一种多功能控制系统的设计与实现

王 刚，徐树勇

（四川信息职业技术学院，广元 628017）



一种多功能控制系统的设计与实现

王 刚，徐树勇

（四川信息职业技术学院，广元 628017）

摘要：本文针对智能技术的应用和节能的目的，采用对现行照明和座位检测系统的调查和研究，设计一种多功能控制系统，该系统以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，又利用了C51强大的数据处理能力，再结合语音提示功能。实验应用表明，当房间有人时，灯会自动点亮，当坐姿不正确时，蜂鸣器会报警，该系统功能上更强，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更节省电能，提高了家用电器的品质。

关键词：多功能；控制系统；设计；单片机

1 引言

随着电子产品的快速发展，家用电器也越来越偏向智能化，已经应用的有智能洗衣机、智能电饭锅、智能电磁炉等，而所用的智能化家电都有一个共同的特点，都是利用单片机作为中央控制单元。结合了单片机的智能家用电器和普通家用电器相比，功能上更强、使用更方便、安全可靠性也更高，最重要的是更节省电能，提高了家用电器的品质。

多功能控制系统以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的。当学习时由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系统就会提示，以纠正坐姿，防止近视；当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关的麻烦；学习太累了，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的[1]。

2 系统设计[7]

本系统制作的主要设计源泉来于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的。

图1 系统示意图

如图1所示，该多功能控制系统的系统主要由热释电红外传感器、红外测距传感器、光敏电阻、C51单片机、蜂鸣器、晶振电路、复位电路和灯光控制电路等部分组成。

信号检测与处理部分由热释电红外传感器、光敏电阻和红外测距传感器组成；传感器的作用是感知是否有人在，故采用的是热释电红外传感器，该传感器只对波长为10μm(人体辐射红外线波长)左右的红外辐射敏感，而对除人体以外的其他物体不会引发探头动作；光敏电阻的作用是感知台灯周围环境的光照强度；MCU部分采用的是89C5l单片机，该单片机具有价格低廉、开发简单、操作方便、可以加密等优点，因此市场占有量非常大。该单片机作用是接收传感器返回信号，处理后控制显示、报警、灯等电路工作；蜂鸣器单元主要是根据MCU单元发出的命令给出警告信号；灯的控制是有三极管驱动，通过单片机的IO口输出PWM脉冲，控制灯的亮度。坐姿矫正传感器是有红外测距传感器测量障碍物与系统距离，小于报警距离时，蜂鸣器就会报警。显示部分是由4位1体共阳数码管，通过9012三极管驱动构成。

3 硬件设计[5]

本文设计的多功能控制系统主要涉及数据采集部分、数据处理部分和执行机构。其中，数据采集部分主要包含热释电红外传感器、红外测距传感器、光敏电阻等模块；数据处理包括单片机模块STC89C51模块；执行机构包括晶振电路、灯光控制电路。电路图如图2所示。

3.1 控制器选择

本文采用STC89C51单片机作为核心控制器，作为新一代核心控制器，其具有高速、低功耗等特点，工作频率最高可达到25MHz，工作电压分为5V型号和3.3V型号，可以完成ISP在线编程功能，其内部具有E2PROM，可以在程序中修改，断电不丢失数据，同时还增加了两级中断优先级等。

3.2 检测人体传感器组成的信号检测及处理部分[2]

在电路设计部分中，单片机在本次智能节能台灯设计中的主要控制单元，主要控制电路灯光，控制电路是在单片机的控制下工作。传感器在设计中起着重要的作用，传感器组成的信号检测及处理部分电路原理如图2所示。

图2是由热释电红外传感器、光敏电阻、BISS0001组成的信号检测及处理电路[3]。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出检测信号。BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。当外界光强较强时，光敏电阻阻值很小，BISS0001检测到低电平，从而封锁14脚，禁止传感器infare1的信号。当外界光强较弱时，光敏电阻阻值很大，BISS0001检测到低电平，开启14脚；infare1检测到人体信号时，产生微弱的信号输出，经R5，R1005，R4，C1，C6，C7组成的信号放大滤波电路。R1000，R1001，C1000，C1001组成的延时电路，信号经处理后从2脚输出。

3.3 测距传感器[4]

测距采用光电传感器E18-D50NK，这是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。

图2 多功能控制系统原理图

4 软件设计[6]

接通电源有自动和手动两种设置模式。当选择自动模式时，启动检测是否有人，若没有人灯灭；若有人同时进行灯的亮度调节和矫正坐姿；灯的亮度调节好继续检测是否有人若没人在1分钟后灯灭；坐姿正确无现象，错误蜂鸣器鸣叫，矫正坐姿停止鸣叫。当选择手动模式时，有手动调节光的亮度和设置学习时间两种方式。主程序流程图如图3所示。

图3 主程序流程图

5 结束语

本设计研究的一种多功能控制系统，对座位旁边是否有人以及人的坐姿是否正确等信息进行检测，实际运行结果表明，该多功能控制系统达到了预期的效果，通过对人体红外信号的采集，又利用了C51强大的数据处理能力，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通信技术，具有采集精度、分辨率高、采集速度快、可靠性高、功能强大、维护方便的特点，有很高的推广价值。

参考文献

[1] 赵国强．智能台灯．科学启蒙，2007.21

[2] 赵继文．传感器与应用电路设计．北京：科学出版社，2002.3

[3] 黄继昌．电子元器件应用手册．北京：人民邮电出版社，2004.5

[4] 金发庆．传感器技术与应用．北京：机械工业出版社，2004.8

[5] 毕淑娥．电工与电子技术基础．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.6

[6] 李全利．单片机原理及应用．北京：清华大学出版社，2006.2

[7] 位永辉，杨威．基于BISS0001的智能台灯设计．电子元器件应用，2010

[8] 赵辉．Protel99电子线路CAD．北京：邮电大学出版社，2007

[9] 王港元．电子技能基础．成都：成都科技大学出版社，1999

[10] 谢楷．MSP430系列单片机系统工程设计与实践．北京：机械工业出版社，2010

[11] 刘瑞新．单片机原理及应用教程．北京：机械工业出版社，2005

[12] 夏路易．单片机在控制系统中的应用．北京：希望电子出版社，2006

[13] 李朝青．单片机原理及接口技术．北京：北京航空航天大学出版社，2004

[14] 黄长艺．机械工程测试技术基础．北京：机械工业出版社，2009.3

[15] 吴金戌等．机器人技术基础．武汉：华中科技大学出版社，2010

2016年BIRTV杯徒步之旅成功举办

4月9日，万物复苏，春意正浓。上午8:30，2016年BIRTV杯“爱•动”徒步之旅在奥林匹克森林公园准时鸣枪起跑。来自国家新闻出版广电总局和直属单位、电视台、BIRTV参展商、媒体等广电行业的27支代表队、近300名队员参加了本次活动，用10千米的路程亲历了一场精彩、过瘾的徒步嘉年华。

BIRTV组委会始终倡导“爱工作，爱生活，爱运动”的理念，希望在工作之余，亲近自然，放松心灵，与同事、家人增进交流，一起享受行走带来的快乐。今年在开赛前还特别增设了热身环节，组委会邀请到专业运动员带领大家跳操热身，放松肌肉，以更好的状态投入运动。活动现场气氛热烈，参与度非常高，整个比赛在紧张、有序而欢乐的氛围中圆满结束。

作为BIRTV的传统项目，“爱•动”徒步之旅也是BIRTV品牌文化延伸和创新的重要组成部分。“积极努力工作、健康快乐生活”的号召在这里传递，“激发潜力、超越自我”的精神在这里发扬。如今，跑步已经成为时下最流行的新型社交方式，我们也期待通过此项活动的开展为广电人士搭建一个轻松愉快的交流平台。

Design and Implementation of a Multifunctional Control System

Wang Gang, Xu Shuyong
(Sichuan Information Technology College, Guangyuan, 628040)

Abstract:Aiming at the application of smart technology and the purpose of energy saving, a multifunctional control system is designed through the investigation and research of the current lighting and seat detection system. It is based on pyroelectric infrared sensor which is specialized in inducing human body infrared signals, uses C51’s powerful capability to deal with data and combines voice prompt. Experimental application shows that when there is someone in the room, the light will light up automatically and that when the sitting position is not correct, the buzzer’s alarm will ring. This system has a stronger function, a more convenient usage and a higher safe reliability. To the most important, it can save more electricity to improve the quality of household appliances.

Keywords：multifunction; control system; design; singlechip

作者简介：王 刚，男，汉族，1977年生，四川简阳人，副教授、工程师，研究方向为电气自动化方向。

中图分类号：TN72 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2016）04-0018-04

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.04.005