红外感应式智能开关控制系统的设计.doc

NANCHANG UNIVERSITY毕业设计The graduation design（20092012年）中文题目:红外感应式智能开关控制系统的设计和实现英文题目：Infrared sensor smart switch control system design and implementation学 院：南昌大学 共青学院系 别：信息工程系专业班级：09应用电子技术学生姓名：肖现飞学 号：8210909043指导教师：何永福 二 一 一 年 十一月摘要随着社会的发展，现代人对生活质量的要求越来越高，智能家居已成为生活选择的必然趋势。本文提出利用STC12C5410AD系列的8051 单片机、红外传感器和光敏电阻等主要器件和使用C 语言,从硬件电路和系统软件两个方面设计一个用户眼下可承受的与未来用得上的红外感应式智能开关控制系统，希望能够将便宜、节能、低碳的新技术普及应用到日常生活中。关键词红外感应 单片机 智能开关1.引言现时尽管自动化技术已经影响到人们生活的方方面面，但在家庭、养老院、办公室等日常生活中用电的场所，大量使用到各种开关电器，人们必须人工手动接通开关提供电源或者关闭开关截断电源实现对电器的功能控制。实用、节能、低碳的智能开关控制系统应用得非常少，主要是因控制系统自动化程度的不同要求用户投入的差异也会很大，对一般家庭而言十分昂贵1，技术成熟性也还不成熟等因素造成的。因此希望设计一个用户眼下可承受的与未来用得上的红外感应式智能开关控制系统来替代现有的普通开关，将便宜、节能、低碳的新技术普及应用到日常生活中，以改变人们生活习惯, 提高人们生活质量。2.设计要求和总体思路2.1 设计要求红外感应式智能开关控制系统具有安全的、人性化的近程或远程控制；实现日常生活低碳、省电、环保等的作用。由此在智能开关控制系统的总体设计过程中提出以下设计要求:(1) 能在多种电压环境下正常工作，具有自动保护功能，安全性强，可靠性高。(2) 控制范围大、灵敏度和精确度高，抗外来干扰能力强，对出现干扰性故障，可以自动恢复工作或转为人工手动控制。(3) 连续工作时间长，不受声、物干扰，性能稳定可靠。(4) 低功耗，使用寿命长。2.2 总体思路红外感应式智能开关控制系统的关键在于接口，接口的关键在于由集成有各种协议的控制集成电路2。目前国际上可用于家居智能控制的IC 芯片较为常见的有单片机芯片、电力载波控制芯片、ARM技术芯片等。用单片机芯片实现智能开关控制与单片机芯片技术发展有着密切的关系，早期的单片机芯片只能用汇编语言进行设计，而且烦杂的外围电路较多，使得设计的成本较高，对开发人员的技术水平有一定的要求。随着时代的发展，制作工艺水平的提高，目前市场上的单片机芯片具有内置CPU 速度快、固化闪存、16 位定时器、振荡、A/D 转换、PWM输出等多种功能和优点以及外围电路简便，可以使用C 语言、汇编语言或两者语言混合编程的优点3。基于设计要求和成本的考虑，设计思路上考虑以单片机为核心,通过对空间环境中是否有人存在的检测信号来控制开关动作,以达到智能开关控制的目的。电路的总体设计思路如图1 所示,主要由电源、红外感应检测电路、单片机及其外围电路以及电力电子开关元件等四部分构成。图1 电路设计总体框图3.硬件电路设计红外感应式智能开关控制系统的控制面板由8051 单片机、红外传感器、光敏电阻等器件组成，通过单片机的程序处理实现各连接电器的开关控制。具有如对于老年人可省去在夜间摸黑寻找照明开关的麻烦，确保其安全活动，同时也免除了家人忘记关闭电器的顾虑等的作用。这样大大方便了人们的日常生活，也节约了用电，提高了用电的安全性，保护了环境。3.1 红外感应检测电路红外感应检测电路由红外感应器与光敏电阻组合检测电路及其逻辑运算电路图组成，应用先进的红外传感器，可以探测人体接近、移动等运动状态，当有人体进入感应区域内时，人体发出的红外辐射线被红外传感器接收到后，并通过单片机的控制而开启或关闭如电灯、电风扇、抽风机、报警器、中央空调风机等电器，从而实现节约电能，降低碳排放。电路使用红外传感器与光敏电阻等器件的进行组合检测，能准确地检测到外界的信号，从而由单片机对该信号进行相应处理。图2 为红外感应检测电路图4。图2 红外感应检测电路图通过被动式红外传感器的检测，人体发出的红外辐射线等信号经过滤整理、放大后，与光电检测逻辑与，输入到单片机及其外围电路（图3）中，经算法运算，输出控制信号，电力电子开关开启；当人体离开感应区域，被检测的信号经过滤整理、放大后，与光电检测逻辑与，并经过开关的延迟时间后自动控制电源信号，电力电子开关停止工作。由红外传感器、光敏电阻等器件及其逻辑运算电路组成的检测电路结构简单，布线少，可靠性高，既降低了电路的生产成本，也方便了以后的检查维修，而且可以通过调整检测器件的参数实现电路的扩展，提高电路的实用性。3.2 单片机及其外围电路单片机及其外围电路采用的STC12C5410AD 系列20 引脚封装的8051 单片机，对空间环境中是否有人存在的检测信号进行控制，以节能、可靠为重点，控制与单片机相连接的各类型日常电器设备，实现设计的多种功能5。该单片机有15 个输入输出端口，除检测信号使用一个输入端口外，其余端口主要用于控制所有系统的检测与开关控制以及驱动系统的电力电子开关，电力电子开关根据不同的驱动需求，可分为继电器、晶闸管、IGBT、GTO 及DC 电力模块。图3 是单片机及其外围电路图。本控制系统将利用一部分端口用于手动开关输入，另一部分端口用于相应继电器、晶闸管、可关断晶闸管、直流电力模块的动作控制，避免人们意外触碰220V 甚至380V 高压，这样人们在一个位置便能控制房间中的电器，既减少了日常生活中的麻烦及不安全因素，又降低了用户使用该系统的支出负担。图3 单片机及其外围电路图4. 系统软件设计红外感应式智能开关控制系统采用双开关控制，在智能开关控制模式下可以根据空间环境中人体的运动状态情况决定电器电源的开启或延时关闭，延长电器使用寿命、节能省电；当生活使用过程中有特殊的需求时，可以根据实际需要通过按钮进行手动控制，达到开启或关闭电源电器的目的或者重新延长开关动作的时间；如果单片机在规定时间内没有信号输入，可以进入睡眠的状态，降低功耗，符合绿色环保、低碳节能的时尚。因此，软件设计要考虑的几个主要问题是：（1）设定光敏和红外标志，以区分不同的工作模式；（2）正确设置开关时延的上下限值；（3）可以根据实际情况，调整系统运行状态。本控制系统的程序软件使用C语言编写，图4 是系统程序设计流程图6。图4 系统程序设计流程图以下是部分的程式设计源代码:void main_f() if(light_mark=1) light_out=1; else light_out=0; if(red_mark=1) if(getbit1=1) red_out1=1; else red_out1=0; if(getbit2=1) red_out2=1; else red_out2=0; if(getbit3=1) red_out3=1; else red_out3=0; if(getbit4=1) red_out4=1; else red_out4=0; if(red_mark=1&&time_1=1) rtime_out=1; else rtime_out=0; if(red_mark=1&&light_mark=1&&time_2=1) rltime_out=1; else rltime_out=0;void main() kinput=0; P1=0x7f; P3=0x3f; cnt1=cnt2=cnt3=0; time1_mark=1200; time_1=time_2=0; red_mark=light_mark=0; TMOD= 0x10; TL1 = 0xF0; TH1 = 0xD8; TCON=0x40; /TR1 置1,开始计数 IE = 0x88; CMOD=0x02; /PCA 时钟模式为fosc/2; CL=0x00; / 清0 计算器 CH=0x00; PCA_PWM0=0X00; CCAP0L=0x3F; / 设置初始频宽 CCAP0H=0x3F; CCON=0x40; /CR 置零，将PCA 计数器打开 CCAPM0=0x42; / 启动PWM,P3_7 输出PWM while(1) debounce()； light(); if(red_in=1) / 红外信号输入 red_mark=1; / 红外标志位 cnt1=cnt2=cnt3=0; / 定时开始计时 time_1=time_2=1; / 两个时间控制标志位 if(light_in=1) light_mark=1; / 光敏标志位 timeset(); / 时间检查函数 main_f(); / 功能开通函数 5.结语通过设计由8051 单片机、红外传感器等组成的控制电路和系统程序可以完成一路智能输入，多路运用继电器、直流电力模块、可关断晶闸管或晶闸管等对直流、交流电源进行控制的开关输出，从而控制各类型日常电器设备，实现各种预定的功能。通过对实际系统的设计与实验，实践证明电路是可靠实用可行的，方便了人们的日常生活，也降低了能耗，减少了碳排放，保护了环境。参考文献1谢麒.浅析智能家居系统的设计应用J.室内设计,2006(4):27-29.2潘庆浩，古鹏.智能家居控制系统技术问题的研究与探讨J.电脑知识与技术,2008（5）：951- 954.3古鹏，温武，陈耀华.新型单片机芯片实现家居智能控制的单元设计J.电脑知识与技术,2008（13）：713- 716.5宏晶科技.STC12C5410AD 系列单片机手册S.2006.6彭为,黄科,雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲M.北京:电子工业出版社,2006.