单片机的声光控楼梯灯设计
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题现状 1
1.3 课题意义 1
2.系统设计方案 2
2.1 课题的研究内容 2
2.2 技术方案的选择 2
3.系统结构与工作原理 4
3.1 系统结构 4
3.2 系统的工作原理 5
4.硬件系统的设计 6
4.1 单片机主控电路 6
4.2 声音信号采集电路的设计 12
4.3 光信号判断电路的设计 13
4.4 LM393电压比较器介绍 15
4.5 继电器驱动模块设计 17
5. 软件设计 19
5.1 软件设计语言的选择 19
5.2 程序流程图 19
5.3 Keil C51 21
5.4 Protel99SE 22
5.5 Proteus 23
6系统的调试与分析 26
7总结 28
8 谢 辞 29
参考文献 30
附录1 总电路图 31
附录2 仿真图 32
附录3 源程序 33
1. 绪论
1.1 课题背景
声光控楼梯用灯由于其开关占用墙面小，工艺简单，反应敏锐，很适合在公共场所及楼道照明使用。居民楼及公共场所内原来的手动开关，由于需要人亲自动手开关，因而长明灯现象严重，既浪费了电能，更缩短了灯泡的使用寿命。加之人为开关频繁，造成开关很容易被损坏。不仅在一定程度上增加了增加了维修费用，而且还存在触电的可能。这种人为造成的损失及形成的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
隐患在未来社会发展中，是必须要杜绝及避免的。如今，随着节能、低耗及环保时代的来临，人们的社会及人文理念发生了很大改变，原来传统模式的手动开关也会被随之替代，被一种使用便捷、安全节能、结构简单的自动开关所替代，而声光控灯泡自动开关便是人们理想的选择。
1.2 课题现状
这种声光自动灯具的安装也极为方便，它仅仅需要一个基于单片机设计的声光控系统，通过周边光线的强弱或者人走路过的声音都会使之燃亮后，又会在几十秒后自动熄灭，既节约了电能又方便使用。
1.3 课题意义
（1）以单片机部分为核心模块；
（2）同时兼备声控与光控的功能，白天时照明灯不工作，只有在黑夜有声音的情况下，照明灯才会导通；
（3）这种照明灯的有延时功能，并且时间是可以调节的；
（3）本次设计的智能声光控开关系统应满足耐用、节能、便于维护，有足够的可靠性的要求。
2.系统设计方案
2.1 课题的研究内容
本论文设计了一种由声光感应自动控制通断的智能化楼梯灯开关，该设计的核心是单片机。在完成硬件电路设计后，将软件编好的程序写入STC89C51单片机中从而实现整个功能设计。
2.2 技术方案的选择
在当今电器设备市场上，声光控开关主要以模拟电子技术研制成的，这类设备元器件多，体积较大，结构比较复杂，可靠性也比较差。由于该电路是被频繁使用的开关，所以其启动电流瞬间非常强大，这就导致功率元件往往因为过载而频繁损坏。由此看来，模拟声控开关容易损坏，使用寿命比较短。在设计中如果通过继电器驱动照明负载，频繁损坏电路元件的现象将会得到遏制。
单片机芯片是一种集成元器件，通过利用高级集成电路技术将许多模块集成在一个特别小的芯片上，内部结构有中央处理器、定时/计数器、只读存储器、随机存储器、各种输入输出I/O接口等等。
其特点有：
（1） 品种繁多，型号齐全；
（2） 性能高，容量大，性价比较高；
（3） 内部模块化，结构清晰，便于使用；
（4） 低电压，低功耗；
（5） 使用寿命长，可长期10^6 ~10^7小时内正常工作；
（6） 功能强大，处理数据快；
（7） 适应能力比较好。
由于单片机强悍的功能及便捷、节能的优点，我们采用单片机来完成智能声光控开关的设计。
3.系统结构与工作原理
3.1 系统结构
在进行智能化声光控开关设计之前，要考虑三个问题：（1）灯泡是由220V电压直接供电；（2）灯泡开关在日光充足时，即便有声音发出，开关不会接通，灯泡也不会发光；（3）只要是在黑暗的时候，只要有声音发出，开关自动接通，灯泡点亮。
该电路设计以单片机STC89C51为主要部件，该类型芯片与MCS-51系列芯片各引脚功能及指令系统完全兼容，内部EPROM高达4K字节的存储容量，所以一般不适用程序外部扩展功能，因此使用这种单片机即简化了电路结构，缩小了电路体积，同时可以降低功耗和成本。图1为该设计整体方案图。
整体电路分为三个模块：
（1）声信号采集模块，用来采集声音信号并将其放大，放大后的信号经过电压比较器将信号送到单片机中。
（2）光信号采集模块，用来处理光信号，在电路中的光电感应元器件感应到有光信号时，立即向单片机发出一个电信号；反之，在黑暗无光的时候向单片机发送有一个反向电信号，通过这个方式由单片机予以判断进行控制。
（3）继电器驱动模块，由于三极管的电流放大作用，放大的电流使得继电器导通，由单片机控制三极管的导通与关断，进而控制了该驱动模块，已实现对外部照明灯泡的控制作用。
该设计智能声控楼梯灯以STC89C51系列单片机为主控芯片，整个系统由六部分电路模块组成：（1）单片机主控器模块，（2）声音放大模块，（3）按键控制模块，（4）继电器驱动模块，（5）光线采集模块，（6）电压比较模块。
系统框图如下：
图1整体方案图
3.2 系统的工作原理
声音传感器用来实现声信号采集，如果想要调节其感应灵敏度可以调节电路上的可调电阻。外界光的明暗度影响着光敏电阻阻值的大小，所以单片机通过光敏元件来判断楼道光的明暗情况，如果光足够明亮（判定白天），此时即使有声音开光灯不工作；反之在光线黑暗时，传感器采集到声音就使得开关灯发光，并实现延时，当声音消失后，照明灯会延时一段时间才关闭。
4.硬件系统的设计
4.1 单片机主控电路
由于控制、指示以及报警三部分电路都是以单片机为基础进行的，因此可以放在一起进行说明。
STC89C51芯片是单片机重要中央处理系统，单片机简单来说就是把各种元件集成在一个小芯片上的微控机，内部电路包括CPU、RAM、ROM、中断系统、定时/计数器、时钟电路以及I/O接口部分。体积小、便宜、可靠性高、开发应用简单等是单片机最主要的特点，因此单片机广泛应用在现代电子技术和工业领域。在集成电路领域,价格合适、小体积、较高可靠性和灵活性是人们对计算机基本的要求。各种仪器、仪表里因为单片机的使用，使其变得智能化，并且测试的自动化程度和精度也得到了提高，计算机的处理能力和速度得到了加强，把硬件结构进行简化，提高电子元器件的性价比。
1. 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题现状 1
1.3 课题意义 1
2.系统设计方案 2
2.1 课题的研究内容 2
2.2 技术方案的选择 2
3.系统结构与工作原理 4
3.1 系统结构 4
3.2 系统的工作原理 5
4.硬件系统的设计 6
4.1 单片机主控电路 6
4.2 声音信号采集电路的设计 12
4.3 光信号判断电路的设计 13
4.4 LM393电压比较器介绍 15
4.5 继电器驱动模块设计 17
5. 软件设计 19
5.1 软件设计语言的选择 19
5.2 程序流程图 19
5.3 Keil C51 21
5.4 Protel99SE 22
5.5 Proteus 23
6系统的调试与分析 26
7总结 28
8 谢 辞 29
参考文献 30
附录1 总电路图 31
附录2 仿真图 32
附录3 源程序 33
1. 绪论
1.1 课题背景
声光控楼梯用灯由于其开关占用墙面小，工艺简单，反应敏锐，很适合在公共场所及楼道照明使用。居民楼及公共场所内原来的手动开关，由于需要人亲自动手开关，因而长明灯现象严重，既浪费了电能，更缩短了灯泡的使用寿命。加之人为开关频繁，造成开关很容易被损坏。不仅在一定程度上增加了增加了维修费用，而且还存在触电的可能。这种人为造成的损失及形成的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
隐患在未来社会发展中，是必须要杜绝及避免的。如今，随着节能、低耗及环保时代的来临，人们的社会及人文理念发生了很大改变，原来传统模式的手动开关也会被随之替代，被一种使用便捷、安全节能、结构简单的自动开关所替代，而声光控灯泡自动开关便是人们理想的选择。
1.2 课题现状
这种声光自动灯具的安装也极为方便，它仅仅需要一个基于单片机设计的声光控系统，通过周边光线的强弱或者人走路过的声音都会使之燃亮后，又会在几十秒后自动熄灭，既节约了电能又方便使用。
1.3 课题意义
（1）以单片机部分为核心模块；
（2）同时兼备声控与光控的功能，白天时照明灯不工作，只有在黑夜有声音的情况下，照明灯才会导通；
（3）这种照明灯的有延时功能，并且时间是可以调节的；
（3）本次设计的智能声光控开关系统应满足耐用、节能、便于维护，有足够的可靠性的要求。
2.系统设计方案
2.1 课题的研究内容
本论文设计了一种由声光感应自动控制通断的智能化楼梯灯开关，该设计的核心是单片机。在完成硬件电路设计后，将软件编好的程序写入STC89C51单片机中从而实现整个功能设计。
2.2 技术方案的选择
在当今电器设备市场上，声光控开关主要以模拟电子技术研制成的，这类设备元器件多，体积较大，结构比较复杂，可靠性也比较差。由于该电路是被频繁使用的开关，所以其启动电流瞬间非常强大，这就导致功率元件往往因为过载而频繁损坏。由此看来，模拟声控开关容易损坏，使用寿命比较短。在设计中如果通过继电器驱动照明负载，频繁损坏电路元件的现象将会得到遏制。
单片机芯片是一种集成元器件，通过利用高级集成电路技术将许多模块集成在一个特别小的芯片上，内部结构有中央处理器、定时/计数器、只读存储器、随机存储器、各种输入输出I/O接口等等。
其特点有：
（1） 品种繁多，型号齐全；
（2） 性能高，容量大，性价比较高；
（3） 内部模块化，结构清晰，便于使用；
（4） 低电压，低功耗；
（5） 使用寿命长，可长期10^6 ~10^7小时内正常工作；
（6） 功能强大，处理数据快；
（7） 适应能力比较好。
由于单片机强悍的功能及便捷、节能的优点，我们采用单片机来完成智能声光控开关的设计。
3.系统结构与工作原理
3.1 系统结构
在进行智能化声光控开关设计之前，要考虑三个问题：（1）灯泡是由220V电压直接供电；（2）灯泡开关在日光充足时，即便有声音发出，开关不会接通，灯泡也不会发光；（3）只要是在黑暗的时候，只要有声音发出，开关自动接通，灯泡点亮。
该电路设计以单片机STC89C51为主要部件，该类型芯片与MCS-51系列芯片各引脚功能及指令系统完全兼容，内部EPROM高达4K字节的存储容量，所以一般不适用程序外部扩展功能，因此使用这种单片机即简化了电路结构，缩小了电路体积，同时可以降低功耗和成本。图1为该设计整体方案图。
整体电路分为三个模块：
（1）声信号采集模块，用来采集声音信号并将其放大，放大后的信号经过电压比较器将信号送到单片机中。
（2）光信号采集模块，用来处理光信号，在电路中的光电感应元器件感应到有光信号时，立即向单片机发出一个电信号；反之，在黑暗无光的时候向单片机发送有一个反向电信号，通过这个方式由单片机予以判断进行控制。
（3）继电器驱动模块，由于三极管的电流放大作用，放大的电流使得继电器导通，由单片机控制三极管的导通与关断，进而控制了该驱动模块，已实现对外部照明灯泡的控制作用。
该设计智能声控楼梯灯以STC89C51系列单片机为主控芯片，整个系统由六部分电路模块组成：（1）单片机主控器模块，（2）声音放大模块，（3）按键控制模块，（4）继电器驱动模块，（5）光线采集模块，（6）电压比较模块。
系统框图如下：
图1整体方案图
3.2 系统的工作原理
声音传感器用来实现声信号采集，如果想要调节其感应灵敏度可以调节电路上的可调电阻。外界光的明暗度影响着光敏电阻阻值的大小，所以单片机通过光敏元件来判断楼道光的明暗情况，如果光足够明亮（判定白天），此时即使有声音开光灯不工作；反之在光线黑暗时，传感器采集到声音就使得开关灯发光，并实现延时，当声音消失后，照明灯会延时一段时间才关闭。
4.硬件系统的设计
4.1 单片机主控电路
由于控制、指示以及报警三部分电路都是以单片机为基础进行的，因此可以放在一起进行说明。
STC89C51芯片是单片机重要中央处理系统，单片机简单来说就是把各种元件集成在一个小芯片上的微控机，内部电路包括CPU、RAM、ROM、中断系统、定时/计数器、时钟电路以及I/O接口部分。体积小、便宜、可靠性高、开发应用简单等是单片机最主要的特点，因此单片机广泛应用在现代电子技术和工业领域。在集成电路领域,价格合适、小体积、较高可靠性和灵活性是人们对计算机基本的要求。各种仪器、仪表里因为单片机的使用，使其变得智能化，并且测试的自动化程度和精度也得到了提高，计算机的处理能力和速度得到了加强，把硬件结构进行简化，提高电子元器件的性价比。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1746.html
