基于单片机的楼道照明自动控制系统设计

基于单片机的楼道照明自动控制系统设计

1.设计内容

本次设计的内容为楼道照明自动控制系统的设计。它利用光敏电阻和热式电红外传感器，单片机等器件对楼道照明灯具进行自动控制。使电灯白天不亮，夜间有人走动时自动点亮，人走后延时一段时间自动熄灭，从而达到节能的目的。

2.设计方案和主要元器件的选择

2.1设计方案

本次设计的三个要求：第一电灯白天不亮，第二晚上有人走动时自动点亮，第三人走后延时一段时间自动熄灭。针对，电灯白天不亮，我们采用光控，采用光敏电阻，利用它的导电特性予以解决；针对行人走动电灯自动点亮，我们采用热式电红外传感器，利用它将热转化为电压的特性予以解决；针对延时，我们采用单片机的延时程序予以解决。

2.2 主要元器件的选择

（一）光敏电阻的结构和工作原理

1 结构

光敏电阻的结构和电路图形符号如图1所示。

光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。如图2所示光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时即可加直流电压，也可加交流电压。无光照时候，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流很小。当光敏电阻收到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大，一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。

2 工作原理

用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物，硒化物等半导体。通常采用涂敷，喷涂，烧结等方法在绝缘底上制作很薄的光敏电阻体及梳妆欧姆电极，然后接出引线，封存在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高。当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则阶带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在阶带中产生一个带正电荷的空穴，这种有光照产生的电子--空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子--空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。

（二）热释电红外传感器

任何发热体都会产生红外线,辐射的红外线波长跟物体温度有关。表面温度越高,辐射能量越强。人体的正常体温为36~37.5℃，其辐射的最强的红外线的波长为9.67~9.64um，中心波长为9.65um。故考虑采用热释电人体红外传感器(PIP)。

热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化产生正、负电荷,随温度的变化而变化。

Ｄ端接电源

正极，Ｇ端接电

源负极，Ｓ端为

信号输出。由于

热电元输出的是

电荷信号，并不

能直接使用,因

而需要用电阻将

其转换为电压形式,该电阻阻抗高达104ＭΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。滤光窗能有效地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。

传感器只对移动或运动的人体、体温近似人体的物体起作用。

（1）人体经过探头先后被A源或被B源感应，SaSb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图（3C）。

（2）人对着探头呈垂直状态运动，Sa=Sb不产生差值，双源很难产生信号输出。

径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

目前国内市场上常见的热释电红外传感器有上海尼赛拉公司的SD02、PH5324和德国海曼LHi954、LHi958。

菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生误动作和漏动作，致使用户或者开发者对其失去信心。

配用得当充分发挥人体感应的作用，使其应用领域不断扩大。菲涅尔透镜的作用有两个：

一是聚焦作用，即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。

不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到10米。第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。

当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B 区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。

（三）处理芯片

处理芯片采用STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口(RXD/P3.O，TXD/P3.1)直接下载用户程序，数秒即一可完成一片。而且具有看门狗功能。因此采用STC89C52RC芯片。

（四）所应用元器件汇总

STC89C52RC、热释电红外传感器、TORCH_LDR光敏电阻、11.059MHz的晶振、30pF 瓷片电容、1uF电解电容、5.1Ω电阻、300Ω电阻、820Ω电阻、510Ω电阻、G5C-14-DC5继电器、按钮开关、+5V电源、+10V电源、+6.5V电源

3.电路设计

楼道照明自动控制电路设计总电路图如下图3.它有4部分组成，复位电路，时钟电路，光敏电阻控制电路，热释电红外传感器控制电路做成。

①：复位电路（采用按键电平复位）