基于单片机的声光控开关电路的设计电气自动化专业.docx

题 目: 基于单片机的声光控开关电路的设计 摘要 本毕业设计就是一种简单的通过声音和光线来控制继电器的断开闭合，从而达到开关的自动断开、闭合功能，其具有很强的适用性。 该设计主要由STC89C52单片机、 电压源电路、声音的接收放大控制电路、光信号的接收放大控制电路以及继电器的驱动电路组成[1]。 本设计通过altium软件进行原理图的绘制，proteus软件进行电路仿真图的绘制及仿真，keil软件对程序的编写，编译与执行，实物图的制作与元器件的焊接来实现总体的效果的[2]。 仿真与测试均出现四种情况：无光无声时、无光有声时、有光有声时、有光无声时，结果后文皆会阐述。 测试结果证明该系统性能稳定、操作方便，具有较高的实用价值。可以广泛用于楼道，小区，及其他公众地带。但是仿真电路图用开关去代替光控和声控过于简单。本设计只能解决有无光照，有无声音的灯泡亮熄，并不能算出光照强度与声音大小的阈值，也不能因光线的不同，声音大小的不同控制灯泡的亮暗程度。 关键词：STC89C52；声控；光控；自动开关 Abstract The graduation design is a simple way to control the interrupting and closing of the relay through the sound and light, so that the switch is automatically disconnected and closed, and it has a strong applicability. The design is mainly composed of STC89C52 single chip, voltage source circuit, sound receiving and amplifying control circuit, optical signal receiving and amplifying control circuit, and driving circuit of relay. The design of the design through Altium software for drawing the schematic, Proteus Software for the drawing and Simulation of the circuit simulation diagram, keil software programming, compilation and implementation of the program, the production of physical drawings and the welding of components to achieve the overall effect. There are four cases in simulation and testing: when there is no light, no sound, no light, sound, and no light, the result will be explained. The test results show that the system has stable performance, convenient operation and high practical value. It can be widely used in corridors, residential areas and other public areas. But the analog circuit diagram is replaced by switch instead of light control and voice control. The design can only solve the light, no sound light light, and can not calculate the intensity of light and the size of the sound threshold, and can not vary the light and the size of the light intensity of the light and dark degree. Key words: STC89C52;Sound Control ;Light Control ;Automatic switc 目 录 摘要 I Abstract II 第一章 引言 1 1.1课题背景 1 1.2国内外概况 1 1.3目的和意义 2 第二章 总体方案论证与设计 3 2.1对光的采集控制模块的选型和论证 3 2.2对声的采集控制模块的选型与论证 3 2.3单片机对采集信号处理模块的选型与论证 4 2.4继电器驱动模块的选型与论证 4 2.5系统整体设计概述 4 第三章 系统硬件电路设计 6 3.1系统设计的原理框图 6 3.2总电路原理图 7 3.3单片机最小系统 7 3.3.1 STC89C52的介绍 7 3.3.2 单片机最小系统电路图 9 3.4电源电路模块 10 3.5光控电路模块 11 3.5.1 光敏电阻 11 3.5.2 光控电路 12 3.6声控电路模块 13 3.6.1 驻极体话筒 13 3.6.2 声控电路 13 3.7继电器驱动电路模块 14 3.7.1 电磁继电器 14 3.7.2 继电器驱动电路 15 第四章 系统软件设计 17 4.1系统软件总体设计 17 4.2程序设计原理 17 第五章 系统调试与仿真 20 5.1硬件调试 20 5.2软件调试 20 5.3系统仿真截图 21 第六章 结论与展望 28 致谢 29 参考文献 30 附录 32 元件清单 32 系统主程序 33 第一章　引言 1.1课题背景 所谓声光控开关是由光和声控制的开关，不像传统的开关只能用电去控制。自从光电技术问世以来，就被广泛应用于军事、医疗，甚至应用于家庭[3]。由于市场前景很广阔，况且现在的光电研究成果只是光电技术的冰山一角，所以我们才会大力地去研究它。本人近期对大学四年所学光电和单片机相关知识内容的回顾，以及广泛地查阅国内外资料，了解国内外研究趋势，决定设计一款用单片机控制的声光控开关电路，这个声光控开关会通过声音的大小去决定开关，也会通过光的强弱去决定，被广泛应用于小区和家庭。 利用声光控开关在很多领域发挥作用，在生活中常常利用声光控开关控制灯光，这样极大的节约了电资源。由于它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠的特点，适用于各行各业。 1.2国内外概况 我们在资源日益衰竭的地球上，环保和节能是当今社会生产和生活的主题。而声光控开关正好秉承着这两大主题。 随着科学技术的发展，公共场所对于智能开关的应用已是很普遍，不但有声光控开关，而且还有微波感应开关和热释远红外感应开关[4]。对于抗干扰性能方面，微波感应感应开关略显不足。而热释远红外感应开关却恰恰相反[5]。但是它也存在很多缺点：安装复杂、比较娇气、价格偏高，一般运用于宾馆、大饭店楼道级居家走廊[6]。如果是在普通的居民住房、办公室通道等则要考虑性价比了。由于价格低廉、安装方便、节能环保，声光控开关将会成为不二之选。 在科学发达的今天，无论是军事、地理、医疗还是家庭，都广泛使用着各种各样的电路。 声光控开关是利用声音的大小和光的强弱最终决定要不要进行开关，而且打开的时间可以内定，这极大地节约了有限资源，既方便又环保。 本人设计的基于单片机的声光控开关电路，利用单片机、继电器、光敏传感器、驻极体话筒等组成电路[7]。并编写程序导入单片机中，期间所用软件有：keil、protues、protel等。通过调节光敏传感器的参数和驻极体话筒中声音的大小来设定开关是否打开。在此，单片机的使用尤为重要。 随着全球经济的发展，声光控开关的应用将会是各种各样节能器材的首选[7]。因此，声光控开关有着极为广阔的前景。对提高人们的生活质量产生了不可磨灭的作用。科学无国界，我们也可以引用国外先进的技术来达到自己的研究目的。通过国内外的研究，取其精华，去其糟粕，站在巨人的肩膀上看世界。 1.3目的和意义 研究目的：通过本次课题的设计，让我对大学四年的知识进行汇拢和总结，这既是解决自身的知识层面问题又是为社会科学提供绵薄之力。为日后的光电行业垫一块垫脚石，也为日益腾飞的科技增添一抹色彩。 研究意义：本课题用声光控制开关来代替一般的开关，当天黑以后（或无光照射时），并且有声音时才能使继电器导通，使电路导通，否则延迟一段时间继电器就会自动断开，而白天（或光照时）开关总是断开的。因此节电效率很高，达到70％的样子，全自动智能控制，接线简单，安装方便，是公共场所照明开关的理想选择[8]。 第二章　 总体方案论证与设计 为了实现此功能，本系统需要以下几个模块：对光的采集控制的模块、对声的采集控制的模块、单片机对采集信号处理的模块、继电器驱动电路的模块，以下我们将会对这几个模块进行选型和论证。 2.1对光的采集控制模块的选型和论证 方案一：采用开关控制有无电流进行模拟有无光照。此方案的优点是简洁，易控制。此方案存在的不足是只能模拟有无光照，不能模拟光照的强弱，所以不选用开关来模拟光照在电路原理图中。因为简单好控制，我们可以用它在电路仿真图中模拟光照。 方案二：采用滑动变阻器进行模拟光照强度。通过改变滑动变阻器的阻值来控制光照。此方案相对于开关而已，有明显的优势，那就是它在模拟光照的同时能适当的调节光照的强弱。但是它依然不能完全的代替光照，不能精确地分析不同光照对此设计的影响。因此我们也不选用滑动变阻器来模拟光照在电路原理图中。由上可知，我们在仿真图中可以用滑动变阻器来代替光照。 方案三：采用光敏电阻来控制光照强度。光敏电阻器是一种半导体的拥有光电效应的电阻，它的电阻值会随着光的强弱而改变[9]。它对光照的敏感强度近乎于人眼，所以它真实有效的模拟了光照强度。因此在电路原理图中我们选用光敏电阻器来控制光照强度。由于在proteus软件中，我们无法找到光敏电阻器，所以我们的仿真图中会采用方案一或方案二中的元器件进行模拟光照，本文我将采用方案一。 2.2对声的采集控制模块的选型与论证 方案一：采用开关控制有无电流来模拟有无声音。根据2.1的思想，开关不光能模拟有无光照，也能模拟有无声音，其利弊与2.1相同，在此不做过多阐述，所以我们也不建议在电路原理图中用开关来模拟声音，但是仍可以选做仿真原理图中的代替物。 方案二：采用滑动变阻器来模拟声音的大小，由2.1可知，滑动变阻器可以手动控制阻值，用其来代替声音的大小相比于开关有较大的优势，但是仍然达不到我们想要的精准度，而且我们也无法将阻值大小换算成声音的赫兹，所以滑动变阻器仍不是理想之物。 方案三：采用驻极体话筒来控制声音。驻极体话筒也是电容式话筒的一种[10]。它里面的驻极体震动膜能进行声电转换。当有声波输入时，驻极体话筒中的膜片会随着声波的强弱而发生相应的震动，从而使电容极板间的距离发生相应的变化[11]。由于话筒的灵敏度极高，犹如人耳，所以我们最终选用驻极体话筒来控制声音。但是在电路仿真图中，本人选用的是方案一中的元器件来模拟声音。 2.3单片机对采集信号处理模块的选型与论证 方案一：采用AT89C51对采集信号的处理。AT89C51是我们在大学课本中学习的单片机，因此我们较为熟悉。但是AT89C51较为普通，且年代久远，功能不健全，结构不先进，市场上基本上不流通。所以本人决