基于51單片機設計的人體感應臺燈

張浩嘉+王仲夏

摘要：STC89C52單片機是本系統的核心部分，本系統實現在夜間時有人自動開燈無人自動關閉臺燈以及當人體過于靠近臺燈時發出警報的功能，主要包括STC89C52單片機、傳感器、數模轉換芯片、光敏電阻、運算放大器等部分。本系統給人們的生活提供了便利，同時也參與到低碳環保的活動中，是一項與人們生活息息相關的項目。

關鍵詞：單片機；傳感器；智能；節能環保

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）34-0226-02

Abstract： STC89C52 microcontroller is the core part of the system， this system can automatically turn on the lights at night when someone close and the alarm lamp automatic function when the body is too close to the lamp， mainly including STC89C52 microcontroller， sensor， DAC， light sensitive resistor， amplifier etc.. This system has provided the convenience for people's life， simultaneously also participates in the low carbon environmental protection activity， is a project which closely relates with the people's life.

Key words： singlechip； sensor； intelligent； energy saving and environmental protection

現如今隨著社會生活水平的不斷提高，人們對臺燈的要求也越來越多，傳統臺燈已經無法滿足人們的需求，臺燈智能化發展是未來的趨勢。本系統設計的臺燈正是符合人們對臺燈智能化需求。本系統具有自動開關燈、預防報警功能，可以節能環保以及糾正用戶錯誤坐姿預防青少年近視發生。所以，臺燈智能化系統的設計是符合市場需求，具有較強的實用價值和廣闊的市場前景。

1 系統硬件電路設計

1.1 臺燈系統結構圖

由功能要求，單片機、傳感器信號處理電路、報警電路、按鍵電路、顯示電路、燈光控制電路組成了本系統的結構。臺燈的系統結構如圖1所示。

1.2 臺燈的工作原理

當光照強度較強時，由于光敏電阻特性光敏電阻的阻值較小，單片機接收到光敏電阻模塊發送的低電平信號，此時熱釋電傳感器模塊停止工作LED燈不亮，臺燈處于等待狀態。反之，在光照強度較弱時單片機會接收到光敏電阻模塊發送的高電平信號，熱釋電傳感器開始工作。沒人的時候，熱釋電傳感器會發送低電平信號給單片機。如果有人靠近臺燈時，熱釋電傳感器將檢測到的高電平信號發送給單片機，單片機通過燈光控制電路點亮LED燈。當人體坐姿錯誤過于靠近臺燈時會進入紅外傳感器的檢測范圍，單片機接收到紅外傳感器模塊檢測到的高電平信號，根據優先級順序關系單片機會只對紅外傳感器發送的高電平信號處理，而不處理熱釋電傳感器發送的信號。此時報警電路會接收到單片機發送的高電平信號，蜂鳴器發出警報聲，提醒使用者靠近臺燈距離太近，同時燈光控制電路使得LED燈閃爍，一定時間后LED燈會自動熄滅。當使用者糾正錯誤坐姿離開紅外傳感器檢測范圍時，紅外傳感器模塊將檢測到的低電平信號發送給單片機，此時單片機重新接收熱釋電傳感器輸出的高電平信號，LED燈重新點亮。如果使用者想要改變LED燈光照強度，可以通過電容式觸摸開關實現，電容式觸摸開關給單片機發送信號，在通過燈光控制電路就可以實現燈光強度的改變。當人體離開后，熱釋電傳感器將低電平信號發送給單片機使得LED燈自動熄滅，臺燈重新進入等待狀態。本系統的原理圖如圖2所示。

2 硬件設計

2.1 主控單元

本系統采用的是STC公司生產的一種較成熟的低功耗、高性能的八位微控制器。它使用的是MCS-51內核，并且在性能上有很多的改進，有傳統51單片機的不具備的功能。例如，它擁有8位CPU和在系統可編程Flash，眾多嵌入式控制應用系統有效的解決方案是由STC89C52單片機提供的。

2.2 檢測單元

傳感器是本系統的核心組成部分，是用來檢測信號的發生。本系統的信號檢測電路由熱釋電傳感器、紅外測距傳感器以及光敏電阻模塊等組成。其工作原理如下：在光線較強時光敏電阻阻值減小，單片機通過信號處理電路接收到低電平信號，此時熱釋電傳感器停止工作；反之單片機接收到光敏電阻模塊的高電平信號，熱釋電傳感器開始工作。當人體進入傳感器檢測范圍內時，傳感器將檢測的信號發送給單片機，單片機處理信號后通過數模轉換點亮LED燈。

2.3 報警單元

報警單元是用來提醒使用者不要距離臺燈過近，糾正使用者的錯誤坐姿以免造成近視的發生。當紅外測距傳感器檢測到人體過于靠近臺燈時，傳感器會將高電平信號發送給單片機，當51單片機接收到紅外測距傳感器發送的信號時蜂鳴器開始工作，發出報警信號。報警電路圖如圖3所示。

2.4 顯示單元

本系統顯示單元采用的數碼管顯示，選用一位共陰極數碼管顯示臺燈的當前檔位。數碼管段選信號與單片機P0口一一對應連接。數碼管的顯示檔位分別為“A”、“1”、“2”、“3”四個檔位，A檔位時臺燈光源亮度在強弱之間循環變化，1檔位時臺燈光源亮度為弱，，2檔位時臺燈光源亮度為強，3檔位時臺燈關閉。臺燈的檔位變化是通過手動方式改變的，本系統采用的是較安全的電容式觸摸開關。

2.5 燈光控制單元

本系統的燈光控制單元是由數模轉換芯片DAC0832和運算放大器芯片LM324組成的電路組合而成的。數模轉換芯片DAC0832廣泛地應用于單片機的設計系統中。輸入鎖存器、DAC寄存器、D/A轉換電路及轉換控制電路構成了數模轉換芯片DAC0832。直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式這三種方式是芯片的工作方式，DAC0832芯片采用的是電流輸出方式。在本系統中，由于只需要單個模擬量輸出則DAC0832芯片的工作方式采用的是單緩沖方式，還需要DAC0832芯片輸出的信號是電壓信號，那么可以通過連接線性運算放大器實現，運算放大器的反饋電阻采用外接方式。本設計中采用的是四運算放大器LM324芯片，由于只需放大電壓信號，那么只要選用其中一個運算放大器就可以了。DAC0832芯片和LM324芯片的引腳圖如圖4所示。

3 軟件設計圖

軟件流程圖如圖5所示：

4 總結

本設計實現了臺燈自動開關燈以及預防報警的功能，從前期設計分析、資料的查找，到原理圖繪制、仿真、程序編寫以及最后實物焊接等整個系統的設計完成我們每個參與者都付出了艱辛的努力。在本設計過程中也有各種各樣的問題，我們分析問題出現的原因找到解決問題的方法直到解決問題。在整個設計的過程中我們學到了很多，也意識到自身還有很多的不足，在以后的學習中我們還要繼續努力，爭取取得進步。

參考文獻：

[1] 李朝青. 單片機原理及接口技術[M] . 北京航天航空大學出版社.

[2] 張毅剛.單片機原理及接口技術[M] . 人民郵電出版社.

[3] 郭天祥. 新概念51單片機C語言教程[M] ..

[4] 譚浩強. C語言程序設計[M]. 清華大學出版社.

[5] 曲波，肖圣兵，呂建平.工業常用傳感器選型指南[M.清華大學出版社.

[6] 何希才，薛永毅.傳感器及其應用實例[M].機械工業出版社.

[7] 李軍，賀慶之.檢測技術及儀表[M].中國輕工業出版社.endprint