基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究结构框图如图3-1所示，遥控器模块电源模块遥控器接收人体存在传模块感器模块51系统模块环境光模块看门狗模块系统时钟模块图3-1结构框框图3.2控制系统的主要硬件电路3.2.1系统主控电路本系统的主控模块主要采用ATMAL公司的AT89C2051作为主控芯片，AT89C2051是个低功耗，高性能的CMOS8位单片机，片内含2KB的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128KB的随机存取数据存储器（RAM)，器件采用ATMAL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理8
基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 8 结构框图如图 3-1 所示， 图3-1 结构框框图 3.2 控制系统的主要硬件电路 3.2.1 系统主控电路 本系统的主控模块主要采用 ATMAL 公司的 AT89C2051 作为主 控芯片，AT89C2051 是个低功耗，高性能的 CMOS8 位单片机，片内 含 2KB 的可反复擦写的只读 Flash 程序存储器和 128KB 的随机存取 数据存储器（RAM），器件采用 ATMAL 公司的高密度、非易失性存 储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理 遥控器模块 遥控器接收 模块 电源模块 人体存在传 感器模块 51 系统模块 环境光模块 系统时钟模 看门狗模块 块
基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究器和Flash存储单元。AT89C2051只有20个引脚，15个I/0口（其中P1是个完整的8位双向I/0口），2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双向串行通信口，1个模拟比较放大器。指令系统与MCS-51系列完全兼容，除了没有外部数据存储器和外部程序存储器等扩展功能外，他具有80C31片机所有的功能。其主要特点为：（1）MCS-51产品完全兼容；（2）2K字节可编程闪烁内存；（3）编程次数可达1000次；（4）两级程序加密防盗；（5）15个可编程1/C口、2个16位定时器/计数器、可直接驱动LED显示，5个中断源；（6）二级中断优先级、全双工串行口。正是因为AT89C2051单片机具有上述特点，尤其是自带FLASH存储器，并且能够有效擦除1000次，使整个控制系统的硬件电路变得很简单，大大缩短了开发周期。AT89C2051的CPU有两种节电工作方式既空闲和掉电方式，遥控器采用了空闲节电方式。当CPU执行完IDL=1（PCON.0=1）指令后，系统进入了空闲工作方式，这时内部始终不向CPU提供，而只共给中断、串行口、定时器部分。AT89C2051的P1是一组8位双向I/O口，P1.2-P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1内部无上拉电阻。P1口输出缓冲器可以吸收20mA电流并可以直接驱动LED。当P1口引入脚写入“1”时可以作输入端，当引脚P1.2-P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流。P3口还用于实现AT89C2051特殊功能，如表3-1所示。表3-1P3口特殊功能
基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 9 器和 Flash 存储单元。AT89C2051 只有 20 个引脚，15 个 I/O 口（其 中 P1 是个完整的 8 位双向 I/O 口），2 个外中断口，2 个 16 位可编程 定时计数器，2 个全双向串行通信口，1 个模拟比较放大器。指令系 统与 MCS-51 系列完全兼容，除了没有外部数据存储器和外部程序存 储器等扩展功能外，他具有 80C31 片机所有的功能。其主要特点为： （1）MCS-51 产品完全兼容；（2）2K 字节可编程闪烁内存；（3）编 程次数可达 1000 次；（4）两级程序加密防盗；（5）15 个可编程 I/O 口、2 个 16 位定时器/计数器、可直接驱动 LED 显示，5 个中断源； （6）二级中断优先级、全双工串行口。正是因为 AT89C2051 单片机 具有上述特点，尤其是自带 FLASH 存储器，并且能够有效擦除 1000 次，使整个控制系统的硬件电路变得很简单，大大缩短了开发周期。 AT89C2051 的 CPU 有两种节电工作方式既空闲和掉电方式，遥 控器采用了空闲节电方式。当 CPU 执行完 IDL=1（PCON.0=1）指令 后,系统进入了空闲工作方式,这时内部始终不向 CPU 提供,而只共给 中断、串行口、定时器部分。 AT89C2051 的 P1 是一组 8 位双向 I/O 口，P1.2-P1.7 提供内部上 拉电阻，P1.0 和 P1.1 内部无上拉电阻。P1 口输出缓冲器可以吸收 20mA 电流并可以直接驱动 LED。当 P1 口引入脚写入“1”时可以作 输入端，当引脚 P1.2-P1.7 用作输入并被外部拉低时，它们将因内部 的上拉电阻而输出电流。P3 口还用于实现 AT89C2051 特殊功能，如 表 3-1 所示。 表 3-1 P3 口特殊功能
基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究口引功能特性脚P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INTO（外中断O）P3.3INTI（外中断1)TO（定时/计数器0外P3.4部输入）T1（定时/计数器1外P3.5部输入）AT89C2051的P3口只有7个引脚，P3.6没有引出。P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口写入“1”时，它们内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。3.2.2日光强度检测模块电路日光强度检测模块采用单片机作为控制处理核心，具有价格低、体积小等特点，满足实际需求。传感器选择光敏电阻，用精密电阻与之串联分压得到一电压信号送给A/D如图3-2。为了减小模块体积和降低成本，选择低功耗、串行方式工作的TLC549作为A/D转换器，其原理如图3-3所示。10
基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 10 口引 脚 功能特性 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 INT0 （外中断 0） P3.3 INT1 （外中断 1） P3.4 T0（定时/计数器 0 外 部输入） P3.5 T1（定时/计数器 1 外 部输入） AT89C2051 的 P3 口只有 7 个引脚，P3.6 没有引出。P3 口的 P3.0- P3.5、P3.7 是带有内部上拉电阻的 7 个双向 I/O 口。P3 口缓冲器可吸 收 20mA 电流。当 P3 口写入“1”时，它们内部上拉电阻拉高并可作 为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电 流。 3.2.2 日光强度检测模块电路 日光强度检测模块采用单片机作为控制处理核心，具有价格低、 体积小等特点，满足实际需求。传感器选择光敏电阻，用精密电阻与 之串联分压得到一电压信号送给 A／D 如图 3-2。为了减小模块体积 和降低成本，选择低功耗、串行方式工作的 TLC549 作为 A／D 转换 器，其原理如图 3-3 所示
基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究TLC549是采用IinCMOSTM技术并以开关电容逐次逼近原理工作的8位串行A/D芯片，可与通用微处理器、控制器通过I/OCLOCK、CS、DATAOUT三条口线进行串行接口。TLC549具有4MHz的片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长为17us，允许的最高转换速率为40000次/s。总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值为6mW。TLC549采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，由于其VREF-接地时，(VREF+)-(VREF-)>1V，故可用于较小信号的采样，此外，该芯片还单电源3～6v的供电范围。总之，TLC549具有控制口线少，时序简单，转换速度快，功耗低，价格便宜等特点，适用于低功耗袖珍仪器上的单路A/D采样，也可将多个器件并联使用。它的工作原理是TLC549带有片内系统时钟，该时钟与I/OCLOCK是独立工作的，无需特殊的速度或相位匹配。当CS为高时，数据输DATAOUT端处于高阻状态，此时I/OCLOCK不起作用。这种CS控制作用允许在同时使用多片TLc549时，共用I/OcLOCK，以减少多路（片)A/D使用时的I/O控制端口。ANALONGNINR211
基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 11 TLC549 是采用 IinCMOSTM 技术并以开关电容逐次逼近原理工作 的 8 位串行 A／D 芯片，可与通用微处理器、控制器通过 I／O CLOCK、 CS、DATA OUT 三条口线进行串行接口。TLC549 具有 4MHz 的片内 系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长为 17μs，允许的最高转 换速率为 40000 次/s。总失调误差最大为±0．5LSB，典型功耗值为 6 mW。TLC549 采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校 准转换范围，由于其 VREF-接地时，(VREF+)-(VREF-)≥1 V，故可用 于较小信号的采样，此外，该芯片还单电源 3～6v 的供电范围。总之， TLC549 具有控制口线少，时序简单，转换速度快，功耗低，价格便宜 等特点，适用于低功耗袖珍仪器上的单路 A/D 采样，也可将多个器件 并联使用。它的工作原理是 TLC549 带有片内系统时钟，该时钟与 I／ O CLOCK 是独立工作的，无需特殊的速度或相位匹配。当 CS 为高 时，数据输 DATA OUT 端处于高阻状态，此时 I／O CLOCK 不起作 用。这种 CS 控制作用允许在同时使用多片 TLc549 时，共用 I／ OcLOCK，以减少多路(片)A／D 使用时的 I／O 控制端口
基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究图3-2A|D模块ANALONGIN2AINDOUTDATAOUTI/OCLKIOCLKVCCREF+VccREF-CS5C0.01uFCSGND4TLC549图3-3A/D转换器3.2.3热释电红外人体检测模块电路3.2.3.1人体存在传感器的工作原理自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子型相比，响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型的特点相反，而且要求冷却条件。本系统采用的是热释电红外传感器，人体存在传感器主要采用了红外传感器的原理，它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、自动照明等场合，及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。其原因为：12
基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究 12 图 3-2 A\D模块 图 3-3 A/D 转换器 3.2.3 热释电红外人体检测模块电路 3.2.3.1 人体存在传感器的工作原理 自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都 会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据 工作原理，红外传感器分为热型 和量子型两类，热型红外传感器也 称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子 型相比，响应的红 外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型 的特点相反，而且要求冷却条件。本系统采用的是热释电红外传感 器，人体存在传感 器主要采用了红外传感器的原理，它是目前在防 盗报警、火灾检测、自动门、自动水 龙头、自动电梯、自动照明等 场合，及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。 其原因为：