智能路燈設(shè)計(jì)

1、交通與汽車(chē)工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課 程 名 稱(chēng): 微機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 課 程 代 碼: 8234570 題 目: 智能路燈控制 年級(jí)/專(zhuān)業(yè)/班: 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號(hào): 開(kāi) 始 時(shí) 間: 20 年 月 日完 成 時(shí) 間: 20 年 月 日課程設(shè)計(jì)成績(jī)：學(xué)習(xí)態(tài)度及平時(shí)成績(jī)（30）技術(shù)水平與實(shí)際能力（20）創(chuàng)新（5）說(shuō)明書(shū)（計(jì)算書(shū)、圖紙、分析報(bào)告）撰寫(xiě)質(zhì)量（45）總 分（100）指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目 錄摘 要11 引 言21.1 問(wèn)題的提出21.2任務(wù)與分析22 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案32.2 系統(tǒng)總體框圖43 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)53.1 AT89c51簡(jiǎn)介53.2 紅外

2、線傳感器的介紹94 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)114.1 proteus軟件環(huán)境介紹114.2 Protel軟件環(huán)境介紹114.3 keil c51簡(jiǎn)介124.4系統(tǒng)軟件分析134.5程序流程圖135 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程175.1 Protel 99 SE中調(diào)試175.2 keil C51程序調(diào)試結(jié)果185.3 proteus調(diào)試19總 結(jié)21參考文獻(xiàn)22摘 要 隨著社會(huì)需求和單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，各類(lèi)智能產(chǎn)品、控制系統(tǒng)都是以單片機(jī)技術(shù)為核心來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)是基于89C51單片機(jī)為控制核心的走廊路燈控制。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51和相關(guān)的傳紅外線感器智能路燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際

3、光線條件通過(guò)8951芯片的P1口控制路燈開(kāi)關(guān)的功能。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)對(duì)該系統(tǒng)的硬件電路，工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。同時(shí)給出了軟件設(shè)計(jì)的流程圖和主要源代碼。關(guān)鍵詞： 89C51單片機(jī) 紅外線傳感器 開(kāi)關(guān)1 引 言 1.1 問(wèn)題的提出 隨著夜晚的來(lái)臨，城市里華燈初上，人們消除了白天的繁忙，漫步穿行于城市的街道上。在那霓虹漫彩的燈光下，一個(gè)個(gè)孩子歡快的玩耍著，一對(duì)對(duì)男女漫步于小道里、花園中，一輛輛汽車(chē)奔馳于公路上。路燈已經(jīng)成為一個(gè)城市的照明系統(tǒng)不可分割更無(wú)可替代的一部分，在城市照明中發(fā)揮著舉足輕重的作用，而其所依靠的就是路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)。路燈控制方式很多，本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51和

4、相關(guān)的傳感器設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)智能路燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際行人情況通過(guò)8051芯片的P1口控制路燈開(kāi)關(guān)的功能。隨著社會(huì)文明的不斷發(fā)展，城市照明已不僅局限于街道的照明，而且發(fā)展成了了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。利用51系列單片機(jī)可編程控制八位邏輯I/O端口實(shí)現(xiàn)路燈的智能化，達(dá)到節(jié)能、自動(dòng)控制的目的,避免了傳統(tǒng)電路對(duì)能源的浪費(fèi)，且路燈的自動(dòng)控制更方便了工作人員的管理。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單。而且所用的路燈采用LED燈。眾所周知，LED是目前最為節(jié)能的發(fā)光元件，通過(guò)采用LED發(fā)光可以節(jié)省大量的電能，而且LED發(fā)光柔和，亮度適中，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種照明場(chǎng)合。因此，智能光控節(jié)能路燈

5、必將在未來(lái)得到廣泛的應(yīng)用。1.2任務(wù)與分析 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的控制中心是89C51單片機(jī)。首先，在Protel軟件環(huán)境中進(jìn)行硬件電路圖的設(shè)計(jì)。然后在proteus軟件環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)的軟件編程，并進(jìn)行程序源文件的編譯和調(diào)試，最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件電路運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的源代碼來(lái)源。把.hex文件加載到AT89C51單片機(jī)芯片，然后在Proteus軟件環(huán)境中運(yùn)行硬件電路，控制電路的功能就能夠?qū)崿F(xiàn)了。 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由:AT89C51為中央處理芯片，用于信號(hào)采集，初值設(shè)定。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能：（1）、路燈的傳統(tǒng)手動(dòng)全開(kāi)或全關(guān)。（此情況可做應(yīng)急時(shí)處置）（2）、當(dāng)有人通過(guò)時(shí)路燈才會(huì)點(diǎn)亮，且點(diǎn)

6、亮的路燈個(gè)數(shù)視行人所處的位置決定，當(dāng)行人進(jìn)入只能路燈路面時(shí)點(diǎn)亮路人所處位置相鄰的兩盞燈。 （3）、路人走過(guò)路段的路燈在行人走過(guò)后自動(dòng)熄滅。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本次課程設(shè)計(jì)題目是基于單片機(jī)的智能路燈的設(shè)計(jì)。此課題要求以路燈控制器為對(duì)象，完成硬件系統(tǒng)和軟件程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)以傳統(tǒng)手動(dòng)和以行人通過(guò)控制兩種方式來(lái)控制路燈的亮滅功能，屬于軟硬件相結(jié)合的題目。其中硬件電路部分主要包括以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、路燈控制電路部分、行人檢測(cè)電路部分；軟件部分主要包括三個(gè)電子軟件Proteus、 Keil-C51軟件、protel99。工作原理如下圖所示：行人行人檢測(cè)系統(tǒng)單片機(jī)路燈控制圖2-1

7、 工作原理簡(jiǎn)圖本系統(tǒng)需要如下電路元器件，其中電路元器件及相關(guān)參數(shù)的需求：（1）AT89C51實(shí)驗(yàn)板一塊。（2）單片機(jī)最小系統(tǒng)所需的12M晶振一個(gè)。（3）路燈控制電路部分所需的LED燈八個(gè)，470歐姆電阻八個(gè)，單刀單置開(kāi)關(guān)兩個(gè)。（4）行人檢測(cè)電路所需的2K電阻八個(gè)，紅外線傳感器八個(gè)。（5）+5V直流電壓源一個(gè)。實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備器材：PC機(jī)一臺(tái)及相關(guān)軟件。最小系統(tǒng)是51單片機(jī)的最基本的組成部分，51單片機(jī)的引腳雖然只有四十，但它有很多的擴(kuò)展功能，根據(jù)相應(yīng)的課題設(shè)計(jì)要求可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的外圍電路。此外，在本課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)注意P0口，通常P0-P3口用作通用I/OK口，當(dāng)P0接口用于I/O口時(shí)，必須接

8、上拉電阻，而其他接口不需要。2.2 系統(tǒng)總體框圖行人檢測(cè)電路手動(dòng)控制電路AT89C51單片機(jī)路燈控制圖2-2 系統(tǒng)總體框圖 當(dāng)啟動(dòng)程序后，單片機(jī)處于設(shè)置的初始狀態(tài)：所有燈全關(guān)，所有紅外傳感器打開(kāi)。手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)處于處于關(guān)燈狀態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)正常工作，如果有行人進(jìn)入智能路燈路面時(shí)，紅外傳感器監(jiān)測(cè)到信號(hào)，并以電壓的形式把信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)傳感器送來(lái)的信號(hào)個(gè)傳感器的布置，點(diǎn)亮相應(yīng)的傳感器所處的位置的LED路燈。當(dāng)行人通過(guò)這個(gè)路燈后，并到達(dá)下個(gè)路燈時(shí)，上一個(gè)路燈熄滅，所處位置處和所處位置下一個(gè)路燈亮。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，達(dá)到節(jié)能的目的，當(dāng)行人通過(guò)最好一個(gè)路燈后最后一個(gè)路燈延時(shí)8S左右熄滅。在緊急情況下，

9、需要所有的路燈都要打開(kāi)，此時(shí)可以通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)所遇路燈，緊急情況過(guò)后，通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉所有路燈。系統(tǒng)回復(fù)正常運(yùn)行。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 AT89c51簡(jiǎn)介MCS-51系列單片機(jī)是由美國(guó)的Intel公司開(kāi)發(fā)研制，并于1980年推出的產(chǎn)品。與MCS-48系列單片機(jī)相比，其以典型的體系結(jié)構(gòu)和完善的專(zhuān)用寄存器集中管理方式，方便的邏輯位操作功能及豐富的指令系統(tǒng)5，堪稱(chēng)一代“名機(jī)”，為之后的其他單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。因此，MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，增加了更多的電路單元和功能模塊，指令數(shù)達(dá)111條。其中的代表作便是AT89C5x系列單片機(jī)，而本文所用的便是AT89C51單片機(jī)?，F(xiàn)簡(jiǎn)

10、要介紹如下： 1. 中斷系統(tǒng)8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。2. 時(shí)鐘電路8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。3. 8051的引腳說(shuō)明8051系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：圖3-1 AT89C51引腳VCC：供

11、電電壓。 GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高3。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部

12、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(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“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。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并

13、用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。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。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR 8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，

14、該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間CPU只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器

15、的輸出。8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)下圖。此外，RESET/還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。圖3-2 AT89C51的復(fù)位方式Pin30:ALE當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin29:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，P

16、C的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。Pin31:EA/程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。存儲(chǔ)器系統(tǒng)：8051單片機(jī)存儲(chǔ)器在的物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，程序存儲(chǔ)器ROM：我們?yōu)榱俗寙纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)某一功能，需要利用利用匯編語(yǔ)言或其他語(yǔ)言編寫(xiě)一些源程序，然后再燒錄

17、到芯片中。我們編寫(xiě)的這些程序，就存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器空間中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM：我們編寫(xiě)的源程序，在運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些臨時(shí)的運(yùn)算結(jié)果，這些結(jié)果需要臨時(shí)存放在一個(gè)地方，這個(gè)地方就是數(shù)據(jù)寄存器。8051單片機(jī)具有四個(gè)存儲(chǔ)器空間：（1）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，即單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間（2）片外程序存儲(chǔ)器，即當(dāng)單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間不夠使用時(shí)，我們需要外加的一個(gè)存儲(chǔ)器芯片（3）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，即單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間（4）片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，即當(dāng)單片機(jī)芯片內(nèi)置的存儲(chǔ)空間不夠使用時(shí)，我們需要外加的一個(gè)存儲(chǔ)器芯片但從用戶(hù)使用的角度，8051存儲(chǔ)器地址空間分為三類(lèi)：1.片內(nèi)片外統(tǒng)一編址的0000H-FFFFH的6

18、4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器地址空間，用16位地址。2.64K字節(jié)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，地址也是從0000H-FFFFH用16位地址。3.256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，用8位地址。程序存儲(chǔ)器地址空間：8051程序存儲(chǔ)器用于存放編寫(xiě)好的程序和表格常數(shù)。程序存儲(chǔ)器通過(guò)16位程序計(jì)數(shù)器PC尋址。尋址能力為64K字節(jié)。片內(nèi)ROM為4KB。地址為0000H-0FFFH。片外最多可擴(kuò)至64K字節(jié)。地址為1000H-FFFFH。片內(nèi)片外是統(tǒng)一編址的。當(dāng)引腳EA接高電平時(shí)，8051程序計(jì)數(shù)器PC在0000H-0FFFH范圍內(nèi)，即前4K字節(jié)地址執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序。當(dāng)指令地址超過(guò)0FFFH后，就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令。

19、程序存儲(chǔ)器的某些單元是留給系統(tǒng)使用的。存儲(chǔ)單元0000H-0002H用作8051上電復(fù)位后引導(dǎo)程序存放單元。因?yàn)?051上電復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H，所以CPU總是從0000H開(kāi)始執(zhí)行程序，如果在這三個(gè)單元中有跳轉(zhuǎn)指令，那么，程序就被引導(dǎo)到轉(zhuǎn)移指令所指的ROM空間去執(zhí)行。0003H-0023H單元被均勻的分為5段。用作5個(gè)中斷服務(wù)程序的入口。因?yàn)?個(gè)入口之間間隔較小，因此一般來(lái)說(shuō)，這五個(gè)入口都是存放著一條跳轉(zhuǎn)指令，而把真正的中斷服務(wù)程序安排在后面的存儲(chǔ)單元中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM用于存放運(yùn)算中的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存或緩沖、標(biāo)志位等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間也分為片內(nèi)和片外兩大部分，即片

20、內(nèi)RAM和片外RAM。(1) 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又稱(chēng)為外部數(shù)據(jù)RAM，當(dāng)805l片內(nèi)256個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM不能滿足數(shù)量上的要求時(shí)，可通過(guò)總線端口和其它IO端口擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)RAM(擴(kuò)展方法見(jiàn)相關(guān)章節(jié))，其最大容量可達(dá)64K字節(jié)。地址從0000H-FFFFH。外部數(shù)據(jù)RAM與內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM的功用基本相同，但外部數(shù)據(jù)RAM不能進(jìn)行堆棧操作8。(2) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大尋址空間為256字節(jié)。他們又分為兩個(gè)部分。低128字節(jié)00H-7FH是真正的RAM區(qū)低128字節(jié)中地址00H一1F的32個(gè)單元，安排為四組工作寄存器。每組又分為8個(gè)寄存器區(qū)R0-R7。3.2 紅外線傳感器

21、的介紹 熱釋電紅外傳感器通過(guò)目標(biāo)與背景的溫差來(lái)探測(cè)目標(biāo)，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類(lèi)晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓U。常用的熱釋電紅外線光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。熱釋電紅外傳感器內(nèi)部由光學(xué)濾鏡、場(chǎng)效應(yīng)管、紅外感應(yīng)源(熱釋電元件)、偏置電阻、EMI電容等元器件組成，其內(nèi)部電路框圖如下圖所示。圖 3-3 紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 光學(xué)濾鏡的主要作用是只允許波長(zhǎng)在10m左右的紅外線(人體發(fā)出的紅外線波長(zhǎng))通過(guò)，而

22、將燈光、太陽(yáng)光及其他輻射濾掉，以抑制外界的干擾。 紅外感應(yīng)源通常由兩個(gè)串聯(lián)或者并聯(lián)的熱釋電元件組成，這兩個(gè)熱釋電元件的電極相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋電元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)相互抵消，輸出信號(hào)接近為零。一旦有人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，由于角度不同，兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電能量也不同，不能完全抵消，經(jīng)處理電路處理后輸出控制信號(hào)。熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類(lèi)似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面電荷的現(xiàn)象。熱釋電紅外傳感器由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個(gè)表面做成電極，在傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有T的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩

23、個(gè)電極上產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Q會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，T=O，傳感器無(wú)輸出。 在自然界，任何高于絕對(duì)溫度(-273)時(shí)物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波長(zhǎng)與溫度的高低有關(guān)。 人體或者體積較大的動(dòng)物都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10m左右的紅外線，當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，人體發(fā)射的10m左右的紅外線通過(guò)菲涅耳透鏡濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源(熱釋電元件)上，紅外感應(yīng)源在接收

24、到人體紅外輻射時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，進(jìn)而產(chǎn)生T并將T向外圍電路輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有信號(hào)輸出，所以這種傳感器適合檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)情況4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 proteus軟件環(huán)境介紹本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)首先是在Proteus軟件環(huán)境中仿真實(shí)現(xiàn)的。Proteus軟件是來(lái)自英國(guó)Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是互動(dòng)的。針對(duì)

25、微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試。如果有顯示及輸出，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境，尤其重要的是Proteus Lite可以完全免費(fèi)，也可以花微不足道的費(fèi)用注冊(cè)達(dá)到更好的效果。Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件.）。其實(shí)Proteus 與 multisim比較類(lèi)似，只不過(guò)它可以仿真MCU，當(dāng)然，

26、軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型，用開(kāi)發(fā)板和仿真器當(dāng)然是最好選擇，可是初學(xué)者擁有它們的可能性比較小。當(dāng)然，硬件實(shí)踐還是必不可少的。在沒(méi)有硬件的情況下，Proteus能像pspice 仿真模擬/數(shù)字電路那樣仿真MCU及外圍電路。另外，即使有硬件，在程序編寫(xiě)早期用軟件仿真一下也是很有必要的。Proteus軟件主要具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：1、設(shè)計(jì)和仿真軟件Proteus 是一個(gè)很有用的工具，它可以幫助學(xué)生和專(zhuān)業(yè)人士提高他們的模擬和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力。2、它允許對(duì)電路設(shè)計(jì)采用圖形環(huán)境，在這種環(huán)境中，可以使用一個(gè)特定符號(hào)來(lái)代替元器件，并完成不會(huì)對(duì)真實(shí)電路造成任何損害的電路仿真

27、操作。3、它可以仿真儀表以及可描述在仿真過(guò)程中所獲得的信號(hào)的圖表。4、它可以仿真目前流行的單片機(jī)，如PICS, ATMEL-AVR, MOTOROLA, 8051 等。5、在設(shè)計(jì)綜合性方案中,還可以利用ARES開(kāi)發(fā)印制電路板。4.2 Protel軟件環(huán)境介紹Protel印制板設(shè)計(jì)軟件包是澳大利亞protel technology公司與1990年推出的電子CAD產(chǎn)品，具有方便、易學(xué)、實(shí)用、快速以及高速度、高步通率的特點(diǎn)。它采用了分層次下拉窗口菜單結(jié)構(gòu)形式，用戶(hù)基本上不需要記背太多的鍵盤(pán)命令，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單命令就能操作，protel有著很高的自動(dòng)布線布通率。布通率是電子產(chǎn)CAD產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo)，

28、它反映電子元件在電路圖中連接關(guān)系有多少能在印刷版圖中實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)常用的單、雙面印制板時(shí)只要選擇適當(dāng)?shù)脑季趾筒季€策略方法，protel就可以輕易的達(dá)到98%-100%的布通率。對(duì)于極少數(shù)不能布通的定方，protel可以用飛線指示出來(lái)，引導(dǎo)用戶(hù)用手工方法連通。另外，protel有強(qiáng)大的宏命令設(shè)置功能，利用宏命令功能多定義的熱鍵可以大大提高操作速度。 Protel對(duì)微機(jī)的軟硬件配置要求很低：cpu在8088以上，dos2.0以上版本，內(nèi)存640kb以上，雙軟件（或一個(gè)軟件一個(gè)硬盤(pán)），單色顯示器（多層板設(shè)計(jì)時(shí)最好用彩色），各種兼容打印機(jī)。也能在Windows9X平臺(tái)的模擬DOS下運(yùn)行。Protel

29、已成為印制板設(shè)計(jì)加工方面的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)protel在CAD的市場(chǎng)占有率達(dá) 95%，成為電子產(chǎn)品制造業(yè)界的首選CAD軟件。4.3 keil c51簡(jiǎn)介Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)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。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容

30、易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。Keil C51單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)：C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)

31、試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如EPROM中。使用獨(dú)立的Keil仿真器時(shí)，注意事項(xiàng)：仿真器標(biāo)配11.0592MHz的晶振，但用戶(hù)可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。4.4系統(tǒng)軟件分析任何一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，它們都有著自己的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，少了任何一個(gè)部分都不可能稱(chēng)之為一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)，它們之間是相互依存的一個(gè)整體，硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的一個(gè)基礎(chǔ)和前提，為軟件系統(tǒng)提供了一個(gè)操作平臺(tái)；而軟件系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的靈魂，它對(duì)硬件系統(tǒng)起到擴(kuò)充和完善的作用?？上?/p>

32、而知軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)同等重要，下面為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程：（1） 行人檢測(cè)的程序設(shè)計(jì)過(guò)程 在設(shè)計(jì)此部分的時(shí)候，主要是用高低電平來(lái)模擬紅外傳感器的檢測(cè)信號(hào)，當(dāng)有人通過(guò)是為低電平，沒(méi)有人通過(guò)時(shí)為高電平。在開(kāi)始時(shí)單片機(jī)就初始狀態(tài)P1口即為高電平，模擬情況下接了8個(gè)按鈕。但是在調(diào)試是發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的電路中根本沒(méi)有電源給傳感器供電，為了提高電源給傳感器，此處提供了上拉電源。（2） 路燈控制電路程序設(shè)計(jì)在進(jìn)行路燈控制程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要考慮從傳感器獲取的信號(hào)，在設(shè)計(jì)初期，采用了高電平控制LED燈，調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)：燈的亮度相當(dāng)?shù)?，查?xún)資料顯示，單片機(jī)高電平帶負(fù)載能力很弱，逐采用低電平控制LED路燈。此時(shí)采用共陽(yáng)極接

33、線法。（3） 路燈自動(dòng)熄滅控制程序設(shè)計(jì)初期考慮用延時(shí)程序來(lái)達(dá)到路燈自動(dòng)熄滅的目的，在結(jié)合了實(shí)際情況分析后發(fā)現(xiàn)，延時(shí)程序根本不能根據(jù)行人通過(guò)的速度來(lái)達(dá)到自動(dòng)控制的目的。要是行人快速通過(guò)，那么延時(shí)程序所延時(shí)時(shí)間不可能每次都能夠調(diào)整，所以，在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中除最后一個(gè)路燈外沒(méi)有采用延時(shí)控制。而是才用程序控制。4.5程序流程圖 （1）主程序流程圖 啟動(dòng)單片機(jī)定義單片機(jī)的引腳主程序開(kāi)始設(shè)初值，開(kāi)中斷手動(dòng)開(kāi)關(guān)是否按下進(jìn)入相應(yīng)的中斷程序檢查是否有行人通過(guò)控制相應(yīng)的路燈點(diǎn)亮YNNY(2)中斷程序流程圖 進(jìn)入緊急手動(dòng)全開(kāi)中斷路燈全開(kāi)返回主程序進(jìn)入手動(dòng)全關(guān)中斷路燈全關(guān)返回主程序（3）延時(shí)程序流程圖調(diào)用延時(shí)程序定時(shí)器/

34、計(jì)數(shù)器賦初啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器查詢(xún)技術(shù)溢出停止計(jì)數(shù)器/定時(shí)器設(shè)定循環(huán)次數(shù)NY循環(huán)次數(shù)足夠返回主程序YN5 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程通過(guò)上面的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)的工作已經(jīng)基本完成，接下來(lái)的工作就是對(duì)所設(shè)計(jì)好的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)調(diào)試可以檢查出系統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤，從而進(jìn)行下一步的修改。5.1 Protel 99 SE中調(diào)試圖 5-1 protel 99 電氣檢查圖 5-2 電氣檢查結(jié)果顯示對(duì)電路的原理圖進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后結(jié)果如下：圖 5-3 修改檢查后的電路圖 5-4 調(diào)試后的ERC檢查結(jié)果顯示5.2 keil C51程序調(diào)試結(jié)果調(diào)試前：圖 5-5 keil編譯首次結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示程序有一個(gè)警告，警告內(nèi)容為有一個(gè)子程序沒(méi)有被調(diào)用。經(jīng)調(diào)試后無(wú)錯(cuò)誤也無(wú)警告（如下圖）：圖 5-6 keil 調(diào)試后編譯結(jié)果5.3 proteus調(diào)試 圖5-7 proteus電路調(diào)試5.4 PCB調(diào)試c圖 5-8 PCB 布線效果總 結(jié)本次課程是以基于單片機(jī)的智能控制路燈控制器為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)所要完成的功能進(jìn)行分析，從而確定所要用到的元器件，然后根據(jù)其工作原理將各個(gè)功能部分進(jìn)行組合連接，完成其硬件圖。然后利用C51編程軟件根據(jù)系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行編程，導(dǎo)入單片機(jī)中，最后進(jìn)行調(diào)試及仿真。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇