1、本科毕业论文（20 届）人性化智能小灯设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 苏州大学本科生毕业设计（论文）第 1 页目 录前言 .2第 1 章 设计思路 .3第 1.1 节 设计内容及要求 .3第 1.2 节 设计构思 .3第 1.3 节 方案选择 .3第 2 章 系统的硬件设计 .5第 2.1 节 芯片介绍 .5第 2.2 节 元器件介绍 .6第 2.3 节 电路设计 .11第 3 章 系统的软件设计 .14第 3.1 节 主程序框图 .14第 3.2 节 子程序框图 .15第 3.3 节 软件调试 .17第 4 章 元器件检测 .18第 4
2、.1 节 电路的检测与调试 .18第 4.2 节 元件的检测 .19结论 .21参考文献 .22致谢 .23附录 .24附录 1：实物照片说明 .24附录 2：PCB 图 .25附录 3：主程序 .26苏州大学本科生毕业设计（论文）第 2 页人性化智能小灯设计【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 89C52 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
3、。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；89C52【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 we
4、ak, turn off the lights when no one, save energy; and can correct the posture, preventing myopiaMCU control part of the 89C52 microcontroller as the core, mainly composed of the pyroelectric infrared sensor, photoresistor signal processing circuit, to remind the circuit, the lighting control circuit
5、, 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, the
6、re will be more broad prospects of development.【Key Words】：: energy conservation；to correct posture ；BISS0001；89C52苏州大学本科生毕业设计（论文）第 3 页前言随着科技的日新月异，各种各样的科技产品、家用电器进入人们的生活，这一切都极大地提高了人们的工作效率、改善了人们的生活品质，而现在电器的发展趋势是人性化，这样会使人们使用起来更加的方便。人性化产品在各个领域都有出色的表现，所以我们打算研究是人性化台灯。虽然按键式的台灯依然是台灯类市场的主体。但是，现代电子技术的发展和人们的需求
7、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走入人们的生活中。台灯是人们夜晚常用来照明的一种家电。它一般分为两类，一类是立柱式的，一类是带夹子的。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，给工作和学习提供方便。一般台灯用的灯是白炽灯或者节能灯。有的台灯还具有应急功能。台灯已成为千家万户的生活必需用品。人性化智能台灯能根据外界环境的亮暗与人是否被台灯所检测到（人是否在）来自动开启。当人被台灯检测到，环境光又达到某个亮度的时候（可以设置与调节） ，台灯就会自动打开。如果环境光没有达到这个亮度，则台灯不会自动开启。当人没有被台灯检测到，无论多暗，台灯也不会开。智能台
8、灯最大的优点就是方便和省电。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 10W600s = 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
9、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
10、化将变的更加严重。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 4 页第 1 章 设计思路第 1.1 节 设计内容及要求1.1.1. 设计内容设计一个人性化台灯控制器，实现照明控制系统的智能化，其功能如下：一、阅读或书写的距离采用超声波反射自检方式，当使用者脸部距离写字台小于35cm 时“距离 ”灯闪亮，报警声发出，提醒使用者及时调整座姿。二、学习环境光线自动检测。当光线照度很暗时“光线灯”闪亮，同时发出报警声，系统自动打开台灯。三、学习时间自动检测。当学习时间达到 2 分钟时， “定时灯”闪亮，同时发出报警声，提醒使用者休息片刻。1.1.2. 总体要求一、给出设计原理图及整体设计思路，画出整机原理图；二
11、、给出具体单元设计图，画出各个单元电路，并进行电路设计中的相关数据运算；第 1.2 节 设计构思台灯已成为千家万户必需的生活用品，时常由于忘记关灯而造成浪费不少的电能。当夜晚降临时，人们又需要去摸黑开灯，使用不是很方便。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提醒休息。当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。第 1.3 节 方案选择方案一： 根据课题要求触摸开关电路可采用分立元件来实现，若采用分立元件实现，那么该电路将具有结构简单、电路构建方
12、便、结构紧凑等特点，但是分立元件电路必须考虑系统的可靠性和实用性，即电路是否可以长时间运作。根据分立元件传统完善的设计方法，分立元件电路要长时间稳定的工作，必须提高应用系统的可靠性，提高可靠性须选用质量高的元器件，设计上留有余地，工艺严格把关，产品例行试验。因此势必造价高，所用元件多。方案二： 根据电路的设计要求，还可采用集成电路 CD4013 来实现 LED 视力保健台灯触摸开关电路的设计。视力保健台灯组成框图如图 1-1 所示，它主要由三部分组成：1）传感器及信号处理电路：检测人体辐射红外信号及超声波测距信号经过处理后变苏州大学本科生毕业设计（论文）第 5 页成可处理的数字信号。2）以 8
13、9C52 组成的中央处理单元：处理信号并且发出控制指令。3）计时提醒电路和灯光控制电路：给出提醒信号并根据 89C52 给出的命令来控制灯光。整个系统是以 89C52 控制下工作的。其工作流程为：由热释传感器检测一定范围内是否有人在，当没有人时，热释传感器的端口不会产生信号，信号处理电路和单片机都不工作。当有人靠近时，热释传感器发出检测信号，光敏电阻同时检测外界光信号并将信号经过信号处理电路，如果外界光比较强，则省去了 89C52 的处理过程，如果外界光比较弱，则把热释传感器不规则的波形转化成适合单片机处理的数字信号并通过单片机端口输入到单片机处理，在此过程中同时还要通过超声波测距模块进行距离
14、检测，当距离比较近时，蜂鸣器发出提醒，端口 P2.0 发出高电平，当距离较远时，蜂鸣器不发出提醒，端口 P2.0 发出低电平。单片机接收到开灯信号之后，发出控制信息，将台灯点亮，同时通过计时提醒电路开始计时，当计时达到整点时通过蜂鸣器发出声音，提醒使用者起身活动。图 1-1 系统组成热释电红外传感器热释电红外传感器光敏电阻信号处理单元BISS0001STC89C52蜂鸣器LED 照明灯苏州大学本科生毕业设计（论文）第 6 页第 2 章 系统的硬件设计第 2.1 节 芯片介绍2.1.1. STC89C52STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8
15、K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/ 计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构） ，全双工串行口。
16、另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。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
17、 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。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 7 页图片 2-1 引脚图和逻辑图单片机的 40 个引脚大致可分为 4 类：电源、时钟、控制和 I/O 引脚。一、电源:a.VCC-芯片电源，接+5V ；b.VSS-接地端；二、
18、时钟:XTAL1、XTAL2- 晶体振荡电路反相输入端和输出端。三、控制线:控制线共有 4 根， 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:复位电源。RST（Reset）功能：复位信号输入端。d.EA/Vpp:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。(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
19、编程电源 Vpp。四、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） 。第 2.2 节 元器件介绍苏州大学本科生毕业设计（论文）第 8 页2.2.1. 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
20、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 2-3 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：1、VDD 工作电源正端。范围为 35V。2、Vss工作电源负端。一般接 0V。3、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。4、1IN-第一级运放放大器的反相输入端。5、1IN+第一级运放放大器的同
21、相输入端。6、1OUT 第一级运算放大器的输出端。7、2IN-第二级运算放大器的反相输出端。8、2OUT 第二级运算放大器的输出端。9、Vc 触发禁止端。当 VcVR 时禁止触发；当 VCVR 时允许触发。VR0.2VDD。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。Tx4915
22、2R1C1。RR2RC2触发封销时间 Ti 的调节端。Tx24R2C2 。图 2-2 BSS0001 芯片苏州大学本科生毕业设计（论文）第 9 页2.2.2. 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 2-3 所示图 2-3 BISS0001 管脚(2)BISS0001 管脚说明如表 2-1 所示表 2-1 管脚说明引脚名称 I/O 功能说明1 A I 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；反之，不可重复
23、触发2 VO O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 VC I 触发禁止端。当 VcVR 时允许触发(VR0.2VDD)10 IB 运算放大器偏置电流设置端11 VDD 工作电源正端12 2OUT O 第二级运算放大器的输出端13 2IN+ I 第二级运算放大器的反相输入端14 1IN+ I 第一级运算放大器的同相输入端15 1IN- I 第一级运算放大器的反相输入端16 1OUT 0 第一级运算放大器的输出端
