一種樓道聲控照明系統的設計

孟召議

（商業職業技術學院，江蘇無錫 214153）

能源資源是能源發展的基礎；中國能源資源有以下特點：—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；四是能源資源開發難度較大。

能源匱乏是人類社會發展中面臨的一個嚴重問題，目前世界上許多國家的政府都在制定政策，采取措施，鼓勵人們改變高耗能的生活和生產方式，向節約型社會轉變。樓道走廊照明中的電力資源浪費是生活中的常見問題，本文所設計的樓道聲控照明系統能節約電能，避免浪費。

1 系統概述

本設計以單片機為核心，在有效的時間內，當聲控電路接受到聲音信號時，會傳送一個信號給單片機，單片機輸出信號點亮照明電路；當外界光照變弱達到設定值后，光敏傳感器電路工作，傳送信號給單片機，單片機同樣輸出信號點亮照明電路，系統設計框圖如圖1所示。

圖1 系統設計框圖

2 硬件電路

2.1 單片機AT89C52

AT89C52是51 系列單片機的一個型號，它是ATMEL 公司生產的一個低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可提供許多較復雜的系統控制應用場合。

AT89C52是51 系列單片機的一個型號，是一種帶8K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，共有40 個引腳，32個外部雙向輸入／輸出（I／O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，引腳圖見圖2所示。

在本設計中，光控電路的輸出連接到單片機的P2.3，聲控電路的輸出連接到單片機的P2.4，當單片機對信號處理后將P3.5 引腳有效，啟動照明電路。

2.2 光控電路設計

2.2.1 光控電路工作原理

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

圖2 AT89C52引腳圖

由圖3可知，運放的3腳的電壓為RP2的電壓，可通過調節RP2給3腳一個合適的電壓，2腳的電壓為光敏電阻的電壓；當有光照時，光敏電阻阻值會下降，使2腳電壓下降并且小于3腳電壓，LM324輸出高電平，當無光照時，光敏電阻的阻值很大，光敏電阻上的電壓也很大，即運放的2腳電壓大于3腳電壓，LM324輸出低電平，此時為聲控電路工作準備好條件，調節圖中的滑動變阻器RP1，相當于改變聲控的有效時間。

圖3 光控電路

2.2.2 光敏電阻的工作原理

光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，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，此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐級，亮電阻在幾千歐以下。圖4 為光敏電阻的原理結構。它是涂于玻璃底板上的一薄層半導體物質，半導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。為了防止周圍介質的影響，在半導體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應使它在光敏層最敏感的波長范圍內透射率最大。

圖4 光敏電阻的結構圖

2.2.3 運算放大器LM324

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

圖5 LM324的引腳圖

由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用等特點而獲得廣泛應用。

在集成運放的非線性應用電路中，運放一般工作在開環或正反饋狀態，而運放的增益很高，在非負反饋狀態下，其線性區的工作狀態是極不穩定的，因此集成運放的非線性應用電路主要工作在非線性區。當運放工作在非線性區時，若uP＞uN，輸出為高電平UoH；若uP＜uN，輸出為低電平UoL。

2.3 聲控電路設計

2.3.1 聲控電路工作原理

聲控電路如圖6所示，通過調節滑動變阻器RP3使LM324 的5 腳電壓有一個合適的電壓，電容起到“隔直通交”的作用，當駐極體傳聲器沒有信號輸入時，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；而當駐極體傳聲器接收到聲音信號時，會輸出一個交流信號使電容導通，從而使三極管的基極有電壓輸入，再經三極管放大后通過電容送到LM324的6腳，這時6腳電壓會大于5腳電壓，LM324輸出低電平，運放的7 腳連接到單片機的P2.4腳。

圖6 聲控電路

2.3.2 駐極體話筒簡介

駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲性能好、價格低的特點，應用非常廣泛。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內設置一個場效應管作為阻抗轉換器，因此，駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。

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，信號由漏極D經電容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要高，但電路動態范圍略小。

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

2.4 照明電路的設計

2.4.1 照明電路工作原理

照明電路如圖8所示，當光控和聲控電路有效，單片機輸出一個低電平（P3.5）給光電耦合器，光電耦合器的1、2腳上的發光二極管會發光，這時會使3、4腳上的光電三極管導通，使三極管導通，這時使得繼電器的常開觸點閉合，燈泡電路閉合，燈泡發光，當P3.5 輸出為高電平時，燈泡則不能點亮。

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的一種電-光-電轉換器件。它由發光源和受光器兩部分組成。把發光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離。發光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發光源為光電二極管，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。光電耦合器的結構圖如圖9所示。

繼電器是一種電子控制器件，由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

3 軟件設計

3.1 聲控照明系統流程圖

聲控照明系統流程圖見圖10所示，當程序初始化后，等待開燈時間時間到，當設置的運行開燈時間到后，再檢測是否有聲音信號，如果檢測到聲音信號，則通過繼電器控制電路點亮交流白熾燈。如果燈正常點亮，則延時5S，當關燈時間到后，則聲控無效。

圖10 系統流程圖

3.2 部分程序代碼

4 結 語

本設計的聲光控電路在照明電路中起著至關重要的作用，它不需要手動控制，在夜晚當有人經過發出聲音時會自動點亮，當人離開后燈自動熄滅，該設計更加具有智能化的特點?？蓮V泛應用于走廊、樓道等公共場所，給人們的生活、帶來極大的方便，也起到了降耗節能的作用。

1 童長飛.C8051F 系列單片機開發與C 語言編程.（第1 版）［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2005

2 馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖.單片機的C 語言應用程序設計（第三版）［M］.北京航空航天大學出版社，2006

3 譚浩強.C語言設計［M］.北京：清華大學出版社，2003

4 沈紅衛.基于單片機的智能系統的設計與實現［M］.高等教育出版社，2001

5 趙建領，薛園園.51單片機開發與應用技術詳解［M］.人民大學出版社，2005.