基于单片机的智能小夜灯

摘要：本次设计制作了一种基于单片机控制的智能小夜灯。你是否会被这样的问题所困扰？半夜醒来去上厕所或者起床去喝水等要去开灯特别的不方便。当半夜睡醒起床去上厕所或者起床去喝水的时候，处于半睡眠的状态。如果在这时候开灯，灯会很快地亮起来，这时眼睛适应不了瞬间由黑转亮的过程。本次设计的家居智能小夜灯不仅巧妙地解决了这个问题，而且还不会影响人的第二次睡眠。当半夜起床时，这个灯就会慢慢地亮起来，不需要用手去接触它，而且亮度会缓缓增加，让眼睛慢慢地去适应灯的亮度，而当继续睡觉的时候，它又会慢慢的关闭。这一整个过程完全智能化，不用再担心原来的问题，还能拥有一个更加舒适的睡眠环境。睡得好，心情也变得更好了。STC89C52单片机是这个智能小夜灯系统的核心部分，控制整个系统的运行，主要还有光敏电阻信号处理电路部分、热释电人体红外传感器部分、灯光控制电路部分等组成。该系统具有比较强的灵活性，比较高的可靠性，操作方便，在不久的将来可能会有更广阔的应用前景。

关键词：智能；微处理器；热释电传感器；光敏电阻

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）05-0248-03

Intelligent Night Light Based on Single Chip Microcomputer

WANG Zhong-xia1，2， CHEN Wei1， JIN Xing-yuan2， FANG Yu3

（1.Hohai University WenTian College， Maanshan 243000， China； 2.Nanjing Suning Construction Supervision Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract：This design and manufacture of a smart night lamp based on single chip microcomputer control. Will you be troubled by such a problem？ It is particularly inconvenient to wake up at night to go to the toilet or get up and drink water. When we wake up in the middle of the night to get up and go to the toilet or get up to drink， we are in a state of half sleep. If we turn on the lights at this time， the lights will soon light up. Our eyes can not adapt to the process of turning from black to bright. This design home smart night light not only cleverly solves this problem， but also does not affect people"s second sleep. When we get up in the middle of the night， the lamp will slowly light up， do not need to touch it with the hand， and the brightness will slowly increase， let the eyes slowly adapt to the light brightness， and when we want to continue to sleep， it will slowly close. This whole process is completely intelligent， so that we can no longer worry about the original problems， but also enable us to have a more comfortable sleep environment. A good sleep and a better mood. STC89C52 is the core part of this intelligent small night light system. It controls the operation of the whole system. It is mainly composed of the signal processing circuit of the photosensitive resistance， the infrared sensor part of the pyroelectric body and the light control circuit. The system has relatively strong flexibility， high reliability and convenient operation. It will have wider application prospects in the near future.

Key words： intelligence； microprocessors；pyroelectric sensor；photosensitive resistors

随着社会发展，人类生活质量在不断上升，市场里也在逐渐变化，高科技的很多用途对商品发展的趋势和前景起到了关键性作用，智能技术的应用在电子领域具有深远的意义。现在人们的生活水平在逐渐提高，生活质量也越来越好，智能化产品也逐渐被人们所重视，毕竟智能化产品能让人生活得更加舒适、方便。随着智能电子技术产品的快速发展，使得一些家庭使用的电器逐漸步入智能化的领域，能够满足人的各种需求，现在已经有很多应用广泛的智能产品，比如智能电冰箱、智能扫地机器人，智能电饭煲等。通过对单片机的运用，这些家居产品相对于与普通家用电器来说，智能家电具有很多普通家电所不具有的功能，使用的时候比普通家电更方便，安全性和可靠性也高，最重要的是，提高了在实际生活中的使用性。

1 系统硬件电路设计

1.1系统硬件结构

根据系统功能的定义的要求，热释电红外传感器作为人体感应模块，与光敏电阻以及单片机构成传感器及信号处理部分。DAC0832数模转换芯片的作用是实现由数字量到模拟量的转换。DAC0832数模转换芯片、LM324运算放大器共同组成灯光控制电路。本系统采用STC89C52单片机为核心控制器件 ，控制着整个电路的运行。根据系统功能要求，下面是功能框图。如图1所示：

1.2 控制系统原理

智能小夜灯能在半夜要起床的时候，会慢慢地亮起来，不需要用手去接触它，而且亮度会缓缓增加，让眼睛慢慢地去适应灯的亮度，而当我们要继续睡觉的时候，它又会慢慢的关闭，整个过程当中可以不需要接触，让系统慢慢的运行，让我们能够有一个更舒适的睡眠的环境。该系统是以STC89C52微处理器为核心，主要是由光敏电阻信号处理电路部分、热释电人体红外传感器部分以及灯光控制电路部分等组成。以单片机为核心组成的中央处理单元处理信号并发送出控制信号；以热释电传感器、光敏电阻组成的传感器及信号处理部分；DAC0832数模转换系统与LM324组成灯光控制电路。灯光控制电路如下图2所示：

2 硬件电路元件

2.1 主控元件

STC89C52RC单片机是宏晶科技公司制造的新款单片机，它具有高速，低功耗，超强抗干扰等特点，它的指令代码跟传统的80C51单片机是完全兼容的。它的用户应用程序空间有8K字节，片上集成有512字节RAM。它内部有两种时钟周期可以选择，分别是6时钟跟12时钟。其工作电压有两种，5V单片机（5.5v-3.3v）跟3V单片机（3.8v-2.0v）。它的工作频率是0～40MHz，是80C51单片机的两倍（相当于80C51的0～80MHz），但是实际频率却可以达到48MHz。它有32个通用I/O口，分别为P0、P1、P2、P3、P4，复位之后P1、P2、P3、P4是准双向口（弱电上拉），P0口是漏极开路输出作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，但是作为 I/O 口用时，需要加上拉电阻。它还具有ISP（在系统可编程）和IAP（在应用可编程），不需要专用编程器，也不需要专用仿真器，只需要通过串口直接下载用户程序，几秒就可以完成一片，而且具有EEPROM功能和看门狗功能。其一共有3个16位定时器也就是计数器，T0、T1、T2。同时它的外部中断有四个。它的工作温度范圍有两种一种是工业级，其温度范围为-40～+85℃，另一种是商业及其温度范围是0～75℃。STC89C52RC 单片机有三种工作模式。第一种是掉电模式，这种工作模式可以由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序，这种工作模式的典型功耗小于0.1μA。第二种是空闲模式，这种工作模式典型功耗为2mA。第三种为常规工作模式，这种模式下典型功耗是在4～7mA之间。

2.2 热释电人体红外传感器

热释电红外线传感器（PIR）。主要是由热电系数比较高的材料制作，尺寸一般为1*2毫米，热释电红外传感器不需要接触就能够检测出人体辐射出的红外线的能量的变化，并且将这个变化用电压信号的形式输出。

热释电传感器的感应范围不是很大，但是可以利用外部器件将信号放大，能够在上面加一个透镜，一个具有特殊光学原理的透镜，这个透镜可以用透明塑料制成，并且这个透镜可以与放大电路结合起来，这样就可以将信号放大，检测的范围也将大大增加。

热电效应是热释电人体红外传感器对红外辐射的感应的原理，所谓的热电效应指的是受热物体中的电子因温度影响由高温处向低温处移动时产生电流或者电荷堆积的一种现象。当待测物体产生红外辐射，被透镜捕捉并凝聚；然后，透镜将捕捉到的红外辐射传递过来，接着热释电人体红外传感器将红外辐射转换为电信号；然后，信号处理电路对这个电信号进行处理；最后，灯光控制电路根据传递过来的电信号选择开灯或不开灯。热释电传感器探测原理如下图：

2.3光敏电阻

光敏电阻（photosensitive resistance）又称光导管， 当环境光变化的时候，光敏电阻的阻值也随之变化，这是光敏阻值的重要特性，这也与它本身的材质相关，当光敏电阻所接受到的光比较强时，光敏电阻的阻值则小；相反当光敏电阻接收到的光较弱时，光敏电阻的阻值则大。

2.4 D/A转换芯片DAC0832介绍

DAC0832是美国国家半导体公司生产的具有Microwire/SPI串行接口的8位D/A转换器，它是一个8位ADC，并且具有两级输入数据寄存器，只需要用三线接口它就可以单片机直接连接，其功耗低，性价比较高。其电路有极好的温度跟随性。

DAC0832是采样频率为八位的D/A转换集成芯片，与STC89C52微处理器完全兼容。它是具有8位分辨率的ADC，并且是我们熟知的逐次逼近型，它的基准电压为5V；同时也是5V单电源供电；模拟信号输入DAC0832的电压范围可以在0～5V之间；输入电平和输出电平与TTL完全兼容，同时也与COMS电平完全兼容；具有两个可供选择的模拟输入通道；电流输出；根据对DAC0832具有直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式这三种方式，这个是根据对控制数据锁存器跟寄存器不同的方式，能够适用于各种电路。并且具有价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机系统中得到了非常广泛的应用。

3 系统软件设计

下图是本次设计基于单片机控制的智能小夜灯的系统程序总体框图。这个系统程序比较简单，单片机控制的器件也比较少。当程序启动的时候，单片机对系统当中的所有程序进行初始化，并且开启所有的中断同时启动计时器，同时设置中断返回的入口。

所以该系统的程序要不断地进行循环，已达到实现实时监测的目的。

4 结论

我在制作这个系统的时候遇到了一些技术难点，就是对于人体信号的采集以及信号的处理部分。当人体进入到热释电人体红外传感器的感应范围中时，同时满足没有其他的光照影响，比如灯光，日光等。传感器就会产生电压信号，然后传输到信号处理电路中，对信号进行放大处理，并且滤波，避免其他信号对这个产生影响，最后用单片机进行处理。这里有一个不足之处就是台灯打开时所出现的光可能对光敏电阻产生影响，这个问题我是通过将控制部分跟传感器部分分开来处理。

通过对这个台灯的设计制作，使我进一步的了解单片机，对它们的功能以及用法有了一定的熟悉和掌握，在焊接硬件电路的基础上，加大了自己的动手能力，不再是纸上谈兵，任何事情只有自己真正的动手去做过才会了解其中的精彩，在这次制作中遇到的问题，也都一一解决，进一步提高了自己分析问题和解决实际问题的能力。

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【通联编辑：王力】

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