智能台灯系统

石家庄铁道大学物联网原理及应用课程作业2016年春季学期学院：电气与电子工程学院专业:电子信息工程作业名称：基于热释红外的智能台灯系统学生姓名：向鹏学号：20132581指导教师：王伟明完成日期：2016-5-20物联网原理及应用课程设计作业评分表评分项目项目一项目二项目三项目四总分满分得分评阅人物联网原理及应用课程设计课程设计任务书一、作业目的通过智能台灯设计，熟悉各个模块的运用方法。掌握物联网开发的基本思路，明确物联网的核心是应用，应用的核心是云计算。二、作业内容及要求能够按照要求独立完成课程设计部分。学会查阅技术手册和文献资料。进一步熟悉物联网具体化的设计方法。填写设计任务书，撰写课程设计论文。三、作业成果形式及提交要求当场演示实物，提交实物和论文。实物必须说明能实现什么样的功能，说明和物联网的关系。论文必须严谨，必须叙述清楚各种模块的组成和作用。四、参考文献[1]物联网技术与应用.机械工业出版社.2013[2]传感器网络技术及应用开发.清华大学出版社.2011[3]传感器与应用电路设计北京科学出版社，2002[4]热释电红外传感器，[5]光敏电阻，物联网原理及应用课程设计第1页共30页目录目录...............................................................1摘要...............................................................21绪论..............................................................31.1智能台灯系统概述..............................................31.2课程设计内容..................................................42.系统主要器件介绍..................................................52.1AT89C52.......................................................52.2BISS0001......................................................83.系统组成及电路设计................................................93.1系统组成部分..................................................93.2电路设计部分.................................................104.传感器部分.......................................................134.1热释电红外传感器的原理特性....................................134.2热释电红外传感器的工作原理....................................144.3光敏电阻......................................................165.软件程序设计....................................................165.1总体程序框图.................................................165.2主程序流程图.................................................176.总体实物图.......................................................19课程设计总结.......................................................20参考文献...........................................................21附件............................................................22物联网原理及应用课程设计第2页共30页摘要随着电子产品的快速发展，家用电器也越来越偏向智能化，物联网在我们生活中扮演着越来越重要的角色。而所用的智能化家用电器都用一个共同的特点，都是利用物联网感知层作为最基本的感知单元。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。智能台灯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麻烦；当使用40分钟时间后自动报时，提醒人们注意适当用眼；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。关键词：物联网感知层智能台灯STC89C52热释红外物联网原理及应用课程设计第3页共30页1绪论1.1智能台灯系统概述随着科技的高速发展，各种各样的物联网产品开始走入人们的生活，这一切都大大地提高了人们的工作效率、改善了人们的生活，现在电器的发展趋势是智能化，这样会使人们使用起来更加方便。随着物联网智能控制理论和人工智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的家用电器会更多地出现，而单片机和物联网理论的结合，将来不但更多地改进现行家用电器，而且将会产生全新的家用电器。家用电器因为单片机的加入而走向智能化，并且随着人们生活水平的提高日益走向平民化，我们的生活也随着家用电器的发展越来越方便、舒适。随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化。台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的。它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，集中光线，便于工作和学习。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡，有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明。目前，灯具市场上出售的灯具种类繁多，一般台灯均采用220V交流电源供电，日光灯管、白炽灯泡为光源，手动开关或触摸感应式开光来控制。但这类台灯存在很多弊端，一是电压是不安全电压，给人们使用带来不安全因素；二是日光灯还具有频闪效应，经常使用会给人的眼睛带来一定的伤害；三是耗电量大、台灯通常都是以日光灯为主，在几瓦到几十瓦之间；四是人工化，人们由于手工操作，往往会忘记关灯，这也造成电能的浪费，到目前为止，在灯具市场上，很少见到采用+5V的直流电源供电的一种人体智能台灯，它具有既不会出现触电，使用寿命长、无辐射、又不污染等优点，有许多普通按键台灯所无法比及的优势。智能化台灯一方面可以更节省电能，有利于环保，另一方面可以使用一段时间自动报时，提醒人们注意用眼休息。同时，智能台灯在黑暗的时候自动开关灯的功能也让使用者使用起来更方便，省去黑暗摸灯的麻烦。物联网原理及应用课程设计第4页共30页智能台灯可分为自动和手动两种模式。在自动模式下，台灯能根据环境光的明暗与人是否被台灯所检测到来自动开启台灯。在这里设计了以人体红外辐射（波长为9.5um）传感控制电路。当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯。当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。手动模式是为了不习惯使用自动模式的人或是台灯中的微机出现故障等紧急情况时用的。在手动模式下，智能台灯和普通台灯是一样使用的。台灯是一般家庭的生活必需品，但由于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。全球这么多台灯，估算一下，消耗能源可观。本系统在实验室进行了实物实验。热释电红外探测器距离是1m左右（距离可调），主要是因为般来说是门离书桌的距离;以便黑暗中时人一到门口则启动，省去了开灯的麻烦，用户可以根据自己的实际情况进行距离调节。1.2课程设计内容1.2.1设计内容和实现功能名称：基于热释红外的智能台灯系统内容及要求:设计并制作一种智能台灯，主要是以BISS0001和单片机组成的热释红外传感控制电路。其特点是在有人时且外界光强较弱时能自动开灯，无人时关灯，节约能源。具体要求如下：1．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；2．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麻烦；3.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；4.当使用40分钟时间后自动报时，提醒人们注意用眼休息。1.2.2系统分析台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。在这里设计了以人体红外辐射（波长为9.5um）传感控制电路。当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开物联网原理及应用课程设计第5页共30页灯；当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。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。硬件部分采用防干扰技术外，在软件中也采用了防干扰技术，当中断0产生时，并不立即执行，而是对其进行延时，防止由于不小心而进入到探测器的范围内，以免产生误判。系统主要器件介绍2.1STC89C52由于物联网是物物相连的意思，系统通过传感器感知外界的变化再通过传输层传送给中央处理器，而我们最常见的处理器就是89系列单片机。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。物联网原理及应用课程设计第6页共30页图2-1AT89C52类别2.1.1管脚说明VCC：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。在Flash编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚物联网原理及应用课程设计第7页共30页被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位四肢的外部数据存储器（例如执行MOV