1、多功能智能臺燈摘要： 單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡，臺燈已是千家萬戶的必需生活用品，當夜晚來臨時，人們摸黑去開燈，非常不方便，而當離開時，人們又經常忘記關燈而造成巨大的能源浪費。本文設計制作了一種智能臺燈，主要是以紅外熱釋電處理芯片BISS0001和單片機組成的紅外傳感控制電路。其原理是：以人體紅外輻射為傳感信號，當人體在臺燈的范圍內時，自動感應開燈，省去黑夜摸燈的麻煩；當人離開臺燈傳感器檢測范圍，自動感應關燈。其特點是自動開關燈，節約能源。關鍵詞：單片機；熱釋電紅外傳感器；智能臺燈；節能ABSTRACT: Microcontroller penetra

2、ted into every field of our lives, almost hard to find which areas no traces of single-chip microcomputer, the desk lamp is families necessary articles for daily use, when the night comes, people go to turn on the light dark, very inconvenient, and when to leave, people often forget to turn off the

3、lights and cause huge waste of energy.This article design an intelligent lamp, mainly based on the infrared pyroelectric processing chip BISS0001 and infrared sensor control circuit composed of single chip microcomputer. Its principle is: to the human body infrared radiation (wavelength of 9.5 um) a

4、s the sensing signal, when the body within the scope of the desk lamp, automatic induction lights, saves on the night to touch lamp; When people leave the table lamp sensor detection range, automatic sensor to turn off the lights. Its characteristic is automatically open to turn off the lights, ener

5、gy saving.Key Words： Microcomputer;PIR Intelligent;Table lamp;Energy Saving目錄前 言61 智能臺燈與單片機71.1研究背景71.2研究的意義81.2.1在節約電能方面的意義81.3課題的發展現狀91.3.1單片機的發展現狀91.3.2臺燈的發展現狀101.4研究內容102 STC12C5A60S2系列單片機的介紹112.1 STC12C5A60S2系列單片機的概述112.1.2引腳功能說明133 傳感器的選擇及功能介紹143.1熱釋電紅外傳感器143.1.1概述143.1.2熱釋電紅外傳感器工作原理153.1.3熱釋電

6、紅外傳感器的優缺點163.1.4熱釋電紅外傳感器的抗干擾性能163.1.5熱釋電紅外傳感器的應用前景163.2菲涅爾透鏡163.2.1概述163.2.2菲涅爾透鏡的工作原理173.2.3 感應范圍173.2.4菲涅爾透鏡的優點174 硬件電路設計及原理184.1單片機最小系統184.2人體熱釋電電路. .194.2.1BISS0001的管腳結構和工作原理204.2.2由BISS0001構成的人體紅外感應模塊214.2.3 人體紅外模塊與單片機的電路244.3 數碼管驅動電路245 軟件程序設計245.1總體程序框圖245.2單片機程序24結論29參考文獻：29致謝30 前 言隨著智能控制理論和

7、人工智能研究的深入，各種更加逼真地模擬人類智能的家用電器會更多地出現，而單片機和智能理論的結合，將來不但更多地改進現行家用電器，而且將會產生全新的家用電器。 家用電器因為單片機的加入而走向智能化，并且隨著人們生活水平的提高日益走向平民化，我們的生活也隨著家用用電器的發展越來越方便、舒適。隨著家用電器的發展，作為家用電器當中的小臺燈也要順應科技的發展步伐走向智能化。雖然按鍵式的臺燈還是臺燈市場的主體。但是，隨著現代電子技術的發展和人們的需求變化，傳統的臺燈已經感受到產品更新換代的威脅。與其他的智能化家用電器一樣，智能化臺燈有許多普通按鍵臺燈所無法比及的優勢，智能化臺燈一方面可以更節省電能，有利于

8、環保。同時，智能臺燈在黑暗的時候自動開關燈的功能也讓使用者使用起來更方便，省去黑暗摸燈的麻煩。所以我們認為家居生活的發展方向是：應用簡單可靠的系統，通過高智能的精準控制和協同，讓生活變得更簡單更舒適更節約。基于這一理念我們推出了人工智能臺燈,它不僅能照亮你的居室，還能照亮通往未來家庭的路。它不僅是一個消費品，更是家庭云系統中的一員,當然它更是一種健康綠色的理念。1 智能臺燈與單片機1.1研究背景社會在不斷進步，人類在不斷追求，市場在不斷變化，高科技應用含量決定著產品發展的新趨勢和前景，智能化技術在電子產品領域的應用意義深遠。隨著電子產品的快速發展，家用電器也越來越偏向智能化，已經應用于實際中的

9、有智能洗衣機，智能電飯鍋，智能電磁爐等，而所用的智能化家用電器都用一個共同的特點，都是利用單片機作為中央控制單元。結合了單片機的智能家用電器和普通家用電器相比，功能上更強，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更節省電能，提高了家用電器的品質。隨著智能控制理論和人工智能研究的深入，各種更加逼真地模擬人類智能的家用電器會更多地出現，而單片機和智能理論的結合，將來不但更多地改進現行家用電器，而且將會產生全新的家用電器。家用電器因為單片機的加入而走向智能化，并且隨著人們生活水平的提高日益走向平民化，我們的生活也隨著家用用電器的發展越來越方便、舒適。隨著家用電器的發展，作為家用電器當中的小臺燈也要順

10、應科技的發展步伐走向智能化。雖然按鍵式的臺燈還是臺燈市場的主體。但是，隨著現代電子技術的發展和人們的需求變化，傳統的臺燈已經感受到產品更新換代的威脅。與其他的智能化家用電器一樣，智能化臺燈有許多普通按鍵臺燈所無法比及的優勢，智能化臺燈一方面可以更節省電能，有利于環保，同時，智能臺燈在黑暗的時候自動開關燈的功能也讓使用者使用起來更方便，省去黑暗摸燈的麻煩。智能型電器產品由于它們的巨大優勢將漸漸進入人們的生活中。臺燈不僅在功能上日趨向智能化，同時在外觀上已逐步向組合化、裝飾化、情趣化方向發展。組合化是隨著人們生活節奏的加快，一些方便實用、新穎、美觀的組合臺燈正在市場上興起，有鬧鐘與臺燈組合的，有小

11、型取暖器與臺燈組合的，有微型電訊與臺燈組合的，還有把筆架、文具盒、像片框與臺燈組合的等等，使臺燈更具有實用性。裝飾化，裝飾化臺燈注重裝飾效果，體現鮮明的藝術特色，使臺燈成為一件具有實用性的藝術品。由于這些臺燈不但具有現代工藝性，而且式樣多變，工藝精湛，造型也別具匠心。質料上不再是單一塑料制品，還采用不銹鋼、銅、玻璃等材料制成，風格各異。有乳白、橘黃、草綠、玫瑰紅、湖綠等顏色，消費者可按房間裝飾風格及家具風格來選購不同款式、質料的臺燈，使臺燈與室內布置形成一個完善的藝術整體。情趣化，情趣化臺燈往往以小巧玲瓏、想象豐富等特點而頗受青少年青睞。基于以上背景，我們提出了基于單片機的智能臺燈的設計。1.

12、2研究的意義1.2.1在節約電能方面的意義我國政府非常重視節能和節約。1997年11月1日我國頒布了中華人民共和國節約能源法M，節能已經是法律上的規定，是我國重要國策之一。北京2008年奧運場館建設，在“科技奧運，人文奧運，綠色奧運”三大理念的基礎上，又提出“勤儉辦奧運”的方針，充分體現政府節能，節約的決心！國家發改委提出了“電機系統節能工程”、“建筑節能工程”、“綠色照明工程”等十大重點節能工程，通過這十大工程，“十一五”期間將實現節約2.4億噸標準煤的目標。2006年1月將實行國家建設部頒布的“民用建筑節能管理規定”，2005年7月1日開始實施的“公共建筑節能設計標準”GB50189200

13、5要求全年的總能耗（采暖，通風，空氣調節和照明）減少50%。廣大電氣技術工作者只有認認真真研究節約電能的理論和技術，開發出優良的節電產品并應用于實際，才能從根本上貫徹國家規定的各項節能法規，造福于社會。照明節能意義重大，我國照明耗電大體占全國總發電量10%12%，2003年我國總發電量為18500億度，按12%計，照明耗電達2220億度。據資料報道，目前城市照明（指景觀照明和功能照明的統稱），年用電量約占全國總發電量的4%5%。照明節能主要從三個方面入手：選用高效節能的電光源和燈具；選用高品質電子鎮流器或節能型電感鎮流器；配置適宜，先進照明控制裝置。目前我國城市公共照明每年開支達數百億元。應積

14、極推廣采用國際上流行的全數字智能路燈節能控制技術：即智能光源降壓穩壓調光技術。它的技術思想為：在繁忙時段，控制路燈保持較強的照度，午夜時分，自動調光；后半夜車稀人少時，控制路燈保持較低的照度的照明。在美國、德國此類技術得到了政府大力扶持和推廣，節電率高于30%。我國已有獨立自主知識產權的這方面技術產品如哈工大樓宇自動化研究所研制的“金鹵燈調壓調光系統”，在城市道路照明應用中運行效果優良。今后尚需政府的行政支持。智能節能臺燈最大的優點就是省電和方便。方便不用多說了，來之則亮去之則暗，不用動手。省電是比較重要的，現在全世界都缺少電能。2003年，美國和加拿大大面積停電。我國也是，每到夏天就有很多省

15、市拉閘限電。如果用上我們的智能臺燈，那么假設一天我們可以節省10min 的開燈時間，燈上裝的是10W的節能燈泡（一個10W的節能燈泡相當于40W的白熾燈泡）。節省的電能為10W600s = 6000J ，一個月（30天）就能節省180000J，一年就能節省2190000J的電能，相當于0.6千瓦時。不要小看這個0.6千瓦時的電能。如果全國人都能每年節省0.6千瓦時的電能，那么每年全國會省下7.8億千瓦時的電能，這7.8億千瓦時的電能相當節省接近4億人民幣，4億人民幣可以建造多少所希望小學，可以救助多少無家可歸的孤兒，可以圓多少貧窮的孩子無法圓的上學夢啊！更重要作用的是環境保護。大家都知道我國有

16、70%的電能來自火力發電廠，而火力發電廠少發一度電（就是1千瓦時）會減少1千克的CO2排放。那么節省3.9億度的電能就等于少向大氣排放39萬噸的CO2 ，而CO2是溫室效應的罪魁禍首。就是因為全球向大氣排入過多的CO2，導致了溫室效應的加劇，海平面上升，大片的土地被淹沒，氣候變暖，降水和土壤濕度進一步減少，氣候逐漸干旱，土地沙漠化和草原退化將變的更加嚴重。智能節能臺燈在節約電能的同時也保護了自然環境，一舉兩得。1.3課題的發展現狀單片機在本次智能節能臺燈設計中是主要控制單元，主要控制電路燈光控制電路是在單片機的控制下工作。下面就介紹一下智能節能臺燈的大腦，單片機的發展狀況以及在各個領域中的實際

17、應用。在對其熟悉的基礎上對它進行合理的利用。1.3.1單片機的發展現狀微型計算機即單片機，1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列單片機，它以等特點，贏得了廣泛的應用和好評，為單片機的發展奠定了堅實的基礎，成為單片機發展史上一個重要階段。其后，在MCS-48成功的刺激下，許多半導體芯片在生產廠商競相研制和發展自己的單片機系列。到80年代末，世界各地已相繼研制出大約50個系列300多個品種的單片機產品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501，6502等，此外，日本的NEC公司，日立公司等也不甘落后，相繼推出了各自的

18、單片機品種。盡管目前單片機的品種很多，但是我國使用最多的是Intel公司的MCS-51單片機系列。MCS-51系列是在MCS-48的基礎上在上世紀八十年代初發展起來的，雖然它是8位的單片機，但其功能較MCS-48有很大的增強。此外，它還具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富等特點，因此應用愈加廣泛，直到現在，MCS-51仍不失為單片機的主流系列。繼8位單片機之后，又出現了16位單片機，1983年Intel公司推出的MCS-96系列處理器。單片機就是其中的典型代表。與MCS-51相比，MCS-96不但字長增加一倍，而且在其它性能方面也有很大的提高，特別是芯片內還增加了一個4路或8路的10位A/D轉

19、換器，使其具有A/D轉換的功能。縱觀單片機近30年的發展歷程，單片機今后將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路簡單化以及片內存儲器容量增加的方向發展。但其位數不一定會繼續增加，盡管現在已經有了32位單片機，但使用的并不多。可以預言，今后的單片機將是功能更強、集成度和可靠性更高而功耗更低、以及使用更方便等特點。此外，專用化也是單片機的一個發展方向，針對單一用途的專用單片機將會越來越多。隨著微電子技術和超大規模集成電路技術的發展，單片機真正意義上的嵌入式系統的出現。單片機能最好地滿足嵌入式應用的環境要求，例如，芯片級的物理空間、大規模集成電路的低價位、良好的外圍接口總線和突出

20、控制功能的指令系統。單片機有計算機系統內核，嵌入到電子系統中，為電子系統智能化奠定了基礎。因此，當前單片機在電子系統中的廣泛使用，使經典電子系統迅速過渡到智能化的現代電子系統。又單片微型計算機以其體積小、性價比高、功能強、可靠性高等獨有特點，在各個領域（如工業控制、家電產品、汽車電子、通信、智能儀器儀表）得到廣泛應用。1.3.2臺燈的發展現狀臺燈本來是一個非常簡單的照明工具，就是一個電源加一個燈泡，但是隨著科技的進步，人們開始對臺燈的功能要求也開始日漸提高。所以它的功能也由簡單的照明開始向其他的節能和護眼等方面發展，有些臺燈還添加了鬧鐘和定時等功能。一般的節能臺燈都是在燈泡上做研究，盡量使用節

21、能燈具，可以把白熾燈泡換成LED的節能型燈泡。近年來隨著綠色照明概念的提出，研制新型的環保節能臺燈成為當務之急。目前已有專業人員研發出半導體環保節能臺燈，將半導體LED用于室內照明。這是一款實用新型的臺燈，由于以發光二極管為光源，再配以專門設計的外形結構，可極大限度地利用光的效率，給人以溫馨或者恬靜的感覺，特別適用于家庭、賓館以及辦公室等環境的工作、學習、休息等照明與裝飾的需要，由于基本消除了頻閃，使得燈光對視力保健更有效果，同時，還具有節省電能的效能。實用新型臺燈提供的光線照度均勻、無閃爍，并且產品使用壽命長、省電、反應速度快、環保、防爆、冷光源、安全性高，適合一般的工作、學習、居住等。相信

22、隨著科技的發展，未來的照明光源將以環保節能的半導體發光器件為主，更易控制和實現多功能化和智能化。1.4研究內容隨著智能化技術的飛速發展，智能化家用電器的日益普及，作為千家萬戶日常使用的家用小電器-智能節能臺燈也應運而生。智能臺燈是利用單片機的本文設計是選擇了STC12C5A60S2系列單片機作為控制芯片。將硬件設計分為傳感器及信號處理部分、以STC12C5A60S2系列單片機組成的中央處理單元。對各部分功能作用予以詳細說明。軟件設計采用模塊化結構，將各模塊設計完成后進行總調。本文各章節內容如下：本文第一章闡述了結合了單片機的智能化技術在家用電器領域中的應用，詳細介紹了智能節能臺燈研究的意義及未

23、來臺燈的發展趨勢。第二章對中央控制單元做了詳細的介紹，選擇了STC12C5A60S2系列單片機作為控制器，對其功能、特性做了詳細說明。第三章對傳感器的概念及其特性進行簡單的介紹，對本文設計用到的熱釋電紅外傳感器的工作原理及其特性進行詳細的說明。第四章對智能節能臺燈的硬件進行設計，劃分成為傳感器信號處理，單片機最小系統，分別設計出電路結構，并說明其功能作用。第五章介紹了智能節能臺燈的軟件設計，根據硬件結構，先畫出總的程序框圖，結合臺燈設計需要的效果，用C語言編出程序。2 STC12C5A60S2系列單片機的介紹2.1 STC12C5A60S2系列單片機的概述2.1.1主要功能特性及芯片圖 STC

24、12C5A60S2是STC生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，針對電機控制，強干擾場合。高速：1 個時鐘/ 機器周期，增強型8051 內核，速度比普通8051 快812 倍寬電壓：5.53.3V，2.23.6V（STC12LE5A60S2 系列）增加第二復位功能腳（高可靠復位，可調整復位門檻電壓，頻率<12MHz 時，無需此功能）增加外部掉電檢測電路,可在掉電時,及時將數據保存進EEPROM,正常工作時無需操作EE

25、PROM低功耗設計：空閑模式，（可由任意一個中斷喚醒）低功耗設計：掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持下降沿/上升沿和遠程喚醒工作頻率：035MHz，相當于普通8051：0420MHz時鐘：外部晶體或內部RC 振蕩器可選，在ISP 下載編程用戶程序時設置 8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K 字節片內Flash 程序存儲器，擦寫次數10 萬次以上 1280 字節片內RAM 數據存儲器芯片內EEPROM 功能,擦寫次數10 萬次以上 ISP / IAP，在系統可編程/ 在應用可編程,無需編程器/ 仿真器 8 通道,10 位高速ADC，速度可達25 萬次/ 秒,2 路PWM

26、還可當2 路D/A 使用 2 通道捕獲/ 比較單元（PWM/PCA/CCP），也可用來再實現2 個定時器或2 個外部中斷（支持上升沿/ 下降沿中斷） 4 個16 位定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1,2 路PCA 實現2 個定時器可編程時鐘輸出功能，T0 在P3.4 輸出時鐘，T1 在P3.5 輸出時鐘,BRT 在P1.0 輸出時鐘硬件看門狗（W D T ）高速SPI 串行通信端口全雙工異步串行口(UART),兼容普通8051 的串口先進的指令集結構，兼容普通8051 指令集，有硬件乘法/ 除法指令通用I/O 口（36/40/44 個），復位后為： 準雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳

27、統I/O 口）可設置成四種模式：準雙向口/ 弱上拉，推挽/ 強上拉，僅為輸入/ 高阻，開漏每個I/O 口驅動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不得超過100mA。圖2-1 STC12C5A60S2管腳圖2.1.2引腳功能說明 P0.0 P0.7 : P0口既可作為輸入/輸出口，也可作為地址/數據復用總線使用。P1.1/ADC1 : 標準I/O口PORT11 、ADC 輸入通道-1.P1.2/ADC2/ECI/RxD2 : ADC 輸入通道-2、PCA計數器的外部脈沖輸入腳、第二串口數據接收端P1.3/ADC3/CCP0/TxD2 : 標準I/O口 PORT13 、ADC 輸入通道-3 、外部

28、信號捕獲(頻率測量或當外部中斷使用)、高速脈沖輸出及脈寬調制輸出、第二串口數據發送端P1.4/ADC4/CCP1/SS : 標準I/O口 PORT14 、ADC 輸入通道-4 、外部信號捕獲(頻率測量或當外部中斷使用）、高速脈沖輸出及脈寬調制輸出、SPI同步串行接口的從機選擇信號P1.5/ADC5/MOSI : 標準I/O口 PORT15 、ADC 輸入通道-5 、SPI同步串行接口的主出從入(主器件的輸出和從器件的輸入) P1.6/ADC6/MISO : 標準I/O口 PORT16 、ADC 輸入通道-6 、SPI同步串行接口的主入從出(主器件的輸入和從器件的輸出) P1.7/ADC7/SC

29、LK : 標準I/O口 PORT17、ADC 輸入通道-7 、SPI同步串行接口的時鐘信號P2.0 P2.7 : P2口內部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也可作為高8位地址總線使用(A8 A15)。P3.0/RXD : 串口1數據接收端P3.1/TXD : 串口1數據發送端P3.2/INT0 : 外部中斷0,下降沿中斷或低電平中斷P3.3/INT1 : 外部中斷1,下降沿中斷或低電平中斷P3.4/T0/INT/CLKOUT0 : 定時器/計數器0的外部輸入 定時器0下降沿中斷 定時器/計數器0的時鐘輸出P3.5/T1/INT/CLKOUT1 : 定時器/計數器1的外部輸入 定時器1下降沿中

30、斷 定時器/計數器1的時鐘輸出P3.6/WR : 外部數據存儲器寫脈沖P3.7/RD : 外部數據存儲器讀脈沖P4.4/NA : 標準I/O口 PORT44 P4.5/ALE : 地址鎖存允許P4.6/EX_LVD/RST2 : 外部低壓檢測中斷/比較器 、第二復位功能腳P4.7/RST : 復位腳XTAL1 : 內部時鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個引腳。當直接使用外部時鐘源時，此引腳是外部時鐘源的輸入端XTAL2 : 內部時鐘電路反相放大器的輸出端，接外部晶振的另一端。當直接使用外部時鐘源時，此引腳可浮空，此時XTAL2實際將XTAL1輸入的時鐘進行輸出。VCC : 電源正極GND

31、 : 電源負極，接地3 傳感器的選擇及功能介紹3.1熱釋電紅外傳感器本次設計智能節能利用的傳感器是熱釋電紅外傳感器。傳感器在電路中起著很大的作用，要利用它采集回來的信號去對燈光進行控制。熱釋電紅外傳感器本身采集到的信號是很微弱的，感應的范圍也很小，但是在它正面加上一個菲涅爾透鏡以后，它的信號采集范圍可以增大到5-7米左右。本次設計對熱釋電紅外傳感器的性能要求比較高，因為它采集回來的信號將直接影響燈光控制電路的控制行為。首先，這種傳感器要對人體發出的紅外線感應很靈敏，而對其他的小動物發出的紅外線不起作用。其次是能夠感應較遠距離的紅外信號，這就需要借助于菲涅爾透鏡的聚焦作用。下面開始詳細介紹熱釋電

32、紅外傳感器的工作原理以及工作特性。3.1.1概述圖3-1 熱釋電紅外傳感器實物圖圖3-2 熱釋電紅外傳感器內部電路圖3.1.2熱釋電紅外傳感器工作原理 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。熱釋電效應是指當一些晶體受熱時，在晶體兩端產生數量相等而符號相反的電荷，由于熱變化產生的電極化現象。通常，晶體自發極化所產生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發極化電矩不能表現出來。當溫度變化時，晶體結構中的正負電荷重心相對移位，自發極化發生變化，晶體表面就會產生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器。

33、它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監測范圍內溫度有T的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產生電荷Q，即在兩電極之間產生一微弱電壓V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產生的電荷Q會跟空氣中的離子所結合而消失，當環境溫度穩定不變時，T=0，傳感器無輸出。當人體進入檢測區時，因人體溫度與環境溫度有差別，產生T，則有信號輸出；若人體進入檢測區后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。人體都有恒定的體溫，一般在37°C左右，會發出10mm左右特定波長的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測

34、人體發射的紅外線而進行工作的。紅外線通過菲涅耳濾光片增強后聚集到熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后經檢測處理后就能產生電壓信號。被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯或并聯的熱釋電元件，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。3.1.3熱釋電紅外傳感器的優缺點不同于主動式紅外傳感器，被動紅外傳感器本身不發任何類型的輻射，隱蔽性好，器件功耗很小，價格低廉。 但是，被動式熱釋電傳感器也有缺點，如：信號幅度小，容易受各種熱源、光源干擾；被動紅外穿透力差，人體

35、的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；環境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈；被動紅外探測器的主要檢測的運動方向為橫向運動方向，對徑向方向運動的物體檢測能力比較差。3.1.4熱釋電紅外傳感器的抗干擾性能（1）防止小動物干擾：探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內地面上地小動物，一般不產生報警。（2）抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。（3）抗燈光干擾：探測器在正常靈敏度的范圍內，受3米外H4鹵素燈透過玻璃照射，不產生報警。3.1.5熱釋電紅外傳感器的應用前景隨著相關信號處理器性能和

36、可靠性的不斷提高，熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，因其價格低廉、技術性能穩定而受到廣大用戶和專業人士的歡迎，廣泛應用于各種自動化控制裝置中，既可作為紅外激光的一種較理想的探測器，又可適用于防盜報警、來客告知及非接觸開關等紅外領域。除了在眾所周知的樓道自動開關、防盜報警上得到應用外，在更多的領域應用前景看好。3.2菲涅爾透鏡 3.2.1概述菲涅爾透鏡在本次設計中的作用是輔助熱釋電紅外傳感器采集人體發出的紅外線，它可以把較遠距離的人體發出的微弱的紅外線信號光聚集起來，熱釋電傳感器在它的作用下可以探測到較遠距離人的活動。菲涅爾透鏡在傳感器信號處理電路中起著重要的作用，在它的

37、輔助之下才能采集到較好的輸入信號。下面介紹一下菲涅爾透鏡的組成結構及工作原理。圖3-3 菲涅爾透鏡實物圖3.2.2菲涅爾透鏡的工作原理菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產生一個交替變化的“盲區”和“高靈敏區”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發出的紅外線就不斷地交替從“盲區”進入“高靈敏區”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而增強其能量幅度。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將探測區域內分為若干個明區和暗區，使進入探測區域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產生變化熱釋紅外信號。3.2.

38、3 感應范圍圖3-4 菲涅爾透鏡的感應范圍3.2.4菲涅爾透鏡的優點菲涅爾透鏡,簡單的說就是在透鏡的一側有等距的齒紋.通過這些齒紋,可以達到對指定光譜范圍的光帶通(反射或者折射)的作用.傳統的打磨光學器材的帶通光學濾鏡造價昂貴。菲涅爾透鏡可以極大的降低成本。典型的例子就是PIR（被動紅外線探測器）。PIR廣泛的用在警報器上。如果你拿一個看看，你會發現在每個PIR上都有個塑料的小帽子。這就是菲涅爾透鏡。小帽子的內部都刻上了齒紋。這種菲涅爾透鏡可以將入射光的頻率峰值限制到10微米左右（人體紅外線輻射的峰值），成本很低。4 硬件電路設計及原理4.1單片機最小系統單片機最小系統或者稱為最小應用系統,是

39、指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。 51系列單片機的最小系統包括: 單片機、時鐘電路、復位電路、輸入/ 輸出設備等。輸入/輸出設備單片機復位電路時鐘電路電路電源圖4-1 單片機最小系統框圖復位電路:由電容串聯電阻構成，由圖并結合"電容電壓不能突變"的性質,可以知道，當系統一上電，RST腳將會出現高電平，并且這個高電平持續的時間由電路的RC值來決定.典型的51單片機當RST腳的高電平持續兩個機器周期以上就將復位，所以,適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。時鐘電路:典型的晶振取11.0592MHz(因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的

40、場合)/12MHz(產生精確的uS級時歇,方便定時操作)。依據上文的內容，設計STC12C5A60S2系列單片機最小系統，見下圖圖4-2 STC12C5A60S2系列單片機最小系統4.2人體熱釋電電路熱釋電紅外傳感器是一種非常有應用潛力的傳感器。它能檢測人或某些動物發射的紅外線并轉換成電信號輸出。早在1938年，有人就提出利用熱釋電效應探測紅外輻射，但并未受到重視。直到六十年代，隨著激光、紅外技術的迅速發展，才又推動了對熱釋電效應的研究和對熱釋電晶體的應用開發。近年來，伴隨著集成電路技術的飛速發展，以及對該傳感器的特性的深入研究，相關的專用集成電路處理技術也迅速增長。BISS0001是一款高性

41、能的被動式熱釋電紅外線傳感信號處理器. 它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區域，或用于安全區域的自動燈光、照明和報警系統。圖4-3 BISS0001實物圖4.2.1BISS0001的管腳結構和工作原理圖4-4 BISS0001引腳圖BISS0001引腳功能：引腳1 (A) :可重復觸發和不可重復觸發選

42、擇端. 當設為“1”時,允許重復觸發;反之,不可重復觸發.引腳2 (VO ) :控制信號輸出端. 由有效觸發的上跳變沿觸發,使VO 輸出從低電平跳變到高電平視為有效觸發. 在輸出延遲時間外和無有效觸發時, VO保持低電平.引腳3、4 (RR1、RC1) : 輸出延遲時間Tx 調節端.引腳5、6 (RC1、RR2 ) : 觸發封鎖時間Ti 調節端.引腳11、7 (VDD、VSS ) :工作電源正、負端.引腳8 (VRF /RESET) : 參考電壓及復位輸入端. 通常接VDD ,當接“0”時,可使定時器復位.引腳9 (VC ) :觸發禁止端. 當VC < 0. 2VDD時,禁止觸發;反之,

43、允許觸發.引腳10 ( IB ) :運算放大器偏置電流設置端端.引腳13、12 ( 2 IN - 、2 OUT) :第2級運算放大器反向輸入端、輸出.引腳14、15、16 (1 IN +、1 IN - 、1 OUT) :第1級運算放大器同向輸入端、反向輸入端、輸出端.4.2.2由BISS0001構成的人體紅外感應模塊圖4-5 HC-SR501人體感應模塊圖4-6 BISS0001的熱釋電紅外開關 電氣參數如下表所示:表4-1 電氣參數電氣參數HC-SR501 人體感應模塊工作電壓范圍DC 4.5-20V靜態電流<50uA電平輸出高3.3 V /低0V觸發方式L 不可重復觸發/H 重復觸發

44、延時時間5S(默認)可制作范圍零點幾秒-幾十分鐘封鎖時間2.5S(默認)可制作范圍零點幾秒-幾十秒電路板外形尺寸32mm*24mm感應角度<100 度錐角感應距離5-7 米以內工作溫度-15-+70 度感應透鏡尺寸直徑:23mm(默認) 功能特點:1. 全自動感應:人進入其感應范圍則輸出高電平， 人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。2. 光敏控制：可設置光敏控制，白天或光線強時不感應。溫度補償可作一定的性能補償。3. 兩種觸發方式：（可跳線選擇）a.不可重復觸發方式:即感應輸出高電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從高電平變為低電平；b.可重復觸發方式：即感應輸出高電平后，在

45、延時時間段內，如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變為低電平（感應模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點)。4. 具有感應封鎖時間(默認設置:無封鎖時間)：感應模塊在每一次感應輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。(此時間可設置在零點幾秒幾十秒鐘)。5. 工作電壓范圍寬：默認工作電壓DC4.5V-20V。4.

46、2.3 人體紅外模塊與單片機的電路圖4-7 人體紅外模塊與單片機的電路4.3 數碼管驅動的仿真圖4-8 總體仿真電路5 軟件程序設計5.1總體程序框圖信號處理電路單片機AT89C51熱釋電紅外傳感器數碼管不亮無人數碼管亮并計時有人5.2單片機程序#include<reg52.h>#define N 10#define uint unsigned int#define uchar unsigned charvoid delay(int z);uint h=0,tt=0,min=0,s=0;uchar code table=0x7e,0x0c,0xb6,0x9e,0xcc,0xda,0

47、xfa,0x0e,0xfe,0xde,0x80;sbit beep=P10;sbit duan=P26;sbit wei=P27;void main() TMOD=0x01; EA=1; ET0=1; TH0=0x3C; TL0=0xB0;/ 設置定時器的初值 duan=0; wei=0; while(1) if(beep=1)/是否有按鍵 TR0=1;/無按鍵不啟動 else/有按鍵啟動 TR0=0;/開定時器 wei=1; P0=0xff; wei=0; while(beep=0);/等待按鍵松口 wei=1; P0=0xfe;/段選0 wei=0; duan=1; P0=tableh/10;/顯示小時的高位 duan=0; delay