衛(wèi)生間照明,換氣自動控制器電路的設(shè)計論文

1、畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）衛(wèi)生間照明、換氣自動控制器電路的設(shè)計姓 名 shannon學 號 1011121202所在學院 理 學 院專業(yè)班級 2010級信科1班指導(dǎo)教師 徐老師日 期 2014年5月30日I摘 要通過光敏電阻對光強的感光作用，判斷是白天還是黑夜，將該信號通過比較器，變成數(shù)字信號，輸入到單片機中；通過紅外傳感器來判斷是否有人，在光敏信號為低（黑夜）的情況下，如果紅外傳感器的信號為有效（即有人），控制MOS管導(dǎo)通的引腳為高，MOS管導(dǎo)通，連接在繼電器上的12V電壓連通，繼電器的閉合，220V電壓加載在照明燈上，照明燈變亮。通過氣體檢測傳感器檢測測試的氣味，如果測試的氣味濃度超過一定值

2、時，單片機檢測到高電平，控制MOS導(dǎo)通的引腳為高，MOS管導(dǎo)通，連接在繼電器上的12V電壓連通，繼電器的閉合，220V電壓加載在風扇上，風扇排氣。關(guān)鍵字：單片機；紅外傳感器；氣味傳感器；繼電器IAbstractThrough photoresistor photographic effects of light intensity, judging day or night, the signal passes comparator, into a digital signal,inputing to the microcontroller; through infrared sensors

3、to determine whether someone in the photosensitive signal is low ( night ) of case, if the signal is effective infrared sensor ( ie people ), MOS conduction control pin is high, MOS tube conduction, connected to the 12V voltage relay communication relay closed, 220V voltage lighting loads in, the li

4、ghts brighten.Detected by the gas detection sensor test odor, odor concentrations tested if more than a certain value, the microcontroller detects a high level, MOS conduction control pin is high,MOS tube is turned on, connected to the communication relay 12V voltage, relay closure, 220V voltage loa

5、d on the fan, the fan exhaust.Keywords: Single chip microcomputer ;Infrared sensor;Gas sensor;RelayII目錄摘要 . Abstract . 第一章緒論 . 11.1 課題背景 . 11.2 衛(wèi)生間自動照明和排氣系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向 . 11.3 課題的研究目的及意義 . 21.4設(shè)計的主要內(nèi)容 . 2第二章方案設(shè)計 . 42.1 設(shè)計要求及功能介紹 . 42.2 系統(tǒng)方案設(shè)計. 42.2.1信號檢測模塊 . 42.2.2 信號處理及控制模塊 . 62.2.3 信號響應(yīng)模塊 . 72.3 本章小結(jié)

6、 . 7第三章硬件設(shè)計 . 83.1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計 . 83.2 電源模塊設(shè)計. 83.3 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 . 93.3.1 時鐘電路. 103.3.2 復(fù)位電路. 103.3.3程序燒錄接口 . 113.4 信號采集模塊. 123.4.1 日光強度檢測 . 123.4.2 紅外傳感器 . 133.4.3 氣味傳感器 . 133.5 控制模塊 . 143.5.1 照明燈的控制 . 143.5.2 風扇的控制 . 143.6 本章小結(jié) . 15第四章軟件設(shè)計 . 154.1 系統(tǒng)軟件整體流程 . 154.2系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊 . 154.3系統(tǒng)自檢初始化 . 164.4定時中斷處理設(shè)計

7、. 16第五章系統(tǒng)調(diào)試 . 175.1 硬件調(diào)試 . 175.1.1 硬件調(diào)試方法及步驟 . 175.1.2 硬件調(diào)試細節(jié)及遇到的問題 . 18III5.2 軟件調(diào)試 . 19第六章設(shè)計總結(jié) . 20致謝 . 22參考文獻 . 22附錄1 . 24附錄2 . 26IV湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章 緒論1.1 課題背景科學技術(shù)的快速發(fā)展，提高了人們的生活水平，帶來的卻是資源的匱乏以及環(huán)境的惡化。人類社會的發(fā)展高度依賴于資源的開發(fā)與利用，資源匱乏已成為全世界所面臨的嚴峻問題，在我國，而能源問題顯得更為嚴重。為了能及時地將衛(wèi)生間內(nèi)的異味排出，很多家庭都裝了換氣扇，但一些來客或小

8、孩常常忘記打開換氣扇和照明。7為了解決這個問題，設(shè)計了一種能自動控制換氣扇和照明燈的電子裝置，這樣不給上衛(wèi)生間的人增添任何麻煩，又能自動換氣和開、關(guān)燈，節(jié)能而方便。1.2 衛(wèi)生間自動照明和排氣系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向自然界三大能源的總儲備量是一定的，在經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，三大能源的儲備量正在日益下降，除了要世界性的節(jié)約能源外。積極需找新型能源也迫在眉睫。在能源的利用方面丹麥處于世界一流水平，無論是節(jié)能設(shè)備的開發(fā)，還是推廣都很成功，其經(jīng)驗為世界各其他國家提供了很好的借鑒。自1974年以來，盡管丹麥國民收入增加了百分之五十，而總的能源消費量并沒有增加。丹麥是OECD成員國中國民收入與能源消耗量之比最

9、小的國家。他們不斷地開發(fā)一些節(jié)能供熱系統(tǒng)，如丹麥熱電周供熱電廠等等。在丹麥節(jié)能這個詞已經(jīng)深入了人們的內(nèi)心，節(jié)能裝置隨處可見。而且，能源的利用率方面他們也很重視。因此，他們能源使用總效率值達到了百分之九十。丹麥居民住房用電節(jié)能裝置在他們搬入新建住房時就已經(jīng)被安裝，提前設(shè)立了的諸多要求，對不符合節(jié)能要求的新建房屋將不被看中。數(shù)據(jù)顯示，丹麥居民寧愿多支付百分之八的費用購買入住有節(jié)能設(shè)施的房子，也不去考慮相對比較便宜的沒有節(jié)能方案的房屋。歐盟很多國際都學習借鑒了丹麥在節(jié)能項目經(jīng)驗。并且，歐司朗公司在照明設(shè)備發(fā)面不斷有新型高輸出效率的照明設(shè)備涌現(xiàn)，新型設(shè)備相較之前的產(chǎn)品不但節(jié)約系統(tǒng)功率，還提升了光通量和

10、平均光通量。以上種種，皆表明能源問題已經(jīng)被越來越多國家所重視，各國都在致力于對能源的合理運用與開發(fā)，提高能源的利用率，來節(jié)約能源。在我國，自從改革開放以來，國民經(jīng)濟持續(xù)多年的穩(wěn)步發(fā)展，伴隨著經(jīng)濟增上也造成了環(huán)境的破壞與資源的浪費，由于對能源的不合理運用，設(shè)備的簡陋使得如煤炭之類的能源得不到充分燃燒，一氧化碳等不完全燃燒物的排放，造成酸雨，土地酸化，臭氧空洞等嚴重后果，自然災(zāi)害頻繁，不利于未來的可持續(xù)發(fā)展。目前能源問題已經(jīng)成為我國經(jīng)濟發(fā)展的強大阻力。雖然在能源總儲量方面我們處于領(lǐng)先地位不低，但由于我國的社會主義國家，所以在人均儲量我國則不盡人如意，單位產(chǎn)值的能耗是發(fā)達國家的3-10倍。能從粗多角

11、度出發(fā)，能源問題也是我國長期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中一個關(guān)鍵因素。當能源不能滿足人們的日常用度時，工廠停產(chǎn)，工人待業(yè)，經(jīng)濟發(fā)展受到抵制，還會引起社會的動蕩，不利于國家的長治久安。為了提倡節(jié)能意識，綠色照明工程漸漸的走進了人們的視線，他是以綠1湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）色環(huán)保節(jié)能為理念的希望工程。其目標是在未來的五年內(nèi)，向廣大群眾推廣節(jié)能燈大約1.5億只節(jié)能燈，電能節(jié)約290億度。有些地方為了推廣節(jié)能燈，人們在購買節(jié)能等的同時，將會的到一定的經(jīng)濟補貼，這樣就帶動了群眾節(jié)能的積極性，有助于節(jié)能燈的普遍推廣。以前的油燈在到后來的白熾燈，最終到現(xiàn)在的高效節(jié)能燈，中國見證里照明設(shè)備的日新月異的

12、變化。現(xiàn)在，現(xiàn)在人們再也不拘泥于僅僅是為了照明，更重要的是為了我們的國家能過發(fā)展的更快，更穩(wěn)，我們應(yīng)該從節(jié)能入手，改善我們的生活質(zhì)量。從用電量來看，數(shù)據(jù)顯示照明設(shè)別上的用電量大約占總用電量的五分之一，其比重不小，考慮到我國人口眾多，不積跬步無以至千里，不積小流無以成江海，若以高效的節(jié)能燈來代替普通的白熾燈，其節(jié)約的電能可想而知，數(shù)字十分可觀，大約可以節(jié)約電能60%-80%。政府已經(jīng)在學校、醫(yī)院、商廈等更換了24萬只節(jié)能燈。通過對國內(nèi)外能源狀況的分析無處不透露“節(jié)能”這兩個字，所以設(shè)計一種能自動控制換氣扇和照明燈的電子裝置是非常有意義的。1.3 課題的研究目的及意義目前我國生產(chǎn)的換氣扇大都沒有定

13、時裝置，為了能及時地將衛(wèi)生間內(nèi)的異味排出，很多家庭都裝了換氣扇。但一些來客或小孩常常忘記打開換氣扇，即使打開了，使用完換氣扇后，往往忘記關(guān)，有時甚至到下次使用時才發(fā)現(xiàn)，白白浪費電能，也影響換氣扇的壽命。在夜間，上廁所對于小孩來說是一件困難的事情，因為他們對于找到照明燈的開關(guān)是一件困難的事情。為了解決上述問題，設(shè)計了一種能自動控制換氣扇和照明燈的電子裝置，根據(jù)排污量的多少選擇定時長短，就能克服上面的不足，這樣不給上衛(wèi)生間的人增添任何麻煩，又能自動換氣和開、關(guān)燈，節(jié)能而方便。通過這次的課題研究我希望在理清它的發(fā)展脈絡(luò)上進一步了解它的發(fā)明原理，將平時所學習的知識運用到實驗探索上，這對提高我們的動手能

14、力，創(chuàng)新意識，及鍛煉思維活動無疑是一個莫大的幫助。同時我也希望這次的研究能讓我進一步地了解衛(wèi)生間照明、換氣自動控制器系統(tǒng)，而不是僅局限與課本知識以內(nèi)。從小的突破點入手，掌握又一項科技知識，從而實現(xiàn)課堂外的又一次提高,為現(xiàn)代教育科學盡一份力量！1.4設(shè)計的主要內(nèi)容設(shè)計出衛(wèi)生間照明、換氣自動控制器電路。要求：在夜間，當有人進入衛(wèi)生間時，控制照明燈亮，換氣扇開始換氣，人離開衛(wèi)生間時，照明燈滅，換氣扇繼續(xù)工作30-60秒后關(guān)閉。用Protel等軟件設(shè)計電路原理圖（SCH）、電路板（PCB）。寫出必要的C語言或匯編程序，并調(diào)試通過，程序和硬件能正確的運行結(jié)果。如有條件，要求做出實際產(chǎn)品，如無條件則要求用

15、軟件仿真。本課題的研究內(nèi)容有以下幾點：（1）單片機系統(tǒng)設(shè)計；（2）光強檢測方案設(shè)計；2湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）（3）人員檢測方案設(shè)計；（4）氣味檢測方案設(shè)計；（5）照明燈和風扇控制方案研究； 本設(shè)計方案需要解決如下關(guān)鍵性問題：(1)環(huán)境光檢測參數(shù)輸入和采集問題；(2)人體紅外傳感器的參數(shù)輸入和采集問題；(3)開燈及關(guān)燈的自動與手動相兼容的措施；(4)照明燈及風扇與傳感器的配合安裝問題；3湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）第二章 方案設(shè)計2.1 設(shè)計要求及功能介紹本文以單片機STC89LE516RD+作為系統(tǒng)控制的核心，設(shè)計一個能夠自動照明和排氣的自動控制系統(tǒng)。采用

16、熱釋紅外人體傳感器作為人體紅外感應(yīng)模塊，檢測人體的存在，采用光敏電阻作為光源檢測模塊構(gòu)成的電路檢測環(huán)境光的強度，然后根據(jù)衛(wèi)生間合理開燈的條件，通過對人體存在信號和環(huán)境光信號的識別與判斷，最后通過單片機STC89LE516RD+完成對衛(wèi)生間燈光的智能控制。采用氣味傳感器檢測衛(wèi)生間氣味濃度，當濃度超過某閾值時，通過單片機STC89LE516RD+完成對衛(wèi)生間風扇的自動控制，實現(xiàn)自動排氣功能3。2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計根據(jù)該課題設(shè)計要求，設(shè)計分為信號檢測，信號處理及控制和信號響應(yīng)三部分。其總體設(shè)計框圖如2.1所示。本系統(tǒng)的核心主體是單片機最小系統(tǒng)，還包括：光敏元件、紅外傳感器（模擬開關(guān)代替）、氣味傳感器

17、（模擬開關(guān)代替）、繼電器、風扇（繼電器彈片發(fā)出響聲）、照明燈（繼電器彈片發(fā)出響聲）、電源模塊5 。系統(tǒng)的具體設(shè)計見第三章。圖2.1 系統(tǒng)的整體框架圖2.2.1信號檢測模塊2.2.1.1 光強信號檢測本設(shè)計中日光強度檢測器件使用的光敏傳感器為光敏電阻GL5516，光敏電阻GL5516是基于光電導(dǎo)效應(yīng)的一種光電器件，無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很??；當受到光照時，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小。其阻值隨光照增強而減小。光敏電阻作為光電式傳感器的一種，它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬；體積小、重量輕、機械強度高、耐沖擊、耐震動、抗過載能力強和壽命長等特點。所以選擇光敏電阻采

18、集光照信號，并把不同的光照強度轉(zhuǎn)化為不同的電阻值。把光敏電阻串聯(lián)在直流電路中即可把不同的電阻值轉(zhuǎn)化為不同的電壓值，于是，就把對光照信號的處理轉(zhuǎn)化為對電壓信號V的處理19。光敏電阻GL5516的光照特性如圖2.2所示。在外加電壓為5V的情況下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關(guān)系。在光照較強時，流過光敏電阻GL5516的電流較大，此時電4湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）阻較??；在光照較弱時，流過光敏電阻GL5516的電流較小，此時電阻較大20。可以將其串聯(lián)一個電阻，將其連接到地，通過檢測GL5516兩端的電壓差，實現(xiàn)對光強信號的檢測。具體實現(xiàn)見3.4.1。圖2.2 光敏電阻GL5516

19、的光照特性2.2.1.2 人體信號檢測本設(shè)計采用的人體信號檢測器件為雙元熱釋電紅外傳感器RE200B。該傳感器采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測紅外輻射，采用雙靈敏元互補方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。本設(shè)計所用的紅外傳感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計電路如圖2.3所示, 利用C1和R2來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過FET放大后，經(jīng)過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平20。5湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）圖2.3 紅外傳感器RE200B內(nèi)部

20、電路原理圖2.2.1.3 氣味信號檢測 本設(shè)計中檢測氣味濃度的器件使用的是氣體傳感器MQ135。MQ135氣體傳感器所使用的材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時,傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ135傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高,對煙霧和其它有害的監(jiān)測也很理想。這種傳感器可檢測多種有害氣體,是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器4。圖2.4是傳感器典型的靈敏度特性曲線 圖中縱坐標為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標為氣體濃度。Rs 表示傳感器在不同濃度

21、氣體中的電阻值Ro 表示傳感器在100ppm 氨氣中的電阻值。從表中可以得出：隨著氣體濃度的增加氣體傳感器MQ135的電阻會降低。根據(jù)氣體傳感器MQ135的這個特性，可以通過檢測其電阻值，進而粗略得到衛(wèi)生間其他濃度。利用這個原理，可以將該氣體傳感器串聯(lián)一個電阻到地。將電阻端的電壓作為比較器LM339的輸入電壓，設(shè)置適當?shù)膮⒖茧妷海葱l(wèi)生間氣體濃度閾值），當輸入的電壓大于參考電壓（濃度大于濃度閾值）時，比較器LM339輸出高電平（高電平有效）15。單片機通過檢測LM339是為高電平，則氣體濃度超過了閾值濃度。2.2.2 信號處理及控制模塊本系統(tǒng)信號處理和控制模式使用的是單片機STC89LE516

22、RD+，該單片機具有帶ISP功能的Flash EPROM的低功耗微控制器，可用于固件升級2。它的指令集同標準的8051指令集完全兼容。STC89LE516RD+包含64K字節(jié)的Flash存儲器；1280字節(jié)片內(nèi)RAM；四個8位雙向、可以位尋址的I/O口；一個附件的4位I/O口P4；2個166湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）位定時/計數(shù)器及一個串口。為了方便用戶進行編程和驗證，STC89LE516RD+內(nèi)含的存儲器允許電編程和點續(xù)寫，通過串口進行燒寫。0信號處理及控制信號輸出的主要過程為：單片機STC89LE516RD+通過檢測連接相應(yīng)信號引腳的電平來得到相應(yīng)的信號。對于照明燈相關(guān)信

23、號的處理過程，當檢測到光強信號和人體信號同時有效時，將控制照明燈的引腳置為高電平（高有效）；當光強信號和人體信號兩個都無效或者其中一個無效時，將控制照明燈的引腳置為低電平。對于風扇相關(guān)信號的處理過程，當檢測到氣味信號有效時，將控制風扇的引腳置為高電平（高有效），此時單片機STC89LE516RD+的定時器開始計時，當計時器的時間為60s后，將控制風扇的引腳置為低電平8。2.2.3 信號響應(yīng)模塊本設(shè)計是用單片機控制繼電器達到以弱電控強電的電路，下面再來介紹一下單片機和強電之間的橋梁：電磁繼電器。電磁繼電器是有觸點電繼電器是有觸點電繼電器的一種。它是利用電磁效應(yīng)實現(xiàn)電路開、關(guān)控制作用的原件，廣泛應(yīng)

24、用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動化設(shè)備中。在各種自動設(shè)備中，都要求用一個低電壓電路控制一個高電壓的電器電路。這樣不僅可以為電子線路和電器電路提供良好的電隔離，還可以保護電子電路和人員安全。2.3 本章小結(jié)本章介紹了衛(wèi)生間自動照明和排氣系統(tǒng)的工作原理及其硬件組成，分別從系統(tǒng)原理圖，主要的芯片，系統(tǒng)的工作流程圖、各模塊工作原理和系統(tǒng)程序調(diào)試來闡述，給出衛(wèi)生間自動照明和排氣系統(tǒng)具體的設(shè)計方案。衛(wèi)生間自動照明和排氣系統(tǒng)可實現(xiàn)實際的衛(wèi)生間燈光人性化智能控制和衛(wèi)生間排氣風扇人性化的自動控制，輸入?yún)?shù)主要是環(huán)境光信號、人體存在信號以及衛(wèi)生間氣味濃度。7湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）第三章 硬件設(shè)計

25、3.1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計本設(shè)計以STC89LE516RD+作為控制核心，采用熱釋紅外人體傳感器作為人體紅外感應(yīng)模塊RE200B來檢測是否有人體的存在，采用光敏電阻構(gòu)成的電路作為光源檢測模塊構(gòu)成的電路檢測環(huán)境光的強弱程度，采用氣體傳感器MQ135來檢測衛(wèi)生間氣味情況；通過控制MOS管導(dǎo)通情況，進而控制繼電器的開閉情況，最好實現(xiàn)對照明燈和風扇的控制。在本節(jié)中將詳細介紹具體的硬件電路實現(xiàn)。3.2 電源模塊設(shè)計在本系統(tǒng)的設(shè)計中，所需要的電壓為：12V、5V、3.3V。即控制繼電器正常耦合和斷開需要的電壓為12V、串口芯片Max232的電源電壓為5V、單片機工作電壓為3.3V。為了讓本系統(tǒng)能夠在現(xiàn)實中更

26、實用，電源的輸入選擇為市電，及220V交流電壓。系統(tǒng)中最大的直流穩(wěn)壓電源使用的是12V，首先需將220V的交流市電經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后轉(zhuǎn)換成12V直流電壓，供給整個控制系統(tǒng)的輸入端，12V電源輸入后經(jīng)過電源芯片LM2596-5將12V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓，5V電壓經(jīng)過電源芯片LM1117-3.3將5V電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的3.3V電壓。其所對應(yīng)的框圖如圖所示，以下就對各部分加以介紹。圖 3.1電源設(shè)計框圖輸入端輸入的電壓為220V的交流電壓，此時需要通過220V17V的變壓器對輸入電壓降壓，降壓得到的輸輸出電源為17V，通過整流橋?qū)?7V的交流電壓進行整流，將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電壓，此整流電路

27、可以通過4個二極管即可實現(xiàn)。由于整流之后的直流電中均含有較大的交流分量，這樣將會對負載電路的造成一定的沖擊，需通過電容濾波電路濾波，將輸出的直流電趨于平滑。在理想情況下，交流分量應(yīng)當全部濾除，使輸出的電壓就為穩(wěn)定的12V直流電壓。變壓整流濾波的電路圖如圖所示22。將12V直流電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電壓的電路圖如圖所示。使用的電源芯片是ADI公司的LM2596-521。8湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）圖3.2 12V轉(zhuǎn)5V的電路原理圖將5V直流電壓轉(zhuǎn)換成3.3V直流電壓的電路圖如圖所示。使用的電源芯片是ADI公司的LM1117-3.3。圖3.3 5V轉(zhuǎn)3.3V的電路原理圖3.3 單片機

28、最小系統(tǒng)設(shè)計單片機最小系統(tǒng)分為四個部分：單片機、晶振電路、復(fù)位電路。1.晶振，至于大小由你單片機時鐘周期要求而決定（用于計時，與兩個電容并聯(lián)使用，電容大小由你的晶振決定，一般用22pF）2.復(fù)位電路（用于復(fù)位）3.電源（用于供電，一般用電腦的USB口供電）4.燒制程序的口（可用串口配合MAX232配合使用，也可以做個并口輸入，這個要根據(jù)你使用單片機的種類決定，比如ATC可用并口，STC一般只用串口輸入等等）09湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）圖3.4 單片機電路3.3.1 時鐘電路單片機的時鐘電路是用來配合外部晶體實現(xiàn)振蕩的電路，這樣可以為單片機提供時鐘，單片機中各功能部件的運行都

29、是以時鐘頻率為基準。如果運行時鐘為0，單片機就不工作，當然超過單片機的工作頻率的時鐘也會導(dǎo)致單片機不工作。STC89LE516RD+的時鐘頻率范圍為0到80MHz，本系統(tǒng)中使用的時鐘為20MH16，如電路圖3.5所示。圖3.5 時鐘電路原理圖3.3.2 復(fù)位電路系統(tǒng)的復(fù)位電路是將核心控制芯片回到默認的硬件狀態(tài)下，即將單片機的片內(nèi)電路初始化，使得單片機能夠從一種確定的默認狀態(tài)下開始運行，它是每個微機系統(tǒng)必須執(zhí)行的第一步。單片機STC89LE516RD+的復(fù)位是通過外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的，其復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中。復(fù)位電路原理圖如所示，在VCC上電瞬間，電容器C2隨之充

30、電，在電阻R1上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位；幾個毫秒之后，電容器C2充滿，通過電阻R2上的電流將降為0，10湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）電壓也為0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下按鈕SW1，電容器C2放電，松開按鍵按鈕，電容器C2又開始充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位。幾個毫秒之后，單片機進入工作狀態(tài)。圖3.6 復(fù)位電路原理圖3.3.3程序燒錄接口1.名詞解釋：OTP：一次性可編程（One Times Program：只能燒錄一次程序）；FLASH芯片：可反復(fù)擦除燒錄程序的芯片;掩膜：即MASK，就是MCU在出廠的時候程序已經(jīng)固化到里面去了，不能再寫程序進去。

31、編程芯片：將程序燒錄進空白芯片里則叫編程芯片。所有FLASH芯片都是編程芯片。 全雙工串口：在發(fā)數(shù)據(jù)的同時也能收數(shù)據(jù)，毫無影響的串口。中斷：中斷就是有一個硬件事件產(chǎn)生，引起CPU從原來的程序中斷，去執(zhí)行另外一段程序，然后返回?，F(xiàn)場保護：在另外一段程序運行時，需要進行現(xiàn)場的保護，以不影響原程序的運行。2、芯片的燒錄方式：目前芯片燒錄主要有聯(lián)機和脫機兩種燒錄方式（1）脫機燒錄是指在燒錄芯片時不需要使用電腦，只需將代碼程序事先燒錄進一個EPROM芯片里，然后把這個寫好程序的芯片作為母片，（等同于樣片嗎？)再通過專用的燒錄設(shè)備將母片里的程序復(fù)制到我們要燒錄的空白芯片里以完成程序的燒錄工作13。（2）

32、聯(lián)機燒錄是指在燒錄芯片時先在電腦中打開此芯片所對應(yīng)的燒錄軟件，然后把要燒錄的程序載入到燒錄軟件的BUFFER區(qū)內(nèi)，最后通過編程器將BUFFER區(qū)內(nèi)的程序復(fù)制到要燒錄的空白芯片里以完成程序的燒錄工作11。11湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）圖3.7 串口原理圖3.4 信號采集模塊3.4.1 日光強度檢測采用集成電壓比較器LM339作為信號處理的核心元件，電路連接如圖所示。LM339比較器中的參考電壓為：Vf= 3.9*5/(1.5+3.9)，光敏電阻輸入到比較器中的電壓為：Vin= 1*5/(1+Rgl)，當Vin大于Vf時，Lm339輸出高電壓，LM339中的該輸出引腳是連接在單片

33、機中的P1.2引腳，單片機會接收到高電平，當Vin小于Vf時，Lm339輸出低電壓，單片機的P1.2會接收到低電平。這樣就實現(xiàn)了日光強度的檢測。圖3.8 光敏電阻的電路原理圖12湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）3.4.2 紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器RE200B的主要工作參數(shù)有工作電壓(常用的熱釋電紅外傳感器工作電壓范圍為315V)、工作波長(通常為7.514 m)、輸出信號電壓(通常大于2.0V)。在本設(shè)計中，RE200B的工作電源為5V，輸出信號電壓大于2V，所以R2/(R1+R2)2/5，即2R23R1，選擇R1的阻值為2K，R2的阻值為1K，這樣比較器的參考電壓為：5*R2

34、/(R1+R2) = 5*1/(1+2) = 1.67K。圖3.9 紅外傳感器電路原理圖紅外傳感器部分的工作原理：當有人進入到紅外傳感器的檢測范圍之內(nèi)時，紅外傳感器RE200B輸出高電平（大于2V），該高電平大于比較器LM339的參考電壓，比較器的輸出out為高電平，有人信號有效；當沒有人在紅外傳感器的檢測范圍之內(nèi)時，紅外傳感器RE200B輸出低電平（低于1V），該高電平小于比較器LM339的參考電壓，比較器的輸出out為低電平，有人信號無效。3.4.3 氣味傳感器氣味傳感器部分的工作原理：隨著衛(wèi)生間氣體濃度的增加到一定程度時，比較器LM339的輸入電壓大于參考電壓時，比較器會輸出一個高電平，

35、這時，氣味信號有效，其氣味傳感器工作電路如圖3.10。13湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）圖3.10 氣味傳感器電路原理圖3.5 控制模塊繼電器是整個系統(tǒng)的強弱電的中間體，其驅(qū)動電路如圖3.11所示，這里由MOS芯片F(xiàn)DS9926A來驅(qū)動繼電器。圖3.11 控制模塊電路原理圖3.5.1 照明燈的控制在系統(tǒng)開機時，單片機的RESET信號將STC89LE516RD+單片機初始化，P1.6管腳是低電平，F(xiàn)DS9926A內(nèi)部的MOS管處于截止狀態(tài)，因此開機之后繼電器始終處于常開狀態(tài)，照明燈熄滅。只有當光敏電阻檢測到日光強度較弱或者處于黑暗，并且人體紅外傳感器檢測到有人體存在信號時，單片機的

36、P1.6管腳將輸出高電平，此時FDS9926A內(nèi)部的MOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)，12V電壓加載到繼電器線圈的兩端，繼電器吸合，繼電器的常開觸點閉合，從而使負載得以驅(qū)動，點亮照明燈。當人體離開檢測位置后，單片機的P1.6管腳將輸出低電平，此時FDS9926A內(nèi)部的MOS管處于截止狀態(tài)，繼電器線圈的兩端的電源為0，繼電器斷開，繼電器的常開觸點釋放，照明燈熄滅18。3.5.2 風扇的控制在系統(tǒng)開機時，單片機的RESET信號將STC89LE516RD+單片機初始化，P1.7管腳是低電平，F(xiàn)DS9926A內(nèi)部的MOS管處于截止狀態(tài)，因此開機之后繼電器始終處于常開狀態(tài)，風扇沒有轉(zhuǎn)動。只有當氣味傳感器檢測到氣味時

37、，單片機的P1.7管腳將輸出高電平，此時FDS9926A內(nèi)部的MOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)，12V電壓加載到繼電器線圈的兩端，繼電器吸合，繼電器的常開觸點閉合，從而使負載得以驅(qū)動，風扇轉(zhuǎn)動，開始排氣14 。14湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）3.6 本章小結(jié)本章主要介紹了本次設(shè)計中的硬件部分。包括：系統(tǒng)整體設(shè)計方案以STC89LE516RD+作為整個硬件部分的控制核心；電源模塊設(shè)計，各元器件所需電壓以及電壓的轉(zhuǎn)換；單片機的內(nèi)部構(gòu)造電路圖；程序的燒錄方式方法；以及信號的采集與與照明燈、風扇的的控制。第四章 軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件整體流程本系統(tǒng)流程圖中的氣味信號和有人信號采用模擬實現(xiàn)，也就是

38、用開關(guān)形式假設(shè)有人在上衛(wèi)生間或者有一些氣體（氨氣等）產(chǎn)生，風扇和照明燈才進行工作，實際硬件是沒有氣味傳感器和紅外傳感器的，其系統(tǒng)軟件整體流程如圖4.117。圖4.1系統(tǒng)軟件整體流程4.2系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊系統(tǒng)的監(jiān)控觀測程序按模塊可分成中斷子程序和監(jiān)控觀測主程序。照明燈光自動控制的整個系統(tǒng)的核心就是監(jiān)控觀測主程序，通過人體紅外傳感器反饋給單片機的信息由用戶編寫好的程序進行判斷，最終將顯示的結(jié)果在LCD1602液晶顯示屏中顯示出來。15湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）4.3系統(tǒng)自檢初始化為了保證整個控制系統(tǒng)能夠正常運行，系統(tǒng)的自檢初始化是很必要的條件。系統(tǒng)在加電復(fù)位以后，就進入了自檢初

39、始化程序，從而系統(tǒng)的自檢初始化被完成。初始化主要對一些數(shù)據(jù)區(qū)、控制寄存器和外部芯片進行初始的參數(shù)設(shè)置以及定義。在本系統(tǒng)中主要指的是系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的初始化、各接口芯片的檢測及芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化。檢測各接口芯片主要是對各芯片是否已經(jīng)準備就緒的檢測，在無硬件方面是否存在故障等。如果時鐘芯片正處于啟動的狀態(tài)，就需要對時鐘芯片進行初始化并且啟動實時時鐘。系統(tǒng)內(nèi)部寄存器初始化一般指的是在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)之內(nèi)，部分特殊功能寄存器SFR的復(fù)位初始化和各用戶定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值，當單片機復(fù)位之后，計數(shù)器PC就會指向程序存儲器的入口地址，程序狀態(tài)字寄存器PSW被清零，片內(nèi)存儲器選擇工作寄存器，用戶的標志位F

40、0是0狀態(tài)，堆棧指針SP指向07H,其它中斷允許寄存器IE、定時器,累加器ACC等等都是00H。4.4定時中斷處理設(shè)計定時中斷是在用單片機內(nèi)部定時器定時，計數(shù)值已滿或是時間到而引起的中斷，內(nèi)部定時器的計數(shù)器可以對從外部引線T0和T1輸入的外部脈沖或內(nèi)部時鐘進行計數(shù)。計數(shù)器的溢出的信號就會引起中斷，去置位定時器溢出的標志位，向單片機CPU申請中斷。定時中斷是周期性的中斷，每過一定的時間要中斷一次。這個系統(tǒng)里設(shè)定的定時中斷主要是用來構(gòu)造多任務(wù)的操作系統(tǒng)，響應(yīng)中斷之后，無必要對斷點進行現(xiàn)場的保護，可以直接進入多任務(wù)時間劃分的工作，使得相應(yīng)的操作任務(wù)準備就緒10。16湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)

41、計（論文）第五章 系統(tǒng)調(diào)試基于單片機的開發(fā)過程中，硬件和軟件設(shè)計都要做到準確無誤，所以系統(tǒng)的調(diào)試是單片機系統(tǒng)設(shè)計中非常重要的部分而且工作量還比較大。調(diào)試是否成功直接關(guān)系到整個系統(tǒng)運行的可行性。調(diào)試通常是先排除明顯的硬件故障后，在和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進一步排除故障。5.1 硬件調(diào)試5.1.1 硬件調(diào)試方法及步驟 硬件調(diào)試方法主要分為分塊調(diào)試和整體調(diào)試。但不論采用分塊調(diào)試，還是整體調(diào)試，通常電子電路的調(diào)試步驟如下： 1.檢查電路任何組裝好的電子電路，在通電調(diào)試之前，必須認真檢查電路連線是否有錯誤。對照電路圖，按一定的順序逐級對應(yīng)檢查。特別要注意檢查電源是否接錯，電源與地是否有短路，二極管方向和電解

42、電容的極性是否接反，集成電路和晶體管的引腳是否接錯，輕輕拔一拔元器件，觀察焊點是否牢固等。2通電觀察一定要調(diào)試好所需要的電源電壓數(shù)值，并確定電路板電源端無短路現(xiàn)象后，才能給電路接通電源。電源一經(jīng)接通，不要急于用儀器觀測波形和數(shù)據(jù)，而是要觀察是否有異?，F(xiàn)象，如冒煙、異常氣味、放電的聲光、元器件發(fā)燙等。如果有，不要驚慌失措，而應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新接通電源。然后，再測量每個集成塊的電源引腳電壓是否正常，以確信集成電路是否已通電工作。3靜態(tài)調(diào)試先不加輸入信號，測量各級直流工作電壓和電流是否正常。直流電壓的測試非常方便，可直接測量。而電流的測量就不太方便，通常采用兩種方法來測量。若電路在

43、印制電路板上留有測試用的中斷點，可串連電流表直接測量出電流的數(shù)值，然后再用焊錫連接好。若沒有測試孔，則可測量直流電壓，再根據(jù)電阻值大小計算出直流電流。一般對晶體管和集成電路進行靜態(tài)工作點調(diào)試。4動態(tài)調(diào)試加上輸入信號，觀測電路輸出信號是否符合要求。也就是調(diào)整電路的交流通路元件，如電容、電感等，使電路相關(guān)點的交流信號的波形、幅度、頻率等參數(shù)達到設(shè)計要求。若輸入信號為周期性的變化信號，可用示波器觀測輸出信號。當采用分塊調(diào)試時，除輸入級采用外加輸入信號外，其他各級的輸入信號應(yīng)采用前輸出信號。對于模擬電路，觀測輸出波形是否符合要求。對于數(shù)字電路，觀測輸出信號波形、幅值、脈沖寬度、相位及動態(tài)邏輯關(guān)系是否符

44、合要求。在數(shù)字電路調(diào)試中，常常希望讓電路狀態(tài)發(fā)生一次性變化，而不是周期性的變化。因此，輸入信號為開關(guān)信號，用以觀察電路狀態(tài)變化的邏輯關(guān)系。17湖北工業(yè)大學理學院2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）5指標測試電子電路經(jīng)靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試正常之后，便可對課題要求的技術(shù)指標進行測量。測試并記錄測試數(shù)據(jù)，對測試數(shù)據(jù)進行分析，最后得出測試結(jié)論，以確定電路的技術(shù)指標是否符合設(shè)計要求。如有不符，則應(yīng)仔細檢查問題所在，一般是對某些元件參數(shù)加以調(diào)整和改變。若仍達不到要求，則應(yīng)對某部分電路進行修改，甚至要對整個電路重新加以修改。因此，要求在設(shè)計的全過程中，要認真、細致，考慮問題要更周全。盡管如此，出現(xiàn)局部返工也是難免的12。5

45、.1.2 硬件調(diào)試細節(jié)及遇到的問題 本系統(tǒng)調(diào)試主要分為四個部分來進行，即電源模塊，單片機最小系統(tǒng)，信號檢測模塊和控制模塊。電源模塊的調(diào)試也需要逐級進行，首先調(diào)試的是降壓整形部分的電路，確定變壓器輸出的電壓峰峰值為V，如果不是這個值，需要更換變壓器，接著測試整流濾波后的電壓值是否為12V；在確定整流濾波輸出電壓為12V后，再調(diào)試的是LM2596-5的輸出，LM2596-5輸出的電壓值為5V ；將5V電壓作為LM1117-3.3的輸入電壓，輸出電源應(yīng)該為3.3V。單片機系統(tǒng)正常工作的保證是振蕩器正常起振。如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將不能工作；假如振蕩器運行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時候就會出現(xiàn)時間上的誤差

46、。本系統(tǒng)中使用的是有源晶振，如果不能正常起振，一般都是晶振有問題，換一個就好了。信號檢測模塊和控制模塊只有在前面兩個模塊都正常工作后才能進行，這兩個模塊的測試采用的方法是動態(tài)測試，即給他們一個有效的信號，檢測相應(yīng)的響應(yīng)信號。在該系統(tǒng)制作調(diào)試過程中，曾遇到以下問題：（1）電源供電電路里集成穩(wěn)壓器LM2596-5溫度太高。其中一個原因是：變壓器整流濾波之后加到集成穩(wěn)壓器輸入端的電壓比較高，使得LM2596-5上的壓降過大。這個問題可通過使用輸出電源低些的變壓器來解決，或是在集成穩(wěn)壓器前面串聯(lián)兩只二極管來降壓，同時還可以增大散熱片。（2）傳感器當有人存在的時候輸出高電平電壓比較低。這種現(xiàn)象會讓單片機產(chǎn)生誤判，可能采集不到理想的信號，因此系統(tǒng)在人體存在傳感器輸出端口加入了一個100千歐的上拉電阻。（3）當衛(wèi)生間內(nèi)的人超過十秒沒有活動時，人體傳感器就不會有輸出信號，那么應(yīng)該如何判定現(xiàn)在衛(wèi)生間