基51单片机红外线遥控智台灯设计智台灯控制系统电路设计
基51单片机红外线遥控智台灯设计智台灯控制系统电路设计
摘
着社会发展智产品着变化电子产品快速发展家电器智化越越常见智家居电饭煲电磁炉台灯等系统具特点利单片机控制系统作次核心系统带巨方便次针智家居台灯控制系统设计国智家居发展十分必着巨市场价值市场潜力
设计STC89C52控制芯片通红外传感器光敏电阻输出信息信号采集实现LED灯控制达模拟控制灯光目文目完成智灯光硬件设计软件设计硬件设计选择包括选型电路设计软件硬件部分模块进行驱动软件程序编写硬件部分传感器数采集控制输出功做灯光智控制
关键词：STC89C52智台灯光敏电阻红外传感器
Design of infrared remote control intelligent table lamp based on 51 single chip microcomputerThe control system circuit design of intelligent table lamp
Abstract
With the development of society intelligent products are also changing and electronic products are developing rapidly More and more intelligent home appliances are used Common intelligent home systems such as rice cooker electromagnetic stove table lamp and so on have a common feature That is to use the singlechip microcomputer control system as the core system of this time which brings great convenience This time for the intelligent home The design of lamp control system is very necessary for the development of smart home in China and has great market value and market potential
This design is based on STC89C52 as the control chip through the acquisition of the output information signal of photoresist and infrared sensor to achieve the control of LED lamp to achieve the purpose of analog control of light The main purpose of this paper is to complete the hardware design and software design of intelligent lighting The choice of hardware design includes selection and circuit design The software is to drive each part of the hardware module For the preparation of software program the data acquisition and control output function of the hardware part of the sensor can be achieved so as to make the lighting intelligent control
Key words STC89C52 intelligent table lamp photosensitive resistance infrared sensor
目 录
1 绪 1
11 设计研究背景 1
12 设计目意义 1
13 设计方案提出 2
2 总体方案选择 2
21 控芯片选择 2
22 三极驱动模块 3
23 热释电红外传感器 3
24 光敏电阻 3
25 报警模块选择 4
26 键控制模块 4
27 信号处理模块选择 5
28 手势模块选择 5
29 智灯光方案确定 5
3 硬件设计 7
31 单片机系统 7
32 灯光驱动电路 10
33 键控制电路 12
34 光敏电路 13
35 5V电源电路设计 13
36 光检测电路设计 14
37 AD采样电路设计 15
38 蜂鸣器报警电路（低电效）设计 16
39 HCSR505体热释感应模块电路设计 16
310 手势模块电路设计 19
311 整体电路原理图 30
4 系统调试 20
41 硬件焊接 20
42系统硬件调试 22
5 结 22
参考文献 24
谢辞 25
1 绪
11 设计研究背景
市场调查确定白炽灯荧光灯螺旋节灯等许普通灯具相市场份额灯基手动控制实现智化控制台灯光源冷光源长期易产生量热量普通灯相台灯仅会产生量辐射光线强度动调节时台灯相强度耗电量低白炽灯荧光灯易损坏外普通灯中会频繁闪烁台灯直流电会出现灯光闪烁眼睛保护起作
着社会断进步健康重视程度越越高智台灯需求越越智灯市场前景十分值探索智灯性价高白炽灯荧光灯逐渐淘汰出市场企业说机遇挑战台灯手动控制动控制晚书电视累心睡着普通台灯会直亮着仅耗电会损伤眼睛需设计款智台灯生活方方面面提供便利工作生活变更加安全方便
12 设计目意义
台灯已众家必需生活品日常中常忘记关闭开关造成巨源浪费晚灯时黑暗中开灯样会存定危险决定设计种基红外辐射传感器控制电路环境光强度弱体台灯范围时智台灯会动感知激活开关台灯时果体离台灯太智台灯会动感知发出警报纠正坐姿果体定时间没离开台灯会动关闭离开时台灯会感知关闭节约电
电灯生活中缺少部分现智化天步需求需做极致智化台灯日光灯相较言需耗光源散布集中台灯言离开时候常遗忘关断电源常会造成量
电力浪费晚起床时需漆黑开灯安全问题方便解决问题设计采单片机作系统中央控制单元外部电路光强采集电路红外传感器液晶时间显示电路组成控单元红外传感器检测信号光强信号动调节台灯发光强度实现台灯智控制设计功强易操作方便智会广阔开发前景实意义
1
13 设计方案提出
智灯光系统解决技术问题动感知周遭环境光明度进行识存档利传感器技术感知体处方位决定开关灯灯旁坐姿错误出信息警示光线明暗感知功根需动调节亮度技术智灯光系统需囊括
次设计做：
1智系统包含5模块：STC89C52单片机领衔核心控制电路模块感知体方位热释红外传感器模块光线探测模块光电转换AD样收集模块供电模块
2周遭光线转暗灯动开果光线开
3灯周围没检测时候灯熄灭动开
4利手势控制台灯完成手势硬件设计
2 总体方案选择
设计STC89C52单片机核心电路+体热释红外传感器电路+光检测电路（光敏电阻）+AD采样电路+电源电路+手势控制组成
21控芯片选择
方案： 单片机STC89C52作核心控制芯片
STC89C52宏晶科技公司产品具8K网络程序设计闪存低功耗8cmos微处理器STC89C52MCS51核加强版加强MCS51核未加强MCS51功许芯片具4K EPROM存储器STC89C52芯片指令兼容需电方式存储数直接部存储器必外部存储器芯片存储中具成低
开发方便线编程载等优点
方案二：采MSP430单片机作控芯片
1996年德州仪器公司发布款MSP 430单片机混合信号处理器
生成数字电路模拟电路形成具种功处理器功处理器优点功强模拟电路集成芯片样功微处理器集成芯片MSP430混合信号处理器
2
耗低带简单命令集种单片机发难度价格高普遍采般电池供电便携仪器中较
综述STC89C52单片机中选原综合考虑开发难易度成资源合理分配做出决定
22三极驱动模块
系统中安装三级功抑制电路中电流三级电流集电极电流受基极两端电压影响集电极基极电流进行扩流输送系统处电路连通正常标志三级电流放功否正常
掌控LED灯正常工作实验利进行系统配置三级电路扩流分流
23热释电红外传感器
温度高绝零度物体红外线辐射热释电红外传感器基原理进行光电转换工作果物体传感器物体身会引起传感器周遭温度变化传感器中配备具发式极化晶体表面会产生数量相等符号相反电子电子移动产生电压传感器阻碍电压法输出电子会四周空气带电离子吸引出走物体传感器周遭温度维持变传感器没电子输出实验中传感器温差出现产生电荷电荷运动引起电压空气中离子带走电子信号输出远离传感器周围温度处恒定状态晶体产生电子没电压没信号输出LED灯呈关闭状态套系统完成灯亮离灯关动控制模式安全环保
24光敏电阻
光敏电阻值恒等变光强越阻值越光强越阻值越 光线弱光线状态时阻值会达峰值时热释传感器测控员达附件会马收集信号进行转换传送单片机控制中心单片机发出指令开灯开关切实现赖光敏电组光实时监测
3
光敏电阻材料选择极重视必须保持光高度敏感性通光感知促电阻值产生变化种变化变成信号反馈系统中
规格
型号
电压(VDC)
功耗(MV)
环境温度
光谱峰值(nm)
亮电阻 (KΩ)
暗电阻 (KΩ)
γ
10010
响应时间
升
降
Φ3系列
SC3526
150
50
30~70
540
820
05
06
30
30
SC3537
150
50
30~70
540
1850
20
07
30
30
SC3548
150
50
30~70
540
45140
50
08
30
30
Φ3系列
SC4526
150
50
30~70
540
820
05
06
30
30
SC4537
150
50
30~70
540
1850
20
07
30
30
SC4548
150
50
30~70
540
4520
50
08
30
30
表1 部分光敏电阻型号规格
反复权衡选择SC4537价格够接受电阻暗亮值（暗电阻2kΩ 亮电阻1850kΩ）范围足应周遭光线明灭监测）
25报警模块选择
方案：采语音报警模块
语音报警表面起方便编程相较复杂
方案二发光二极蜂鸣器作报警模块
该方案编程简单利声光相结合仅降低工成时反馈户信息
综述终决定采发光二极蜂鸣器作报警模块
26键模块选择
方案：采独立键作输入设备
4
独立键应功需IO端口检测次数键数少决定旦键数目需端口器件没方连接键数线路反应速度会逐渐变慢
方案二：采矩阵键盘作输入设备
矩阵键盘端连接行线端连接列线行线列线分连接单片机运读取程序出算法明确需键编程困难节省IO端口
综合述描述终决定采方案二
27信号处理模块
BISS0001种高性集成电路：传感器配热释电红外传感器少量外接元器件形成动热释电红外开关动快速开启类白炽灯荧光灯门铃动门电风扇烘干机动洗手池装置特适敏感区域：商业酒店购物中心仓库家庭假日安全区域动明明报警系统
28手势模块选择
次手势识模块选取APDS9960设备APDS9960集成 ALS红外LED规探测器光学传感器采两光电二极似 001 lux 酷似眼视觉反应阈值编程操作分辨率高达16位黑玻璃灵活工作接传感器完全准100毫米目标检测需工厂配置终端设备部件
嵌入APDS9960传感器提供环境光颜色测量接检测非接触手势
检测RGB手势感应器控制台电脑MCU机器手简单刷卡功强事实三星Galaxy S5运动传感器APDS9960
29智灯光方案确定
智系统硬件架构：STC89C52单片机领衔包括系统提供光源
灯板块ADC0832模数转换板块感知体方位热释红外传感器板块
5
光线探测板块警示系统板块提示灯板块输入键板块
1采ADC0832模数转换芯片光敏电压信号进行处理单片机控制灯光亮暗
2设计两种工作模式：①动模式②手动模式通键切换模式
3动模式周遭光线足监测系统监测灯光开关动开启红外接传感器开始发测距离桌面定距离蜂鸣器led灯开始忽明忽灭发出示警坐姿欠佳需调整红外传感器没持续监测运动障碍物出现（模拟休息）20s灯光动熄灭体现节智作
4手动模式键开关灯光者调节灯光亮度
STC89C52
热释电红外传感器
红外测距传感器
光敏电阻
蜂鸣器提醒电路
灯光控制电路
晶振电路
复位电路
手势模块
图1 智台灯总体模块
3硬件设计
31单片机系统
311 STC89C52单片机介绍
作电路控制核心处理器STC89C52Atmel公司专单片机研发设计芯片通运高密度非易失性存储器成低源消耗低控制
器存储空间8K空间相较进行编程控制芯片STC89C52
6
广泛运方面节中STC89C52引脚结构进行挑选式讲解中部分说明该芯片运方式
引脚结构图2示：
图2 STC89C52引脚结构
VCC 电源
GND
表2示P10P12外输入引脚P10T2触发输入引角引脚号功请表
表2 P1口引脚功表
引脚号
第二功
P10
T2（定时器计数器T2外部计数输入）时钟输出
P11
T2EX（定时器计数器T2捕捉重载触发信号方控制）
P15
MOSI（系统编程）
P16
MISO（系统编程）
P17
SCK（系统编程）
7
P3口身具备功外作STC89C52特殊功（第二功）表3示
表3 P3口引脚功表
引脚号
第二功
P30
RXD （串行输入）
P31
TXD （串行输出）
P32
(外部中断0)
P33
(外部中断0)
P34
T0 （定时器0外部输入）
P35
T1 （定时器1外部输入）
P36
(外部数存储器写选通)
P37
(外部数存储器写选通)
RST 电路复位输入够门狗计时完成进行复位操作
312 STC89C52单片机系统
整单片机系统设计部件设计安置需深入分析整系统两种两种电路种复位电路种时钟电路 电路复设计两种复位模式需工动复位工手动键复位类型电路设计简洁明操作便捷出现问题较容易解决种复位方式通电
源VCCRST端电阻作连接接通电路实现功整系统保持独立工作受外界影响需时钟电路分外重时钟信号控制次设计首选择够时反映出部件运行情况部时钟外部时钟时钟电路设计两种基形式针次研究利时钟电路中部时钟电路种电路够时准确显示部件工作情况图示单片机中工作系统电路设计图
STC89C52单片机完整系统电路详细设计图图3示
8
图3 STC89C52单片机系统电路详细设计图
次晶振电路XTAL1XTAL2 独立输入输出反相放器设置部电路振荡器面进行外部驱动信息转化图33示次研究利时钟模式采震荡电路原理XTAL1XTAL2 引脚外接定时元件原件晶体电容通电路输送进行振荡反应晶振频率果越越高消耗电越越工作正常时晶振频率选择范围12MHz12MHz间会超出范围频率翻翻甚更高情况出现
AS608温湿度传感器识识模块单片机直接采串口方式进
行通讯选110592MHz晶振产生9600波特率0误差采110592MHz 石英晶振电容作削弱晶振降低频率石英材质晶振电容选择范围20~40pF区间次实验选范围中间值30pF陶瓷材质谐振器选择范围石英30~50pF区间
9
图4 晶振电路
整复位电路设计动手动两种方式图5中示复位电路手动动接电源时候电容负极RESET相连电阻电压通RESET端输入高电时候整芯片会原位置然芯片处断工作中加电源时候电压会逐渐变接0图知道复位键电容联起旦复位键没启动整电路连通说接通芯片运行正常开关闭合电达10ms单片机复位键会动闭合电路处连通状态
图5 复位电路结构图
32 台灯驱动电路
常见三极9012s85509013s8050型生活中广泛运时候三极具开启闭合分散作智灯缺部分够智灯提供电流分散等信号输送保证智灯性寿命中三
极90128550PNP型三极三相互交三极90138050NPN型三极互相
（1）电流放
两电流输出变送器方箭头发射发射极E电
10
流方晶体放效应实质利基极电流控制集电极电流基极电流变化会引起集电极电流变化变化满足定例关系：集电极电流变化量基极电流变化量β倍电流变化放β倍称β三极放倍数（般远1）果基极发射极间增加变化信号基态电流IB改变基极电流Ib放会IC变化果集电极电流IC流电阻R电压公式U R*i引起电阻器电压变化
（2）偏置电路
实际放电路中晶体时需正确偏置电路原：第三极非线性结（类似二极）输入电压足够高时产生基极电流果发射极基极间电压07V基极电流视0然事实放信号常远07V果没加偏置话信号足改变基极电流（基极电流07V时认0）果先三极基极放置适电流（称偏置电流）电阻RB提供偏置电流称基极偏置电阻信号放置偏置电流时信号会引起基极电流变化变化放输出收集器第二原输出信号范围求果没添加偏置放增添信号减信号会（集电极电流0没偏移情况没进步减）
（3）开关作
电阻影响晶体饱程度（RC固定值电流URCU电源电压）集电极电流IC限期增加基极电流Ib增加集电极电流IC增加时晶体进入饱状态确定晶体否饱规通常Ib*beta IC饱晶体收集器E发射极C间电压非常交换
机关闭理解晶体成开关：基极电流Ib0时三晶体集成电路集电极电流0相闭合基极电流较时晶体处饱状态
（4）工作状态
果电阻RC变成灯泡基极电流IB0集电极电流IC0灯泡灭
11
基极电流IB>0集电极电流IC>0灯泡变亮控制电流需灯泡电
流够掌握电流器件放弃电流控制旦IB逐渐增时候灯泡会变越越亮果逐渐减少话灯泡会越越暗综述保证灯泡亮度断通三极增加电流维持灯泡工作状态
台灯亮度电流控制通调整电流选择台灯亮度通利公式知利调整PWM占空够控制电流图6示：
图6 三极驱动台灯电路
33 键控制电路
单片机键盘两种：独立键盘矩阵键盘独立键盘连接IO端口钮端连接电源接（通常接）独立键盘连接程简单系统更稳定矩阵键盘连接程较复杂IO占较少根设计需选择采独立键盘连接
键盘抖动类感知说虚空概念问题10200毫秒时间说根感觉代表存产生原键盘断开接通瞬间动作微秒单位处理数单片机
说键盘抖动慢动作必须消消抖软硬（软件硬件）两种方式权衡利弊硬件消抖增加新控制电路增加系统复杂程度选择较稳定软件键消抖方式设计程序控制流程：10200毫秒低电避免抖动（20毫秒值）时读取结束IO端口值果该值1低电
12
10 ~ 200 millise条件认干扰信号果输出信号空话
需处理程序申请硬件电路图7示：
图7 键控制电路图
34 光敏电路
动控制电路设计原理阻值电压相结合通光变化控制阻值变化进控制电压变化通系列变化形成信号输送单片机中
光敏电阻化学成份较特殊含硫化镉硒硫化铅特殊半导体电阻光高度敏感光线暗明阻值会逐渐转换造成种现原光外围电磁场作电源正极作定运动电子外种空穴流载流子会电源负极作定运动光敏电阻阻值会幅减
光敏电阻光敏感眼类似眼察觉光亮会引起光敏电阻反应次实验简化光控电路设计光源采常见然光白炽灯光电路结构图8示
图8 光敏电路
35 5V电源电路设计
图9示系统采5V直流电源整系统电源整系统供电DC电源插座直接连USB电源线端插DC插座端插5V电源电脑USB充电宝LED红色LED灯系统指示灯
13
电阻1K电阻起限流作避免电流烧坏LED灯SW锁开关开关红灯亮时系统电源5V直流输出次开关红灯熄灭时系统电源没5V电源输出
图9 5V电源电路原理图
36 光检测电路设计
光敏电阻监测光线明暗交变化原料较特光高度敏感电阻值会追着光明灭变换发生改变没光时阻值达峰值15兆欧（时降1KΩ) 特殊性着科技水提高断发掘次实验光敏电阻串联普通电阻光敏电阻分压起保护作电路图图10示
图10 光敏电阻原理图
14
37 AD采样电路设计
ADC0832双通道模数转换芯片程中量损耗较低具独立电源供电系统独立实现功拥8位CMOS数存储芯片4线程模拟数输入接口模拟输出接口I²C总线接口属串行A0A2专属址引线脚三引脚提供硬件址编程功根12C总线时接8ADC0832模数转换器需增加辅助配件
芯片特性
（1）单独供电
（2）工作电压25伏6伏
（3）机状态电流需求低
（4）通I2C总线串行输入输出
（5）AD0832通3硬件址引脚寻址
（6）AD0832采样率I2C总线速率决定
（7）模拟输入编程单端型差分输入
（8）动增量频道选择
（9）模拟电压范围VSSVDD
（10）AD0832置踪保持电路
（11）8bit逐次逼AD转换器
具体原理图图11示两电阻拉电阻数字信号读取更稳定
图11 AD采样电路原理图
15
38 蜂鸣器报警电路（低电效）设计
蜂鸣器途发声示警种体化结构电子讯响报警器生活中处见童电子类玩具定时装置办公室里印机复印机等等次实验示警器源蜂鸣器工作电压5伏直流电压电源图12电路原理图知电路中配备具放功9012三级作驱动装置单片机控制引脚高电蜂鸣器电路断开反电路连通发声报警种报警器警报种方式户根喜调节单片机接口处方波传送方式转换1000欧R6作限流防电流烧坏器件
图12 蜂鸣器报警电路原理图
39 HCSR505体热释感应模块电路设计
HCSR505型体感应模块基红外线技术动控制产品灵敏度高性强超体积超低电压工作模式广泛应类动感应电器设备尤干电池供电动控制产品
接口说明
（1）VCC 外接33V5V
（2）GND 外接GND
16
（3）DO 板数字量输出接口（01）
（4）AO 板模拟量输出接口
二技术参数：
（1）工作电压范围：DC4520V
（2）静态电流：<60uA
（3）电输出：高33V低0V
（4）触发方式：重复触发
（5）延时时间：默认8S+30(订做范围零点秒十分钟)
（6）电路板外形尺寸：10*23mm
（7）电路板外形尺：<100度锥角
（8）感应距离：3米
（9）工作温度：20+80度
（10）感应透镜尺寸：直径10mm
三HCSR505体热释感应模块接口图图13示
图13 HCSR505体热释感应模块接口说明图
HCSR505体热释感应模块接口原理图图14示热释红外模块通三极9012驱动检测时单片机控制引脚高电否低电黄色LED灯信号指示灯灯亮代表热释模块检测灯亮代表热释模块没检测
17
图14 HCSR505体热释感应模块接口原理图
HCSR505体热释感应模块实物图图15示
图15 HCSR505体热释感应模块实物图
310 手势模块电路设计
置APDS9960传感器提供环境光颜色测量接检测非接触手势检测通RGB手势感应器控制台计算机单片机机器简单刷卡功强实际该手势传感器APDS9960
三星GalaxyS5中
应环境光RGB色彩感应接检测手势检测中
四红外传感器测量基位置光反射率时间变化
18
变化转换手势通界面库检测定手势（左右右左）理更复杂手势字形时针逆时针圆远等实现
模块参数
（1）工作电压：33V
（2）测量范围：48in（1020CM）
（3）接口类型：I2C接口
二接口说明
（1）VIN ：电源正极输入口33V
（2）GND：电源负极输入口
（3）SCL ：I2C时钟端口
（4）SDA ：I2C数端口
（5）INT ：中断输出
三模块接口原理图图示
图16 手势模块接口电路原理图
四模块实物图图17示
图17 模块实物图
19
311 整体电路原理图
图18 整体电路原理图
4 系统调试
41硬件焊接
1焊接前筹备工作
焊接准备工作第务先认真查图纸根图纸需元件进行相关型号规格数量核查线路间严格排查否存接触良等问题核查没发现元件线路存问题
2焊接序
首先安装电阻次电容器接着相关二极三极焊接集成电路线路部件安装序
3元器件焊接求
（1）安装电容器
安装电容器时定先清仪表标注电极果正负极接错旦短路会烧坏仪表安装电容器定序首先玻璃釉电容器连次连机介质电容器做瓷介质电容器连接工作连接电解容电容器
20
（2）安装二级
做焊接二级准备工作时方需留意
首先明确阴阳极方二极面标注安装时候标注外清楚焊接时间控制2S针短引线说
（3）三极焊接
针三极焊接正常焊接程中需引线引线需镊子夹住样防止烫伤需量散热时候需装散热片接触面需整光滑添加需进行绝缘设置时候需添加绝缘薄膜脚般利塑料导线电路板连接起
（4）集成电路
电路形成部件焊接电路板部件位置需型号引脚位置尤重首先两引脚稳定焊接边然焊接外边左右序进行焊接操作出现参差齐引脚时候需进行齐根剪
图19 焊接电路板正面
21
图20 焊接电路板背面
42系统硬件调试
硬件设计布线焊接完成开始进行硬件调试硬件调试核查电路否存问题否接触良焊接否位具方元件否方弄错电路设计错误等情况
首先实物电路板电路设计原理图相里少元器件里没焊接目然缺少物件补没焊接方补焊接着万表检测电路否短路断路虚焊情况万表连接线路中数字相应档位红黑笔放相应元件果出现鸣声说明段电路存问题进存问题解决调试硬件显示稳定良
5 结
设计针单片机台灯明系统进行设计利光敏电阻模块进行识接着通键进行信息输入输出完成相关操作次设计基实现求功时间水验限设计作品存着足
22
次毕业设计负责硬件部分系统硬件设计系统硬件调试纸谈兵实战说巨挑战通步步学努力终克服挑战完成设计实物调试验证设计方案正确性整体硬件设计成功
次设计够学四年学许知识进行次整合应学里首次设计完整富挑战性项目次设计够提升学力动手力分析力时团队合作力定提升更工作扎实基础提供鉴验
23
参考文献
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基51单片机红外线遥控智台灯设计智台灯控制系统电路设计
基51单片机红外线遥控智台灯设计智台灯控制系统电路设计
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设计STC89C52控制芯片通红外传感器光敏电阻输出信息信号采集实现LED灯控制达模拟控制灯光目文目完成智灯光硬件设计软件设计硬件设计选择包括选型电路设计软件硬件部分模块进行驱动软件程序编写硬件部分传感器数采集控制输出功做灯光智控制
关键词：STC89C52智台灯光敏电阻红外传感器
Design of infrared remote control intelligent table lamp based on 51 single chip microcomputerThe control system circuit design of intelligent table lamp
Abstract
With the development of society intelligent products are also changing and electronic products are developing rapidly More and more intelligent home appliances are used Common intelligent home systems such as rice cooker electromagnetic stove table lamp and so on have a common feature That is to use the singlechip microcomputer control system as the core system of this time which brings great convenience This time for the intelligent home The design of lamp control system is very necessary for the development of smart home in China and has great market value and market potential
This design is based on STC89C52 as the control chip through the acquisition of the output information signal of photoresist and infrared sensor to achieve the control of LED lamp to achieve the purpose of analog control of light The main purpose of this paper is to complete the hardware design and software design of intelligent lighting The choice of hardware design includes selection and circuit design The software is to drive each part of the hardware module For the preparation of software program the data acquisition and control output function of the hardware part of the sensor can be achieved so as to make the lighting intelligent control
Key words STC89C52 intelligent table lamp photosensitive resistance infrared sensor
目 录
1 绪 1
11 设计研究背景 1
12 设计目意义 1
13 设计方案提出 2
2 总体方案选择 2
21 控芯片选择 2
22 三极驱动模块 3
23 热释电红外传感器 3
24 光敏电阻 3
25 报警模块选择 4
26 键控制模块 4
27 信号处理模块选择 5
28 手势模块选择 5
29 智灯光方案确定 5
3 硬件设计 7
31 单片机系统 7
32 灯光驱动电路 10
33 键控制电路 12
34 光敏电路 13
35 5V电源电路设计 13
36 光检测电路设计 14
37 AD采样电路设计 15
38 蜂鸣器报警电路（低电效）设计 16
39 HCSR505体热释感应模块电路设计 16
310 手势模块电路设计 19
311 整体电路原理图 30
4 系统调试 20
41 硬件焊接 20
42系统硬件调试 22
5 结 22
参考文献 24
谢辞 25
1 绪
11 设计研究背景
市场调查确定白炽灯荧光灯螺旋节灯等许普通灯具相市场份额灯基手动控制实现智化控制台灯光源冷光源长期易产生量热量普通灯相台灯仅会产生量辐射光线强度动调节时台灯相强度耗电量低白炽灯荧光灯易损坏外普通灯中会频繁闪烁台灯直流电会出现灯光闪烁眼睛保护起作
着社会断进步健康重视程度越越高智台灯需求越越智灯市场前景十分值探索智灯性价高白炽灯荧光灯逐渐淘汰出市场企业说机遇挑战台灯手动控制动控制晚书电视累心睡着普通台灯会直亮着仅耗电会损伤眼睛需设计款智台灯生活方方面面提供便利工作生活变更加安全方便
12 设计目意义
台灯已众家必需生活品日常中常忘记关闭开关造成巨源浪费晚灯时黑暗中开灯样会存定危险决定设计种基红外辐射传感器控制电路环境光强度弱体台灯范围时智台灯会动感知激活开关台灯时果体离台灯太智台灯会动感知发出警报纠正坐姿果体定时间没离开台灯会动关闭离开时台灯会感知关闭节约电
电灯生活中缺少部分现智化天步需求需做极致智化台灯日光灯相较言需耗光源散布集中台灯言离开时候常遗忘关断电源常会造成量
电力浪费晚起床时需漆黑开灯安全问题方便解决问题设计采单片机作系统中央控制单元外部电路光强采集电路红外传感器液晶时间显示电路组成控单元红外传感器检测信号光强信号动调节台灯发光强度实现台灯智控制设计功强易操作方便智会广阔开发前景实意义
1
13 设计方案提出
智灯光系统解决技术问题动感知周遭环境光明度进行识存档利传感器技术感知体处方位决定开关灯灯旁坐姿错误出信息警示光线明暗感知功根需动调节亮度技术智灯光系统需囊括
次设计做：
1智系统包含5模块：STC89C52单片机领衔核心控制电路模块感知体方位热释红外传感器模块光线探测模块光电转换AD样收集模块供电模块
2周遭光线转暗灯动开果光线开
3灯周围没检测时候灯熄灭动开
4利手势控制台灯完成手势硬件设计
2 总体方案选择
设计STC89C52单片机核心电路+体热释红外传感器电路+光检测电路（光敏电阻）+AD采样电路+电源电路+手势控制组成
21控芯片选择
方案： 单片机STC89C52作核心控制芯片
STC89C52宏晶科技公司产品具8K网络程序设计闪存低功耗8cmos微处理器STC89C52MCS51核加强版加强MCS51核未加强MCS51功许芯片具4K EPROM存储器STC89C52芯片指令兼容需电方式存储数直接部存储器必外部存储器芯片存储中具成低
开发方便线编程载等优点
方案二：采MSP430单片机作控芯片
1996年德州仪器公司发布款MSP 430单片机混合信号处理器
生成数字电路模拟电路形成具种功处理器功处理器优点功强模拟电路集成芯片样功微处理器集成芯片MSP430混合信号处理器
2
耗低带简单命令集种单片机发难度价格高普遍采般电池供电便携仪器中较
综述STC89C52单片机中选原综合考虑开发难易度成资源合理分配做出决定
22三极驱动模块
系统中安装三级功抑制电路中电流三级电流集电极电流受基极两端电压影响集电极基极电流进行扩流输送系统处电路连通正常标志三级电流放功否正常
掌控LED灯正常工作实验利进行系统配置三级电路扩流分流
23热释电红外传感器
温度高绝零度物体红外线辐射热释电红外传感器基原理进行光电转换工作果物体传感器物体身会引起传感器周遭温度变化传感器中配备具发式极化晶体表面会产生数量相等符号相反电子电子移动产生电压传感器阻碍电压法输出电子会四周空气带电离子吸引出走物体传感器周遭温度维持变传感器没电子输出实验中传感器温差出现产生电荷电荷运动引起电压空气中离子带走电子信号输出远离传感器周围温度处恒定状态晶体产生电子没电压没信号输出LED灯呈关闭状态套系统完成灯亮离灯关动控制模式安全环保
24光敏电阻
光敏电阻值恒等变光强越阻值越光强越阻值越 光线弱光线状态时阻值会达峰值时热释传感器测控员达附件会马收集信号进行转换传送单片机控制中心单片机发出指令开灯开关切实现赖光敏电组光实时监测
3
光敏电阻材料选择极重视必须保持光高度敏感性通光感知促电阻值产生变化种变化变成信号反馈系统中
规格
型号
电压(VDC)
功耗(MV)
环境温度
光谱峰值(nm)
亮电阻 (KΩ)
暗电阻 (KΩ)
γ
10010
响应时间
升
降
Φ3系列
SC3526
150
50
30~70
540
820
05
06
30
30
SC3537
150
50
30~70
540
1850
20
07
30
30
SC3548
150
50
30~70
540
45140
50
08
30
30
Φ3系列
SC4526
150
50
30~70
540
820
05
06
30
30
SC4537
150
50
30~70
540
1850
20
07
30
30
SC4548
150
50
30~70
540
4520
50
08
30
30
表1 部分光敏电阻型号规格
反复权衡选择SC4537价格够接受电阻暗亮值（暗电阻2kΩ 亮电阻1850kΩ）范围足应周遭光线明灭监测）
25报警模块选择
方案：采语音报警模块
语音报警表面起方便编程相较复杂
方案二发光二极蜂鸣器作报警模块
该方案编程简单利声光相结合仅降低工成时反馈户信息
综述终决定采发光二极蜂鸣器作报警模块
26键模块选择
方案：采独立键作输入设备
4
独立键应功需IO端口检测次数键数少决定旦键数目需端口器件没方连接键数线路反应速度会逐渐变慢
方案二：采矩阵键盘作输入设备
矩阵键盘端连接行线端连接列线行线列线分连接单片机运读取程序出算法明确需键编程困难节省IO端口
综合述描述终决定采方案二
27信号处理模块
BISS0001种高性集成电路：传感器配热释电红外传感器少量外接元器件形成动热释电红外开关动快速开启类白炽灯荧光灯门铃动门电风扇烘干机动洗手池装置特适敏感区域：商业酒店购物中心仓库家庭假日安全区域动明明报警系统
28手势模块选择
次手势识模块选取APDS9960设备APDS9960集成 ALS红外LED规探测器光学传感器采两光电二极似 001 lux 酷似眼视觉反应阈值编程操作分辨率高达16位黑玻璃灵活工作接传感器完全准100毫米目标检测需工厂配置终端设备部件
嵌入APDS9960传感器提供环境光颜色测量接检测非接触手势
检测RGB手势感应器控制台电脑MCU机器手简单刷卡功强事实三星Galaxy S5运动传感器APDS9960
29智灯光方案确定
智系统硬件架构：STC89C52单片机领衔包括系统提供光源
灯板块ADC0832模数转换板块感知体方位热释红外传感器板块
5
光线探测板块警示系统板块提示灯板块输入键板块
1采ADC0832模数转换芯片光敏电压信号进行处理单片机控制灯光亮暗
2设计两种工作模式：①动模式②手动模式通键切换模式
3动模式周遭光线足监测系统监测灯光开关动开启红外接传感器开始发测距离桌面定距离蜂鸣器led灯开始忽明忽灭发出示警坐姿欠佳需调整红外传感器没持续监测运动障碍物出现（模拟休息）20s灯光动熄灭体现节智作
4手动模式键开关灯光者调节灯光亮度
STC89C52
热释电红外传感器
红外测距传感器
光敏电阻
蜂鸣器提醒电路
灯光控制电路
晶振电路
复位电路
手势模块
图1 智台灯总体模块
3硬件设计
31单片机系统
311 STC89C52单片机介绍
作电路控制核心处理器STC89C52Atmel公司专单片机研发设计芯片通运高密度非易失性存储器成低源消耗低控制
器存储空间8K空间相较进行编程控制芯片STC89C52
6
广泛运方面节中STC89C52引脚结构进行挑选式讲解中部分说明该芯片运方式
引脚结构图2示：
图2 STC89C52引脚结构
VCC 电源
GND
表2示P10P12外输入引脚P10T2触发输入引角引脚号功请表
表2 P1口引脚功表
引脚号
第二功
P10
T2（定时器计数器T2外部计数输入）时钟输出
P11
T2EX（定时器计数器T2捕捉重载触发信号方控制）
P15
MOSI（系统编程）
P16
MISO（系统编程）
P17
SCK（系统编程）
7
P3口身具备功外作STC89C52特殊功（第二功）表3示
表3 P3口引脚功表
引脚号
第二功
P30
RXD （串行输入）
P31
TXD （串行输出）
P32
(外部中断0)
P33
(外部中断0)
P34
T0 （定时器0外部输入）
P35
T1 （定时器1外部输入）
P36
(外部数存储器写选通)
P37
(外部数存储器写选通)
RST 电路复位输入够门狗计时完成进行复位操作
312 STC89C52单片机系统
整单片机系统设计部件设计安置需深入分析整系统两种两种电路种复位电路种时钟电路 电路复设计两种复位模式需工动复位工手动键复位类型电路设计简洁明操作便捷出现问题较容易解决种复位方式通电
源VCCRST端电阻作连接接通电路实现功整系统保持独立工作受外界影响需时钟电路分外重时钟信号控制次设计首选择够时反映出部件运行情况部时钟外部时钟时钟电路设计两种基形式针次研究利时钟电路中部时钟电路种电路够时准确显示部件工作情况图示单片机中工作系统电路设计图
STC89C52单片机完整系统电路详细设计图图3示
8
图3 STC89C52单片机系统电路详细设计图
次晶振电路XTAL1XTAL2 独立输入输出反相放器设置部电路振荡器面进行外部驱动信息转化图33示次研究利时钟模式采震荡电路原理XTAL1XTAL2 引脚外接定时元件原件晶体电容通电路输送进行振荡反应晶振频率果越越高消耗电越越工作正常时晶振频率选择范围12MHz12MHz间会超出范围频率翻翻甚更高情况出现
AS608温湿度传感器识识模块单片机直接采串口方式进
行通讯选110592MHz晶振产生9600波特率0误差采110592MHz 石英晶振电容作削弱晶振降低频率石英材质晶振电容选择范围20~40pF区间次实验选范围中间值30pF陶瓷材质谐振器选择范围石英30~50pF区间
9
图4 晶振电路
整复位电路设计动手动两种方式图5中示复位电路手动动接电源时候电容负极RESET相连电阻电压通RESET端输入高电时候整芯片会原位置然芯片处断工作中加电源时候电压会逐渐变接0图知道复位键电容联起旦复位键没启动整电路连通说接通芯片运行正常开关闭合电达10ms单片机复位键会动闭合电路处连通状态
图5 复位电路结构图
32 台灯驱动电路
常见三极9012s85509013s8050型生活中广泛运时候三极具开启闭合分散作智灯缺部分够智灯提供电流分散等信号输送保证智灯性寿命中三
极90128550PNP型三极三相互交三极90138050NPN型三极互相
（1）电流放
两电流输出变送器方箭头发射发射极E电
10
流方晶体放效应实质利基极电流控制集电极电流基极电流变化会引起集电极电流变化变化满足定例关系：集电极电流变化量基极电流变化量β倍电流变化放β倍称β三极放倍数（般远1）果基极发射极间增加变化信号基态电流IB改变基极电流Ib放会IC变化果集电极电流IC流电阻R电压公式U R*i引起电阻器电压变化
（2）偏置电路
实际放电路中晶体时需正确偏置电路原：第三极非线性结（类似二极）输入电压足够高时产生基极电流果发射极基极间电压07V基极电流视0然事实放信号常远07V果没加偏置话信号足改变基极电流（基极电流07V时认0）果先三极基极放置适电流（称偏置电流）电阻RB提供偏置电流称基极偏置电阻信号放置偏置电流时信号会引起基极电流变化变化放输出收集器第二原输出信号范围求果没添加偏置放增添信号减信号会（集电极电流0没偏移情况没进步减）
（3）开关作
电阻影响晶体饱程度（RC固定值电流URCU电源电压）集电极电流IC限期增加基极电流Ib增加集电极电流IC增加时晶体进入饱状态确定晶体否饱规通常Ib*beta IC饱晶体收集器E发射极C间电压非常交换
机关闭理解晶体成开关：基极电流Ib0时三晶体集成电路集电极电流0相闭合基极电流较时晶体处饱状态
（4）工作状态
果电阻RC变成灯泡基极电流IB0集电极电流IC0灯泡灭
11
基极电流IB>0集电极电流IC>0灯泡变亮控制电流需灯泡电
流够掌握电流器件放弃电流控制旦IB逐渐增时候灯泡会变越越亮果逐渐减少话灯泡会越越暗综述保证灯泡亮度断通三极增加电流维持灯泡工作状态
台灯亮度电流控制通调整电流选择台灯亮度通利公式知利调整PWM占空够控制电流图6示：
图6 三极驱动台灯电路
33 键控制电路
单片机键盘两种：独立键盘矩阵键盘独立键盘连接IO端口钮端连接电源接（通常接）独立键盘连接程简单系统更稳定矩阵键盘连接程较复杂IO占较少根设计需选择采独立键盘连接
键盘抖动类感知说虚空概念问题10200毫秒时间说根感觉代表存产生原键盘断开接通瞬间动作微秒单位处理数单片机
说键盘抖动慢动作必须消消抖软硬（软件硬件）两种方式权衡利弊硬件消抖增加新控制电路增加系统复杂程度选择较稳定软件键消抖方式设计程序控制流程：10200毫秒低电避免抖动（20毫秒值）时读取结束IO端口值果该值1低电
12
10 ~ 200 millise条件认干扰信号果输出信号空话
需处理程序申请硬件电路图7示：
图7 键控制电路图
34 光敏电路
动控制电路设计原理阻值电压相结合通光变化控制阻值变化进控制电压变化通系列变化形成信号输送单片机中
光敏电阻化学成份较特殊含硫化镉硒硫化铅特殊半导体电阻光高度敏感光线暗明阻值会逐渐转换造成种现原光外围电磁场作电源正极作定运动电子外种空穴流载流子会电源负极作定运动光敏电阻阻值会幅减
光敏电阻光敏感眼类似眼察觉光亮会引起光敏电阻反应次实验简化光控电路设计光源采常见然光白炽灯光电路结构图8示
图8 光敏电路
35 5V电源电路设计
图9示系统采5V直流电源整系统电源整系统供电DC电源插座直接连USB电源线端插DC插座端插5V电源电脑USB充电宝LED红色LED灯系统指示灯
13
电阻1K电阻起限流作避免电流烧坏LED灯SW锁开关开关红灯亮时系统电源5V直流输出次开关红灯熄灭时系统电源没5V电源输出
图9 5V电源电路原理图
36 光检测电路设计
光敏电阻监测光线明暗交变化原料较特光高度敏感电阻值会追着光明灭变换发生改变没光时阻值达峰值15兆欧（时降1KΩ) 特殊性着科技水提高断发掘次实验光敏电阻串联普通电阻光敏电阻分压起保护作电路图图10示
图10 光敏电阻原理图
14
37 AD采样电路设计
ADC0832双通道模数转换芯片程中量损耗较低具独立电源供电系统独立实现功拥8位CMOS数存储芯片4线程模拟数输入接口模拟输出接口I²C总线接口属串行A0A2专属址引线脚三引脚提供硬件址编程功根12C总线时接8ADC0832模数转换器需增加辅助配件
芯片特性
（1）单独供电
（2）工作电压25伏6伏
（3）机状态电流需求低
（4）通I2C总线串行输入输出
（5）AD0832通3硬件址引脚寻址
（6）AD0832采样率I2C总线速率决定
（7）模拟输入编程单端型差分输入
（8）动增量频道选择
（9）模拟电压范围VSSVDD
（10）AD0832置踪保持电路
（11）8bit逐次逼AD转换器
具体原理图图11示两电阻拉电阻数字信号读取更稳定
图11 AD采样电路原理图
15
38 蜂鸣器报警电路（低电效）设计
蜂鸣器途发声示警种体化结构电子讯响报警器生活中处见童电子类玩具定时装置办公室里印机复印机等等次实验示警器源蜂鸣器工作电压5伏直流电压电源图12电路原理图知电路中配备具放功9012三级作驱动装置单片机控制引脚高电蜂鸣器电路断开反电路连通发声报警种报警器警报种方式户根喜调节单片机接口处方波传送方式转换1000欧R6作限流防电流烧坏器件
图12 蜂鸣器报警电路原理图
39 HCSR505体热释感应模块电路设计
HCSR505型体感应模块基红外线技术动控制产品灵敏度高性强超体积超低电压工作模式广泛应类动感应电器设备尤干电池供电动控制产品
接口说明
（1）VCC 外接33V5V
（2）GND 外接GND
16
（3）DO 板数字量输出接口（01）
（4）AO 板模拟量输出接口
二技术参数：
（1）工作电压范围：DC4520V
（2）静态电流：<60uA
（3）电输出：高33V低0V
（4）触发方式：重复触发
（5）延时时间：默认8S+30(订做范围零点秒十分钟)
（6）电路板外形尺寸：10*23mm
（7）电路板外形尺：<100度锥角
（8）感应距离：3米
（9）工作温度：20+80度
（10）感应透镜尺寸：直径10mm
三HCSR505体热释感应模块接口图图13示
图13 HCSR505体热释感应模块接口说明图
HCSR505体热释感应模块接口原理图图14示热释红外模块通三极9012驱动检测时单片机控制引脚高电否低电黄色LED灯信号指示灯灯亮代表热释模块检测灯亮代表热释模块没检测
17
图14 HCSR505体热释感应模块接口原理图
HCSR505体热释感应模块实物图图15示
图15 HCSR505体热释感应模块实物图
310 手势模块电路设计
置APDS9960传感器提供环境光颜色测量接检测非接触手势检测通RGB手势感应器控制台计算机单片机机器简单刷卡功强实际该手势传感器APDS9960
三星GalaxyS5中
应环境光RGB色彩感应接检测手势检测中
四红外传感器测量基位置光反射率时间变化
18
变化转换手势通界面库检测定手势（左右右左）理更复杂手势字形时针逆时针圆远等实现
模块参数
（1）工作电压：33V
（2）测量范围：48in（1020CM）
（3）接口类型：I2C接口
二接口说明
（1）VIN ：电源正极输入口33V
（2）GND：电源负极输入口
（3）SCL ：I2C时钟端口
（4）SDA ：I2C数端口
（5）INT ：中断输出
三模块接口原理图图示
图16 手势模块接口电路原理图
四模块实物图图17示
图17 模块实物图
19
311 整体电路原理图
图18 整体电路原理图
4 系统调试
41硬件焊接
1焊接前筹备工作
焊接准备工作第务先认真查图纸根图纸需元件进行相关型号规格数量核查线路间严格排查否存接触良等问题核查没发现元件线路存问题
2焊接序
首先安装电阻次电容器接着相关二极三极焊接集成电路线路部件安装序
3元器件焊接求
（1）安装电容器
安装电容器时定先清仪表标注电极果正负极接错旦短路会烧坏仪表安装电容器定序首先玻璃釉电容器连次连机介质电容器做瓷介质电容器连接工作连接电解容电容器
20
（2）安装二级
做焊接二级准备工作时方需留意
首先明确阴阳极方二极面标注安装时候标注外清楚焊接时间控制2S针短引线说
（3）三极焊接
针三极焊接正常焊接程中需引线引线需镊子夹住样防止烫伤需量散热时候需装散热片接触面需整光滑添加需进行绝缘设置时候需添加绝缘薄膜脚般利塑料导线电路板连接起
（4）集成电路
电路形成部件焊接电路板部件位置需型号引脚位置尤重首先两引脚稳定焊接边然焊接外边左右序进行焊接操作出现参差齐引脚时候需进行齐根剪
图19 焊接电路板正面
21
图20 焊接电路板背面
42系统硬件调试
硬件设计布线焊接完成开始进行硬件调试硬件调试核查电路否存问题否接触良焊接否位具方元件否方弄错电路设计错误等情况
首先实物电路板电路设计原理图相里少元器件里没焊接目然缺少物件补没焊接方补焊接着万表检测电路否短路断路虚焊情况万表连接线路中数字相应档位红黑笔放相应元件果出现鸣声说明段电路存问题进存问题解决调试硬件显示稳定良
5 结
设计针单片机台灯明系统进行设计利光敏电阻模块进行识接着通键进行信息输入输出完成相关操作次设计基实现求功时间水验限设计作品存着足
22
次毕业设计负责硬件部分系统硬件设计系统硬件调试纸谈兵实战说巨挑战通步步学努力终克服挑战完成设计实物调试验证设计方案正确性整体硬件设计成功
次设计够学四年学许知识进行次整合应学里首次设计完整富挑战性项目次设计够提升学力动手力分析力时团队合作力定提升更工作扎实基础提供鉴验
23
参考文献
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