华侨大学厦门工学院单片机控制系统课程设计报告题目：智能视力保护仪专业班级：电子1班学生姓名：陈炳刚学号：指导教师：刘玉玲2015年 6 月 5 日课程设计任务书目录AT89S51单片 (2)、HP-208-N-L功能特点 (3)第一章系统控制模块的硬件设计是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

控制模块的硬件构成及说明系统控制单元是以AT89S51单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：环境光采集电路、时钟模块、热释红外传感器模块、看门狗模块、按键电路、EEPROM存储模块、超时报警模块、数码管显示模块，其结构框图如图1-1所示。

系统控制的主要硬件电路考虑到本系统安装时受环境影响因素比较多，且教室控制设备中的人体存在传感器、光敏三极管等经常会因环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电子元器件的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。

、HP-208-N-L功能特点1.全自动感应:人进入其感应范围则输出低电平(待机状态输出为高电平)，人离开感应范围则自动延时关闭低电平，返回至待机时的高电平。

2.光敏控制（可选择，出厂时未设）：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。

3.两种触发方式：（可跳线选择）a.不可重复触发方式:即感应输出低电平后，延时时间段一结束，输出将自动从低电平变为高电平；b.可重复触发方式：即感应输出低电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持低电平，直到人离开后才延时将低电平变为高电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点).4.具有感应封锁时间(默认设置:无封锁时间)：感应模块在延时时间一结束（即停止输出），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内不接受任何感应信号。

此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

(此时间可设置在零点几秒—几十秒钟).5.工作电压范围宽：默认工作电压DC5V-20V6.微功耗:静态电流<50微安，特别适合干供电的电器产品。

7.输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。

1.2.2系统主控电路本系统的主控模块采用AT89S51作为主控芯片，它是一种低功耗，8位CMOS工艺处理器，具有8K在线可编程Flash存储器，片内的Flash可多次编程，为在线编程提供了方便。

片内有128字节的RAM，4KB的EEPROM，由于合理的安排使用片内RAM空间，所以没有片外扩展的RAM，使电路结构简洁。

该芯片的主要特征见如表：表AT89S51主要特征单片机最小系统如图1-2所示：图1-2 单片机最小系统(1) 40（Vcc ）20（GND ）脚间的电压应有5V 。

(2) 18、19脚分别与20脚间有―电压(3) 9（RST ）脚与GND 间电压基本为0 。

(4) 31脚 （EA ）与20引脚（GND ）间电压为5V 。

1.2.3系统供电电路系统供电原理如图1-3所示，采用+5V 电压供电。

本设计采用输出电压为9V 的变压器。

系统接通220V 交流电源后，将220V 交流电变压到9V ，经过二极管全波整流、电解电容C1，C2滤波，再经正输出稳压器LM7805，为了缓冲负载突变，改善瞬态响应，输出端还采用了电容C3，C4，最后得到+5V 的直流电压，用于给控制系统中单片机系统及其它外围电路的Vcc 端供电。

.图1-3 系统供电电路1.2.4数据采集电路一、环境光强度采集电路光电传感器是一种能够将光转化为电量的传感器。

采用的光敏三极管除了具有光敏二极管将光信号转化为电信号的功能外，还具有对电信号的放大功能。

在P1. 5DS1302CLK DS1302时钟线DS1302I/O DS1302数据线 P1. 7DS1302RST DS1302复位线 P3. 0- P3. 1数据采集输入端 P3. 3人体存在传感器输出信号端 P3. 4超时报警信号输入端 P3. 7 光敏三极管输入信号端无光照时，三极管的穿透电流很小，为暗电流，有光照时，产生的Ib增大，成为光电流Ie，光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。

光敏三极管具有灵敏度高，体积小，工作电压低，工作电流小，发光均匀稳定，响应速度快，寿命长等特点。

环境光采集电路原理如图为1-4所示。

当环境光照强度大于一定程度时，光敏三极管D6呈现低阻状态≤1KΩ，三极管Q12的基极电压升高，Q12管饱和导通，集电极输出低电平。

当环境光强度小于一定程度时，光敏三极管D6呈现高阻状态≥100Ｋ，使三极管Q12截止，集电极输出高电平。

其中调节R26阻值，可使三极管Q12受环境光强度影响在适当的亮度下导通。

图1-4环境光电路人体存在传感器采用HP-208-N-L人体感应模块(低电平输出)。

基于红外线技术的自动控制产品，灵敏度高，可靠性强，广泛应用于各类自动感应电器中。

人体传感器的1号引脚为电源信号端VCC，2号引脚为采集信号输出端OUT，3号引脚为地信号端GND。

其硬件连接如图1-5。

图1-5 人体存在信号采集电路HP-208-N-L功能特点：全自动感应：人进入其感应范围则输出低电平，人离开感应范围则自动延时关闭低电平，输出待机时的高电平。

两种触发方式：a.不可重复触发方式：即感应输出低电平后，延时时间段一结束，输出将自动从低电平变为高电平；b.可重复触发方式：即感应输出低电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持低电平，直到人离开后至延时结束，低电平跳变为高电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点).具有感应封锁时间：感应模块在每一次感应输出后，待延时时间一结束，可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。

此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

(此时间可设置在零点几秒—几十秒钟)。

微功耗：静态电流<50微安，特别适合干电池供电的电器产品；输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接；技术参数：工作电压：至DC24V均可；输出低电平：0V，待机时的高电平为；延时时间：可制作范围零点几秒—十几分钟；封锁时间：可制作范围零点几秒—几十秒；触发方式：L不可重复；H可重复；感应范围：<140度锥角，7米以内；工作温度：-20—+70度。

1.2.5系统时钟电路根据室内灯光使用特性，该系统还应受到时间的控制，因此本研究还加入硬件时钟电路以保证系统的智能化运行。

考虑到本系统停电时需为时钟电路提供电源、且不占用太多单片机资源，于是采用具有充电能力的实时时钟芯片DS1302，作为临时性存放数据的RAM寄存器。

此芯片采用的是串行通信方式，还可为掉电保护电源提供充电功能，也可以将此功能关闭。

该芯片对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为—。

DS1302只需三根线即可与单片机进行通信，体积小，使用简单，时钟精度较高，满足系统的要求，其引脚图如图1-6所示。

图1-6 DS1302的引脚图各引脚的功能为：Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。

当Vcc2>Vcc1+时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2< Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。

SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出；I/O：三线接口时的双向数据线；CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。

DS1302与单片机接口电路连接如图1-7，其中Vcc2外接可充电的锂电池，为DS1302的备用电源。

Vcc1外接供电模块的稳定输出电压+5V，为DS1302的主电源。

DS1302由Vcc1和Vcc2两者中较大者供电。

系统正常运行时，Vcc1大于Vcc2，因此由Vcc1给DS1302供电，在主电源关闭的情况下，则由Vcc2给DS1302供电，保持时钟的连续运行。

X1和X2是振荡源，外接晶振。

RST 是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送，与单片机的复位信号相连。

时钟输入端SCLK接单片机引脚，进行时钟控制。

图1-7 时钟电路1.2.6继电器驱动电路继电器驱动接口电路如图1-8所示，这里继电器由相应的PNP型号的9012三极管来驱动。

开机时，单片机初始化后的、为高电平，三极管截止，所以开机后继电器始终处于释放状态。

如果、为低电平，三极管的基极就会被拉低而产生足够的基极电流，使三极管导通，继电器就会得电吸合，从而驱动负载，点亮相应电灯。

继电器的输出端并联100欧的电阻和6800皮法电容，目的是避免继电器吸合与释放期间产生火花。

继电器线圈两端反相并联的二极管是起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管，这种继电器驱动方式硬件结构比较简单。

图1-8 继电器驱动电路1.2.7超时提示电路本系统采用的超时报警电路如图1-9所示。

单片机的端口外加一个10K的上拉电阻，再经过限流电阻100欧与三极管C945的基极相连。

当端口为低电平，即基极为低电平时，三极管导通，驱动蜂鸣器发出声音，以示教室灯工作超时。

若端口为高电平，即基极为高电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作，教室灯工作正常。

本系统采用超时报警电路方便了管理人员对教室灯的管理，能够科学、有效地管理电灯。

图1-9超时报警电路1.2.8按键控制电路按键控制电路如图1-10所示。

按键的输入信号分别接到，，，，用二极管和与门电路将按键信号引到外中断0的引脚。

按键控制电路采用单片机P2口的低4个口作按键的输入信号端，信号取自电阻的分压。

当按键未按下时，—端口的电压接近电源电压，为高电平，当某一按键按下时，对应端口被按纽开关短接到地，为低电平。

单片机检测4个端口电平的变化，从而确定是哪个键被按下。

键盘工作方式采用中断扫描方式，4个二极管和10K电阻组成与门电路，当任一键按下时，与门输出引脚的电平都会由高为低。

第二功能是外部中断0的输入引脚，我们利用其电平的变化产生中断，在中断服务程序中读入P2口低4位信号，确定哪个键按下，执行相应的按键功能，电容和10K电阻组成滤波电路，消除按键的抖动。