 VT9014 由饱和状态转为截止状态，电阻很大，基本上为 VCC 电压值。所以在外界声音 信号来到时，会有三极管集电极极电压的跳变现象,也正是由于这一现象使得声控功能得
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