基于AT89S52 單片機(jī)的聲光控制開關(guān)設(shè)計(jì)

0 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈的自動(dòng)發(fā)亮、節(jié)能節(jié)電、延長(zhǎng)燈的壽命變得越來(lái)越重要，而且貼近實(shí)際生活。聲光控電路已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，它不需要開關(guān)，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)自動(dòng)的亮，廣泛應(yīng)用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓、賓館的走廊、樓道等公共場(chǎng)所，給人們的生活、帶來(lái)極大的方便，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。聲光控電路是聲音和光控制電路工作的電子開關(guān)。它將聲音(如擊掌聲)和光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)放大、整形，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)去控制各種電器的工作，在自動(dòng)控制工業(yè)電器和家用電器方面有著廣泛的用途。該電路在設(shè)計(jì)時(shí)還采用每一個(gè)模塊都有自身的標(biāo)志位，當(dāng)這個(gè)標(biāo)志位有效時(shí)，該模塊的程序就執(zhí)行，標(biāo)志位的有效是在定時(shí)計(jì)數(shù)中斷里面確定的，用這個(gè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)的功能，能夠使人們?cè)诓恢挥X中感受方便。

1 整體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求

(1)可以直接取代普通照明開關(guān)而不必更改原有照明線路;

(2)白天或光線較強(qiáng)的場(chǎng)合即使用較大的聲響也能控制燈泡不亮，晚上或光線較暗時(shí)遇到聲響(比如說(shuō)話聲、腳步聲等)后自動(dòng)點(diǎn)亮，經(jīng)約30 s(時(shí)間可根據(jù)需要修改)自動(dòng)熄滅;

(3)用到兩個(gè)傳感器，一個(gè)聲控傳感器，一個(gè)光控傳感器。

1.2 系統(tǒng)劃分

按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)功能如下：

(1)具有直流穩(wěn)壓功能，將220 V 交流電轉(zhuǎn)為需要的5 V直流電;

(2)芯片具有處理運(yùn)算功能，根據(jù)接收信號(hào)的不同控制顯示部分;

(3)聲光傳感器將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)為微電信號(hào)，發(fā)送到芯片進(jìn)行處理;

(4)顯示最后的結(jié)果及延時(shí)系統(tǒng)的顯示。

硬件系統(tǒng)圖如圖1所示。

2 單元電路的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 電源部分

如圖2所示電路，利用穩(wěn)壓二極管將220 V交流電壓轉(zhuǎn)為5 V直流電壓[3].

2.2 傳感器部分

傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感原件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。本設(shè)計(jì)中采用光敏電阻電路進(jìn)行光信號(hào)的采集，采用聲敏元件駐極體話筒對(duì)聲音進(jìn)行采集來(lái)實(shí)現(xiàn)。分別如圖3和圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)對(duì)光信號(hào)和聲音信號(hào)的采集，通過(guò)比較器將采集來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為能被單片機(jī)識(shí)別的高低電平，單片機(jī)對(duì)這兩個(gè)電平的判斷。如果沒(méi)有光和有聲音，單片機(jī)就控制繼電器導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)間可以隨時(shí)通過(guò)按鍵設(shè)定，并用數(shù)碼管顯示導(dǎo)通的時(shí)間。導(dǎo)通時(shí)間最大99 s,最小0 s,其他情況下單片機(jī)均不對(duì)繼電器輸出。在本設(shè)計(jì)中，出于安全的考慮，避開了去接觸220 V交流電，而用一只直徑0.5 cm的發(fā)光二極管去觀察輸出的有無(wú)，在實(shí)際應(yīng)用中可外加電路(繼電器)，用單片機(jī)的P1.5口控制，提供了將220 V交流點(diǎn)降至單片機(jī)所需的工作電壓5 V.程序流程如圖5所示。

4 系統(tǒng)的調(diào)試

在測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管總是閃爍，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)可能是三極管方面出了問(wèn)題，最終改用PNP 三極管。因?yàn)镻NP 三極管高電平時(shí)將ec 打開，NPN 三極管低電平時(shí)將ec 打開，而選用低電平時(shí)有效是因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出0時(shí)電流會(huì)大一些，這樣數(shù)碼管就會(huì)亮一些，而沒(méi)有閃爍的感覺。如果換成高電平點(diǎn)亮數(shù)碼管，數(shù)碼管會(huì)產(chǎn)生重影。

在聲音采集時(shí)，開始采用程序掃描的辦法采集聲音信號(hào)，但是不管聲音信號(hào)是否有用都捕捉不到，后來(lái)發(fā)現(xiàn)因?yàn)槁曇粜盘?hào)是高低電平變化的脈沖信號(hào)，高電平的占空比大概為30%,聲音信號(hào)的頻率在3 000 Hz左右，就是說(shuō)一次收到的高電平的時(shí)間極短，用程序掃描很大概率上是捕捉不到這個(gè)變化的信號(hào)的。在經(jīng)過(guò)研究后決定利用單片機(jī)原理中的外部中斷：當(dāng)有變化的信號(hào)被發(fā)現(xiàn)時(shí)就產(chǎn)生中斷，這樣，不管是什么時(shí)候有聲音信號(hào)輸入，單片機(jī)都能發(fā)現(xiàn)它。

在經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試和對(duì)程序的修改后，最終成功地完成了實(shí)物的設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分利用了匯編語(yǔ)言能夠直接訪問(wèn)與硬件相關(guān)的存儲(chǔ)器或I/O端口和對(duì)關(guān)鍵代碼進(jìn)行更準(zhǔn)確的控制，避免因線程共同訪問(wèn)或者硬件設(shè)備共享引起的死鎖的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)有白日有光的時(shí)候不會(huì)發(fā)亮，而當(dāng)光線不足和有聲音發(fā)出的時(shí)候燈會(huì)持續(xù)發(fā)亮30 s,30 s后自動(dòng)熄滅的功能，并且還在電路中加入了調(diào)節(jié)功能。實(shí)驗(yàn)證明，本文設(shè)計(jì)的電子開關(guān)不僅降低了生產(chǎn)硬件成本，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，而且還達(dá)到了節(jié)電和節(jié)能的經(jīng)濟(jì)目的，延長(zhǎng)了燈的使用壽命。