孟召議

（商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214153）

能源資源是能源發(fā)展的基礎(chǔ)；中國(guó)能源資源有以下特點(diǎn)：—是能源資源總量比較豐富；二是人均能源資源擁有量較低；三是能源資源賦存分布不均衡；四是能源資源開發(fā)難度較大。

能源匱乏是人類社會(huì)發(fā)展中面臨的一個(gè)嚴(yán)重問題，目前世界上許多國(guó)家的政府都在制定政策，采取措施，鼓勵(lì)人們改變高耗能的生活和生產(chǎn)方式，向節(jié)約型社會(huì)轉(zhuǎn)變。樓道走廊照明中的電力資源浪費(fèi)是生活中的常見問題，本文所設(shè)計(jì)的樓道聲控照明系統(tǒng)能節(jié)約電能，避免浪費(fèi)。

1 系統(tǒng)概述

本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，在有效的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)聲控電路接受到聲音信號(hào)時(shí)，會(huì)傳送一個(gè)信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)輸出信號(hào)點(diǎn)亮照明電路；當(dāng)外界光照變?nèi)踹_(dá)到設(shè)定值后，光敏傳感器電路工作，傳送信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)同樣輸出信號(hào)點(diǎn)亮照明電路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2 硬件電路

2.1 單片機(jī)AT89C52

AT89C52是51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是ATMEL 公司生產(chǎn)的一個(gè)低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可提供許多較復(fù)雜的系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。

AT89C52是51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，是一種帶8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，共有40 個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入／輸出（I／O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，引腳圖見圖2所示。

在本設(shè)計(jì)中，光控電路的輸出連接到單片機(jī)的P2.3，聲控電路的輸出連接到單片機(jī)的P2.4，當(dāng)單片機(jī)對(duì)信號(hào)處理后將P3.5 引腳有效，啟動(dòng)照明電路。

2.2 光控電路設(shè)計(jì)

2.2.1 光控電路工作原理

光控電路的作用是根據(jù)光照的強(qiáng)弱來(lái)決定是否啟動(dòng)聲控電路，在此電路中光敏元件跟隨光照的強(qiáng)度來(lái)改變其阻值，電路如圖3所示，運(yùn)算放大器LM324 處于非線性工作狀態(tài)，其連接到單片機(jī)P2.3 的輸出只能為高電平或低電平，為低電平時(shí)聲控電路才可以工作。

圖2 AT89C52引腳圖

由圖3可知，運(yùn)放的3腳的電壓為RP2的電壓，可通過調(diào)節(jié)RP2給3腳一個(gè)合適的電壓，2腳的電壓為光敏電阻的電壓；當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻阻值會(huì)下降，使2腳電壓下降并且小于3腳電壓，LM324輸出高電平，當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻的阻值很大，光敏電阻上的電壓也很大，即運(yùn)放的2腳電壓大于3腳電壓，LM324輸出低電平，此時(shí)為聲控電路工作準(zhǔn)備好條件，調(diào)節(jié)圖中的滑動(dòng)變阻器RP1，相當(dāng)于改變聲控的有效時(shí)間。

圖3 光控電路

2.2.2 光敏電阻的工作原理

光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減少，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐級(jí)，亮電阻在幾千歐以下。圖4 為光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)。它是涂于玻璃底板上的一薄層半導(dǎo)體物質(zhì)，半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接入電路。為了防止周圍介質(zhì)的影響，在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應(yīng)使它在光敏層最敏感的波長(zhǎng)范圍內(nèi)透射率最大。

圖4 光敏電阻的結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 運(yùn)算放大器LM324

LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖5所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。

圖5 LM324的引腳圖

由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用等特點(diǎn)而獲得廣泛應(yīng)用。

在集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用電路中，運(yùn)放一般工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)，而運(yùn)放的增益很高，在非負(fù)反饋狀態(tài)下，其線性區(qū)的工作狀態(tài)是極不穩(wěn)定的，因此集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用電路主要工作在非線性區(qū)。當(dāng)運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，若uP＞uN，輸出為高電平UoH；若uP＜uN，輸出為低電平UoL。

2.3 聲控電路設(shè)計(jì)

2.3.1 聲控電路工作原理

聲控電路如圖6所示，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RP3使LM324 的5 腳電壓有一個(gè)合適的電壓，電容起到“隔直通交”的作用，當(dāng)駐極體傳聲器沒有信號(hào)輸入時(shí)，電路中的直流電不能通過電容，三極管基極沒有電壓，LM324的6腳電壓也沒有電壓，所 以LM324 的6 腳 電 壓 小 于5 腳 電 壓，LM324輸出高電平；而當(dāng)駐極體傳聲器接收到聲音信號(hào)時(shí)，會(huì)輸出一個(gè)交流信號(hào)使電容導(dǎo)通，從而使三極管的基極有電壓輸入，再經(jīng)三極管放大后通過電容送到LM324的6腳，這時(shí)6腳電壓會(huì)大于5腳電壓，LM324輸出低電平，運(yùn)放的7 腳連接到單片機(jī)的P2.4腳。

圖6 聲控電路

2.3.2 駐極體話筒簡(jiǎn)介

駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，因此，駐極體電容式話筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。

駐極體話筒與電路的接法有兩種：源極輸出與漏極輸出。

漏極輸出的駐極體話筒有兩根引出線。漏極D 與電源正極間接一漏極電阻RD，信號(hào)由漏極D經(jīng)電容C輸出，源極S與編織線一起接地。漏極輸出有電壓增益，因而話筒靈敏度比源極輸出時(shí)要高，但電路動(dòng)態(tài)范圍略小。

RS和RD 的大小要根據(jù)電源電壓大小來(lái)決定。一般可在2.2～5.1k間選用。例如電源電壓為4.5-6V 時(shí)，RS為4.7k，RD 為2.2k。

2.4 照明電路的設(shè)計(jì)

2.4.1 照明電路工作原理

照明電路如圖8所示，當(dāng)光控和聲控電路有效，單片機(jī)輸出一個(gè)低電平（P3.5）給光電耦合器，光電耦合器的1、2腳上的發(fā)光二極管會(huì)發(fā)光，這時(shí)會(huì)使3、4腳上的光電三極管導(dǎo)通，使三極管導(dǎo)通，這時(shí)使得繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，燈泡電路閉合，燈泡發(fā)光，當(dāng)P3.5 輸出為高電平時(shí)，燈泡則不能點(diǎn)亮。

圖7 漏極輸出的駐極體話筒工作電路

圖8 照明電路圖

2.4.2 PC817光電耦合器和繼電器

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電-光-電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為光電二極管，受光器為光敏三極管。光電耦合器的種類較多，常見的有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、集成電路型等。光電耦合器的結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。

繼電器是一種電子控制器件，由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的，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），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 聲控照明系統(tǒng)流程圖

聲控照明系統(tǒng)流程圖見圖10所示，當(dāng)程序初始化后，等待開燈時(shí)間時(shí)間到，當(dāng)設(shè)置的運(yùn)行開燈時(shí)間到后，再檢測(cè)是否有聲音信號(hào)，如果檢測(cè)到聲音信號(hào)，則通過繼電器控制電路點(diǎn)亮交流白熾燈。如果燈正常點(diǎn)亮，則延時(shí)5S，當(dāng)關(guān)燈時(shí)間到后，則聲控?zé)o效。

圖10 系統(tǒng)流程圖

3.2 部分程序代碼

4 結(jié) 語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的聲光控電路在照明電路中起著至關(guān)重要的作用，它不需要手動(dòng)控制，在夜晚當(dāng)有人經(jīng)過發(fā)出聲音時(shí)會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，當(dāng)人離開后燈自動(dòng)熄滅，該設(shè)計(jì)更加具有智能化的特點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于走廊、樓道等公共場(chǎng)所，給人們的生活、帶來(lái)極大的方便，也起到了降耗節(jié)能的作用。

1 童長(zhǎng)飛.C8051F 系列單片機(jī)開發(fā)與C 語(yǔ)言編程.（第1 版）［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005

2 馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖.單片機(jī)的C 語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（第三版）［M］.北京航空航天大學(xué)出版社，2006

3 譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003

4 沈紅衛(wèi).基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［M］.高等教育出版社，2001

5 趙建領(lǐng)，薛園園.51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解［M］.人民大學(xué)出版社，2005.