基于 STC89C52R C单片机的智能照明开关设计

谭科华+魏义林

摘 要：随着数字化、智能化、信息化趋势的进一步发展，人们日益严重地感受到传统照明开关的种种不便和局限，而智能照明控制系统以智能、便捷等优点受到越来越多的关注。本次项目立足于智能、便捷，由 STC89C52RC作为系统主控芯片，将光照检测、热释电传感器、手动启动三种启动条件按一定优先级排列，由控制继电器开启、关断来决定照明电路的启动、关断。

关键词：STC89C52RC 光照检测 热释电传感器 继电器

目前，已经有很多对于智能照明开关的研究，市场上也销售着各种形式的智能照明开关，简单的仅是触摸式开关，复杂的甚至有红外、电磁波等各种新型启动方式。智能开关的目的在于使生活更加便捷。本次项目采用光照检测电路和热释电感应技术控制照明电路的开关断开与闭合，是一种非常实用、简便的智能照明开关。

一、系统设计

本设计由光照检测电路、电压比较器电路、热释电感应电路、继电器电路和电源电路组成，系统设计总体图如图 1所示。光照变化引起平衡电桥的变化，由电压比较器把平衡电桥的输出电压与门限电平进行比较得出高低电平送往单片机。热释电感应电路设置感应范围调节与感应灵敏度调节，感应有无人体在感应范围内活动时向单片机输出高低电平。当两种条件达到要求时单片机控制继电器闭合使照明灯与 220V交流电源接通。电源电路采用体积较小的开关电源电路将 220V交流电源降压整流为 5V直流电源对整个系统弱电部分进行供电。

（1）单片机最小系统

（2）电桥平衡与电压比较器

本设计因为仅用光敏电阻设置单一阈值，为了简化电路采用平衡电桥。光敏电阻（R4）与电阻（R2）、电阻 R1与 R5组成电桥平衡电路。R1与 R5之间电压恒定，恒等于：

单片机昀小系统由单片机、晶振电路、复位电路、按键电路、下载电路组成，如图 2所示。晶振电路为单片机工作提供时钟信号；复位电路用于对单片机进行复位；按键电路的作用是当照明开关发生错误时用于手动启动照明和禁用智能控制；下载电路采用串口下载方式，通过单片机 P3.0、P3.1口、利用 CH340进行下载与调试。

R

V .5 Vcc

R1 . R5

当光照改变、光敏电阻的阻值发生变换，则电桥 R2、R4的节点与 R1、R5的节点电压不等，输出电压差（ R1为可调电阻，调节 R1使 R1=R2=R）：

Vout .（R4R .4R -RR.5R5 ）Vcc

设计中要将光照电路的状态转换为单片机可识别的高低电平信号，采用 LM358构成电压比较器，将平衡电路输出的电压输入到 LM358构成的电压比较器中。电压比较器采用差分输入方式，输入电压为两输入端电压差也就等于平衡电桥的输出电压：

Vin. V.. V..Vout平衡电桥

设计中 LM358作为单限比较器，其门限电平为平衡电桥 R1、R5所构成电桥的中心电压： RV门限 . R1 .5R 5 Vcc

当 R2与 R4的中心电压大于V门限 时，LM358输出高电平，当 R2与 R4的中心电压小于V门限 时，LM358输出低电平。将电压转换为电阻时，则为 R5的阻值大小控制V门限 的高低，R5越大则V门限 越大。当光敏电阻阻值达到 R5时 LM358输出状态发生跳变，利用 R5可以非常便捷的改变光照电路的开启条件。

由于 LM358输出信号的驱动能力不强，利用一个小功率三极管，使其工作在开关状态，三极管基级接 LM358输出信号，集电极接限流电阻接 VCC，发射极接地，取三极管的集电极电压做输出，同时加 LED显示光照检测的状态，为了不影响输出信号，将 LED接在输出信号与 VCC之间，低电平驱动。

*基金项目：项目来源：攀枝花学院 2015年度大学生创新创业训练项目

（3）热释电传感器

为了使设计符合要求，并且满足感应距离和感应灵敏度可调，决定采用较为高性能、灵敏的传感器信号处理集成电路—BISS0001。BISS0001配有热释电红外传感器和能由少量外接元件构成的被动式热释电红外开关，其内部具有延时定时器、封锁时间定时器，能极大地精简电路。

其应用电路图如图 3所示：

芯片内部集成有两种触发方式：可重复触发与不可重复触发，两种方式采用开关 SW1进行控制。本次设计要求有人活动时输出为高，无人活动时输出为低，芯片需处于可重复触发方式。

输出延时时间 Tx 、触发封锁时间 Ti由电阻、电容构成的回路确定： T3x1062610RC..

T . 40 . RC

i 97

芯片内部还有两级增益和两级高通滤波、两级低通滤波，增益及截至频率都由外部元件确定：

G . R/R G . R /R

178 256

FL . 159/ R . C FL . 159 / R . C

185 263

FH . 159 / R . C FH . 159/ R .C

1 742 52

当环境温度升高，达到同人体体温相近时，感应灵敏度大幅下降。改善方法为将电阻 R8改为一个固定电阻与一个热敏电阻的结合，当温度升高时热敏电阻的阻值降低，R8总电阻降低，第一级增益 G1将得到提高。

传感器探头采用高灵敏度探头外加菲涅尔透镜，有效地延长感应距离和感应角度，并且能加强对外部干扰的抵抗能力。

（4）继电器

继电器回路较为简单，公共端接 220V交流电，常闭引脚悬空，常开引脚接照明灯，当启动条件吻合，单片机控制继电器引脚吸附，常开引脚导通。

二、控制方法

本设计的控制器为 STC89C52RC，其主要任务是对两个传感电路输出信息进行处理和判断，控制继电器的闭合与断开；当传感电路失效时能禁用传感电路，能手动开启照明灯。

三、程序设计流程图

C语言程序设计流程图如图 4所示，在程序中配置两种检测装置的优先级，利用 flag_key来对按键进行标识，flag_key作为智能判断和手工操作两种模式的切换，当有按键按下时，flag_key和继电器控制引脚自动取反。当程序初始化完成，flag_key=1，智能判断模式启用，当按键第一次按下时，flag_key自加后清零（flag_key=2时清零），禁用智能判断模式，闭合继电器，照明灯点亮，当按键第二次按下时，flag_key自加为 1，智能判断模式开启，断开继电器，照明灯熄灭。因此利用 flag_key达到手动启动、关闭照明灯。

四、结束语

本次项目为基于 STC89C52RC单片机的智能照明开关设计。整体方案采用光敏传感器、热释电传感器作为判断标志。热释电检测模块做到了感应距离、感应角度可调，能排除外界温度变化对于检测模块的影响，提高了检测的正确性。整体设计较为合理，制作成品能满足项目要求，误判率处于合理范围，成品已经过长时间运行，运行过程稳定。在本次项目中对于基本的电路设计与分析也有较好的掌握，对于 STC89C52RC单片机能够熟练地掌握与运用。

参考文献：

[1]郭天祥. 51单片机C语言教程[M]. 北京：电子工业出版社，2013

[2]胡启明.葛祥磊. Proteus从入门到精通 100例[M]. 北京：电子工业出版社，2012

[3]燕庆明. 电路分析教程 第三版[M]. 北京：高等教育出版社，2013

[4]杨欣.莱·诺克斯.王玉凤.刘湘黔. 电子设计从零开始（第2版）[M] 北京：清华大学出版社：2015