電氣設計自動化論文-樓道口聲控燈控制系統(tǒng)設計論文

學號： 本科畢業(yè)論文（設計）(2015屆)題目： 樓道口聲控燈控制系統(tǒng)設計 院 系 電子信息工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 指導教師 摘 要聲控燈是一種利用聲音來控制燈光亮與滅的照明裝置,它是由可控硅電路、音頻放大電路和延時電路等組成，它的原理是當暮色降臨后,有人經(jīng)過聲控燈附近并發(fā)出聲響時,聲控燈會自動點亮為行人提供照明,當行人離開一段時間后聲控燈會自動熄滅。但在白天即使有人經(jīng)過聲控燈附近并發(fā)出聲響聲控燈也不會點亮，這樣便達到了用時即亮，不用即滅的效果，從而達到節(jié)約能源的目的，并有訪誤觸而帶有的延時關閉功能，設有手動開關，使其使用更急方便。 本課題是以STC89C51單片機為主，采用引腳功能和指令系統(tǒng)與MCS相兼容的單片機為核心來研究聲光控開關的設計，設計中采用駐極體來完成對聲音信號的采集，并且可以通過電位器來調(diào)節(jié)對聲音的靈敏度，此外還設有光明控制電路，同樣可以通過對電位器的調(diào)節(jié)來控制對光線強弱的敏感性，再通過單片機內(nèi)部軟件加以判斷使開關在白天時即使有聲音也不工作并且在聲控燈工作一段時間后可以自行熄滅，這種聲光雙控的系統(tǒng)大大降低了能源的消耗，節(jié)約了人力物力，提交本設計的可行性與可靠性。重要的是聲控燈不僅僅適用于居民區(qū)的樓道口，而且還適用于工廠，寫字樓，教學樓等公共場所，具有小體積、美觀、制作及操作方便等優(yōu)點，在今后的發(fā)展中將會使聲控燈普及各個大街小巷，暫且不論其節(jié)能價值，其在環(huán)保方面也頗為建樹，沒有熱輻射，也沒有汞等重金屬及其污染物的的處理問題，因此還被成為“綠色照明光源”的明日之星。更何況在我國大部分城市都采用全夜燈的方式用于街道照明，此方法存在兩個問題：其一，后半夜行人稀少，采用全夜燈的方式未免也太浪費資源，此外，全夜燈的照明方式會影響街道旁邊居民的睡眠，影響到居民的生活質(zhì)量，由此可見其發(fā)展的前途將不容小歔。關鍵詞：聲光控，智能，節(jié)能，可靠性。AbstractVoice control lamp is a way to use voice to control the lighting of the lights on and off, it is made of silicon controlled rectifier circuit, audio amplifier circuit and delay circuit, its principle is that when the evening, near someone through voice control lamp and make a sound, voice control will automatically light for pedestrians to provide lighting, when the pedestrian leave after a period of time voice control will automatically go out. But during the day, even if someone pass by voice control lamp near and audible voice control lamp will not light, thus achieved when the bright, without the effect, so as to achieve the purpose of saving energy, and have a visit to touch with the delay of the closure of the function, is equipped with manual switch, make its use more convenient.This topic mainly on STC89C51 microcontroller, using the pin function and the instruction system with MCS compatible MCU as the core to study light-operated switch design, adopted in the design of electret to complete the voice signal acquisition, and can adjust the sensitivity of sound through the potentiometer, moreover also has the light control circuit, also can through the potentiometer to adjust to control their sensitivity to light, and then through the single chip microcomputer internal software to determine the switch even if a voice in the daytime dont work and work on the voice control lamp after a period of time can put out by oneself, the acousto-optic double control system greatly reduces the energy consumption, save manpower, submit the feasibility and reliability of the design.Importantly corridor voice control lamp not only applicable to the residential areas, but also suitable for factories, office buildings, buildings and other public places, has small volume, beautiful, and the advantages of convenient operation, in the future development will make the voice control lamp popularize various streets, regardless of its energy conservation value, its also quite accomplished in environmental protection, no radiation, no mercury and other heavy metals and the processing of pollutants, so also known as green lighting source star of tomorrow. Whats more, most cities in China are adopting whole night light the way for street lighting, there are two problems with this approach: first, had deserted, with the method of whole night light is also is a waste of resources, in addition, the whole night light lighting will affect the sleep of street residents, affect the quality of life of residents, so the future of its development will be neglect.Keywords: optical, intelligence, energy saving and reliability.目 錄摘要1ABSTRACT1目錄11. 緒論11.1 課題背景11.2 課題現(xiàn)狀11.3 課題意義11.4 本章小結(jié)12.設計方案及工作原理22.1 課題的研究內(nèi)容22.2技術(shù)方案的選擇22.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)42.4 系統(tǒng)的工作原理52.5 本章小結(jié)53.硬件系統(tǒng)的設計203.1 單片機主控電路203.2 聲音信號采集電路的設計263.3 光信號判斷電路的設計273.4 LM393電壓比較器介紹293.5 繼電器驅(qū)動模塊設計313.6 本章小結(jié)314. 軟件設計334.1 軟件設計語言的選擇334.2 主程序流程圖334.3 定時器程序流程圖334.4 按鍵程序流程圖334.5本章小結(jié)385.聯(lián)調(diào)與測試425.1 軟件調(diào)試385.2 硬件調(diào)試385.3 本章小結(jié)386結(jié)論與展望447 謝 辭32參考文獻33附錄1 總電路圖34附錄2 仿真圖35附錄3 PCB圖36附錄4 源程序37IV 1. 緒論1.1 課題背景當今社會的主潮流是：降低能耗，節(jié)約能源，注重環(huán)保。聲光控開關體積小，外形美觀，反應靈敏，制作容易，是公共場合照明開關的理想選擇，被譽為：“長明燈的克星”。公共場所和居民區(qū)的樓道口所使用的手動開關由于種種原因往往會長明于晝夜之間，這不僅大大縮短了手動開關的壽命增大了維修量給國家、單位以及個人帶來不必要的損失，還有可能帶來不必要的安全隱患。路燈的光控與聲控是路燈自動控制的主要方式，這種控制的主要功能是根據(jù)光照強度和聲音的大小來共同控制路燈的亮和滅。例如，在白天光照強度大的時候，路燈就沒有必要再亮，而在晚上時，我沒通常需要燈是亮著的；同時，考慮到整個晚上路燈都在亮的狀態(tài)勢必會浪費更多的電，而且也會大大地減少路燈的壽命，所以此時就要加上聲控部分了，當人們需要路燈亮的時候只需要發(fā)出點聲音，路燈就會自動亮起來，過一定的時間就會自動滅了。因此，設計出一種電路結(jié)構(gòu)簡單，高效節(jié)能的聲光雙控開關是十分有必要的。1.2 課題現(xiàn)狀我國絕大多數(shù)地區(qū)的路燈關開燈都是采用人工控制或者定時控制，這樣也有許多不利之處：若采用人工控制，則路燈開關存在著一定的不確定性，同時也占用了一定的人力資源；定時控制則存在著夏冬季白黑晝時間不同的情況，使得天還沒黑路燈就開，天還沒亮路燈就滅的情況，大大影響了人們的日常出生活。目前，我國市場上已經(jīng)存在多種節(jié)能燈設備，能夠達到一定的節(jié)能效果，但就其節(jié)能功效來講還不盡如人意，主要原因有二：一是采用可控硅式設備，元器件容易發(fā)熱，可想而知，必然存在一定的安全隱患。二是采用自偶變壓器及磁飽和電抗器的壓降技術(shù)，容易在高峰時期造成燈光閃滅，不能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的功能?；诠矆鏊途用駞^(qū)的樓道口所使用的手動開關由于種種原因會長明于晝夜之間帶來一定的經(jīng)濟損失和安全隱患這些因素，設計一個基于單片機的聲光雙控智能開關系統(tǒng)，使公共場所和居民區(qū)的樓道口的燈在白天時不亮，夜幕降臨時聞聲自亮，待行人走后一段時間，燈光又可自行熄滅，這樣既方便，又節(jié)約能源。1.3 課題意義（1）以51單片機為核心，采用引腳功能和指令系統(tǒng)與MCS-51相兼容的單片機，簡化了電路結(jié)構(gòu)，方便操作者模擬現(xiàn)實生活中的場景，使課題的研究更加具有實際意義；（2）具有聲光雙控功能，系統(tǒng)模擬實際所用聲控燈設計，在白天時不亮，而在夜幕降臨并且有聲音時亮燈，達到用時即亮，不用即滅的效果，以此節(jié)約能源；（3）整個系統(tǒng)擁有延時控制功能，在聲控燈工作一段時間后便可自行熄滅，這樣便可以防止因誤觸而導致聲控燈工作的情況發(fā)生；（4）本課題所設計的聲光雙控系統(tǒng)應時下社會各界及實際生活所需，具有節(jié)能、高效、環(huán)保等諸多優(yōu)點，可以應用至居民區(qū)，工廠，辦公樓等各個社會公共場所。1.4 本章小結(jié)本章主要講述了本次課題是基于原本的照明燈存在著十分嚴重的資源浪費問題以及帶有一定的安全隱患，從而設計出一種電路結(jié)構(gòu)簡單，操作方便且節(jié)能的照明燈已是時下之所需，這將使得照明燈達到用時即亮，不用即滅的目的，避免了街道燈全夜燈火通明等諸類問題，在今后的發(fā)展中將使得聲控燈得以長足的發(fā)展空間。2.課題設計方案及工作原理2.1 課題的研究內(nèi)容利用51單片機設計出來的聲光雙控開關，在電路設計好后，可運用軟件來實現(xiàn)和控制其功能，在自動模式下模擬夜間有聲音的情況下燈光會自行亮起來，而在白天即使有聲音燈也不會亮，而在手動模式下，可以直接通過手動開關來控制等的亮與滅，整個系統(tǒng)方便靈活，并且易修改，在使用過程中更加方便節(jié)能，智能環(huán)保。2.2 技術(shù)方案的選擇目前的聲控開關大多都是應用模擬電子技術(shù)進行設計，分立元件多，不可靠，而且許多聲控開關的平均使用壽命不長，主要是因為電路作頻繁的開關，啟動電流非常大，導致功率元件可控硅由于過載而損壞。如果在設計中采用繼電器驅(qū)動電燈的，能控制比較多的負載燈?，F(xiàn)如今單片機技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而在未來的發(fā)展目標則是利用單片機設計出更加智能的聲光雙控開關系統(tǒng)，硬件具備好以后可以直接用軟件實現(xiàn)對控制以便在使用過程中更加的安全節(jié)能，智能環(huán)保。由于單片機是一種集具有數(shù)據(jù)處理功能的CPU、隨機存儲器RAM、制度存儲器ROM、定時器/計數(shù)器、多種I/O接口以及中斷功能于一起的計算機系統(tǒng)，運用超大規(guī)模電路集成技術(shù)將所有的元器件集中到一塊非常小的硅片上，優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu)，節(jié)約了大量的資源與空間。2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 設計聲光控開關，最起碼要考慮三個問題，其一是燈泡的開關控制，這是由220V市供電。其二是光控制，使其在有光時，即使有聲音也不能亮。其三就是聲音控制，在晚上或光線不足時，只要有人經(jīng)過，發(fā)出聲音，燈泡就會點亮。設計的整體方案圖如圖1所示。整個系統(tǒng)以STC89C51單片機為核心，采用引腳功能和指令系統(tǒng)與MCS-51相兼容的單片機，內(nèi)置4K字節(jié)的EPROM，無需擴展外部程序存儲結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了電路，縮小了體積，降低了系統(tǒng)的成本。整個設計包括以下幾個模塊：（1）聲信號采集模塊，該模塊主要是負責聲音信號的采集并放大，再經(jīng)過電壓比較器輸入到單片機。（2）光信號采集模塊，對光信號進行處理，電路當中有光信號時，輸出一電平信號給單片機，當晚上或光線較暗時輸出一反向信號給單片機，由單片機作出判斷。（3）繼電器驅(qū)動模塊，由單片機控制，通過三極管驅(qū)動繼電器的線圈，達到控制外部燈的效果。本設計以STC89C51為主控芯片的單片機聲控燈，其硬件部分由單片機主控器電路，聲音放大電路， 按鍵電路，繼電器驅(qū)動電路，光線采集電路，電壓比較電路組成，系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)框圖2.4 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)以51單片機為主，采用引腳功能和指令系統(tǒng)與MCS-51相兼容的單片機為核心的電路系統(tǒng)，當光線采集模塊檢測到周圍環(huán)境光線較弱時，一旦聲音采集模塊檢測到聲音燈光便會亮起，內(nèi)置的延時系統(tǒng)在聲控燈工作一段時間后便會自動熄滅，而且可以通過電位器來調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)對光線以及聲音強弱的敏感度，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。2.5 本章小結(jié)本章主要簡介了整個系統(tǒng)的設計方案，先將系統(tǒng)劃分各個子模塊，在實現(xiàn)各個子模塊的功能后再將各個子模塊合成一個整體便實現(xiàn)了聲控燈控制系統(tǒng)的功能，闡述了系統(tǒng)的工作原理是在單片機內(nèi)軟件的控制下當外界光線變?nèi)跚矣新曇舻那闆r下聲控燈會變亮。3.硬件系統(tǒng)的設計3.1 單片機主控電路由于控制、指示、報警電路都是圍繞單片機進行，所以放在一起闡述。STC89C51為主要的中央處理系統(tǒng)，單片機是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計算機，這些元件包括中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM、定時器/計時器、多種I/O口和中斷系統(tǒng)。由于單片機具有體積小、價格低、可靠性高、開發(fā)應用方便等特點，因此在現(xiàn)代電子技術(shù)和工業(yè)領域應用較為廣泛，在智能儀表中單片機是應用最多、最活躍的領域之一。在控制領域中,現(xiàn)如今人們更注意計算機的底成本、小體積、運行的可靠性和控制的靈活性。在各類儀器、儀表中引入單片機，可使儀器儀表智能化，提高計算機的運行速度，簡化儀器儀表的結(jié)構(gòu)，提高其性價比。（一）STC89C51主要功能、性能參數(shù)如下：（1）內(nèi)置標準51內(nèi)核，機器周期：增強型為6時鐘，普通型為12時鐘;（2）工作頻率范圍：040MHZ，相當于普通8051的080MHZ;（3）STC89C51RC對應Flash空間：4KB;（4）內(nèi)部存儲器（RAM)：256B;（5）定時器計數(shù)器：3個16位；（6）通用異步通信口（UART）1個；（7）中斷源:8個；（8）有ISP(在系統(tǒng)可編程）IAP(在應用可編程),無需專用編程器仿真器；（9）通用IO口：3236個；（10）工作電壓：3.85.5V；（11）外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等。（二）STC89C51工作方式STC89C51單片機通常有兩種產(chǎn)生時鐘信號的方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。在51單片機的內(nèi)部有一震蕩電路，只要其XTAL1和XTAL2外接晶振就可構(gòu)成自激振蕩器并產(chǎn)生脈沖信號。 (1) 時鐘電路STC89C51單片機通常有兩種產(chǎn)生時鐘信號的方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。在51單片機的內(nèi)部有一震蕩電路，只要其XTAL1和XTAL2外接晶振就可構(gòu)成自激振蕩器并產(chǎn)生脈沖信號，內(nèi)部時鐘方式如圖3-1所示。其中電容的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振。圖3-1 STC89C51內(nèi)部時鐘電路(2) 復位電路51單片機的復位操作分為手動復位和自動上電復位，復位電路圖如圖3-2所示。單片機的手動復位有脈沖方式和電平方式，只需將RST引腳接入高電平并保持兩個機器周期便可執(zhí)行復位操作。單片機的自動上電復位則是在保證Vcc上升時間不超過1ms的前提下，通過外部復位電路電容的充放電來實現(xiàn)的。圖3-2 STC89C51復位電路單片機的手動復位有脈沖方式和電平方式，只需將RST引腳接入高電平并保持兩個機器周期便可執(zhí)行復位操作。其最小系統(tǒng)如圖3-3所示。圖3-3 單片機最小系統(tǒng)電路為了能使單片機始終處于正常的運行狀態(tài)，其最小系統(tǒng)必須包含電源，時鐘，復位燈部件，電源、時鐘等電路作為單片機運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進行存儲器擴展、A/D擴展等，使單片機完成較復雜的功能。因STC89C51單片機含有ROM/EPROM，所以只需要將51單片機外接時鐘電路和復位電路便可完成最小系統(tǒng)的設計，其結(jié)構(gòu)簡單，功能穩(wěn)定、可靠。但由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。如圖3-4所示圖3-4 單片機最小系統(tǒng)原理框圖3.2 聲音信號采集電路的設計 聲傳感器是一種能將聲波的振動轉(zhuǎn)換為電壓和電流的的聲電轉(zhuǎn)換元件。常用的聲電轉(zhuǎn)換元件有壓電陶瓷片、駐極體話筒等。壓電陶瓷片又稱壓電蜂鳴器，它是根據(jù)某些材料的壓電效應而制成的。當受到外界機械壓力或振動作用時，某些材料會產(chǎn)生壓電效應，產(chǎn)生電壓和電流，其數(shù)值與作用于材料表面的機械力成正比。把壓電陶瓷片材料制作成圓形薄片并在其表面上燒滲一層薄的銀層作為電極，經(jīng)過直流高壓極化，即成為具有壓電效應的壓電陶瓷片。駐極體話筒一般是由駐極體和結(jié)型場效應管組合而成。其中，駐極體是由表面具有永久電荷的某種高分子材料組成包括振膜，背極和空隙三個部分，在振膜和背極間形成一個具有定量電荷的電容結(jié)構(gòu)。由于駐極體膜片和金屬板間的電容量較小，因而它的輸出阻抗值很高，大約能達到幾十兆歐以上，但這么大的阻抗值不能直接與音頻放大器相匹配，可以在話筒內(nèi)接一個與之相適應的輸入阻抗極高的結(jié)型場效應管來進行阻抗變換。駐極體話筒因具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單物美價廉等特點常被作為聲傳感器。MK1為聲傳感器，當沒有聲音時，其輸出為低電壓信號，若有聲音時，輸出一電壓值，該電壓值經(jīng)過三極管放大，可以調(diào)節(jié)其阻值，使其放大倍數(shù)改變，起到調(diào)節(jié)聲音靈敏度的作用。如圖3-5所示為聲音信號采集電路。圖3-5 聲信號采集電路3.3 光信號判斷電路的設計光敏電阻又稱光導管，其常用的制作材料為硫化鎘，當然還包括硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。之所以用這些材料制作是因為其具有在特定波長的光照射下阻值迅速減小的特性，而這種特性又是由于光照產(chǎn)生的載流子在外加電場的作用下作漂移運動使電子流向電源的正極，空穴流向電源的負極，從而使光明電阻的阻值下降。其結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。圖3-6 光敏電阻組結(jié)構(gòu)圖光敏電阻是一種利用阻值可隨光線強弱而改變的材料制造的電阻，又稱為光電導探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。一般用于光的測量和光電轉(zhuǎn)換等。常用的光敏電阻器為硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。由于光敏電阻對光線的敏感性與人眼相差無幾。因而在設計光控電路時，可用白熾燈或自然光作為控制光源，從而使設計大為簡化。樓道上的聲控開關出了聲音控制外，還必須有光控功能，即在白天時無論有無聲音，都不會點亮燈泡，只有在夜晚或是光線較暗時，發(fā)出聲音后，才會開燈。這就必須設計一個光控電路，原理圖如圖3-7所示。圖3-7 光信號判斷電路 圖中R6為光敏電阻器，光敏電阻器的主要功能是，當沒有光照或光線不足時，其阻值較大，達到兆歐級以上，相當于處于斷路狀態(tài)，此時R6和R7中間輸出為低電平。而當有光照時，光敏電阻阻值下降，阻值相當小，此時電位器R6與R7的中間輸出為高電位。本設計利用光敏阻值的變化與電阻進行分壓，得到的電壓值給LM393進行電壓比較，通過10k可調(diào)電阻可以實現(xiàn)光線限值的調(diào)節(jié)。感應光線是否過弱，將信號給單片機處理。3.4 LM393電壓比較器介紹LM393主要特點如下：（1）工作電源電壓范圍比較寬，可工作于單電源，工作范圍：236V，也可工作于雙電源，工作范圍為:118V；（2）消耗電流小，Icc=0.8mA；（3）輸入失調(diào)電壓較小，Vi0=2mV；（4）共模輸入電壓范圍比較寬，Vic在0Vcc-1.5V之間；（5）輸出可與TTL，DTL，MOS，CMOS 等元件兼容；（6）輸出可以用開路集電極連接“或”門；采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8）。LM393引腳圖如圖3-8所示：圖3-8 LM393引腳圖LM393是高增益,寬頻帶器件,象大多數(shù)比較器一樣,如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合,則很容易產(chǎn)生振蕩.這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當比較器改變狀態(tài)時,輸出電壓過渡的間隙.電源加旁路濾波并不能解決這個問題,標準PC板的設計對減小輸入輸出寄生電容耦合是有助的.減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號,而且增加甚至很小的正反饋量能導致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩.除非利用滯后,否則直接插入IC并在引腳上加上電阻將引起輸入輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩,如果輸入信號是脈沖波形,并且上升和下降時間相當快,則滯回將不需要。 比較器的所有沒有用的引腳必須接地. LM393偏置網(wǎng)絡確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.030V無關。 通常電源不需要加旁路電容，差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件.保護部分必須能阻止輸入電壓向負端超過-0.3V。LM393的輸出部分是一個集電極開路,發(fā)射極接地的NPN輸出晶體管,其可以用多集電極輸出提供或OR ing功能。LM393的輸出負載電阻能夠接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上而不受 Vcc端電壓值的限制。此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路,輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的值所限制.當達到極限電流時,輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的SAT限制。當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調(diào)電壓允許輸出箝位在零電平。本設計利用光敏阻值的變化與電阻進行分壓，得到的電壓值給LM393進行電壓比較，通過10k可調(diào)電阻可以實現(xiàn)光線限值的調(diào)節(jié)。感應光線是否過弱，將信號給單片機處理。同理聲音信號也是這樣感應和比較的，如圖3-9所示：圖3-9 電壓比較模塊電路圖3.5 繼電器驅(qū)動模塊設計電磁繼電器一般是由銜鐵、線圈、鐵芯、觸點簧片等元器件組成的。只需在其線圈的兩端加上一定的電壓，電磁繼電器的線圈中就會流過一定的電流，進而產(chǎn)生電磁效應，此時銜鐵就會在電磁力的作用下克服彈簧的拉力而吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的常閉觸點與常開觸點吸合。當線圈斷電后，電磁力也隨之消失，此時銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回到原來的位置，從而使常開觸點與原來的常閉觸點分開。通過觸點的吸合、釋放達到在電路中的導通、切斷的目的。我們可以這樣來區(qū)分電磁繼電器的常開與常閉觸點：線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的為常開觸點，而處于接通狀態(tài)的則稱之為常閉觸點。繼電器一般有兩股電路，分為低壓控制電路和高壓工作電路。繼電器驅(qū)動接口電路如圖3-10所示，這里繼電器由相應的PNP型號的三極管來驅(qū)動，繼電器吸合，從而驅(qū)動負載，點亮相應電燈。設計中負載沒有接，當繼電器吸合時，LED也會得電，達到指示的作用。圖3-10 繼電器驅(qū)動電路圖3.6 本章小結(jié)本章主要講述了整個系統(tǒng)的元器件選擇和系統(tǒng)的各個模塊及其各自的功能，主要的功能模塊有聲音采集模塊，它主要是用來對外界聲音的采集，光線采集模塊，主要用于對外界光線強弱的感知，為了提升系統(tǒng)的負載能力而添加了繼電器驅(qū)動模塊，將各個子模塊的功能合在一起便成為一個聲控燈控制系統(tǒng)。4.軟件設計4.1 軟件設計語言的選擇單片機語言的編程一般使用兩種語言：分為C語言和匯編語言。其中C語言是一種結(jié)構(gòu)化的語言,其因可讀性好，易移植而成為一種普遍使用的計算機語言,但其占用的資源較多，因而執(zhí)行效率并不高。相反的匯編語言則是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，所以十分接近機器語言，相應的其所占用的資源相對比較少，執(zhí)行效率高。但不同的CPU所使用的匯編語言又有可能有差異，也就不易移植到不同的CPU中。作為一種被廣泛使用的語言，C語言兼顧了許多種高級語言的特點，是一種編譯型設計語言。C語言自帶各種功能的庫函數(shù)，使得運算速度加快，編譯效率得到高，同時C語言具有良好的可移植性，并且可以實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的直接控制。此外，C語言擁有當前程序設計中被廣泛應用的自頂向下結(jié)構(gòu)化程序設計技術(shù)，其程序也具備完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。因此，時下C語言已然成為用來進行程序設計的主流。綜上所述，用C語言進行單片機程序設計是單片機開發(fā)和應用的必然趨勢。本設計就采用C語言進行編程，明顯的增加了軟件的可讀性。4.2 主程序流程圖主程序流程圖如圖4-1所示,開始工作后,系統(tǒng)會檢測此時外界光線是否在夜間,當判定是夜間后,系統(tǒng)會再次檢測外界是否存在聲音信號,當系統(tǒng)檢測到有聲音信號后繼電器會吸合,此時聲控燈便會工作,在亮30S后,繼電器會斷開,聲控燈停止工作。圖4-1 主程序流程圖4.3定時器程序流程圖 定時器程序流程圖如圖4-2所示，當繼電器合上燈光亮時系統(tǒng)便轉(zhuǎn)而進入定時系統(tǒng)，時間變量會自動增加，當工作30S后，變量符合邏輯判斷要求，繼電器斷開燈光熄滅，此時定時器工作結(jié)束。圖4-2 定時器程序流程圖4.4 按鍵程序流程圖 按鍵程序流程圖如圖4-3所示,通過按鍵來切換系統(tǒng)的工作模式,當切換到自動模式時,在光線較弱且有聲的情況下,系統(tǒng)便可實現(xiàn)聲控功能圖4-3 按鍵程序流程圖4.5 本章總結(jié)本章主要講述了系統(tǒng)的軟件設計方面，運用庫函數(shù)豐富，功能強大的C語言來編輯系統(tǒng)的控制軟件，并以流程圖的方式將整個系統(tǒng)運行方式展現(xiàn)了出來，邏輯結(jié)構(gòu)清晰可見。從光線的檢測到聲音的檢測再到工作時間的判斷，每一步都井然有序。5.聯(lián)調(diào)與測試5.1軟件調(diào)試 Proteus 提供了包含數(shù)字信號和模擬信號在內(nèi)的相對較豐富的測試信號用于電路的測試。Proteus 提供了兩種方法用于硬件電路和軟件的調(diào)試：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，另一種則是對軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。 按下Play鍵后,仿真中的紅色指示燈會亮起,如圖5-1所示,此時系統(tǒng)處于聲控系統(tǒng)的自動模式。圖5-1 Proteus軟件由于仿真中無法模擬周圍環(huán)境中的光線強弱和聲音大小，所以通過聲音傳感器和光線傳感器開關來模擬周圍的光線和聲音環(huán)境，此時按下模式切換鍵，系統(tǒng)會進入工作模式，圖中的黃燈亮起，如圖5-2所示。圖5-2系統(tǒng)處于工作模式調(diào)試成功后可以達到設計的要求。通過設計智能聲光控開關，加深了對單片機系列的認識。讓我更好的運用了本科兩年所學的知識，運用于實踐，加深了對知識的理解。在設計過程中學習了很多軟件的使用，包括硬件部分運用Protues進行設計，用Keil進行程序編譯，用Protel進行制板。5.2 硬件調(diào)試接通DC電源后，電路板的黃色模式指示燈會亮起，如下圖5-3箭頭所指，顯示為此時為自動模式。 黃色指示燈圖5-3 自動模式當遮住箭頭所指光敏電阻，打一下響指或外界存在其他聲音的情況下，駐極體會采集到聲音，此時紅色指示燈會亮起，系統(tǒng)處于工作模式，如圖5-4所示。紅色工作指示燈圖5-4工作模式按下模式切換鍵切換到手動模式后，可將系統(tǒng)切換到手動模式，此時可以直接通過手動開關來控制等的亮與滅。如圖5-5所示手動按鍵模式切換鍵圖5-5 手動模式5.3 本章小結(jié)本章主要闡述了聲控燈硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，電路板在接通DC電源后，模式指示燈亮，此時為自動模式，在光線變?nèi)跚矣新曇舻那闆r下燈就亮，工作30S后又會自動熄滅，軟件調(diào)試則是模擬實物的功能，通過仿真軟件Proteus可以模擬出與硬件一樣的聲控燈控制系統(tǒng)。6.總結(jié)與展望聲光控開關，省事省電，應用廣泛，本文應用單片機微控制器，通過軟件來實現(xiàn)，安全可靠。解決了生活中街道、樓道等公共場所燈光長明于白晝之間的問題，節(jié)約了大量的電力資源以及節(jié)省了人力物力。但本設計畢竟與現(xiàn)實環(huán)境有所差異，仍有許多現(xiàn)實問題沒有在本設計中體現(xiàn)出來，相信以后在這方面會不斷完善，使日常生活更加方便，更加智能化。本系統(tǒng)以單片機為核心部件的控制系統(tǒng)，利用軟件編程，最終實現(xiàn)了各項要求。簡化了電路設計，同時節(jié)省了單片機I/O口資源，為系統(tǒng)進一步擴展留下了空間。系統(tǒng)的硬件及軟件設計，經(jīng)實驗初步證實了系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，提高了電能的利用率。在保證系統(tǒng)性能能夠穩(wěn)定、可靠工作的前提下，硬件方面盡量采用性價比高的元器件，以降低成本。軟件方面采用多任務形式對信號的采集、處理，達到最終控制燈光的目的。在設計中初步了解了聲光控制電路的工作原理，學會了分析電路、設計電路的方法和步驟，最主要的是我學會了自己來設計電路結(jié)構(gòu)并在電路板上進行焊接，期間雖遇到不少問題，但最終在老師和同學的幫助下都一一解決了。通過本次設計提高了自己對資料的查閱、信息處理的能力，訓練了自己的科學研究基本功和實際動手能力，培養(yǎng)了知識綜