基于單片機(jī)的智能小夜燈

王仲夏 陳偉 靳興源 方余

摘要：本次設(shè)計(jì)制作了一種基于單片機(jī)控制的智能小夜燈。你是否會(huì)被這樣的問題所困擾？半夜醒來去上廁所或者起床去喝水等要去開燈特別的不方便。當(dāng)半夜睡醒起床去上廁所或者起床去喝水的時(shí)候，處于半睡眠的狀態(tài)。如果在這時(shí)候開燈，燈會(huì)很快地亮起來，這時(shí)眼睛適應(yīng)不了瞬間由黑轉(zhuǎn)亮的過程。本次設(shè)計(jì)的家居智能小夜燈不僅巧妙地解決了這個(gè)問題，而且還不會(huì)影響人的第二次睡眠。當(dāng)半夜起床時(shí)，這個(gè)燈就會(huì)慢慢地亮起來，不需要用手去接觸它，而且亮度會(huì)緩緩增加，讓眼睛慢慢地去適應(yīng)燈的亮度，而當(dāng)繼續(xù)睡覺的時(shí)候，它又會(huì)慢慢的關(guān)閉。這一整個(gè)過程完全智能化，不用再擔(dān)心原來的問題，還能擁有一個(gè)更加舒適的睡眠環(huán)境。睡得好，心情也變得更好了。STC89C52單片機(jī)是這個(gè)智能小夜燈系統(tǒng)的核心部分，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，主要還有光敏電阻信號(hào)處理電路部分、熱釋電人體紅外傳感器部分、燈光控制電路部分等組成。該系統(tǒng)具有比較強(qiáng)的靈活性，比較高的可靠性，操作方便，在不久的將來可能會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能；微處理器；熱釋電傳感器；光敏電阻

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2019）05-0248-03

Intelligent Night Light Based on Single Chip Microcomputer

WANG Zhong-xia1，2， CHEN Wei1， JIN Xing-yuan2， FANG Yu3

（1.Hohai University WenTian College， Maanshan 243000， China； 2.Nanjing Suning Construction Supervision Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract：This design and manufacture of a smart night lamp based on single chip microcomputer control. Will you be troubled by such a problem？ It is particularly inconvenient to wake up at night to go to the toilet or get up and drink water. When we wake up in the middle of the night to get up and go to the toilet or get up to drink， we are in a state of half sleep. If we turn on the lights at this time， the lights will soon light up. Our eyes can not adapt to the process of turning from black to bright. This design home smart night light not only cleverly solves this problem， but also does not affect people's second sleep. When we get up in the middle of the night， the lamp will slowly light up， do not need to touch it with the hand， and the brightness will slowly increase， let the eyes slowly adapt to the light brightness， and when we want to continue to sleep， it will slowly close. This whole process is completely intelligent， so that we can no longer worry about the original problems， but also enable us to have a more comfortable sleep environment. A good sleep and a better mood. STC89C52 is the core part of this intelligent small night light system. It controls the operation of the whole system. It is mainly composed of the signal processing circuit of the photosensitive resistance， the infrared sensor part of the pyroelectric body and the light control circuit. The system has relatively strong flexibility， high reliability and convenient operation. It will have wider application prospects in the near future.

Key words： intelligence； microprocessors；pyroelectric sensor；photosensitive resistors

隨著社會(huì)發(fā)展，人類生活質(zhì)量在不斷上升，市場(chǎng)里也在逐漸變化，高科技的很多用途對(duì)商品發(fā)展的趨勢(shì)和前景起到了關(guān)鍵性作用，智能技術(shù)的應(yīng)用在電子領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的意義?，F(xiàn)在人們的生活水平在逐漸提高，生活質(zhì)量也越來越好，智能化產(chǎn)品也逐漸被人們所重視，畢竟智能化產(chǎn)品能讓人生活得更加舒適、方便。隨著智能電子技術(shù)產(chǎn)品的快速發(fā)展，使得一些家庭使用的電器逐漸步入智能化的領(lǐng)域，能夠滿足人的各種需求，現(xiàn)在已經(jīng)有很多應(yīng)用廣泛的智能產(chǎn)品，比如智能電冰箱、智能掃地機(jī)器人，智能電飯煲等。通過對(duì)單片機(jī)的運(yùn)用，這些家居產(chǎn)品相對(duì)于與普通家用電器來說，智能家電具有很多普通家電所不具有的功能，使用的時(shí)候比普通家電更方便，安全性和可靠性也高，最重要的是，提高了在實(shí)際生活中的使用性。

1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)功能的定義的要求，熱釋電紅外傳感器作為人體感應(yīng)模塊，與光敏電阻以及單片機(jī)構(gòu)成傳感器及信號(hào)處理部分。DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的作用是實(shí)現(xiàn)由數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、LM324運(yùn)算放大器共同組成燈光控制電路。本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)為核心控制器件 ，控制著整個(gè)電路的運(yùn)行。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，下面是功能框圖。如圖1所示：

1.2 控制系統(tǒng)原理

智能小夜燈能在半夜要起床的時(shí)候，會(huì)慢慢地亮起來，不需要用手去接觸它，而且亮度會(huì)緩緩增加，讓眼睛慢慢地去適應(yīng)燈的亮度，而當(dāng)我們要繼續(xù)睡覺的時(shí)候，它又會(huì)慢慢的關(guān)閉，整個(gè)過程當(dāng)中可以不需要接觸，讓系統(tǒng)慢慢的運(yùn)行，讓我們能夠有一個(gè)更舒適的睡眠的環(huán)境。該系統(tǒng)是以STC89C52微處理器為核心，主要是由光敏電阻信號(hào)處理電路部分、熱釋電人體紅外傳感器部分以及燈光控制電路部分等組成。以單片機(jī)為核心組成的中央處理單元處理信號(hào)并發(fā)送出控制信號(hào)；以熱釋電傳感器、光敏電阻組成的傳感器及信號(hào)處理部分；DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與LM324組成燈光控制電路。燈光控制電路如下圖2所示：

2 硬件電路元件

2.1 主控元件

STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技公司制造的新款單片機(jī)，它具有高速，低功耗，超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)，它的指令代碼跟傳統(tǒng)的80C51單片機(jī)是完全兼容的。它的用戶應(yīng)用程序空間有8K字節(jié)，片上集成有512字節(jié)RAM。它內(nèi)部有兩種時(shí)鐘周期可以選擇，分別是6時(shí)鐘跟12時(shí)鐘。其工作電壓有兩種，5V單片機(jī)（5.5v-3.3v）跟3V單片機(jī)（3.8v-2.0v）。它的工作頻率是0～40MHz，是80C51單片機(jī)的兩倍（相當(dāng)于80C51的0～80MHz），但是實(shí)際頻率卻可以達(dá)到48MHz。它有32個(gè)通用I/O口，分別為P0、P1、P2、P3、P4，復(fù)位之后P1、P2、P3、P4是準(zhǔn)雙向口（弱電上拉），P0口是漏極開路輸出作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，但是作為 I/O 口用時(shí)，需要加上拉電阻。它還具有ISP（在系統(tǒng)可編程）和IAP（在應(yīng)用可編程），不需要專用編程器，也不需要專用仿真器，只需要通過串口直接下載用戶程序，幾秒就可以完成一片，而且具有EEPROM功能和看門狗功能。其一共有3個(gè)16位定時(shí)器也就是計(jì)數(shù)器，T0、T1、T2。同時(shí)它的外部中斷有四個(gè)。它的工作溫度范圍有兩種一種是工業(yè)級(jí)，其溫度范圍為-40～+85℃，另一種是商業(yè)及其溫度范圍是0～75℃。STC89C52RC 單片機(jī)有三種工作模式。第一種是掉電模式，這種工作模式可以由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序，這種工作模式的典型功耗小于0.1μA。第二種是空閑模式，這種工作模式典型功耗為2mA。第三種為常規(guī)工作模式，這種模式下典型功耗是在4～7mA之間。

2.2 熱釋電人體紅外傳感器

熱釋電紅外線傳感器（PIR）。主要是由熱電系數(shù)比較高的材料制作，尺寸一般為1*2毫米，熱釋電紅外傳感器不需要接觸就能夠檢測(cè)出人體輻射出的紅外線的能量的變化，并且將這個(gè)變化用電壓信號(hào)的形式輸出。

熱釋電傳感器的感應(yīng)范圍不是很大，但是可以利用外部器件將信號(hào)放大，能夠在上面加一個(gè)透鏡，一個(gè)具有特殊光學(xué)原理的透鏡，這個(gè)透鏡可以用透明塑料制成，并且這個(gè)透鏡可以與放大電路結(jié)合起來，這樣就可以將信號(hào)放大，檢測(cè)的范圍也將大大增加。

熱電效應(yīng)是熱釋電人體紅外傳感器對(duì)紅外輻射的感應(yīng)的原理，所謂的熱電效應(yīng)指的是受熱物體中的電子因溫度影響由高溫處向低溫處移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電流或者電荷堆積的一種現(xiàn)象。當(dāng)待測(cè)物體產(chǎn)生紅外輻射，被透鏡捕捉并凝聚；然后，透鏡將捕捉到的紅外輻射傳遞過來，接著熱釋電人體紅外傳感器將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；然后，信號(hào)處理電路對(duì)這個(gè)電信號(hào)進(jìn)行處理；最后，燈光控制電路根據(jù)傳遞過來的電信號(hào)選擇開燈或不開燈。熱釋電傳感器探測(cè)原理如下圖：

2.3光敏電阻

光敏電阻（photosensitive resistance）又稱光導(dǎo)管， 當(dāng)環(huán)境光變化的時(shí)候，光敏電阻的阻值也隨之變化，這是光敏阻值的重要特性，這也與它本身的材質(zhì)相關(guān)，當(dāng)光敏電阻所接受到的光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的阻值則?。幌喾串?dāng)光敏電阻接收到的光較弱時(shí)，光敏電阻的阻值則大。

2.4 D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832介紹

DAC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的具有Microwire/SPI串行接口的8位D/A轉(zhuǎn)換器，它是一個(gè)8位ADC，并且具有兩級(jí)輸入數(shù)據(jù)寄存器，只需要用三線接口它就可以單片機(jī)直接連接，其功耗低，性價(jià)比較高。其電路有極好的溫度跟隨性。

DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與STC89C52微處理器完全兼容。它是具有8位分辨率的ADC，并且是我們熟知的逐次逼近型，它的基準(zhǔn)電壓為5V；同時(shí)也是5V單電源供電；模擬信號(hào)輸入DAC0832的電壓范圍可以在0～5V之間；輸入電平和輸出電平與TTL完全兼容，同時(shí)也與COMS電平完全兼容；具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；電流輸出；根據(jù)對(duì)DAC0832具有直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式這三種方式，這個(gè)是根據(jù)對(duì)控制數(shù)據(jù)鎖存器跟寄存器不同的方式，能夠適用于各種電路。并且具有價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

下圖是本次設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的智能小夜燈的系統(tǒng)程序總體框圖。這個(gè)系統(tǒng)程序比較簡單，單片機(jī)控制的器件也比較少。當(dāng)程序啟動(dòng)的時(shí)候，單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中的所有程序進(jìn)行初始化，并且開啟所有的中斷同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，同時(shí)設(shè)置中斷返回的入口。

所以該系統(tǒng)的程序要不斷地進(jìn)行循環(huán)，已達(dá)到實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

4 結(jié)論

我在制作這個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候遇到了一些技術(shù)難點(diǎn)，就是對(duì)于人體信號(hào)的采集以及信號(hào)的處理部分。當(dāng)人體進(jìn)入到熱釋電人體紅外傳感器的感應(yīng)范圍中時(shí)，同時(shí)滿足沒有其他的光照影響，比如燈光，日光等。傳感器就會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)，然后傳輸?shù)叫盘?hào)處理電路中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，并且濾波，避免其他信號(hào)對(duì)這個(gè)產(chǎn)生影響，最后用單片機(jī)進(jìn)行處理。這里有一個(gè)不足之處就是臺(tái)燈打開時(shí)所出現(xiàn)的光可能對(duì)光敏電阻產(chǎn)生影響，這個(gè)問題我是通過將控制部分跟傳感器部分分開來處理。

通過對(duì)這個(gè)臺(tái)燈的設(shè)計(jì)制作，使我進(jìn)一步的了解單片機(jī)，對(duì)它們的功能以及用法有了一定的熟悉和掌握，在焊接硬件電路的基礎(chǔ)上，加大了自己的動(dòng)手能力，不再是紙上談兵，任何事情只有自己真正的動(dòng)手去做過才會(huì)了解其中的精彩，在這次制作中遇到的問題，也都一一解決，進(jìn)一步提高了自己分析問題和解決實(shí)際問題的能力。

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【通聯(lián)編輯：王力】