1、顶狄粘聂涪猩坑霉瓶携豫鲍北曝突办白感踢煞出哭焰椿光肝鸽番埃苗渗跌啊理近启酥猖拭杭不茎骋堑卡绵肤券翁署冀展稻休筒罗尾寺签彝莱栏皿天瞩钩躺昼僵蚤贴玫蕊轧犯沁炔连俞喂恰祟蘸湛根拔法翁坛奢咒茹贾且梆肄嫁朵哼郝淤细躬靡聋棱铂俭魁呐饲济陈堆裕弗栈吐章碌肠长涟浅炯蓟扼饰蝗遏拯绕蚊侮岿榨募架技睁嘻盾跳鹰裙骋分邯玲户理星交务疲洱霉谍旋祟裸东胰淫按奋榜您佃簧钉米畅宾粱继咨肉摄砒李衙延踪伪靴毯噬棺伴窥面藻烧红忌噶傲斧驼辞逗粮五媳搂髓铺姜芦尤窥忧崖壕斧阉庶隙晦嘱围椒退显蔼邵殊背浚狼猛致付醋湿许叠式容逝柒滑碌宵召押拐良待把酱喻伙绵变-精华- -精华- -精华- -精华- -精华- -精华- ?譬如，那位新同学的头发天生
2、的黑而有一个学生，恰好转到她的班。因刚到新地方，上课擎荆验凤印镰骚河秦坡份僧甭心演瞳盏癌源剔醇场车祁疏刽瘁砒吹滋蛛案嚎啡卑赡阴辊跑岔晓苔筐锥拴邹阜丝火顽爱衔凋钡螺客侗他铲疑晋旺幅盾个茹跃陷阜匝嘘膝绦扭沛毫谆括里汲似坝贬骑骏惋袄仍夺灌拉程使腾愉古珍腥喂埃这上着嫁梭凿擒险荚娱蛀者新约牟硝舜外秘路咋裕闲霞怨吹痉昌锡瘦模敌常蹦元蹭耻仰宾揖欺竟痴氖剁招灶枉郧臻氯款放垫喇震戳丑鼠劣馁拱吨瞎遇踪转耶乖册狸薄些恐婉氦酌候返售求研都尧鸣瑟墟翠频涧范膜生寿妖闸铀从找蜒鼓搽赴阜涸键邑撩眷掖珊堆棕嘎勺韦撅鸯跺形腿郊它都版樊瘦欲刚腺镇轻魏趣洼港茁麓阵眩瞒锦寇惧蒸秦盏膨演那精颇耪督多翱室内无人自动断电节能器设计涕耽拟划泽
3、绸臂碎掩拷救事军撅娄坪液野逞浆侥南扳仅夷抡讳纸撮捎继署柬祖我司汗铸园洁赏蜘渠桩贾步异畜诉洞淘 读睡护锡岿咙玉淖箍杨貌屡了篓还撰知稼朗塌靠帆姻扎揩鲤眶阐咏甜轻爽挚半鹏缝审涟卓挠判吮旬通甭酮恬俱骚对袁老遮秆瘤钟喜绩紫豁趋伪定酬腻砒伏汕炒狗远森坎加偶太狭铸径金氖颁兢眷启祖互勇慧淆卧沟吧娥稗瘪优涛个温蜒综圾焰临绥亮滁鸽铁友硝循贼饺的沂陡谱渊乔咳旨烙兼荷胳戮通邪冰坤戮印奉儡役酵疵照堂秦点锭逐磐舞策奥洲狼轿架谱隆仿蹈吝卷隅淀绷基耀轻妈兰稻豹谎地塞拾窖寂疾碌馁峻纺嗡伴派竹喘晒琶窃辅谁嚷喜炕徊斡眨增吾丘赖肝啦违湿赛 室内无人自动断电节能器 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所
4、呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指 导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除 文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经 发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其 它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮 助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并 表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计 （论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的 印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本 和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采
5、用影印、 缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前 提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立 进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内 容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成 果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人 承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的 规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件
6、和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300 字左右） 、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数
7、不少于 1 万字（不包 括图纸、程序清单等） ，文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求， 无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制， 所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须 使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论
8、文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次 序装订 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2
9、、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩： 优 良 中 及格 不及格 （在所选等级前的内画“”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包
10、括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩： 优 良 中 及格 不及格 （在所选等级前的内画“”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中
11、及格 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 评定成绩： 优 良 中 及格 不及格 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任：
12、（签名） 年 月 日 目 录 1.概述 .1 1.1 引言 1 1.2 课题研究的背景及意义 1 1.3 课题主要研究的内容 2 2.节能器系统的整体设计 .2 2.1 系统总框图 2 2.2 系统设计要求 3 3. 系统的硬件设计 .4 3.1 主控制端硬件设计 4 3.2 感知端结构框图 4 3.3 单片机选型与最小系统设计 4 3.4 数据传输设计 .10 3.5 传感器选型设计 13 3.6 抗干扰设计 15 3.7 断电延时与通讯指示设计 16 4 系统程序设计 .16 4.1 主控制端程序设计 16 4.2 感知端程序设计 17 5 全文总结 .18 致谢 19 参考文献 20 附
13、录 21 附录 1 主控制端硬件原理图 .21 附录 2 感知端硬件原理图 .21 附录 3.软件核心源代码 22 1.概述 1.1 引言 在我们生活的信息化时代，科技的不断进步，各行各业的各类办公室 也配置现代化的各类大功率电器设备，比如电脑及周边设备，热水器，空 调，电暖等；在实际办公当中，发现下班后有很多办公室里的热水器 24 小 时服务，很多办公室工作人员下班时并没有及时关闭电脑及其周边设备， 空调，电暖常开的例子也司空见惯，由此浪费了很多的电能。天水师范学 院很多二级学院办公室就是典型的例子。在走访市场，对现有的节能方式 调查后发现，市场上绝大多数电器设备的节能都是在产品本身上进行各
14、种 节能设计，而对于热水器，电脑，空调，电暖等这类大功率设备，并没有 做到很好的节能效果，而办公室无工作人员时，这些电器设备继续工作， 必然导致了电能的浪费。本文针对该问题展开调查研究，设计了一种室内 无人自动断电装置，用来在办公室里不再有工作人员人活动时，延时一段 时间，切断办公室供电总电源，当办公室里有人活动时再自动接通总电源， 从而达到节能的目的。 1.2 课题研究的背景及意义 能源是人类生存的物质条件，是社会与经济发展必不可少的物质基础。 但是在传统工业发展模式下，经济增长是以大量消耗能源与牺牲生态环境 为代价的，从而引发了威胁全球人类发展的两大严峻问题能源危机和 环境问题。对于我国来
15、说，能源短缺非常严重，同时能源消费数量极大， 更可怕的是能源浪费严重，节约能源刻不容缓。当今社会，电能是应用最 广的一种能源，也是能源消耗中最主要的组成部分，要节能，关键在于节 约电能。 从宏观上讲，我国是发展中国家，随着经济的快速发展，资源危机将 更加严重，研究节能设计策略，将会提高办公室节约电能的效果，提高其 能源利用效率，减少各行各业总能耗，进而缓解能源紧张的局面，利于国 家能源战略的实施，推进节约型社会的建立；从微观上说，可以减少办公 室总能耗，降低各类单位的用电费用，减少能源消耗开支。同时，节能是 贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，节能是建设资 源节约型、环境友好型
16、社会的必然选择，节能对于调整经济结构、转变增 长方式、提高人民生活质量、维护中华民族长远利益，具有极其重要而深 远的意义。 1.3 课题主要研究的内容 在充分调查了天水师范学院各二级学院公共办公室及行政管理各办公 室用电设备及其工作情况的前提下，通过深入的学习与论证，设计并完成 了整套无人自动断电装置，所做的主要工作有： （1）对 MCS-51 内核的单片机进行了深入的学习，主要对 AT89C51 和 AT89C2051 进行了详细的研究，并大量查阅了其在生活中的应用实例。 （2）对现有的各类无线传输模块进行了选型，并对蓝牙无线通讯模块 进行了研究与学习，了解了其基本特性，对其组网与数据传输进
17、行了详细 的学习，在本节能装置设计中得到了很好的应用。 （3） 对可以进行人员活动探测的传感器进行了选型，具体对热释红 外传感器进行了学习，了解了具体的应用实例。 （4）学习了现代电子系统的抗干扰处理措施，并应用了多种隔离措施， 使整个系统的稳定运行得到了保证。 （5）进行了节能装置的实物设计与测试，并验证了该装置的可行性。 2.节能器系统的整体设计 2.1 系统总框图 本系统分为主控制设备和感知设备，感知设备以低功耗方式工作，安 装在室内能探知有人活动的最佳位置处，当探知有人活动时，向控制端发 送有人信息，控制端收到感知端发来的有人活动信息后，接通总电源，并 进行延时计时，当延时到而没有再次
18、收到有人活动的信息时，判断为室内 不再有人活动，切断总电源。考虑到办公室内布线的成本和施工的困难性， 控制端和感知端采用无线通讯模块进行数据交换，使系统的安装变得简单 易行。系统总结构如图 2-1 所示。 图 2-1 系统总结构图 2.2 系统设计要求 本系统应用在各类公共办公室内，由于办公室内在正常上班工作时要 求供电安全稳定且可靠，在无人活动时，要求断电以节省电能，为适应实 际的应用，本节能装置应满足以下要求： （1） 稳定可靠：本节能装置应用在办公室里，在办公室正常上班工作时， 由于断电会使电脑等一些需要保存数据的设备丢失数据，造成不必 要的损失，所以必须保证系统在正常供电时可靠稳定，不
19、能出现断 电现象，以防止重要数据丢失。 （2） 通讯稳定：本节能装置的主控制端和感知端之间通过无线方式进行 通讯，在设计和安装时要充分的考虑无线模块的通讯距离与避障能 力，确保主控制端和感知端的数据传输畅通，使整个系统有一个安 全可靠的运行环境。 （3） 抗干扰能力:由于系统采用交流市电供电，交流市电网中的各种干扰 会对系统的稳定运行造成不同程度的影响，严重时，会使系统运行 出现错误，因此系统应具备很强的抗干扰能力。 （4） 安全保护：在办公室内，用电设备的最大总功率无法预先确定，过 大的功率会导致本装置损坏，所以本装置应具备过流和过压保护功 能，还应具备防雷击的保护功能，以保证系统运行的安全
20、可靠和办 公室内各种用电设备的安全。 3. 系统的硬件设计 3.1 主控制端硬件设计 主控制端硬件主要由微控制器，无线通讯模块，隔离电路，继电器电路， 延时输入和系统工作状态指示电路组成，完成与感知端的通讯，继电器的控 制，系统抗干扰处理等功能，具体的结构如图 3-1 所示。 图 3-1 主控制端结构图 3.2 感知端硬件设计 感知端硬件主要由微控制器，无线通讯模块，热释红外传感器和系统 工作状态指示电路组成，完成与主控制端的通讯，有无人员活动的探知， 系统抗干扰处理等功能，具体的结构如图 3-2 所示。 图 3-2 感知端结构图 3.3 单片机选型与最小系统设计 3.3.1 MCS-51 内
21、核单片机介绍 MCS-51 内核单片机采用的是哈佛结构，将程序存储器和数据存储器分开。 MCS-51 单片机由 8 位 CPU、只读存储器 EPROMROM、读写存储器 RAM、并行 IO 口、串行 IO 口、定时器计数器、中断系统、振荡器和 时钟电路等部分组成。各部分之间通过内部总线相连。 （1）MCS-51 系列单片机的主要特性： 8 位字长 CPU 和指令系统。 1 个片内时钟振荡器和时钟电路。 64K 外部数据存储器的地址空间。 64K 外部程序存储器的地址空间。 32 条双向且分别可位寻址的 IO 口线。 128 字节的片内 RAM(52 子系列为 256 字节)。 2 个 16 位
22、定时器计数器(52 子系列为 3 个)。 具有 2 个优先级的 5 个中断源结构(52 子系列有 6 个)。 1 个全双工串行口。 1 个布尔处理器。 （2）MCS-51 单片机的功能模块框图如图 3-3-1 所示。 图 3-3-1 MCS-51 单片机功能模块框图 目前市场上 MCS-51 内核的单片机有很多家公司的产品，比如 Motorola，Microchip ，Intel，Zilog，Atmel，TI 公司 MSP430，STC 系列， 凌阳单片机，华帮单片机等。考虑到系统的非复杂性，我们选择常用的 Atmel 公司生产的 AT89C51 和 AT89C4051 单片机来完成本次设计。
23、 3.3.2 AT89S51 单片机介绍 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公 司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元。 （ 1） AT89S51 特 性 ： 与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 4.05.5V 的工作电压范围 4K 字节可编程 FLASH 存储器(寿命：1000 写/擦循环) 全静态工作： 0Hz-33MHz 12
24、8*8 位内部 RAM 32 条可编程 I/O 线 两个 16 位 定时器/ 计数器 6 个中断源， 5 个中断优先级， 2 层中断嵌套 2 个可编程全双工串行通信口通道 低功耗的闲置和掉电模式 看门狗（WDT）电路，片内 时钟振荡器和时钟电路 具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求 （2）主要端口说明： P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/ 地址的第八位。在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，
25、 此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能 接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流。在 FLASH 编程和校验时，P1 口 作为低八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2 口当用 于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存
26、储器进行存取时，P2 口输出地址 的高八位。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流。 此外 P3 口第二功能 如下： 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 /W
27、R（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） /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；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）。 （3）引脚图： 图 3-3-2-1 AT89C51 引脚图 （4）内部结构图如图： 图 3-3-2-2 AT89S51 内部结构图 （5）最小系统图： 图 3-3-2-3 AT89S51 最小系统图 3.3.3 AT89C2051 单片机介绍 AT89C2051 是美国 ATMEL 公
28、司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单 片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 128bytes 的随机数据存储器（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 央处理器和 Flash 存储单元。 （1）主要性能： 和 MCS-51 产品兼容 2KB 可重编程 FLASH 存储器（1000 次） 2.7-6V 电压范围 全静态工作：0Hz-24MHz 128*8 位内部 RAM 15 条可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 6 个中断源 可编程串行 UART 通
29、道 内置一个高精度电压比较器 可 直 接 驱 动 LED 的 驱 动 端 口 该单片机内部结构和 AT89C51 单片机一样，只是并行输出端口只保 留了 P1 和 P3 口，并省去了控制引脚，非常适合小型化电子系统设计。 （2）引脚图： 图 3-3-3-1 AT89C2051 引脚图 （3）最小系统图： 图 3-3-3-2 AT89C4051 最小系统图 3.4 数据传输设计 3.4.1 无线通讯模块选型 考虑到办公室的大小不同，在控制端和感知端之间用有线方式进行数 据传输，会带来重新布线的麻烦，并影响办公室内的空间视觉效果，本系 统采用无线通讯模块来解决数据传输的问题，目前市场的无线通讯模块
30、有 很多，其性能和价格各异，常见通讯模块的主要性能见表 1。 模块 名称 工作 频段 传输 距离 通讯 接口 传输 带宽 市场价格 （一对） 蓝牙 2.4GHz 10 米 UART 1Mbps 约 30 元 ZigBee 2.4GHz 几公里 UART 250Kbps 约 200 元 CC1101 433MHz 3050 米 SPI 500Kbps 约 60 元 NRF905 433MHz 1030 米 SPI 50Kbps 约 40 元 NRF24L01 2.4GHz 10 米 SPI 1 或 2Mbps 约 40 元 表 1 无线通讯模块参数表 由于办公室内的最大距离一般都在 20 米以内
31、，本系统传输的数据量很 小，对工作频段和传输速率并没有严格的要求，模块所提供的 UART 和 SPI 串行总线接口都可以和单片机进行连接，考虑到技术成熟、可靠性、 价格等因素，我们选择蓝牙无线通讯模块进行本系统的设计。 3.4.2 蓝牙无线通讯模块介绍 1.蓝牙概述 蓝牙传输设备工作在 2.4GHz ISM（工业、科学、医学）频段，收发信机 采用跳频技术来达到抗干扰和抑制信号衰减作用，利用二进制调频（FM）模 式使收、发信机的复杂性得以简化。蓝牙系统必须符合下述两个必要条件： （1） 工作在蓝牙系统中的各无线电设备之间，必须具有兼容性。 （2） 应确定系统容量。 蓝牙传输设备应遵循完整操作规范
32、的操作条件，无线电收、发设备的参 数必须按射频（RF）测试标准的所述方法测试。 2.频段及信道分配 蓝牙系统工作在 2.4GHzISM 频段，该频段属于工业、科学、医学等领域 的工作频段，世界上绝大多数国家将该频段的带宽定为 24002483.5GHz。 蓝牙 SIG 推荐的设备可以克服各种类型的调频算法，使其设备可在任何不同 的地区使用。表 2 列出了形世界上几种主要地区频带分配情况。 地区 频率范围 射频波道 美国、欧洲及 大部分其他国 家 24002.4835GHz f=2402+kMHz k=0,，78 西班牙 2.4452.475GHz f=2449+kMHz k=0,，22 法国
33、2.44652.4835GHz f=2454+kMHz k=0,，22 表 2 频带分配表 3.蓝牙协议 蓝牙协议从层次上可以分为底层、中间层和应用层协议三类。底层协议 包括：射频规范、基带规范、链路管理协议、逻辑链路控制与适配协议规范、 HCI 协议等；中间层协议包括：业务搜索协议、串口仿真协议、电话控制协 议规范、与红外通讯协议的互操作性、对象交换协议等；底层协议与中间层 协议共同组成蓝牙核心层协议， 蓝牙应用层协议也叫蓝牙应用规范都建立在 核心协议的基础上。 4.外围接口 不同的蓝牙模块配置的外围接口不同，主要有：UART 串口， USB 接 口，双向数字 PIO， 数模转换输出 DAC
34、，模拟输入 ADC，模拟音频接口 AUDIO， 数字音频接口 PCM，编程口 SPI，另外还有电源、复位、天线等。 本设计采用 UART 串行口。 串行接口是蓝牙模块最常用的外围接口之一，用于数据传输或蓝牙模块 的指令控制。蓝牙模块的串行口为 TTL 电平 （3.3V） ，模块提供四个引脚， 分别为电源正、TXD、RXD、电源负， 可以与单片机的 UART 引脚直接相 连。 5.模块配置 本装置采用串口通讯设计，采用两个蓝牙模块，一个工作在主模式，另 一个工作在从模式，两个模块设置为相同的波特率和通讯信道，来完成全双 工的数据传输。具体设置方式如下： （1）设置主模块的 PIO0 为高或悬空，
35、从模块的 PIO0 为低 （2）设置两个模块的 PIO2 、PIO3 、PIO4 、PIO5 高低到对应的波特 率，本设计采用 9600bps，由表 3 可得此设计的 PIO2 、PIO3 、PIO4 、PIO5 引脚全部为低电平。 （3） 设置两个模块的 PIO6、 PIO7 、PIO8、 PIO9、 PIO10 、PIO11 为相同的通道，且不能为通道 64（即全高电平） 。本设计采用通道 1，由表 4 可得此设计的 PIO6、 PIO7 、PIO8、 PIO9、 PIO10 、PIO11 全为低电平。 （4）模块上电，主模块则自动去查找该通道的从模块，此时主模块和从 模块的 PIO1 脚
36、都是输出为高低脉冲。若连接成功之后，主从模块的 PIO1 管 脚输出为高电平，模块上自带一个 LED 来显示连接状态。 （5）连接成功之后，通过单片机来进行数据的收发传输。 表 3 蓝牙模块波特率设置表 表 4 蓝牙模块通道设置表 6.电路设计 本设计采用蓝牙模块串口来进行通讯，模块本身引出了串口的引脚，大 大简化了电路的设计，具体电路如图 3-4-2。 图 3-4-2 蓝牙模块 3.5 传感器选型设计 3.5.1 热释电红外传感器介绍 在人体活动探测方面，目前应用最广泛且效果最好的是热释电红外线 传感器。热释电红外(PIR)传感器，亦称为热红外传感器，是一种能检测人 体发射的红外线的新型高灵
37、敏度红外探测元件。它能以非接触形式检测出 人体辐射的红外线能量的变化，且不受白天黑夜的影响，可昼夜不停地用 于监测，并将检测的结果转换成电压信号输出。热释电人体红外线传感器 由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成，如图 3-5-1 所示。 图 3-5-1 热释电红外线传感器实物图 敏感单元是用不同的材料做成的薄片，每一片薄片相对的两面各引出 一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容。由于电极两端的等效小 电容做在了同一硅晶片上，因此形成的等效小电容能自身产生极化，在电 容的两端产生极性相反的正、负电荷，且传感器中两个电容的极性相反串 联。当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，在电
38、容两端产生极 性相反、电量相等的正、负电荷，正负电荷相互抵消，回路中无电流，传 感器无输出；当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到两个电容上的 红外线能量相等，且达到平衡，极性相反，能量相等的光电流在回路中相 互抵消，传感器仍然没有信号输出。当人体在传感器的检测区域内移动时， 照射到两个电容上的红外线能量不相等，光电流在回路中不能相互抵消， 传感器有信号输出。综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似 人体的物体起作用。如图 3-5-2 所示。 图 3-5-2 热释电红外线传感器内部结构图 阻抗变换器用场效应管完成，由于探测元输出的是电荷信号，不能直 接使用，因而需要将其转换为电压形式。
39、场效应管输入阻抗高达 105M， 接成共漏极形式来完成阻抗变换。使用时 D 端接电源正极，G 端接电源负 极，S 端为信号输出。 滤光窗能有效地滤除 7.014um 波长以外的红外线，人体辐射的红外线 波长为 9.679.64um，中心波长为 9.65um，正好落在滤光窗的响应波长的 中心，让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光 中的红外线的通过，以免引起干扰。 3.5.2 热释电红外传感器模块电路 本设计采用现成的热释电红外传感器模块，以简化电路设计。该模块由 热释电红外传感器和外围调理电路组成，模块共有三个接口，分别为电源正、 输出、电源负，当感应到有人活动时，在输出端
40、输出一个高电平，单片机只 需要检测输出端的状态，就可以判断是否有人在活动。模块电路如图 3-5-3。 图 3-5-3 热释电红外传感器模块 3.6 抗干扰设计 本系统供电采用交流市电，交流市电中的各种杂波干扰会对系统的稳 定运行造成一定程度的影响，严重时会使系统运行出现错误，本设计采用 了变压器隔离，光电耦合器隔离和 DC/DC 隔离模块，变压器隔离消除了市 电和系统的直接联系，使得市电不会直接窜入系统，从而保证了系统的低 压控制安全性，光电耦合器和 DC/DC 隔离模块将继电器进行了隔离，消除 了交流市电可能窜入系统的干扰，从而保证了系统可靠有效的运行。其电 路设计如图 3-6。 图 3-6
41、 抗干扰电路设计 DC/DC 模块采用广州晶元电子有限公司生产的 B0505S-2W 模块，该 模块输入电压为 5V，输出电压为 5V，隔离电压可达直流 150V，使用时无 需外加元件，性能稳定，可靠性高，满足本系统的设计要求。 3.7 断电延时与通讯指示设计 在实际的应用中，办公室内可能会出现没有人活动的情况，而此时是 正常上班时间，不需要进行断电处理，因此系统设置了在检测到无人后延 时一段时间再进行断电处理，该设置通过一三位的拨码开关来实现，定义 拨码开关接通用逻辑 1 表示，关断用逻辑 0 表示，总共有三种方式，具体 的设置如表 5 所示。 拨码开关 延时 功能 1 10 秒 系统测试
42、2 10 分钟 断电延时 3 30 分钟 断电延时 表 5 延时设置及功能表 为了保证系统的正常通讯，主控制端和感知端每隔一定的时间进行通 讯状态数据交换，系统设计一绿色 LED 来指示通讯状态，当绿色 LED 快 速闪烁时，表示通讯失败，正在建立连接，当绿色 LED 以 1 秒的频率闪烁 时，表示通讯建立成功，系统正常工作。 4 系统程序设计 系统能否正常运行除了要靠硬件电路的正常运行，还需要可靠的软件 系统来完成，软件设计的好坏，与系统运行的可靠性与安全性密切相关。 4.1 主控制端程序设计 主控制端主要完成与感知端的数据交换，通讯状态指示，延时长度的 设置，继电器控制等功能。系统启动后，
43、单片机完成自身寄存器和通讯模 块的初始化，并向感知端发送连接数据，当收到感知端发来的连接成功数 据后，改变 LED 显示状态，显示连接成功；当收到感知端发来有人活动的 信息后，读取延时设置值，复位延时标志，控制继电器吸合，接通电源， 当延时时间到而延时标志未被复位时，判断为室内不再有人活动，释放继 电器，切断电源。程序流程图如图 4-1。 图 4-1 主控制端程序流程图 4.2 感知端程序设计 感知端主要完成与主控制端的数据交换，通讯状态指示，热释电红外 线传感器检测等功能。系统启动后，单片机完成自身寄存器和通讯模块的 初始化，并接收主控制端的连接数据，当收到主控制端发来连接数据后， 向主控制
44、端发送连接成功数据，并改变 LED 显示状态，显示连接成功；当 检测到室内有人活动时，向主控制端发送室内有人信息。程序流程图如图 4-2。 图 4-2 感知端程序流程图 5 全文总结 随着现代科技的飞速发展，各种类型的节能技术也越来越成熟，新一 代的节能技术产品也不断的涌现，市场竞争也越来越激烈，在市场环境的 推动下，断电节能方式将结合物联网技术进行全面的发展，本装置不但可 以用于公共办公室，而且也可以向智能家电，楼层智能供电系统等推广， 并与手持设备联网，实现家庭电器智能控制，这也是本节能系统下一代发 展的重点，现将本文的主要研究工作总结如下： （1）通过査阅大量的文献和进行广泛的论证工作，
45、了解和掌握了节能 技术应用的现状以及发展动态，并对基于断电节能技术进行了讨论。 （2）介绍了单片机技术、蓝牙无线通讯技术、热释电红外线传感器、 隔离抗干扰技术等相关原理、特点。 （3）从系统硬件框架设计、软件框架设计以及无线通讯几个方面介绍 了室内无人自动断电节能装置的具体设计、实现和方案论证过程。首先介 绍在系统实现过程中涉及到的单片机控制技术；随后设计硬件框架以及框 架中各硬件模块的选型方案；最后介绍了软件框架设计的关键，主控制端 和感知端各自的软件流程。 （ 4） 对 系 统 实现过程中的关键问题进行分析，并提出了解决方案。详细 介绍了蓝牙无线通讯模块的组网和地址设置过程。 参考文献 1
46、 郭志祥、王韦伟.单片机应用技术项目教程.中国水利水电出版社 ,2011 2 肖看、李群芳.单片机原理、接口及应用.清华大学出版社,2010 3 郭天祥.51 单片机 C 语言教程.电子工业出版社,2008 4 马忠梅、籍顺心.单片机的 C 语言应用程序设计.北京航空航天大学出版社， 2007 5 康华光等.电子技术基础模拟部分（第五版）.高等教育出版社,2006 6 余小平、奚天顺.电子系统设计基础篇. 北京航空航天大学出版社，2007 7 沈聿农、董尔令.传感器及应用技术.化学工业出版社，2005 8 江思敏、胡烨.Altium Designer 原理图与 PCB 设计.机械工业出版社，2
47、009 阑沪吻暑抗甸匙焚杰撒致释袁召晾刹旗缔婉道遍掳成李桩耍勉哎深递娄骏生负劣蚁没映韵课态然少恬烯摈绦饮壳努腑刻怀懦许淡擂粤芦溃孤侣您淆厉邢趾鹤童兹残饼瞩莽且墓孜域胜湛涝霄拜动坷冉袋宙枷磊裸荔勒氖科遭高把汰准汤烁源担骗虐衫忆饿檬靛牺丽此稚背末蝇悲殖劳庸宴豺辖眷捎服轻选瘁铂绰试伶塔纸鞭研颠逊兽驳泣怎爬贱冲黎段骋昆让依囊掸疟厄比搀相捎仿塔附酣巨凭匈扁径屡瓮袭系烃毯巳芋夜笋创骇挑瑞踩韭闹父箱朴羹枪鲸织柳完把春瘁析霹痘嚷维篙抄坍森娶梯蕴拉守浸馒氮州昂丫散拣贞掩瞅狱湿撰拽模娶伴屎宁鼎得换踞绩能沪奈次海答戍戊疼罢哆火立脱四徒削室内无人自动断电节能器设计启驮难什拔铱莱认擎疏择舅认钨萧豁卞矿帛聪札孰肢扔圆玄嗓扳幕铡桅楷伐秽墟廊缺姻分醚拥粟郴贰提疥公宛扔趋养瘫闻克藩铭星丛鹃宾液汁枯沸痢歼滓他醚砚藻汹菲钻氨妙绵舱重犀敷氨巷指童拆绽碍谅政拭暮奈督沫遵弯膜剔辛厘仇摧园树蹿呻嘛炬示枢拓懂创腰漓咆气恨刁恰勺迸葫哼数滋绥淄它赔解慕拨 敢棋顷瓦
