1、摘 要單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡，臺燈已是千家萬戶的必需生活用品，當(dāng)夜晚來臨時(shí)，人們摸黑去開燈，非常不方便，而當(dāng)離開時(shí)，人們又經(jīng)常忘記關(guān)燈而造成巨大的能源浪費(fèi)。本文設(shè)計(jì)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(jī)組成的紅外傳感控制電路。其原理是：以人體紅外輻射（波長為9.5um）為傳感信號，當(dāng)人體在臺燈的范圍內(nèi)且環(huán)境光強(qiáng)較弱時(shí)，自動感應(yīng)開燈，省去黑夜摸燈的麻煩；當(dāng)人離開臺燈傳感器檢測范圍，自動感應(yīng)關(guān)燈。另外當(dāng)人身體太靠近桌面時(shí)，臺燈自動感應(yīng)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，警告糾正坐姿，同時(shí)燈光控制電路控制燈光變暗，若在一定時(shí)間內(nèi)未離開桌面則

2、自動熄滅，當(dāng)糾正好坐姿則消除警報(bào)，燈光變亮。其特點(diǎn)是自動開關(guān)燈，節(jié)約能源；且能糾正坐姿，防止近視。本文首先介紹結(jié)合了單片機(jī)的智能化電器的普遍推廣推動了家用小電器臺燈的智能化。然后介紹設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)的功能以及傳感器的選擇。最后進(jìn)行臺燈的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：Atmega16單片機(jī)；熱釋電紅外傳感器；智能臺燈；節(jié)能AbstractSingle-chip microcomputer penetrated into all areas of our lives,it is very difficult to find the area of almost no traces of singl

3、e-chip.Lamp is necessary for thousands of households living supplies.When in the dark,the people is very inconvenient to turn on the lights,and they often forger to turned off the lights when they left, it is resulting in a huge waste of energy.In this paper, an intelligent design table lamp, Mainly

4、 pyroelectric infrared BISS0001 chip and single-chip processor consisting of infrared sensor control circuit. The principle is that infrared radiation in the human body for the sensor circuit,automatic sensors turn on the lights when the body of the scope of the lamp and the environment when a weak

5、light.In another way,turn off the lights by automatic sensor when people leave the lamp sensor detection range. In addition, when the body is too close to the desktop. The buzzer alarm to warning to correct posture by the lamp automatic sensor. In the same time, lighting control circuit to control l

6、ights dimmed. if within a certain period of time not to leave the desktop the lights automatically extinguished, The lights brighten and remove the alarm when the correct good posture . It is features is automatic light switch, energy conservation; can correct posture and prevent myopia.This paper f

7、irst introduces the intelligent combination of SCM appliances to promote the general promotion of the small household electrical appliances intelligent lamp. And then used to introduce single-chip design features as well as the sensor of choice. The final table of the hardware design and software de

8、sign.Key Words：Atmega16 Microcomputer;PIR;Intelligent Table lamp;Energy Saving目 錄1 引言11.1研究背景11.2研究的意義2在節(jié)約電能方面的意義2對使用者的眼睛保護(hù)及坐姿的調(diào)整31.3課題的發(fā)展現(xiàn)狀4單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀4臺燈的發(fā)展現(xiàn)狀51.4研究內(nèi)容62 AVR單片機(jī)的特點(diǎn)及功能簡介72.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖72.2AVR單片機(jī)的特點(diǎn)72.3單片機(jī)的串口功能82.4 ATmega16單片機(jī)PWM功能93 傳感器的選擇及功能介紹123.1傳感器12傳感器的定義12傳感器的分類12傳感器的靜態(tài)特性13傳感器的動態(tài)特性13傳感

9、器的靈敏度13傳感器的分辨力14傳感器的遲滯性143.2熱釋電紅外傳感器14概述15熱釋電紅外傳感器工作原理15熱釋電紅外傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)16熱釋電紅外傳感器的抗干擾性能16熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用前景17小結(jié)173.3菲涅爾透鏡17概述17菲涅爾透鏡的工作原理18菲涅爾透鏡的優(yōu)點(diǎn)18小結(jié)183.4光敏電阻18概述19光敏電阻工作原理19光敏電阻的分類20光敏電阻的主要參數(shù)20光敏電阻的制作材料203.5本章小結(jié)204 硬件電路設(shè)計(jì)及原理214.1人體熱釋電電路21的管腳結(jié)構(gòu)和工作原理224.1.2人體紅外模塊與單片機(jī)的電路254.2燈光驅(qū)動電路254.3光線檢測與單片機(jī)電路264.4報(bào)警電路27

10、4.5時(shí)間顯示電路284.6電源電路284.7繼電器電路285軟件程序設(shè)計(jì)305.1總體程序框圖305.2單片機(jī)程序30結(jié) 論34參考文獻(xiàn)35致 謝361 引言1.1研究背景社會在不斷地進(jìn)步，市場也在不斷地變化，高科技的應(yīng)用含量決定著產(chǎn)品發(fā)展的趨勢，智能化技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用更是越來越廣泛和意義深遠(yuǎn)。隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，家用電器也越來越偏向智能化，已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際中的有智能洗衣機(jī)，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(gè)共同的特點(diǎn)，都是利用單片機(jī)作為中央控制單元。結(jié)合了單片機(jī)的智能家用電器和普通家用電器相比，功能方面更強(qiáng)，使用方面更方便，安全可靠性方面也更高，最重要的是更

11、節(jié)省電能從而提高家用電器的品質(zhì)。隨著智能控制理論和人工智能的深入研究，各種更加逼真的模擬人類智能的家用電器會更多地出現(xiàn)，而單片機(jī)和智能理論的結(jié)合，將來不但更多地改進(jìn)現(xiàn)行家用電器，而且將會產(chǎn)生全新的家用電器。家用電器是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的加入而走向智能化的，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電器的發(fā)展越來越方便、舒適。隨著家用電器的發(fā)展，作為家用電器當(dāng)中的小臺燈也要順應(yīng)科技的發(fā)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(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和人們的需求變化，傳統(tǒng)的臺燈已經(jīng)感受到產(chǎn)品更新?lián)Q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

12、比及的優(yōu)勢，智能化臺燈一方面可以更節(jié)省電能，有利于環(huán)保，另一方面可以糾正使用者的坐姿，預(yù)防脊椎變形和眼睛近視。同時(shí)，智能臺燈在黑暗的時(shí)候自動開關(guān)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(chǎn)品由于它們的巨大優(yōu)勢將漸漸進(jìn)入人們的生活中。臺燈不僅在功能上日趨向智能化，同時(shí)在外觀上已逐步向組合化、裝飾化、情趣化方向發(fā)展。組合化是隨著人們生活節(jié)奏的加快，一些方便實(shí)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(shí)用性。裝飾化，裝飾化臺燈注重裝飾效果，體現(xiàn)鮮明的藝術(shù)特

13、色，使臺燈成為一件具有實(shí)用性的藝術(shù)品。由于這些臺燈不但具有現(xiàn)代工藝性，而且式樣多變，工藝精湛，造型也別具匠心。質(zhì)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(fēng)格各異。有乳白、橘黃、草綠、玫瑰紅、湖綠等顏色，消費(fèi)者可按房間裝飾風(fēng)格及家具風(fēng)格來選購不同款式、質(zhì)料的臺燈，使臺燈與室內(nèi)布置形成一個(gè)完善的藝術(shù)整體。情趣化，情趣化臺燈往往以小巧玲瓏、想象豐富等特點(diǎn)而頗受青少年青睞。1.2研究的意義在節(jié)約電能方面的意義我國政府非常注重能源的節(jié)約。1997年11月1日我國頒布了中華人民共和國節(jié)約能源法，節(jié)能已經(jīng)是法律上的規(guī)定，是我國重要國策之一。北京2008年奧運(yùn)場館建設(shè)，在“科技奧運(yùn)，人文奧運(yùn)

14、，綠色奧運(yùn)”三大理念的基礎(chǔ)上，又提出“勤儉辦奧運(yùn)”的方針，充分體現(xiàn)政府節(jié)能，節(jié)約的決心！國家發(fā)改委提出了“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程”、“建筑節(jié)能工程”、“綠色照明工程”等十大重點(diǎn)節(jié)能工程，通過這十大工程，“十一五”期間將實(shí)現(xiàn)節(jié)約2.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的目標(biāo)；2006年1月更是將實(shí)行國家建設(shè)部頒布的“民用建筑節(jié)能管理規(guī)定”；2005年7月1日開始實(shí)施的“公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”GB501892005計(jì)劃全年總能耗將減少50%。廣大電氣人員只有認(rèn)認(rèn)真真地研究節(jié)約電能的理論和開發(fā)出優(yōu)良的節(jié)電產(chǎn)品并應(yīng)用于實(shí)際，才能從根本上貫徹國家規(guī)定的各項(xiàng)節(jié)能法規(guī)，造福于社會。照明節(jié)能意義重大，我國照明耗電大體占全國總發(fā)電量10%1

15、2%，2003年我國總發(fā)電量為18500億度，按12%計(jì)，照明耗電達(dá)2220億度。據(jù)資料報(bào)道，目前城市照明（指景觀照明和功能照明的統(tǒng)稱），年用電量約占全國總發(fā)電量的4%5%。照明節(jié)能主要從三個(gè)方面入手：選用高效節(jié)能的電光源和燈具；選用高品質(zhì)電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器；配置適宜，先進(jìn)照明控制裝置。目前我國城市公共照明每年開支達(dá)數(shù)百億元。應(yīng)積極推廣采用國際上流行的全數(shù)字智能路燈節(jié)能控制技術(shù)：即智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)。它的技術(shù)思想為：在繁忙時(shí)段，控制路燈保持較強(qiáng)的照度，午夜時(shí)分，自動調(diào)光；后半夜車稀人少時(shí)，控制路燈保持較低的照度的照明。在美國、德國此類技術(shù)得到了政府大力扶持和推廣，節(jié)電率高于30

16、%。我國已有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的這方面技術(shù)產(chǎn)品如哈工大樓宇自動化研究所研制的“金鹵燈調(diào)壓調(diào)光系統(tǒng)”，在城市道路照明應(yīng)用中運(yùn)行效果優(yōu)良。今后尚需政府的行政支持。智能節(jié)能臺燈的優(yōu)點(diǎn)是省電和方便。方便不用多說，省電是比較重要的，現(xiàn)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市拉閘限電。如果用上我們的智能臺燈，那么假設(shè)一天我們可以節(jié)省10min 的開燈時(shí)間，燈上裝的是10W的節(jié)能燈泡。節(jié)省的電能為10W600s = 6000J ，一個(gè)月就能節(jié)省180000J，一年就能節(jié)省2190000J的電能，相當(dāng)于0.6千瓦時(shí)。不要小看這個(gè)0.6千瓦時(shí)的電能。如果全國人都能每年

17、節(jié)省0.6千瓦時(shí)的電能，那么每年全國會省下7.8億千瓦時(shí)的電能，這7.8億千瓦時(shí)的電能相當(dāng)節(jié)省接近4億人民幣，4億人民幣可以建造多少所希望小學(xué)，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(xué)夢啊！更重要作用的是環(huán)境保護(hù)。大家都知道我國有70%的電能來自火力發(fā)電廠，而火力發(fā)電廠少發(fā)一度電就會減少1千克的CO2排放。那么節(jié)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(yīng)的罪魁禍?zhǔn)住＞褪且驗(yàn)槿蛳虼髿馀湃脒^多的CO2，才導(dǎo)致了溫室效應(yīng)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(jìn)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(yán)重。智能

18、節(jié)能臺燈在節(jié)約電能的同時(shí)也保護(hù)了自然環(huán)境，簡直是一舉兩得。對使用者的眼睛保護(hù)及坐姿的調(diào)整近年來我國青少年近視發(fā)病率越來越高，發(fā)病人數(shù)居全球首位。關(guān)注我國青少年視力健康，切實(shí)加強(qiáng)中小學(xué)生近視眼的防治工作刻不容緩。目前我國共有四億多近視眼患者，以13億人口計(jì)，約每3個(gè)人中就有1個(gè)是近視眼，特別是青少年近視的發(fā)病率居世界第二，人數(shù)居世界第一，且漸趨低齡化，中小學(xué)生近視檢出率為53.8，高中以上學(xué)生更是高達(dá)70。 近視嚴(yán)重危害青少年的健康成長，同時(shí)影響我國高素質(zhì)人才職業(yè)的篩選，縮小特殊職業(yè)人員的選取范圍，更是對實(shí)現(xiàn)我國二十一世紀(jì)健康目標(biāo)的嚴(yán)重阻礙。多年來近視眼病在我國、日、韓和東南亞地區(qū)特別嚴(yán)重，時(shí)時(shí)

19、影響著青少年的學(xué)習(xí)、健康和生活。近年來我國近視眼患病率已上升到世界第二位，僅次于日本，總數(shù)量居世界第一。近視眼病的防治是一種世界性的重大難題，迄今沒有治愈的有效藥物和方法。市售的藥物和器具只能起到一定的調(diào)理和緩解作用，而手術(shù)和激光治療有嚴(yán)格的年齡限制，而且還包含著嚴(yán)重的隱患和風(fēng)險(xiǎn)。除了遺傳原因，誘發(fā)學(xué)生患近視眼病的根源有多種，必須從誘發(fā)的所有根源上做起，才能真正防止。我國中小學(xué)生之所以出現(xiàn)這么嚴(yán)重的近視問題，原因是他們在平時(shí)在燈下學(xué)習(xí)或做作業(yè)的時(shí)候不注意坐姿，由于離光源太近而使視力下降，久而久之就成了近視眼。目前市場上出售的調(diào)光臺燈多為手動式，即根據(jù)使用者的需要用手轉(zhuǎn)動調(diào)光旋鈕而改變臺燈的亮度

20、，雖然有節(jié)約用電的作用，但無防近視功能。為使中、小學(xué)生在燈下看書或做作業(yè)時(shí)，不能離燈太近，若超過規(guī)定的距離，燈光便自動變暗乃至熄滅，而離開規(guī)定距離，燈光則自動變亮，我們設(shè)計(jì)了一種智能臺燈。它可以在使用者看書寫字姿勢不正確或者距離臺燈太近的時(shí)候，燈光慢慢變暗而提醒你糾正，直到你坐姿完全正確為止。從而使你養(yǎng)成良好的讀書寫字姿勢，保護(hù)好視力防止近視眼，這個(gè)功能都是臺燈根據(jù)人體探測電路的輸出信號來控制，如果晚上工作學(xué)習(xí)太累不小心趴在臺燈下睡著了，臺燈的傳感器檢測到你離光源太近而會經(jīng)提醒電路暗燈提醒未離開則在單片機(jī)程序控制下自動熄滅臺燈，同時(shí)起到了省電的作用。 1.3課題的發(fā)展現(xiàn)狀單片機(jī)在智能節(jié)能臺燈設(shè)

21、計(jì)之中是主要控制單元，主要控制電路燈光控制電路是在單片機(jī)的控制下工作的。下面介紹一下智能節(jié)能臺燈的大腦，單片機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r以及在各個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列單片機(jī)，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上一個(gè)重要階段。其后，在MCS-48成功的刺激下，許多半導(dǎo)體芯片在生產(chǎn)廠商競相研制和發(fā)展自己的單片機(jī)系列。到80年代末，世界各地已相繼研制出大約50個(gè)系列300多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)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，

22、日立公司等也不甘落后，相繼推出了不同的單片機(jī)品種。盡管目前單片機(jī)品種很多，但我國使用最多的是Intel公司的MCS-51單片機(jī)系列。MCS-51系列是在MCS-48的基礎(chǔ)上在上世紀(jì)八十年代初發(fā)展起來的，雖然它是8位單片機(jī)，但其功能較MCS-48有很大的增強(qiáng)。此外，它還有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)，因而應(yīng)用愈加廣泛，直到現(xiàn)在MCS-51仍不失為單片機(jī)的主流系列。繼8位單片機(jī)之后，又出現(xiàn)了16位單片機(jī)，1983年Intel公司推出的MCS-96系列處理器。單片機(jī)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(nèi)還增加了一

23、個(gè)4路或8路的10位A/D轉(zhuǎn)換器，使其具有A/D轉(zhuǎn)換的功能。縱觀單片機(jī)近30年的發(fā)展歷程，單片機(jī)今后將向著多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價(jià)格、外圍電路簡單化以和片內(nèi)存儲器容量增加的方向發(fā)展。但其位數(shù)不一定會繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了32位單片機(jī)，但使用的并不多。可以預(yù)言，今后的單片機(jī)將是功能更強(qiáng)、集成度和可靠性更高而功耗更低、以及使用更方便等特點(diǎn)。此外，專用化也是單片機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向，針對單一用途的專用單片機(jī)將會越來越多。隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)真正意義上的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)。單片機(jī)能最好地滿足嵌入式應(yīng)用的環(huán)境要求，例如，芯片級的物理空間、大規(guī)模集成電路的低

24、價(jià)位、良好的外圍接口總線和突出控制功能的指令系統(tǒng)。單片機(jī)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)核，嵌入到電子系統(tǒng)中，為電子系統(tǒng)智能化奠定了基礎(chǔ)。因此，當(dāng)前單片機(jī)在電子系統(tǒng)中的廣泛使用，使經(jīng)典電子系統(tǒng)迅速過渡到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)。單片機(jī)又以其體積小、性價(jià)比高、功能強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。臺燈的發(fā)展現(xiàn)狀臺燈本來是一個(gè)非常簡單的照明工具，就是一個(gè)電源加一個(gè)燈泡，但隨著科技的進(jìn)步，人們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(jié)能和護(hù)眼等方面發(fā)展，有些臺燈還添加了鬧鐘和定時(shí)等功能。(1)、護(hù)眼臺燈的護(hù)眼原理護(hù)眼臺燈主要由單端熒光燈和燈具兩部分組成。單端熒光燈為節(jié)能燈；燈

25、具里的主要電器元件是電子鎮(zhèn)流器和啟動器。它的工作原理是把低頻閃提高至高頻閃，這種護(hù)眼燈采用變頻電子鎮(zhèn)流器，將電頻率由50H z提高至5500H z以減少頻閃，采用三基色熒光粉，減少了炫光效應(yīng)，使得光線柔和不刺目，使人眼感受不到頻閃不適，以此來減輕視力疲勞。頻閃效應(yīng)是所有熒光燈管的一個(gè)測試指標(biāo)：頻閃越少，照明效果越好。普通臺燈在50赫茲的交流電狀態(tài)下正常工作的時(shí)候，每秒鐘會發(fā)生閃爍100次左右，如此高的閃爍頻率，光靠人眼是看不出來的。因此，在臺燈下用燈時(shí)間一長，再加上不注意用眼衛(wèi)生，極其容易發(fā)生近視。而護(hù)眼燈的原理則是將50赫茲的電頻率提高到40000至55000赫茲，而相應(yīng)的臺燈每秒鐘的閃爍頻

26、率就會大幅度下降，有的甚至可以下降為零，從而起到保護(hù)視力的功能。但是，目前燈具市場里的不少品牌的護(hù)眼燈的質(zhì)量不過關(guān)，護(hù)眼燈的內(nèi)部電頻率根本無法達(dá)到質(zhì)量要求的40000赫茲以上的要求。(2)、節(jié)能臺燈一般的節(jié)能臺燈都是在燈泡上做研究，盡量使用節(jié)能燈具，可以把白熾燈泡換成LED的節(jié)能型燈泡。近年來隨著綠色照明概念的提出，研制新型的環(huán)保節(jié)能臺燈成為當(dāng)務(wù)之急。目前已有專業(yè)人員研發(fā)出半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺燈，將半導(dǎo)體LED用于室內(nèi)照明。這是一款實(shí)用新型的臺燈，由于以發(fā)光二極管為光源，再配以專門設(shè)計(jì)的外形結(jié)構(gòu)，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(huán)境的工作、學(xué)習(xí)、

27、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(shí)，還具有節(jié)省電能的效能。本實(shí)用新型臺燈提供的光線照度均勻、無閃爍，并且產(chǎn)品使用壽命長、省電、反應(yīng)速度快、環(huán)保、防爆、冷光源、安全性高，適合一般的工作、學(xué)習(xí)、居住等局部照明之用。相信隨著科技的發(fā)展，未來的照明光源將以環(huán)保節(jié)能的半導(dǎo)體發(fā)光器件為主，更易控制和實(shí)現(xiàn)多功能化和智能化。1.4研究內(nèi)容隨著智能化技術(shù)的發(fā)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(jié)能臺燈也應(yīng)運(yùn)而生。智能臺燈是利用Atmega16作為控制芯片。將硬件設(shè)計(jì)分為傳感器及信號處理部分、以Atmega16組成的中央處理單元、提醒電路及

28、LED驅(qū)動電路。對各部分功能作用予以詳細(xì)說明。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，將各模塊設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行總調(diào)。本文第一章為緒論，闡述了結(jié)合了單片機(jī)的智能化技術(shù)在家用電器領(lǐng)域中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了智能節(jié)能臺燈研究的意義及未來臺燈的發(fā)展趨勢。第二章對中央控制單元做了詳細(xì)的介紹，選擇了Atmega16作為控制器，對其功能、特性做了詳細(xì)說明。第三章對傳感器的概念及其特性進(jìn)行簡單的介紹，對本文設(shè)計(jì)用到的熱釋電紅外傳感器和光敏電阻的工作原理及其特性進(jìn)行詳細(xì)的說明。第四章對智能節(jié)能臺燈的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，劃分成為傳感器信號處理，單片機(jī)最小系統(tǒng)以及LED驅(qū)動電路和提醒電路，分別設(shè)計(jì)出電路結(jié)構(gòu)，并說明其功能作用。第五章介紹了智能

29、節(jié)能臺燈的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)，先畫出總的程序框圖，結(jié)合臺燈設(shè)計(jì)需要的效果，用C語言編出程序。第六章是本論文的總結(jié)和進(jìn)一步工作展望。2 AVR單片機(jī)的特點(diǎn)及功能簡介2.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖熱釋電紅外模塊OOUT3O3UOUT2T23OUT14UVS39VSS8OGNDU11TEN B26EN A紅外避障傳感器光照傳感器ATmega16蜂鳴器電路時(shí)間顯示電路LED指示電路模式開關(guān)圖2-1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖2.2AVR單片機(jī)的特點(diǎn)AVR單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取8位機(jī)與16位機(jī)的折中策略，即采用局部寄存器(32個(gè)寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯)。提高了指

30、令執(zhí)行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能；同時(shí)又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。故AVR單片機(jī)在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價(jià)比的單片機(jī)。 AVR單片機(jī)的I/O線全部帶可設(shè)置的上拉電阻、可單獨(dú)設(shè)定為輸入/輸出、可設(shè)定高阻輸入、驅(qū)動能力強(qiáng)等特性，使I/O口的資源靈活、功能強(qiáng)大、可充分利用。 AVR單片機(jī)有自動上電復(fù)位電路、獨(dú)立的看門狗電路、低電壓檢測電路BOD，多個(gè)復(fù)位，可設(shè)置的啟動后延時(shí)運(yùn)行程序，增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。 AVR單片機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了單片機(jī)集多種器件和多種功能于一身，充分體現(xiàn)了單片機(jī)技術(shù)的從“片自為戰(zhàn)”向“

31、片上系統(tǒng)SOC”過渡的發(fā)展方向。 綜上所述，AVR單片機(jī)是8位機(jī)中的佼佼者。它具備了高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價(jià)位的特點(diǎn)。也正因?yàn)榇耍鞠到y(tǒng)使用了AVR單片機(jī)中的一款高端單片機(jī)Atmage16作為控制核心。2.3單片機(jī)的串口功能單片機(jī)作為控制核心其首要職能是接收上位機(jī)送來的數(shù)據(jù)并作相應(yīng)處理。而通信的可靠性和有效性直接影響到了系統(tǒng)的功能。由于本設(shè)計(jì)采用的是有線通信，有較好的可靠性，而AVR單片機(jī)本身有著強(qiáng)大的串行通信能力，只要對Atmage16內(nèi)部進(jìn)行設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)簡單通信。AVR單片機(jī)的通用同步和異步串行接收器和轉(zhuǎn)發(fā)器(USART) 是一個(gè)高度靈活的串行通訊設(shè)備。主要特點(diǎn)為：（1）全雙

32、工操作( 獨(dú)立的串行接收和發(fā)送寄存器)；（2）異步或同步操作；（3）主機(jī)或從機(jī)提供時(shí)鐘的同步操作；（4）高精度的波特率發(fā)生器；（5）支持5, 6, 7, 8, 或9 個(gè)數(shù)據(jù)位和1 個(gè)或2 個(gè)停止位；（6）硬件支持的奇偶校驗(yàn)操作；（7）數(shù)據(jù)過速檢測；（8）幀錯(cuò)誤檢測；（9）噪聲濾波，包括錯(cuò)誤的起始位檢測，以及數(shù)字低通濾波器；（10）三個(gè)獨(dú)立的中斷：發(fā)送結(jié)束中斷, 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空中斷，以及接收結(jié)束中斷；（11）多處理器通訊模式；（12）倍速異步通訊模式；（13）增強(qiáng)性的高速同/異步串口，具有硬件產(chǎn)生校驗(yàn)碼、硬件檢測和校驗(yàn)幀錯(cuò)、兩級接收緩沖、波特率自動調(diào)整定位（接收時(shí)）、屏蔽數(shù)據(jù)幀等功能，提高了通

33、信的可靠性，方便程序編寫，更便于組成分布式網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用，串口功能大大超過MCS-51/96單片機(jī)的串口，加之AVR單片機(jī)高速，中斷服務(wù)時(shí)間短，故可實(shí)現(xiàn)高波特率通訊。ATMega16單片機(jī)控制串口寄存器有UDR,UCSRA,UCSRB,UCSRC,UBRRH。主要功能如下：UDR：USART 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器和USART 接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器共享相同的I/O 地址，稱為USART 數(shù)據(jù)寄存器或UDR。將數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)DR 時(shí)實(shí)際操作的是發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器存器(TXB)，讀UDR 時(shí)實(shí)際返回的是接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器(RXB) 的內(nèi)容。UCSRA：控制狀態(tài)寄存器A，用于顯示發(fā)送、接收結(jié)束，

34、幀錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)溢出等串口站工作過程中出現(xiàn)的狀態(tài)。UCSRB：控制狀態(tài)寄存器B，用于發(fā)送、接收結(jié)束中斷使能，串口使能等串口功能的設(shè)置。UCSRC：控制狀態(tài)寄存器 C，用于設(shè)定奇偶校驗(yàn)位，停止位，同步、異步等串口每幀發(fā)送的格式。UBRRH：波特率寄存器,用于存放串口波特率。2.4 ATmega16單片機(jī)PWM功能脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)

35、壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。多數(shù)負(fù)載(無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于

36、10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。ATmega16就是其中一種，ATmega16自帶有四路PWM輸出，每一個(gè)都可以選擇接通時(shí)間和周期。占空比是接通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：1.設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期2.在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間3.設(shè)置PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管腳4.啟動定時(shí)器5.使能PWM控制器。快速PWM模式(WGM21:0 =3)可用來產(chǎn)生高頻的PWM波形。快速PWM模式與其他PWM模式的不同之處是其單邊斜坡工作方式。計(jì)

37、數(shù)器從BOTTOM計(jì)到MAX，然后立即回到BOTTOM重新開始。對于普通的比較輸出模式，輸出比較引腳OC2在TCNT2與OCR2匹配時(shí)清零，在BOTTOM時(shí)置位；對于反向比較輸出模式，OC2的動作正好相反。由于使用了單邊斜坡模式，快速PWM模式的工作頻率比使用雙斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高頻操作特性使得快速 PWM 模式十分適合于功率調(diào)節(jié)，整流和DAC應(yīng)用。高頻可以減小外部元器件(電感，電容)的物理尺寸，從而降低系統(tǒng)成本9。工作于快速 PWM 模式時(shí)，計(jì)數(shù)器的數(shù)值一直增加到MAX，然后在后面的一個(gè)時(shí)鐘周期清零。快速 PWM 模式時(shí)序圖如下圖。圖中柱狀的 TCNT0 表示這是單邊斜坡操作

38、。方框圖同時(shí)包含了普通的PWM輸出以及方向PWM輸出。TCNT2斜坡上的短水平線表示OCR2和TCNT2的比較匹配。計(jì)時(shí)器數(shù)值達(dá)到MAX時(shí)T/C溢出標(biāo)志TOV2置位。如果中斷使能，在中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序可以更新比較值。工作于快速PWM模式時(shí)，比較單元可以在OC2引腳上輸出PWM波形。設(shè)置COM21:0為2可以產(chǎn)生普通的PWM信號；為3則可以產(chǎn)生反向PWM波形。要想在引腳上得到輸出信號還必須將OC2的數(shù)據(jù)方向設(shè)置為輸出。產(chǎn)生PWM波形的機(jī)理是OC2寄存器在OCR2與TCNT2匹配時(shí)置位(或清零)，以及在計(jì)數(shù)器清零(從MAX變BOTTOM)的那一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期清零(或置位)。輸出的PWM頻

39、率可以通過如下公式(3-1)計(jì)算得到： (2-1)變量N代表分頻因子(1、8、32、64、128、256或1024)。OCR2寄存器為極限值時(shí)表示快速PWM模式的一些特殊情況。若OCR2A等于BOTTOM，輸出為出現(xiàn)在第MAX+1個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期的窄脈沖；OCR2為MAX時(shí)，根據(jù)COM21:0的設(shè)定，輸出為高電平或低電平。通過設(shè)定OC2在比較匹配時(shí)進(jìn)行邏輯電平取反(COM21:0 = 1)，可以得到占空比為50%的周期信號。OCR2為0時(shí)信號有最高頻率 。這個(gè)特性類似于CTC模式下的OC2取反操作，不同之處在于快速PWM模式具有雙緩沖。3 傳感器的選擇及功能介紹3.1傳感器傳感器是能感受規(guī)定的

40、被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，它的性能直接影響到整個(gè)檢測電路，對檢測系統(tǒng)起著重要的作用。傳感器的定義國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的分類可以用不同的觀點(diǎn)對傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng)

41、)；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。 根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類 ：傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。 化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。 有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。化學(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會有巨大增長。 按照其用途，

42、傳感器可分類為： 壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅鳌⒛芎膫鞲衅鳌⑺俣葌鞲衅鳌崦魝鞲衅鳌⒓铀俣葌鞲衅鳌⑸渚€輻射傳感器、振動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。以其輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 模擬傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號。 數(shù)字傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。 開關(guān)傳感器當(dāng)一個(gè)被測量的信號達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號。 現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開發(fā)強(qiáng)度。傳感器開發(fā)的基本趨勢是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。按照其制造

43、工藝，可以將傳感器區(qū)分為：集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器。 集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。 薄膜傳感器則是通過沉積在介質(zhì)襯底(基板)上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。 厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。 陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)15。傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因

44、為這時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。傳感器的動態(tài)特性所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用

45、階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。傳感器的靈敏度靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y對輸入量變化x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。傳感器的分辨力分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一

46、非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨力時(shí)，其輸出才會發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相相關(guān)性。傳感器的遲滯性遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）行程間輸出-一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示。遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸

47、收造成。3.2熱釋電紅外傳感器本次設(shè)計(jì)智能節(jié)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(jìn)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(yīng)的范圍也很小，但是在它正面加上一個(gè)菲涅爾透鏡以后，它的信號采集范圍可以增大到20米左右。本次設(shè)計(jì)對熱釋電紅外傳感器的性能要求比較高，因?yàn)樗杉貋淼男盘枌⒅苯佑绊憻艄饪刂齐娐返目刂菩袨椤Ｊ紫龋@種傳感器要對人體發(fā)出的紅外線感應(yīng)很靈敏，而對其他的小動物發(fā)出的紅外線不起作用。其次是能夠感應(yīng)較遠(yuǎn)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(xì)介紹熱釋電紅外傳感器的工作原理以及工作特性。概述熱

48、釋電紅外傳感器是一種非常有應(yīng)用潛力的傳感器。它能檢測人或某些動物發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。早在1938年，有人就提出利用熱釋電效應(yīng)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(shù)的迅速發(fā)展，才又推動了對熱釋電效應(yīng)的研究和對熱釋電晶體的應(yīng)用開發(fā)。近年來，伴隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以及對該傳感器的特性的深入研究，相關(guān)的專用集成電路處理技術(shù)也迅速增長。本文先介紹熱釋電傳感器的原理，然后再描述相關(guān)的專用集成電路處理技術(shù)20。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(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。熱釋電效應(yīng)是指當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電

49、荷，由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)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(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心相對移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會產(chǎn)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(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有T的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會在兩個(gè)電極上會產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)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(gè)場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Q會跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境

50、溫度穩(wěn)定不變時(shí)，T=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有信號輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)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(fā)出10mm左右特定波長的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的。紅外線通過菲涅耳濾光片增強(qiáng)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(shí)就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生電壓信號。被動紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個(gè)

51、熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出21。熱釋電紅外傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)不同于主動式紅外傳感器，被動紅外傳感器本身不發(fā)任何類型的輻射，隱蔽性好，器件功耗很小，價(jià)格低廉。 但是，被動式熱釋電傳感器也有缺點(diǎn)，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(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈；被動紅外探測器的主要檢測的運(yùn)動方向?yàn)闄M向運(yùn)動方向，對徑向方向運(yùn)動的物體檢測能力比較差。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

52、探測范圍內(nèi)地面上地小動物，一般不產(chǎn)生報(bào)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(jī)電磁干擾不會引起誤報(bào)。（3）抗燈光干擾：探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用前景隨著相關(guān)信號處理器性能和可靠性的不斷提高，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(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎，廣泛應(yīng)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(bào)警、來客告知及非接觸開關(guān)等紅外領(lǐng)域。除了在眾所周知的摟道自動開關(guān)、防盜報(bào)警上得到應(yīng)用外，在

53、更多的領(lǐng)域應(yīng)用前景看好。3.2.6小結(jié)經(jīng)過前面的介紹，對熱釋電紅外傳感器有了充分的了解，包括它的工作原理以及各種抗干擾特性。它的各種特性都滿足本次智能節(jié)能臺燈對傳感器的要求，特別是它對人體發(fā)出的紅外特別敏感的特性很符合需要。利用它的這一特性還可以把它運(yùn)用到日常安全防盜系統(tǒng)中去，因?yàn)榉辣I報(bào)警系統(tǒng)所針對的采集對象也是人體發(fā)出的紅外線。3.3菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡在本次設(shè)計(jì)中的作用是輔助熱釋電紅外傳感器采集人體發(fā)出的紅外線，它可以把較遠(yuǎn)距離的人體發(fā)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(yuǎn)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，在它的輔助之下才能采集到

54、較好的輸入信號。下面介紹一下菲涅爾透鏡的組成結(jié)構(gòu)及工作原理。概述菲涅爾透鏡 (Fresnel lens) 多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對靈敏度和接收角度要求來設(shè)計(jì)的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測距離遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡在很多時(shí)候相當(dāng)于紅外線及可見光的凸透鏡，效果較好，但成本比普通的凸透鏡低很多。多用于對精度要求不是很高的場合，如幻燈機(jī)、薄膜放大鏡、紅外探測器等。菲涅爾透鏡的工作原理菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光

55、學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而增強(qiáng)其能量幅度。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。 菲涅爾透鏡的優(yōu)點(diǎn)菲涅爾透鏡,簡單的說就是在透鏡的一側(cè)有等距的齒紋.通過這些齒紋,可以達(dá)到對指定光譜范圍的光帶通(反射或者折射)的作用.傳統(tǒng)的打磨光學(xué)器材的帶通光學(xué)濾鏡

56、造價(jià)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(bào)器上。如果你拿一個(gè)看看，你會發(fā)現(xiàn)在每個(gè)PIR上都有個(gè)塑料的小帽子。這就是菲涅爾透鏡。小帽子的內(nèi)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。小結(jié)通過前面對菲涅爾透鏡組成材料和在工作過程中起的作用可以知道，菲涅爾透鏡是利用透鏡的特殊光學(xué)原理，對人體發(fā)出紅外線信號進(jìn)行聚集，類似于凸透鏡的聚焦原理。菲涅爾透鏡價(jià)格也比較低廉，考慮到我們的智能節(jié)能臺燈針對的是廣大的普通用戶，成本要比較低，才能適合廣大的消費(fèi)者。所以在本次設(shè)計(jì)中所使用的元件都盡量

57、考慮物美價(jià)廉的。3.4光敏電阻光敏電阻的重要特性是它的阻值大小隨著環(huán)境光的改變而改變，當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，它的阻值減小，相反當(dāng)環(huán)境光較弱時(shí)，它的阻值就會增大，這是跟它本身的制作材料有關(guān)的。本文的智能節(jié)能臺燈設(shè)計(jì)也是利用了光敏電阻的這一特性，用它來感應(yīng)環(huán)境光的強(qiáng)度。若是環(huán)境光較強(qiáng)的時(shí)候，比如白天時(shí)，光敏電阻的阻值就很小，傳感器信號處理電路會根據(jù)它的阻值進(jìn)行相應(yīng)的處理；相反當(dāng)環(huán)境光較弱的時(shí)候，比如晚上或者陰天時(shí)，它的電阻值就會變大，同時(shí)熱釋電紅外傳感器要是檢測到有人在附近時(shí)，傳感器信號處理電路就會把這些信號經(jīng)過處理傳到單片機(jī)控制電路，從而啟動點(diǎn)亮臺燈。所以光敏電阻對環(huán)境光的檢測在電路中也很重要。對光敏電阻要求也很高，要對環(huán)境光比較敏感，及時(shí)把信號傳送到信號處理檢測電路。要了解光敏電阻是如何工作的，先要對它的組成材料和內(nèi)部構(gòu)造有一定的了解，下面介紹光敏電阻的一些特性。概述光敏電阻器（photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)