王 剛，徐樹勇

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣元 628017）

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一種多功能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 剛，徐樹勇

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣元 628017）

摘要：本文針對(duì)智能技術(shù)的應(yīng)用和節(jié)能的目的，采用對(duì)現(xiàn)行照明和座位檢測(cè)系統(tǒng)的調(diào)查和研究，設(shè)計(jì)一種多功能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以專門感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ)，又利用了C51強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，再結(jié)合語(yǔ)音提示功能。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用表明，當(dāng)房間有人時(shí)，燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，當(dāng)坐姿不正確時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警，該系統(tǒng)功能上更強(qiáng)，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更節(jié)省電能，提高了家用電器的品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：多功能；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；單片機(jī)

1 引言

隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，家用電器也越來越偏向智能化，已經(jīng)應(yīng)用的有智能洗衣機(jī)、智能電飯鍋、智能電磁爐等，而所用的智能化家電都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，都是利用單片機(jī)作為中央控制單元。結(jié)合了單片機(jī)的智能家用電器和普通家用電器相比，功能上更強(qiáng)、使用更方便、安全可靠性也更高，最重要的是更節(jié)省電能，提高了家用電器的品質(zhì)。

多功能控制系統(tǒng)以專門感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ)，以BISS0001信號(hào)處理電路，利用單片機(jī)進(jìn)行處理，以達(dá)到便于控制的目的。當(dāng)學(xué)習(xí)時(shí)由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系統(tǒng)就會(huì)提示，以糾正坐姿，防止近視；當(dāng)房間亮度不夠時(shí)，且有人在附近時(shí)，臺(tái)燈便會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，省去了黑暗中摸開關(guān)的麻煩；學(xué)習(xí)太累了，趴在桌子上睡會(huì)兒時(shí)，臺(tái)燈就會(huì)自動(dòng)熄滅；當(dāng)無(wú)人在時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)使臺(tái)燈自動(dòng)熄滅，以達(dá)到節(jié)省能源的目的[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)[7]

本系統(tǒng)制作的主要設(shè)計(jì)源泉來于生活，因此創(chuàng)新之處也在于處理生活中一些比較常見的問題。以專門感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ)，以BISS0001信號(hào)處理電路，利用單片機(jī)進(jìn)行處理，以達(dá)到便于控制的目的。

圖1 系統(tǒng)示意圖

如圖1所示，該多功能控制系統(tǒng)的系統(tǒng)主要由熱釋電紅外傳感器、紅外測(cè)距傳感器、光敏電阻、C51單片機(jī)、蜂鳴器、晶振電路、復(fù)位電路和燈光控制電路等部分組成。

信號(hào)檢測(cè)與處理部分由熱釋電紅外傳感器、光敏電阻和紅外測(cè)距傳感器組成；傳感器的作用是感知是否有人在，故采用的是熱釋電紅外傳感器，該傳感器只對(duì)波長(zhǎng)為10μm(人體輻射紅外線波長(zhǎng))左右的紅外輻射敏感，而對(duì)除人體以外的其他物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作；光敏電阻的作用是感知臺(tái)燈周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度；MCU部分采用的是89C5l單片機(jī)，該單片機(jī)具有價(jià)格低廉、開發(fā)簡(jiǎn)單、操作方便、可以加密等優(yōu)點(diǎn)，因此市場(chǎng)占有量非常大。該單片機(jī)作用是接收傳感器返回信號(hào)，處理后控制顯示、報(bào)警、燈等電路工作；蜂鳴器單元主要是根據(jù)MCU單元發(fā)出的命令給出警告信號(hào)；燈的控制是有三極管驅(qū)動(dòng)，通過單片機(jī)的IO口輸出PWM脈沖，控制燈的亮度。坐姿矯正傳感器是有紅外測(cè)距傳感器測(cè)量障礙物與系統(tǒng)距離，小于報(bào)警距離時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。顯示部分是由4位1體共陽(yáng)數(shù)碼管，通過9012三極管驅(qū)動(dòng)構(gòu)成。

3 硬件設(shè)計(jì)[5]

本文設(shè)計(jì)的多功能控制系統(tǒng)主要涉及數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，數(shù)據(jù)采集部分主要包含熱釋電紅外傳感器、紅外測(cè)距傳感器、光敏電阻等模塊；數(shù)據(jù)處理包括單片機(jī)模塊STC89C51模塊；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括晶振電路、燈光控制電路。電路圖如圖2所示。

3.1 控制器選擇

本文采用STC89C51單片機(jī)作為核心控制器，作為新一代核心控制器，其具有高速、低功耗等特點(diǎn)，工作頻率最高可達(dá)到25MHz，工作電壓分為5V型號(hào)和3.3V型號(hào)，可以完成ISP在線編程功能，其內(nèi)部具有E2PROM，可以在程序中修改，斷電不丟失數(shù)據(jù)，同時(shí)還增加了兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)等。

3.2 檢測(cè)人體傳感器組成的信號(hào)檢測(cè)及處理部分[2]

在電路設(shè)計(jì)部分中，單片機(jī)在本次智能節(jié)能臺(tái)燈設(shè)計(jì)中的主要控制單元，主要控制電路燈光，控制電路是在單片機(jī)的控制下工作。傳感器在設(shè)計(jì)中起著重要的作用，傳感器組成的信號(hào)檢測(cè)及處理部分電路原理如圖2所示。

圖2是由熱釋電紅外傳感器、光敏電阻、BISS0001組成的信號(hào)檢測(cè)及處理電路[3]。探頭內(nèi)包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，于是輸出檢測(cè)信號(hào)。BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。當(dāng)外界光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值很小，BISS0001檢測(cè)到低電平，從而封鎖14腳，禁止傳感器infare1的信號(hào)。當(dāng)外界光強(qiáng)較弱時(shí)，光敏電阻阻值很大，BISS0001檢測(cè)到低電平，開啟14腳；infare1檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生微弱的信號(hào)輸出，經(jīng)R5，R1005，R4，C1，C6，C7組成的信號(hào)放大濾波電路。R1000，R1001，C1000，C1001組成的延時(shí)電路，信號(hào)經(jīng)處理后從2腳輸出。

3.3 測(cè)距傳感器[4]

測(cè)距采用光電傳感器E18-D50NK，這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測(cè)距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場(chǎng)合。

圖2 多功能控制系統(tǒng)原理圖

4 軟件設(shè)計(jì)[6]

接通電源有自動(dòng)和手動(dòng)兩種設(shè)置模式。當(dāng)選擇自動(dòng)模式時(shí)，啟動(dòng)檢測(cè)是否有人，若沒有人燈滅；若有人同時(shí)進(jìn)行燈的亮度調(diào)節(jié)和矯正坐姿；燈的亮度調(diào)節(jié)好繼續(xù)檢測(cè)是否有人若沒人在1分鐘后燈滅；坐姿正確無(wú)現(xiàn)象，錯(cuò)誤蜂鳴器鳴叫，矯正坐姿停止鳴叫。當(dāng)選擇手動(dòng)模式時(shí)，有手動(dòng)調(diào)節(jié)光的亮度和設(shè)置學(xué)習(xí)時(shí)間兩種方式。主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)研究的一種多功能控制系統(tǒng)，對(duì)座位旁邊是否有人以及人的坐姿是否正確等信息進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該多功能控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果，通過對(duì)人體紅外信號(hào)的采集，又利用了C51強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)，具有采集精度、分辨率高、采集速度快、可靠性高、功能強(qiáng)大、維護(hù)方便的特點(diǎn)，有很高的推廣價(jià)值。

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2016年BIRTV杯徒步之旅成功舉辦

4月9日，萬(wàn)物復(fù)蘇，春意正濃。上午8:30，2016年BIRTV杯“愛?動(dòng)”徒步之旅在奧林匹克森林公園準(zhǔn)時(shí)鳴槍起跑。來自國(guó)家新聞出版廣電總局和直屬單位、電視臺(tái)、BIRTV參展商、媒體等廣電行業(yè)的27支代表隊(duì)、近300名隊(duì)員參加了本次活動(dòng)，用10千米的路程親歷了一場(chǎng)精彩、過癮的徒步嘉年華。

BIRTV組委會(huì)始終倡導(dǎo)“愛工作，愛生活，愛運(yùn)動(dòng)”的理念，希望在工作之余，親近自然，放松心靈，與同事、家人增進(jìn)交流，一起享受行走帶來的快樂。今年在開賽前還特別增設(shè)了熱身環(huán)節(jié)，組委會(huì)邀請(qǐng)到專業(yè)運(yùn)動(dòng)員帶領(lǐng)大家跳操熱身，放松肌肉，以更好的狀態(tài)投入運(yùn)動(dòng)?；顒?dòng)現(xiàn)場(chǎng)氣氛熱烈，參與度非常高，整個(gè)比賽在緊張、有序而歡樂的氛圍中圓滿結(jié)束。

作為BIRTV的傳統(tǒng)項(xiàng)目，“愛?動(dòng)”徒步之旅也是BIRTV品牌文化延伸和創(chuàng)新的重要組成部分?！胺e極努力工作、健康快樂生活”的號(hào)召在這里傳遞，“激發(fā)潛力、超越自我”的精神在這里發(fā)揚(yáng)。如今，跑步已經(jīng)成為時(shí)下最流行的新型社交方式，我們也期待通過此項(xiàng)活動(dòng)的開展為廣電人士搭建一個(gè)輕松愉快的交流平臺(tái)。

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

作者簡(jiǎn)介：王 剛，男，漢族，1977年生，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，副教授、工程師，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化方向。

中圖分類號(hào)：TN72 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A 文章編碼：1672-7274（2016）04-0018-04

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.04.005