節(jié)能燈聲光控制器的設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1項(xiàng)目簡(jiǎn)介....................................................................................................................1

1.1本設(shè)計(jì)研究的意義..............................................................................................1

1.2國內(nèi)外燈光控制器研究的現(xiàn)狀及存在的問題..................................................1

1.3本項(xiàng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和研究的目標(biāo)..........................................................................3

2系統(tǒng)硬件方案選擇....................................................................................................3

2.1主控芯片的選擇..................................................................................................3

2.2系統(tǒng)整體方案......................................................................................................4

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)....................................................................................................5

3.1STC89C51單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)...............................................................................5

3.2聲音檢測(cè)電路的設(shè)計(jì).......................................................................................10

3.3光強(qiáng)采集電路設(shè)計(jì)............................................................................................11

3.4繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).......................................................................................12

3.5系統(tǒng)硬件測(cè)試...................................................................................................13

4系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)..................................................................................................13

4.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹.........................................................................................13

4.2主函數(shù)的設(shè)計(jì)...................................................................................................14

4.3系統(tǒng)軟件測(cè)試....................................................................................................15

附錄1元器件清單........................................................................................................16

附錄2電路原理圖........................................................................................................17

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖.........................................................................................................18

附錄4作品實(shí)物圖........................................................................................................19

附錄5軟件程序代碼....................................................................................................20

參考資料.........................................................................................................................22

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

節(jié)能燈聲光控制器設(shè)計(jì)與制作

1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)的意義

節(jié)能與環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)代產(chǎn)品開發(fā)的首要考慮因素和最大賣點(diǎn)。由于我國

在新能源研發(fā)方面處于落后局面，目前市場(chǎng)上的普通船型開關(guān)、拉線開關(guān)占據(jù)

著燈具開關(guān)市場(chǎng)的主要位置。然而由于許多不可控因素的出現(xiàn)及人們?nèi)粘Ａ?xí)慣

所限，造成了大量的電能的浪費(fèi)。這種現(xiàn)象在我們的生活中隨處可見?？諢o一

人的教室十多盞日關(guān)燈依然亮著，非常安靜的樓道內(nèi)燈火通明，衛(wèi)生間無人使

用卻不熄滅燈光……全國每年因此而損耗的電能可以以億度計(jì)量，同時(shí)因燈具

使用時(shí)間的過長(zhǎng)，也縮短了燈具的使用壽命，頻繁的更換燈具也造成了人力，

財(cái)力的大量浪費(fèi)。所以通過這種直接和間接的損耗，每年電能的損失就達(dá)數(shù)億

元。近十年以來，我國建筑體系的不斷發(fā)展，也對(duì)照明系統(tǒng)提出了更高的要

求。隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市,住宅電子化出現(xiàn)。近幾年樓宇智

能化（智能家居是以家為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通訊、信息家電、網(wǎng)絡(luò)家電、

自動(dòng)化和智能化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體的高效、舒適、安

全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保的家居環(huán)境。）又飛速發(fā)展起來，其中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

照明系統(tǒng)可以減少電能浪費(fèi)成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化住宅的重要一筆。本課題從實(shí)際出

發(fā)，準(zhǔn)備對(duì)紅外線樓道自動(dòng)照明系統(tǒng)進(jìn)行探索，隨著現(xiàn)代化的發(fā)展,工業(yè),農(nóng)

業(yè),商業(yè),教育等等行業(yè)的用電量都大幅度增加,在這種情況下電能的浪費(fèi)成為

人們普遍關(guān)注的問題。

1.2國內(nèi)外燈光控制器研究的現(xiàn)狀及存在的問題

全世界發(fā)電的主要原材料是煤炭，石油和天然氣，丹麥在能源利用方面的

成功經(jīng)驗(yàn)是一個(gè)很好的參考。自1974年以來，丹麥的國民收入增加了50％，但

丹麥的總能源消耗并未增加。在經(jīng)合組織成員國中，丹麥的能源消耗與國民收

入的比率最低。他們繼續(xù)提供一些節(jié)能的供熱系統(tǒng)，例如丹麥的火力發(fā)電廠和

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火力發(fā)電廠（CHP），并盡可能有效地利用資源。這樣，他們的總能源利用效率

達(dá)到了90％。丹麥政府非常重視住宅空間的節(jié)能，并為新房的節(jié)能設(shè)定了許多

要求。根據(jù)數(shù)據(jù)，搬到裝有節(jié)能設(shè)備的房屋的居民將比沒有節(jié)能解決方案的房

屋多付8％的費(fèi)用。節(jié)能項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)在歐盟國家中廣泛傳播。此外，OslamsVinia

繼續(xù)推出新的大功率熒光燈，它們可以節(jié)省系統(tǒng)總功率的6％，并具有更高和平

均的光通量。菲利普斯照明（PhillipsLighting）推出的陶瓷金屬鹵化物燈取

代了以前的鎢鹵素?zé)簦⒐?jié)省了60％的功率。有不同的跡象表明，世界各國正

在采取不同的方式來節(jié)約能源和電力。

多年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源問題變得越來越突出。日本的能

源總儲(chǔ)量不小，但由于人口眾多，人均儲(chǔ)量少，單位生產(chǎn)的能源消耗是發(fā)達(dá)國

家的3至10倍。能源問題已成為限制我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。從環(huán)境和

自然資源的角度來看，能源問題也是我國長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。

此外，能源問題不僅與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)有關(guān)，而且在某些情況下也對(duì)

社會(huì)穩(wěn)定產(chǎn)生重大影響?？紤]到能源問題的重要性，我國發(fā)布了有關(guān)綠色照明

項(xiàng)目的新聞稿。綠色照明項(xiàng)目將在公共設(shè)施，酒店，商業(yè)建筑，住宅和其他國

家建筑中推廣1.5億盞節(jié)能燈。未來五年可節(jié)省290億度電。在上海，河北等

一些地區(qū)，政府采取了對(duì)每批大批量購買節(jié)能燈補(bǔ)貼3-4元的辦法。日本的電

燈結(jié)構(gòu)正從普通白熾燈逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝Ч?jié)能燈，1995年熒光燈與普通白熾燈的

比例從1：1.5增加到6.25。做過。

目前，我國的照明耗電量約占社會(huì)總耗電量的12％。使用高效照明產(chǎn)品代

替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效照明產(chǎn)品可以節(jié)省60％到80％的電量。今天，北京正在積極推動(dòng)

綠色照明項(xiàng)目，推出數(shù)百萬種綠色光源和一些節(jié)能設(shè)備。據(jù)估計(jì)，每年節(jié)電可

節(jié)省的電力成本為2519.7萬元，折合為3,442萬千瓦時(shí)。政府已在商業(yè)建筑，

學(xué)校和醫(yī)院中更換了24萬盞節(jié)能燈。奧運(yùn)項(xiàng)目的建設(shè)中也大量使用了節(jié)能技術(shù)。

北京奧運(yùn)工廠大廳的“水立方”使用了大量的節(jié)能燈，并配備了可以節(jié)省50％照

明能源的新技術(shù)。通過增加光傳輸來白天消耗。

基于以上種種原因，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要且主要的措

施之一，因此節(jié)能技術(shù)的重要手段之一就是教室燈關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無疑

就成為其中一項(xiàng)重要課題。

1.3本項(xiàng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和研究的目標(biāo)

本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容有如下幾點(diǎn):

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(1)了解公共場(chǎng)所照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)；

(2)調(diào)研公共場(chǎng)所燈光照明需求以及環(huán)境光強(qiáng)弱與開、關(guān)燈的關(guān)系；

(3)研究聲音檢測(cè)識(shí)別電路設(shè)計(jì)；

(4)研究傳感器教室分布、安放問題，是否一燈一個(gè)傳感器或多燈公用傳感

器等；

(5)研究燈光控制器電源問題；

(6)研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案；

(7)研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問題；

(8)研究與現(xiàn)有公共場(chǎng)所照明相兼容，易替代，不易被偷盜、被仿制，易于

維護(hù)、維修等控制技術(shù)；

(9)研究報(bào)警等附加功能問題

最終通過研究的公共場(chǎng)所燈光控制系統(tǒng)能用于現(xiàn)有公共場(chǎng)所照明系統(tǒng)的改

造，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的人性化智能管理，提高用電效率；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)燈光

控制相兼容，以降低成本；通過反復(fù)試驗(yàn)和改進(jìn)，最終達(dá)到可靠性、實(shí)用性、

推廣性較好的目標(biāo)。

2系統(tǒng)硬件方案選擇

2.1主控芯片的選擇

在硬件電路的搭建之前必須明確設(shè)計(jì)的方案，通過各個(gè)模塊之間進(jìn)行比較

選擇出最適合本設(shè)計(jì)的硬件，以發(fā)揮器件的最大功效。

方案一：

采用STC89C51單片機(jī)作為主控芯片。STC89C51是宏晶科技公司生產(chǎn)的一款

低功耗、高性能的八位CMOS微處理器，片內(nèi)具有8k在線編程Flash存儲(chǔ)器。STC89

C51單片機(jī)的內(nèi)核采用的是MCS-51內(nèi)核，指令完全兼容MCS-51，但是該單片機(jī)

越做了升級(jí)使得芯片具有很多傳統(tǒng)的51單片機(jī)不具備的功能，例如該芯片還有

4K的EEPROM存儲(chǔ)，在需要使用到掉電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候就可以直接使用單片機(jī)內(nèi)

部的存儲(chǔ)，不在需要在外接存儲(chǔ)芯片進(jìn)行存儲(chǔ)。STC89C51單片機(jī)具有的開發(fā)簡(jiǎn)

單、可在線編程下載、成本低是非常不錯(cuò)的選擇。

方案二：

采用MSP430單片機(jī)作為主控芯片。MSP430單片機(jī)稱之為混合信號(hào)處理器，

它可以將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片

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上，MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位

超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集(RISC)的混合信號(hào)處理器(MixedSignalProcessor)。

該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。而卻開發(fā)難度相對(duì)

比較大、價(jià)格昂貴。所以在一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中不宜采用。

方案三：

采用PIC16F877A單片機(jī)作為主控芯片。PIC16F877A是由Microchip公司所

生產(chǎn)開發(fā)的新產(chǎn)品，屬于PICmicro系統(tǒng)8位單片機(jī)微機(jī)，具有Flash程序內(nèi)存

功能，可反復(fù)擦寫程序。但是開發(fā)成本高，難度相對(duì)大。

綜合上述的描述，考慮到資源的合理利用和成本以及開發(fā)的難易程度最終

決定采用宏晶科技的STC89C51單片機(jī)作為主控芯片。

2.2系統(tǒng)整體方案

過上述對(duì)各個(gè)模塊介紹，我們最終選擇了STC89C51作為本設(shè)計(jì)的主控芯片，

通過駐極體電容式傳聲器設(shè)計(jì)電路檢測(cè)當(dāng)前周圍是否有聲音信號(hào)，并通過光敏

電阻對(duì)環(huán)境光強(qiáng)采集，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到周圍有人并且光強(qiáng)偏低則系統(tǒng)控制繼電器

打開燈光，如果在沒有人的情況下不管是否光強(qiáng)低都不會(huì)開燈。

本設(shè)計(jì)的具體的系統(tǒng)方案如下圖2-1所示。

復(fù)位電路光敏電阻

晶振電路LM393比較

電路

STC89C51

主控芯片

電源電路繼電器控制

電路

聲音檢測(cè)電

照明設(shè)備

路

圖2-1系統(tǒng)方案

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3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1STC89C51單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1ST89C51單片機(jī)的概述

STC89C51是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有

4K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)

制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在

系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)

可編程Flash，使得STC89C51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。具

有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash、晶片內(nèi)部具時(shí)鐘

振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz）、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）為4KB、內(nèi)

部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為256字節(jié)、32個(gè)可編程I/O口線、8個(gè)中斷向量源、兩

個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器全雙工UART串行通道、低功

耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)

識(shí)符。另外STC89X52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模

式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)

工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，

直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。

3.1.2ST89C51的引腳說明

STC89C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。在本設(shè)計(jì)中采用直

插式的DIP40的封裝，該封裝在焊接的時(shí)候可以采用一個(gè)IC插座進(jìn)行先焊接然

后焊接完成后再將芯片插到IC插座上這樣做方便更換芯片，也避免了芯片在高

溫焊接的時(shí)候損壞。STC89C51一共具有40只引腳，其中可以用來控制的引腳有

32個(gè)分別是P0、P1、P2、P3。這些引腳可以單獨(dú)位控制也可以對(duì)某一位的IO

口同時(shí)進(jìn)行控制。在控制的時(shí)候非常方便無需定義輸入輸出，在給IO賦值的時(shí)

候IO口會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵?，給讀取IO口時(shí)IO口會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)變成輸入。STC89C51

單片機(jī)所以引腳的作用如下表3-1所示。

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表3-1STC89C51單片機(jī)引腳功能對(duì)照表

引腳引腳名稱對(duì)應(yīng)功能與作用

1~8引腳P1.0~P1.7（P1）端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，

其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載，同樣

地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端

口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的

話，P1.0又當(dāng)做定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳，

而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸

入的觸發(fā)腳位。

9引腳RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST

腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

10-17引腳P3.0~P3.7（P3）端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其

輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多

工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、

外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋?/p>

18引腳XTAL2系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上

只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振蕩

晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與

地之間加入一20PF的小電容，可以使系統(tǒng)更

穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。

19引腳XTAL1單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。

20引腳GND單片機(jī)電源地

21~28引腳P2.0~P2.7（P2）P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，

P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)

P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉

高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的

管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部

上拉的緣故。

29引腳PSEN當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)

（EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通

常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S51可以

利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM

與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合

并在一起而共用64K的定址范圍

30引腳ALE表示地址鎖存器啟用信號(hào)。AT89S51可以利用這

支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如

74LS373），將端口0的地址總線（A0～A7）鎖

進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳T89S51是以多工的方式送

出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的

輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用

來驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄

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8751程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的

特殊功能來使用。

31引腳EA/VPP低電平動(dòng)作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，

系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部EPROM

中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA

引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲(chǔ)器

空間。如果是使用8751內(nèi)部程序空間時(shí)，此

引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄

至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來輸入

21V的燒錄高壓（Vpp）。我們?cè)O(shè)計(jì)中直接該引腳

截至VCC讓其處于一直高電平的狀態(tài)。讓其工

作在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。

32~39引腳P0.7~0.0（P0）端口0是一個(gè)8位寬的開路汲極（OpenDrain）

雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，

P0.1表示位1，依此類推。其他三個(gè)I/O端口

（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)

部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)

8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平

時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），P0就

以多工方式提供地址總線（A0～A7）及數(shù)據(jù)總

線（D0～D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口

0送出的地址栓鎖住成為A0～A7，再配合端口

2所送出的A8～A15合成一完整的16位地址總

線，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。

40引腳VCC單片機(jī)電源4.5~5.5V正極

STC89C51單片機(jī)P3口第二功能對(duì)照表如下表3-2所示。

表3-2STC89C51單片機(jī)P3口第二功能對(duì)照表

引腳引腳名稱對(duì)應(yīng)的功能作用

10RXD該引腳的特殊功能為串行輸入口，在單片機(jī)下載程序時(shí)需要

使用到。

11TXD該引腳的特殊功能為串行輸出口，同樣單片機(jī)下載程序時(shí)需

要使用到。

12INT0該引腳作為單片機(jī)外部中斷0觸發(fā)引腳，觸發(fā)方式可以進(jìn)行

配置相對(duì)應(yīng)的寄存器來實(shí)現(xiàn)。

13INT1該引腳作為單片機(jī)外部中斷1觸發(fā)引腳，觸發(fā)方式可以進(jìn)行

配置相對(duì)應(yīng)的寄存器來實(shí)現(xiàn)。

14T0該引腳可作為單片機(jī)外部計(jì)數(shù)器0觸發(fā)引腳。

15T1該引腳可作為單片機(jī)外部計(jì)數(shù)器1觸發(fā)引腳。

16WR該引腳可作為單片機(jī)外部數(shù)據(jù)寫選通口。

17RD該引腳可作為單片機(jī)外部數(shù)據(jù)讀選通口。

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3.1.3ST89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)說的通熟易懂的話就是以最少的元器件組成能讓單片機(jī)工

作起來的系統(tǒng)，接下來開始介紹51單片機(jī)最小系統(tǒng)必備的器件及其作用。

首先電源這對(duì)于一個(gè)電子產(chǎn)品的話是必不可少，它提供能源給系統(tǒng)運(yùn)作，

在本設(shè)計(jì)中由于51單片機(jī)的工作電壓在4.5~5.5V之間都可以正常工作所以我

們采用了USB電源線連接手機(jī)充電器插頭或者5V的移動(dòng)電源給系統(tǒng)進(jìn)行供電。

其次晶振電路，一般選擇12Mhz的晶振，方便使用定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的功能。

XTAL1和XTAL2是獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英

晶振的片內(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。圖3.1中采用的是內(nèi)時(shí)

鐘模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時(shí)

元件（一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來說晶

振可以在1.2~12MHz之間任選，甚至可以達(dá)到24MHz或者更高，但是頻率越高

功耗也就越大。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的12M的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個(gè)電

容的大小對(duì)振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。當(dāng)采用石英晶振時(shí)，

電容可以在20~40pF之間選擇（本設(shè)計(jì)使用30pF）；當(dāng)采用陶瓷諧振器件時(shí)，

電容要適當(dāng)?shù)卦龃笠恍?，?0~50pF之間。通常選取30pF的陶瓷電容就可以

了。

圖3.1晶振電路

再來就是復(fù)位電路，復(fù)位電路分為：上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。圖3.2中

所示的復(fù)位電路就包括了這兩種復(fù)位方式。上電復(fù)位電路中，利用電容充電來

實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在電源接通瞬間，RST引腳上的電位是高電平（VCC），電源接通后對(duì)

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電容進(jìn)行快速充電，隨著充電的進(jìn)行，RST引腳上的電位也會(huì)逐漸下降為低電平。

只要保證RST引腳上高電平出現(xiàn)的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便可以實(shí)現(xiàn)正常復(fù)

位。按鍵復(fù)位電路中，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，電路同上電復(fù)位電路。如在單片機(jī)

運(yùn)行過程中，按下RESET鍵，已經(jīng)充好電的電容會(huì)快速通過200Ω電阻的回路放

電，從而使得RST引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖剑烁唠娖綍?huì)維持到按鍵釋放，

從而滿足單片機(jī)復(fù)位的條件實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位。一般來說，只要RST管腳上保持10m

s以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。圖中所示的復(fù)位電阻和電容為經(jīng)

典值，實(shí)際制作是可以用同一數(shù)量級(jí)的電阻和電容代替，操作者也可自行計(jì)算RC

充電時(shí)間或在工作環(huán)境實(shí)際測(cè)量，以確保單片機(jī)的復(fù)位電路可靠。

圖3.2復(fù)位電路

完整的STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖3.3所示。

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圖3.3STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)

3.2聲音檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

駐極體傳聲器內(nèi)部主要包括聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分。聲電轉(zhuǎn)換部分包

括振膜、極板、空隙三部分。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是振動(dòng)膜，它是一片極薄

的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜，然后再經(jīng)過高壓電場(chǎng)駐極后，

兩面分別駐有異性電荷，膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的

另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開，這樣，蒸金膜與金屬極板之

間就形成一個(gè)電容。當(dāng)聲音傳入時(shí)，振膜隨聲波的運(yùn)動(dòng)發(fā)生振動(dòng)，此時(shí)振膜與

固定電極間的電容量也隨聲音而發(fā)生變化。從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交

變電壓信號(hào)，如此就完成了聲音轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程。電壓變化的大小，反

映了外界聲壓的強(qiáng)弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率。駐極體傳

聲器振膜與極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而這個(gè)電信號(hào)輸出

阻抗很高，而且很弱。因此，不能將駐極體傳聲器的輸出直接與音頻放大器相

接。而場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低的特點(diǎn)，因此，一般是在

傳聲器內(nèi)部接入一只輸入阻抗極高的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管用來放大駐極體電

容產(chǎn)生的電壓信號(hào)，同時(shí)以比較低的阻抗在源極S或者漏極G輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)

阻抗變換。具體的硬件電路如圖3.4所示。

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駐極體傳聲器檢測(cè)到聲音時(shí)膜隨聲波的運(yùn)動(dòng)發(fā)生振動(dòng)使得電壓變化，經(jīng)過S8

050三極管將電壓進(jìn)行放大后接入LM393正相輸入端，最終輸出接入單片機(jī)IO

口中，當(dāng)LM393正相輸入端電壓比反相輸入端大時(shí)輸出高電平，反之輸出低電

平，為了能夠更直觀的觀察到時(shí)候檢測(cè)到聲音信號(hào)，在輸出口接一個(gè)LED燈，

當(dāng)檢測(cè)到聲音信號(hào)時(shí)輸出低電平，此時(shí)發(fā)光二極管導(dǎo)通，可以觀察到二極管點(diǎn)

亮。

圖3-4聲音檢測(cè)電路

3.3光強(qiáng)采集電路設(shè)計(jì)

光敏電阻又稱光導(dǎo)管，用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒

化物和砷化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作

很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封

殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。在黑暗環(huán)境

里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬

度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一

個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)增加了半導(dǎo)體材料中載流

子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈

低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)將逐漸復(fù)合，光敏電阻的

阻值也就逐漸恢復(fù)原值。根據(jù)這一特性將光敏電阻與一個(gè)10K的電阻進(jìn)行串聯(lián)

進(jìn)電源接入LM393比較器反向輸入端，正向輸入端接入可調(diào)電壓。

當(dāng)光強(qiáng)過強(qiáng)時(shí)阻值下降，反輸入端電壓下降，低于正向輸入端時(shí)，LM393輸

入高電平；當(dāng)光強(qiáng)降低時(shí)阻值上升，反輸入端電壓上降，高正向輸入端時(shí)，LM393

輸入低電平，單片機(jī)通過檢測(cè)I/O口上的電平局可以判斷光強(qiáng)是否過低。原理

圖如圖3.5所示。

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圖3.5光強(qiáng)檢測(cè)電路

3.4繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

繼電器是一個(gè)由電控制的元器件。是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化達(dá)到規(guī)定

要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有

控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。

通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中。簡(jiǎn)單的說，繼電器就是一個(gè)通過輸入的小電

流來控制大電流的輸出的一個(gè)“自動(dòng)開關(guān)”。因此在電路中繼電器起著自動(dòng)調(diào)節(jié)

電路、轉(zhuǎn)換電路、保護(hù)電路等作用。

當(dāng)使用51單片機(jī)進(jìn)行控制繼電器時(shí)候由于單片機(jī)IO口輸出電流在4~20mA

之間，而繼電器工作吸合電流大約在40mA，所以采用直接控制是無法驅(qū)動(dòng)的。

需要添加一個(gè)電流放大電路。

三極管的選擇應(yīng)該符合：

(1)功率PCM：大于5V*繼電器電流(5*40mA=0.2W)的兩倍；

(2)最大集電極電流（ICM）：大于繼電器吸合電流40mA的兩倍以上；

(3)耐壓BV（CEO）：大于繼電器工作電壓5V，可選10V以上；

(4)直流放大倍數(shù)：取100。

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圖3.6繼電器驅(qū)動(dòng)電路

本設(shè)計(jì)中采用S8550三極管進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)電路圖如圖3.6所示。當(dāng)單片

機(jī)IO口輸出高電平時(shí)，三極管截止，繼電器斷開；當(dāng)單片機(jī)IO口輸出低電平

時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合。

3.5系統(tǒng)硬件測(cè)試

系統(tǒng)硬件電路的測(cè)試主要是檢測(cè)電路是否出現(xiàn)漏焊、短路、斷路、虛焊、

一些具有方向的元件是否方向弄錯(cuò)、電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等情況。

對(duì)于漏焊、元件方向弄錯(cuò)的檢測(cè)方法是將實(shí)物電路板對(duì)照著PCB圖的線路，

檢查每一個(gè)元件和導(dǎo)線在實(shí)物上是否有出現(xiàn)。如果發(fā)現(xiàn)沒有或者對(duì)不上的情況

下需及時(shí)的重新對(duì)照確定漏焊時(shí)及時(shí)的補(bǔ)焊。

對(duì)于短路、斷路、虛焊這些情況采用數(shù)字萬用表。將數(shù)字萬用表打到二極

管檔位，然后通過紅表筆和黑表筆碰一起，萬用表會(huì)發(fā)出鳴叫警示。根據(jù)這個(gè)

原理就可以用來檢測(cè)短路、斷路、虛焊。在需要檢測(cè)的元件或?qū)Ь€的兩端用兩

根表筆檢測(cè)，如果導(dǎo)通蜂鳴器會(huì)鳴叫，如果斷開蜂鳴器不叫。這樣根據(jù)我們所

需要檢測(cè)的情況，在結(jié)合檢測(cè)的現(xiàn)象就可以測(cè)出線路是否有問題。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹

本設(shè)計(jì)采用KeilμVision4進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。KeilC51是美國KeilSoftwa

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re公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在

功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提

供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等

在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一

起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用

C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編

語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功

倍。

4.2主函數(shù)的設(shè)計(jì)

主函數(shù)voidmain()是程序的入口函數(shù)，一個(gè)完整的程序必須要包含該函數(shù)。

在該函數(shù)的開頭一般都是先對(duì)單片機(jī)和一些外圍器件需要進(jìn)行初始化才能正常

使用的器件進(jìn)行初始化和重新賦值一些變量，初始化完后進(jìn)去死循環(huán)，如果不

進(jìn)入死循環(huán)程序運(yùn)行一次就會(huì)退出，如果加入死循環(huán)程序就會(huì)不斷地進(jìn)行循環(huán)

達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)執(zhí)行的目的。在主程序的設(shè)計(jì)中需要注意的是主函數(shù)中不宜放過

多的代碼，具體的代碼一般都是采用函數(shù)進(jìn)行封裝然后在主函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，這

樣也可以方便閱讀修改。具體流程圖如下4-1所示。

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開始

定時(shí)器0初始化

判斷是否光強(qiáng)不足

否guang==0？

是

判斷是否有聲

關(guān)閉燈光是

音sheng==0？

吸合繼電器打開燈

判斷是否未開

啟定時(shí)

leave==0？

否是

否

開啟定時(shí)TR0=1

標(biāo)記定時(shí)以開啟

leave=1；

圖4-1主函數(shù)流程圖

4.3系統(tǒng)軟件測(cè)試

測(cè)試所需的工具：KEIL軟件、系統(tǒng)硬件、PL2303下載器等。

系統(tǒng)的軟件方面通過KEIL軟件進(jìn)行編寫，將編寫好的程序生成.HEX文件后

通過PL2303下載器下載到單片機(jī)中。通過觀察整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，然后進(jìn)行

反復(fù)的修改調(diào)試程序，最終得到一個(gè)完善的程序。

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附錄1元器件清單

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附錄2電路原理圖

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附錄3PCB設(shè)計(jì)圖

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附錄4作品實(shí)物圖

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附錄5軟件程序代碼

*************************************************************/

#include<reg52.h>//頭文件

#defineucharunsignedchar//宏定義

#defineuintunsignedint

/**********************引腳定義************************/

sbitrelay=P2^1;//繼電器定義

sbitguang=P2^7;//光敏電阻輸入

sbitsheng=P3^2;//聲音檢測(cè)輸入引腳

/**********************變量定義************************/

uintT0_num=0;//定時(shí)計(jì)數(shù)

/********************************************************

函數(shù)名稱:voiddelayms(uintms)

函數(shù)作用:毫毛延時(shí)函數(shù)

參數(shù)說明:ms為延時(shí)的毫秒數(shù)

********************************************************/

voiddelayms(uintms)

{

unsignedchari=100,j;

for(;ms;ms--)

{

whi