基于555定时器的家庭照明智能开关遥控设计.docx

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1、摘要为实现家居智能化，家庭内部照明或者其他家电的开关，需要集中或者分布式控制，有时还需要通过网络或者电话远程控制。从市场需求出介绍的智能总线式开关具有如下功能和特点：任何一个房间能控制任何房间的用电设备， 并用发光二极管能指示任何房间的灯的状态。发光二极管亮代表此房间灯亮， 发光二极管灭代表此房间灯灭。关键词：HN911 热释电红外线传感器；555 定时器；双向晶闸管； 稳压二极管；智能照明目录1. 引言12. 光控电子开关电路的设计22.1 红外线传感器、光控智能开关的制作与调试22.2 光控电子开关的安装与调试33. 部分元器件介绍33.1 555定时器43.2 双向晶闸管63.2.1 双

2、向晶闸管的结构63.2.2 双向晶闸管的工作原理63.3 稳压二极管63.4 稳压管的应用73.4.1 浪涌保护电路73.4.2 电弧抑制电路73.5 光敏电阻器83.5.1 光敏电阻的结构83.5.2 光敏电阻的原理83.5.3 光敏电阻的分类83.5.4 光敏电阻的主要参数93.5.5 光敏电阻的制作材料94.7805集成三端稳压器95. 电源电路设计105.1 稳压电路105.2 显示部分的设计116. 红外发射电路126.1 红外检测接收电路13结论14附录15参考文献161. 引言利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何

3、物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗（见热像仪）；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型

4、计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。理单元（Central Processing Unit），简称 CPU，是微机的核心部件。CPU 配上单片机由硬件系统与软件系统组成。硬件系统是指构成微机系统的实体与装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处存放程序和数据的存储器、输入/输出（Input/Output，简称 I/O）接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称，人们通过它对微

5、机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统，两者相辅相成，缺一不可。HN911采用热释电红外控制模块的照明灯，它可以用于卫生间、储藏室、楼梯走廊等处，可做到人来灯亮，人走灯灭，并且还具有白天自动封锁功能。HN911 系列模块是采用新技术和新工艺，将高灵敏度的热释电红外传感器、放大器、信号处理及输出电路组装在一起制成模块式电路，它具有从信号接收至控制输出的全部功能。在它的输出端接上晶体管放大电路或单稳态电路可以驱动继电器，接上光耦合电路可以驱动双向可控硅。图 2-1 HN911 模块的内部电路结构32 VCCVCC 3

6、VCC 3110导通置01VCC 32211截止置113VCCQn不变保持单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到 暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中 RC 延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自 动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为 tw 的矩形波。在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度 tw， 就 是暂稳态的维持时间，其长短取决于电路的参数值。稳态时，输出 uo 为低电平，即无触发器信号（ui 为高电平）时，电路处于稳定状态输出低电平。在ui 负脉冲作用下，低电平触发端得到低于（1/3） Vcc，触发信号，输出 uo 为高

7、电平，放电管 VT 截止，电 路进入暂稳态，定时开始。在暂稳态期间，电源VccRC地，对电容充电，充电时间常数 TRC， uc 按指数规律上升。当电容 两端电压 uc 上升到（2/3）Vcc 后，6 端为高电平， 输出 uo 变为低电平，放电管 VT 导通，定时电容 C 充电结束 ，即暂稳态结束。电路恢复到稳态 uo 为低电平的状态。当第二个触发脉冲到来时，又重复上述过程。3.2 双向晶闸管3.2.1 双向晶闸管的结构双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极， 其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。双向晶闸管与单向晶闸管一样

8、，也具有触发控制特性。不过，它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同，这就是无论在阳极和阴极间接人何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的, 都可以便双向晶闸管导通。3.2.2 双向晶闸管的工作原理由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制， 因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常把这两个主电极称为T1 电极和T2电极，将接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极，将接在N型半导体材料上的电极称为T2电极。由于双向晶闸管正、反特性具有对称性，所以它可在3.3 稳压二极管任何一个方向导通。由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分

9、，所以它的参数中也就没有正向峰值电压与反同峰值电压之分，而只用一个最大峰值电压，双向晶闸管的其他参数则和单向晶闸管相同。如图所示双向晶闸管的伏安特性曲线具有对称性，如图所示双向晶闸管的结构及电路。3.3.1 稳压二极管的介绍稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是： 此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。稳压二极管

10、是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡稳压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阴配合后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳压管访问就在电路到起到稳压的作用了。而且，稳压管与其它普能二极管不同之反向击穿是可逆性的，当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用。3.4

11、稳压管的应用3.4.1 浪涌保护电路稳压管在准确的电压下击穿,这就使得它可作为限制或保护之元件来使用, 因为各种电压的稳压二极管都可以得到,故对于这种应用特别适宜。图中的稳压二极管D是作为过压保护器件.只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通,使继电器J吸合负载RL就与电源分开。3.4.2 电弧抑制电路在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(也可接入一只普通二极管原理一样)的话,当线圈在导通状态切断时,由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收,所以当开关断开时,开关的电弧也就被消除了。这个应用电路在工业上用得比较多,如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它。3.5 光敏电阻器3.5.1

12、光敏电阻的结构光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小， 入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。3.5.2 光敏电阻的原理用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量

13、后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。3.5.3 光敏电阻的分类根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等， 用于探测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱， 红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：包

14、括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。3.5.4 光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性 光谱特性，频率特性， 温度特性。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加交流。3.5.5

15、 光敏电阻的制作材料用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如图 2.6.1 所示。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度， 则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将

16、逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。4.7805集成三端稳压器启动电路帮助稳压器快速建立输出电压 UO；调整电路由复合管构成；取样电路输出固定的电压。CW7800 系列稳压器具有过热、过流和过压保护功能，提高输出电压的电路功能。图 2-7 7805 引脚图集成三端稳压器根据稳定电压的正、负极性分为 78，79系列。L 0.1AM 0.5A（无字）S 1A2AHP5A10A附表 2 三端稳压器输出电流字母表示法例如：78M05 三端稳压器可输出+5 V、05 A 的稳定电压；7912 三端稳压器可输出12V 、1A 的稳定电压。图 2-9 外形及管脚分布5. 电源电路设计5.1 稳压电路典

17、型应用电路如图 5-1 所示。图中 C5 用于频率补偿，防止自激振荡和抑制高频干扰；C6 采用电解电容，以减少电源引入的低频干扰对输出电压的影响； D4 是保护二极管，当输入端短路时，给 C4 一个放电的通路，防止 C4 激穿 。图 5-1 稳压电路直流稳压电源电路如图 5-25.2 显示部分的设计图 5-2 直流稳压电源LED 组成的 7 段发光管显示器是不太复杂的单片机应用系统常用外部设备之一。图 5-3 数码管原理图7 段发光管显示器由 7 段发光线段组成，并按“日”字形排列，每一段都是一个发光二极管，如图 4-2 所示。图中将 7 个 LED 的阴极连在一起，称之为共阴极接法。反之为共

18、阳极接法。如果将公共阴极接地，而在 ag 各段的阳极加上不同的电压，就会使各段的发光情况不同，形成不同的发光字符。加在 7 段阳极上的电压可以用数量表示， 如果某一段的阳极为数字量 1，则这个段就发光；如为 0，则不发光。数码管原理图如 5-3 所示。6. 红外发射电路本遥控发射器采用码分制遥控方式，码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。在确定选择AT89C51 作为本设计发射电路核心芯片和点触式开关作为控制键后，加上一个简单红外发射电路和 12M 晶体震荡器便可实现红外发射。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二

19、极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它发出的便是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右，外形与普通 5 发光二极管相同，只是颜色不同。遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在 40KHz 的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。P1 口作为按键部分，P0.7 口作为发射部分。电路图如图 6-1。图 6-1 红外发射电路6.1 红外检测接收电路在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为 40KHZ 的电信号， 此信号经过放大，检

20、波，整形，解调，送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能。接收电路图见图 6-2。通常，红外遥控器将遥控信号(二进制脉冲码)调制在 40KHz 的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，产生红外信号发射出去。将上述的遥控编码脉冲对频率为 40KHz(周期为 26s)的载波信号进行脉幅调制(PAM )，再经缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去。图 6-2 红外接收电路结论通过这次课程设计，我最大的收获就是自己的动手能力和独立解决问题的能力得到了很大的提高，也充分体会到了自己设计东西的乐趣、学会查阅资料和对别人的东西融会变通的重要性，也明白了很多知识光靠趴在书本上学是学不到其中的精髓的，

21、必须亲自去试着实践，亲自去经历才能对它们真正的掌握，凡事都要自己去动下手，去实践一下，遇到困难，永远不要沮丧气馁。在动手的过程中， 不仅能增强实践能力，而且在理论上可以有更深的认识；这次设计给了我极大的鼓舞和信心，相信在以后的学习中可以通过不断的摸索和实践来提高其他方面的知识。附录：发射部分电路图接收部分电路图参考文献1 康华光电子技术基础（数字部分）M北京：高等教育出版社，200612 陈有卿实用灯光控制电路 300 例M北京：中国电力出版社，200523 陈永甫实用无线电遥控电路M北京：人民邮电出版社，200774 李光飞新编电子电路大全M北京：中国计量出版社，200115 宋春荣等通用集成电路速查手册M山东：山东科学技术出版社，200316 丁化成等AVR 单片机应用设计M北京：北京航空航天大学出版社，200647 李光飞等单片机课程设计实例指导M北京：北京航空航天大学出版社， 200418 张勇PROTEL 99SE 电路设计技术入门与应用M北京：电子工业出版社， 20079 彭介华电子技术课程设计指导M北京：高等教育出版社，20042