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1、基于单片机智能声控灯设计与实现随若社会的不断发展人们的生活质量也越来越高，日常的璐明在生活中日益重要,照明在能源消耗的占比也日益增加，同时随着经济的发展在安全方面的隐患也逐渐显露出来.因此为了减少资源的浪费和保障财务的安全,节能和防盗报警显得尤为重要。本设计运用STC89C52单片机结合1.ED灯照感技术、人体红外感应技术等来实现一个声控防盗报警智能灯的控制。单片机通过继电器来控制照明设备的开关，通过光照检测电路中的光敏电阻来判断设备外部光线的强弱，通过声音采集器和人体红外感应来判断是否有行人通过，从而来判断照明设备的开闭与否。再通过按钮布防,在布防状总下如有行人通过，将会触发连鸣片警报。关键
2、词：声控防盗报警智能灯；STC89C52;蜂鸣器报警目录1结论21.1.概述21.2 国内外研究现状31.3 课题研究的目的与意义31.4 本文主要研究内容41.5本文的研究内容42硬件设备选型52.1 单片机选型52.1.1 ST89C52单片机52.1.2 MSP430F249单片机521.3A1.mega8单片机52.1.4 综合分析错误!未定义书签。2.2 光敏电阻选型72.3 人体感觉方式82.4 声音传感器选型82.5 驱动设备82.6 系统整体电路83硬件设计93.1 单片机最小系统的设计93.2 光照采集电路io3.3 声音信号采集电路113.4 人体红外检测电路113.5 人
3、体红夕脸测报警电路123.6 继电器控制电路134软件程序设计144.1 Kci1.UViSiOn4软牛介绍154.2 系统程序流程设计错谀书签。5仿真结果175.1 仿真软件简介175.2 系统仿真结果错书签.结论18参考文献19附录-20-1结论1.1 概述啮者城市化的逐年发展，城市建筑密度也是在迅速增大,人们的生活质量更是节节攀升。生活中的智能产品也更是随着科技的发展不断地推陈出新，智笛电磁炉、智能电饭煲、智能洗衣机等日常家具也是越来越便利,它们利用单片机来控制其各种切篷使其达到智能化控制。然而大部分家庭中已经使用的是白炽灯、台灯等传统灯具,这些灯具都有其很大的缺点.首先传统灯具功率消耗
4、大,耗电多；其次一部分人经常会出门忘记关灯而造成电能的不必要浪赞.而且当主人不在家时也会遇到陌生人入室偷窃的隐患,因此智能灯的推出有着无比巨大的意义。1.2 国内外研究现状和发展趋势隐着社会的不断发展,国家的“十一五”规划把环保和节能作为两大主邈，并且在长期的节能规划中提出照明用电占全国电量的13%,可见照明节能的重要性。从节能和寿命的角度来说,1.ED灯的耗能仅仅为节能灯的1/4,白炽灯的1.101.ED灯的寿命也可以达到IO万小时以上，这可谓是普通家庭的福音。1.ED灯同时也不含铅、汞等有害金蜃元素。I同时满足了节能与环保的要求。由于电子科技时代的发展,使得声控灯电路能更好的实现智旎化,国
5、际社会上对1.ED产业的反应也十分强烈,日本早在1998年就开始实瞄21世纪光计划”,美国在2000年开始推行“国家半导体照明计划”，同年欧盟也启动了“彩虹计划”，其目的都是为了推动1.ED的应用和发展。很多国家都开始鼓励使用节能型的光源，欧盟和澳大利亚都从2016年开始禁用白炽灯,美国也从2020年开始禁用白炽灯。2节作环保一直是我国的产业发展战路,并相继推出一系列政策来促进半导体产业的发展。我国也对1.ED产业高度里视，我国的优秀科研者们也从未停止过在1.ED应用方面的研究探索，2003年6月我国科技部联合了信息产业部、建设部、轻工业联合会等多个单位成立国家半导体照明工程协调领导小组，紧急
6、地启动了国家半导体照明工程。中国半导体照明工作小组的成立也充分的说明了我国政附对1.ED在照明领域的发展寄予了厚望。2006年初,国务院也发布了国家中长期科学和技术发展规划纲要,节能高效且寿命长的半导体照明产品被列入了中长期规划第一重点领域的第一优先主题，这一发布也在国内外引起了广泛的关注。1.3课题研究的目的与意义众所周知,节能是一个照明控制的最具说服力的优势，传统的家庭生活都是白天关灯晚上开灯,都是通过不必要的电源浪费来减少冢庭内不必要的日常开支.本课题的智能声控灯就很好地解决了旎源浪费这一问题,智施灯在保证所需的原明条件之外,在无人的情况下它有效的减少了灯具的使用时间,节约了不必要的电源
7、开支,同时也延长了灯具的使用寿命,同时智能灯照明也提高了管理水平.智能控制主要以自动化控制为主、人工控制为辅,在一般情况下智能灯的开关都不需要人为的开启与关闭,大大地减少人们在灯具是否关闭上所耗费的精I1.1.王文歼.JKUJI明技割控制金【”.曾健建就与城与城窈.20IK.37O):5-T.12)K.fift.Wr1.ft明控”余妖的工卅应用J).W假电r.20N.3Ma:912.力。同时也可以通过人体红外线感应布防、报警来恐吓住当主人不在家时入室行窃的小偷,大大地提高了主人不在家时家中财物的安全性。14本文主要研究方法(I)首先,本次设计使用的是成本梢微划算的STC89C52单片机.实现智
8、能声控灯的照明和报警功能，节约了系统的制造成本。(2)此次也是通过软件的程序编程来实现所需要的大部分功能.一部分硬件所需要的功能也转化为以软件的形式实现，更加的节约了制造成本，同时也能更好的实现所需功能。(3)软件程序的程序编码大部分也是使用C语言来进行编写,能够更好的便于我们的阅读、理解和修改,同时,也对部分的程序进行了一些注释,使程序的运行不容易出错，保证了系统运行的稳定性。(4)通过简化电路.从而降低了系统外在因素所带来的干扰，这样也大大的增强了系统的运行稳定性。1.5本文的研究内容本又衢要的描述了本课题的研究意义,表明了研究内容的创新点。之后对电路的硬件设备上也进行了精心的挑选，对比了
9、多种所需的元器件,挑选出最为合适的揩其使用.之后也阐明了单片机系统、人体红外传感系统、光照系统、光照测试模块等硬件的功能和运行。之后通过软件的程序编写来完成对主程序和各个功旎的子程序流程图中所需要完成的功能。通过实物来证明可行。2硬件设备选型2.1 单片机选型2.1.1 ST89C52单片机单片机在整个微控制器领域具有广阔的应用领域和悠久的发展历史,单片机再很多行业内都有广泛的应用。尽管51系列的单片机的配置相较于其他单片机可能相对较低,但是其凭借着自身的价格优势和操作筒便的优势在众多的单片机中脱颖而出。,本文选取的是STC89C52单片机，STC89C52使用的是MCS-5I内核,其中它增加
10、了很多改进所以吏得其芯片具备了传统51单片机所不具备的功能。它把控制应用所需的基本内容都集成再一个集成电路芯片上.使得STC89C52可以为众多的嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。其基本参数和结利特性如下： 微处理器：该单片机具有一个8位的微处理器.它与通用的微处理器一样具备运算器和控制器两大部分,但是它增加了面向控制点额处理功能.这样就使它不仅仅可以处理数据,还可以迸行位变量的处理。 数据存静器：单片机内为128个字节,用来存储程序在运行时的工作变星、中间运算结果、数据的缓存。 接口：1个全双工的串行口,具有四种工作方式。可用来进行串行通讯扩展并行1/0口,甚至与多个单片机相连沟成
11、多机系统.从而使单片机的切能更强且应用更广。还具有4个并行8位的I/O口,分别为P1.EkP2P3P4o 该具体参数如下表21所示：表2.iSTC89C52单片机的基本参数表工作电压3.3V5.5V工作频率(MOMHZF1.ash8KIO引脚32个RAMS12字节定时器3个16位定时器2.1.2 MSP430F249单片机对于MSP430F249这款超低功耗控制器来说，它是荚国T1.公司专门为简单刃。BMJ.m片W!K计算也与按”技术，）.北流：电子工业也量tt.21XH4519.应用设计的,在设计的过程中利用了很多低功耗外设，使得该控制器应用过程中能够进一步延长电池的使用寿命。其具体优势如下
12、：内部配置有16位的CPU,并且内置了2个的定时雳和1个12位的AD转换器，这些配置能够保证它可以满足大部分应用需求。 该芯片拥有的IO针御共计48个.就算是一些豆杂的并行控制也艇够实现。 内苣了32kHz晶振,能够支持的额定频率高达6MHzn.内部还拥有3个具有捕获/比较功能的16位计时器TimeJA和7个带有影子寄存器的16位TimejBo 在待机过程中,该芯片功耗只有03uA,并且可以在不到IUS的时间将其从待机状态唤醒。 该具体参数如下表2.2所示：表2.2MSP430F249单片机的基本参数加定电压1.8V36V额定频率16MHzRAM2KIO引脚48个定时器两个16位定时转ADC1
13、2位2.1.3ATmega8单片机1997年.ATME1.公司利用F1.ash新技术,研发出RISC精简指令集的高速8位单片机.简称AVR。而ATmega8更是该公司再2002第一季度推出的一款非常特殊的非常特殊的AVR单片机,其芯片内部集成了较大容量的存惆器和丰富的硬件接口电路.其接口强大且价格低廉的优势外加可以进行单片机嵌入式系统的设计和开发.这些特点使其成为一款极具性价比的单片机，在市场上具有很强的竞争力,深受广大单片机用户的肯睬。$其主要优势有：在相冏的系统时钟下AVR运行速度快。芯片内部的FIaSh和EEPROM容至较大并且都可以反豆烧写和支持在线编程烧写。每个K)口都可以以推挽冤动
14、的方式输出高、低电平,驱动凿力强。其具体参数如下表2.3所示：4*.ttSTt89C51单片机纽声拔11距第fi的设计【二.如与武压.2012.26(1:19-23.|$|u.EM.空NFm片机侑W怆H度控X支维riiMj1.,农机化照底.2Q12.33jnw.冬会应联r物联Hit*：的H（“杆京伐衣计0】.竹洋;叼微屐统.22。,2“6）：什-*.4软件程序设计本次系统的软件设计部分希望使用良好的逻辑设计,通过合理的调用名种功能函数,使得硬件电路中的各个器件电路能够发挥到预期功能。现在在软件设计的过程中往往是采用模块化编程的思跑,这样可以将软件系统中的各个功能集成为一个函数模块.后续可以在需
15、要时较为方便的调用某些函数,从而能够在一定程度上节约系统的存储空间,最终实现优化系统软件设计逻辑的目标。智能声控灯从硬件结泡上能够看出，它的硬件部分是由STC89C52芯片、光照信号采奥电武声音信号采案电路、入达红外检测电路、继电器控制电路等元件组成了它的硬件设计部分。为了让各个硬件的主要功能能够可以正常实现。在软件设计的过程中,其主要的任务就是完成对光照检测电路和对热释电传感器电路的输出信号来进行处理。当周围环境的光照强度弱并且检测到室内有人时,输出高电平,系统控制点亮照明设备并延时一段时间,过段时间再进行检测如若再次检测到室内无人时，则控制照明设备熄灭。按下布防按钮时，检测到室内有人时.则
16、触发蜂鸣器来引发防盗报警程序。4.1 Kei1.uvision4软件介绍随着单片机技术的不断发展，其策片机的开发软件也在不断地进行发展和更新,从普遍的使用汇编语言逐渐的到使用高级语言开发，Kei1.软件是目前最多进行开发51系列单片机的软件,这从近年来各仿舆机厂商纷纷宣布全面支持Kci1.0其引入了灵活的窗口管理系统,能够使开发人员同时盲看多台监视器.箜看见窗位置的任何地方.他能够使用户很好的利用屏茸空间和非常有效地组织多个窗.艇够提高开发人员的生产力.更高效地进行程序开发。它是使用一种接近的C语言的语法来进行开发的。与汇编语言相比.C语啻在功能、结构、可读性以及可维护性方面都具有非常明显的优
17、势,十分适合初学者的学习以及使用。除增加了源代码、切器导航器、模板斓辑以及改进的搜索功能外,Uvision4还提供了一个配苣向导功能,加速了启动代码和配著文件的生成。在功能上,Kei1.软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,通过一个集成开发环境(UVision)将这些部分组合在了一起.在外观上采用全WindOWS界面,这样使用户更容易上手。性能上,即便是使用高级语言开发应用程序，其生成的目标代码效率也非常高，多数语句生成的汇编代码也十分紧凑。4.2 主程序流程设计本文的主程序并不复杂，主要是需要实现全局变量定义、相关函数的解释声明。系统主程序采用中断方式实现对传感器的调用,在函数的
18、调用中不断地对周困的光照强度、声音和有无行人进行检测测试,其具体程序代码见附录。主程序流程如图4.1所示。图4主程序流程图5系统的抗干扰技术在系统安装和调试时.系统总是会因为周遭坏境的因素所干扰，因此在单片机应用系统中.可靠性的设计和抗干扰的技术变得尤为重要。干扰将会产生以下后果：数据采集的误差加大程序运行失常系统被控对象误操作被控对象状态不稳定数据发生变化。5.1单片机应用的抗干扰设计(I)供电系统。防止被电源系统干扰，我们可采取使用交流稳压器来保证供电的稳定性,防止电源的过压或者欠压。使用隔离变压器来过滤掉高频噪声.低通滤波器来过滤撩工频干扰O(2)注意印制电路板的布线与工艺。在硬件设计上
19、采用多层印制电路板.多层板可以提供一个良好的接地网,可防止产生地电位差和元件之间的藕合。印制电路板一定要合理分区。模姒电路区、数字电路区、功率驱动区要尽星分开些.地线不能相混,分别和电源端的地线相连。G)印制电路板要按单点接电、单点心接地的原则送电。噪声元件与韭噪声元件要分开些。时钟振荡电路和特殊高速逻辑电踞部分用地线圈起来,让周围电场更M趋近于零。使用满足系统要求的最低频率的时钟,时钟产生器要尽量窕近用到该个TT1.或20多个CMOS。如果输出负载过于严重,则会降低输出电平,便电平处于或低于被驱动器件的输入门搐电平,从而造成系统的不稳定。(3)提高元器件的可靠性。选用茴量好的电子元件，并通过
20、严格的测试和筛选。设计时使用的元件技术参数要有一定的余量C提高印制板和组装的质量。(4)使用双机冗余设计。在对控制系统的可靠性有严格要求时,使用双机冗余可进一步提高系统的抗干扰能力。双机冗余,就是在执行同一个控制任务时,可安排两个单片机来完成.斯主机与从机。在正常情况下,主机掌握着控制权.对整个系统进行控制,同时,从机处于待机的状态,等待仲裁器的触发。当主机由于某种原因而误操隹时,仲裁器根据判别的条件,若认为主机程序已混乱,则切断主机的益线控制权,将从机唤醒，这时从机将会代替主机进行处理与控制系统。随着人类工业生产水平和科技水平的不断提升,使我们对各类电力电子设备的研发提供更多的支持，使得生活
21、变得更加便利。生活而量的提高就加剧了各类能源的消耗,近几年来雾霆、海上垃圾、新能源开发成为了人们关注的一个焦点。人们更加迫切的希望节能环保。随着传感器技术的不断迭代,半导体技术也不断的完善,各式各样的传感器层出不穷.本次设计就是一款基于单片机的智能声控报警灯系统,这边以单片机作为控制核心,通过光敏电阻、声音传感器、人体红外感应来对当下的环境进行判断，将检测的信号传输给球片机从而驱动开启或者关闭照明设备,也是通过单片机来启动蜂鸣器的报警。本次设计也是精心对比了多款单片机和了解各式各样的传感器设备,从中选择出最符合要求且最便利的型号,从而其保证硬件设施能够很好的展现出所需要的功爱。之后对系统的软硬
22、件进行了合理安排.详细介绍其中的原理。本次设计的整体思路明确.以模块化的方式分别完成各个电路。硬件电路上分为STC89C52芯片、光照信号采集电路、声音信号采集电路、人体红外检测电路、继电器控制电路等五大部分。因此在软件设计上，也对相对应的模块进行了程序编码.分别独立的编码了独立函数,使用时通过调用的万式来降低编程的难度。经过本人的实物测试.可以知道本次设计通过软硬件的完美结合来较好的实现我们心中目标产品的预期功能.实现了智能声控报警灯的基本功能。本次设计出来的产品在与市场同类产品相比更加的具有价恪优势,具有非常好的犷展性。本设计中还有以下几点需要在未来的工作中继续迸行改进：(D本次设计所用到
23、的硬件可以有所升级，这样能够更好完善我们所要求的的各助功能,使得数据更加的精确：(2)该系统还有许多引脚未使用.因此,可以继续进行相关功左的扩展。参考文献(王文升.智正照明控制与节能U1.智能建筑与城市信息2005.37(3):5-7,12陈涛,毛信伟.智能照明控制系统的工程应用北智能电气2)0434(1():9-12.(3)李群芳.单片机微型计算机与接口技术MJ.北京:电子工业出版社,2001:15-19.(4张波.基于STC89C51单片机超声波测距系统的设计J)机床与液压.2012.26(10):19-23.5闫双红，钱珊珠,王楠.等.基于单片机的智能温度控制系统设计J1.农机化研究,2
24、01233(10):4547.|6|隋涛Roieus在智能交通灯的设计与仿真儿科技信息,2009,7(25):9494.7侯荚.基于314、Proteus和Y1.-236设备的单片机教学J.数字通信世界,2020,4(4):226-226.8李全利.单片机原理及应用M,北京：清华大学出版社,2006:24-27.|9|许志隹，奏会城.基于物联网技术的智能灯杆系统设计IJ1.传感器与微系统.2020.24(6):77-78.附录#inc1.udewcommon.hSbiISK=P37;声控引脚SbitGM=P3F:光敏引脚SbiiRT-1.ED=P1.7;人体红外感应灯sbitRTHW=P26W
25、人体红外引脚sbitRTHW_FD=P2T;防盗人体红外sbitB1.1.ED=P2TW报警指示灯sbitBEEP-P20;/,隹呜器sbitBF-1.ED=PIIMW布防指示灯sbitRe1.ay=PI八6W继电器SbitKEY1.-P1.F;布防SbitKEY2=PS;砸防unsignedcharmiao=0:unsignedcharcount=0:unsignedChardengda1.miao=OW迸入布防的等待时间bitbfang-OW布防标志bitbaojing=0：报警标志bitdcngdai=0;进入布防时的等待标志voidTimeOnit()定时器0(TMOD=0x01:TI
26、IO=(65535-46Ogoy255JGOmsT1.O=(65535-46()80)%255;ETO=1;TRO=I：EA=I;voidkeyscantM按微扫描IifKEY1.=0W布防滋度下(dc1.ay_ms(IO);if(KEY1.=0)Whi1.dKEY1.=0);if(bufang=OW检测是否在布防模式下,如果不是.则开自(dengdai_Iniao=时间赋值20秒dengdai=I力开启进入布防嗅式的等待标志BF_1.ED=O;baojing=0;ifwhi1.dKEY2=0);dengdai=0：等待标志清雪bufang=0力布防标志清等B匕1.ED=1力熄灭布防指示灯ba
27、cjing=0J3果手动报警没开后,则关闭报警voidntin()bitvoice=0;bitSomeone=0:Time()疝0力定时器初始化whi1.c(1.)(keyscan();iRSK=0M有声音信号Ide1.ay_ms(5);if(SK=O)voice=I;e1.sevoice=0;i1.(RT1.IV=0)然应到有人ISOmeOnC=I;RT_1.ED=(/指示灯亮C1.SM,否则熄灭指示灯IRTJED=I:Someone=0；i(GM=1雁黑夜if(voicc=1.&Somconc-T必闩入,并且检测到真声音.维电器开启miao-1O)AK(S1。秒Re1.ay=0:Iif(R
28、THW_FD-=OW感应到胞人(if(bufang-=Dbaojing-IW开自报警标志dsd否则熄灭指示灯if(bufang=1)baojing=0:if(baqjing=DMg鸣器报饕.1.ED闪母BEEP=O:B1.1.ED=BJ_1.ED:de1.ay_ms(150);e1.seBEEP=1.B1.1.ED=1;)IvoidimO-Zd()interrupt1(staticuchardd_count=0:THO=(65535-46O8OV255:T1.O=(65535-46080)%255;iRdd_count+=10)d(1.-cou)t=O;iHdengdai=I)BH_1.ED=BF_1.ED:惆入布防模式下，削20秒1.ED闪烁iftcount+=20)/1秒(count=0;if(miao0)miao-:当秒不是。的时候,让秒就e1.seRe1.ay=IW1.o秒计时到.关闭继电器if(dcngdai=IW迸入等待时间Iif(dengdai_miao0)(dengda1.miaO-J/当秒不是0的时候,让秒城CkC以0秒等待时间已过完,开自布防嗅式(bufang=1：dengdai=0;BFJ.ED=伏
