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基于单片机的楼道声光人体红外智能控制灯设计

news 2025/10/27 11:37:47

基于单片机的楼道声光人体红外智能控制灯设计

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1. 系统功能概述

本系统以STC89C52单片机为核心控制器，实现了一种适用于居民楼道、地下通道及公共走廊的声光人体红外智能控制灯系统。传统的楼道照明通常依靠人工控制或单一的声控、光控电路，存在能耗大、响应不及时、控制逻辑简单等问题。而本系统通过红外传感器、光敏传感器、声控模块及单片机智能逻辑判断，实现对环境亮度和人体活动的综合感知，从而实现高效节能与舒适照明控制。

系统的主要功能如下：

光照检测：通过ADC0832模块采集光敏电阻的电压信号，当检测到环境光照强度高于设定阈值（即白天）时，系统自动关闭灯光，防止浪费电能。
夜间声光控制：当检测到环境较暗（夜晚模式），红外人体传感器检测到有人经过或声音传感器检测到声音信号时，系统自动点亮照明灯。
延时关闭功能：当人体离开或声音消失后，系统通过定时器实现30秒延时熄灯，避免频繁启停。
自动模式切换：系统根据环境光线自动在“日间关闭模式”和“夜间自动感应模式”之间切换，整个过程无需人工干预。
可靠性与扩展性：系统具有较高的响应速度与稳定性，并预留扩展接口，可增加蓝牙、WIFI模块以实现远程控制功能。

2. 系统电路设计

系统电路由以下几个部分组成：

单片机控制核心电路
光敏传感器信号采集电路
红外人体感应电路
声控信号检测电路
ADC0832模数转换电路
继电器灯光控制电路
电源模块电路

下面对各个模块的设计原理进行详细说明。

2.1 单片机最小系统电路

单片机采用STC89C52芯片，其内部带有丰富的I/O口资源与定时器，可轻松实现信号采集、逻辑判断与输出控制。最小系统包括以下部分：

时钟电路：使用12MHz晶振，为系统提供稳定的时钟信号。
复位电路：采用RC复位电路，在上电时自动复位单片机，确保系统可靠启动。
电源接口：系统使用+5V直流供电，通过稳压芯片7805实现从12V到5V的转换。

单片机P1口连接到ADC0832的数据接口，用于光照信号采样；P2口分别与红外模块、声控模块、继电器控制端相连；P3口部分用于调试与串口通信。

2.2 光敏传感器电路

光敏电阻（LDR）与分压电阻构成电压分压电路，输出电压随光强变化而变化。由于单片机无法直接处理模拟信号，需通过ADC0832模数转换芯片进行采样。

当光线较强时，光敏电阻阻值减小，输出电压降低；当光线较暗时，光敏电阻阻值增大，输出电压升高。单片机通过采样结果判断当前是否为夜晚，从而决定是否开启声光控制功能。

设计亮点在于：

可通过软件设置光照阈值；
可根据不同场所自动调整灵敏度。

2.3 红外人体感应模块电路

红外传感器采用常用的HC-SR501模块，该模块能够检测到人体红外辐射信号。当有人靠近时，输出高电平；当无人时，输出低电平。

模块内部包含热释电红外传感器与信号处理电路，具有以下特点：

检测距离可达3~7米；
输出信号稳定，抗干扰能力强；
低功耗，响应时间短。

红外模块输出端连接到单片机P2.0口，作为人体检测信号输入。

2.4 声控信号检测电路

声控模块由驻极体麦克风、信号放大电路与比较器组成。当检测到较大的声音（如脚步声、讲话声等）时，比较器输出高电平信号。

设计中采用LM324运放芯片进行信号放大与阈值比较：

当声音信号幅度超过设定值时，输出高电平；
声音消失后，信号恢复低电平。

声控信号输入连接到单片机P2.1口，用于触发照明开启。

2.5 ADC0832模数转换电路

ADC0832是一款8位双通道A/D转换芯片，采用串行通信方式，与单片机接口简单、占用I/O资源少。

在本系统中：

CH0通道接光敏传感器输出；
单片机通过时序控制信号（CS、CLK、DI、DO）实现模拟电压采样；
采样结果用于判断光照强度。

采样公式如下：

亮度值 = (ADC0832输出 / 255) * 5.0 (单位：V)

该电压值与设定阈值比较后，用于决定系统的白天/夜晚状态。

2.6 灯光控制电路

照明灯采用继电器控制，由单片机P2.2端输出控制信号。继电器驱动电路采用三极管放大方式，确保单片机输出能够可靠驱动继电器线圈。

当系统检测到需要点灯的条件（夜晚+有人/有声）时，单片机输出高电平，继电器吸合，灯点亮；当条件解除后延时30秒，输出低电平，继电器断开，灯熄灭。

2.7 电源模块电路

系统采用AC220V转DC12V模块供电，再通过7805稳压芯片降压至5V，为单片机及传感器模块供电。所有传感器共用地线，保证系统信号基准一致，避免误触发。

3. 程序设计

系统程序采用C语言编写，开发环境为Keil uVision，程序结构模块化，主要包括：

主程序框架
光照检测模块
红外检测模块
声控检测模块
灯光控制与延时模块
定时器中断程序

下面对程序设计的各个模块进行详细说明。

3.1 主程序设计

主程序完成系统初始化与主循环逻辑判断。系统在上电后，首先完成ADC初始化、定时器设置、IO口配置，然后进入主循环，不断采集光照与传感器状态。

主程序核心代码如下：

#include <reg52.h>
#include "adc0832.h"sbit Relay = P2^2;
sbit PIR = P2^0;
sbit Sound = P2^1;unsigned char light_value;
bit light_flag;void delay(unsigned int t) {unsigned int i,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<120;j++);
}void main() {Relay = 0;while(1) {light_value = ADC0832_Read(0);if(light_value < 100) light_flag = 1; // 夜晚else light_flag = 0; // 白天if(light_flag == 1) {if(PIR || Sound) {Relay = 1; // 开灯delay(30000); // 延时30秒Relay = 0; // 关灯}} else {Relay = 0; // 白天关闭}}
}

该程序根据光照强度决定是否启用红外和声控检测逻辑，简洁高效，具有较高实用性。

3.2 光照检测模块程序

光照检测模块负责通过ADC0832读取光敏电阻的电压值，判断环境亮度是否低于设定阈值。

#include "adc0832.h"
#include <reg52.h>unsigned char ADC0832_Read(unsigned char channel) {unsigned char i, dat1=0, dat2=0;CS = 0;CLK = 0;DI = 1;// 发送起始信号CLK = 1; CLK = 0;DI = 1; CLK = 1; CLK = 0;DI = channel; CLK = 1; CLK = 0;for(i=0;i<8;i++) {CLK = 1;dat1 = (dat1<<1) | DO;CLK = 0;}for(i=0;i<8;i++) {dat2 = (dat2<<1) | DO;CLK = 0;}CS = 1;if(dat1==dat2) return dat1;else return 0;
}

通过ADC0832模块采样并返回光照值，供主程序判断使用。

3.3 红外检测模块程序

红外模块通过检测PIR端口电平实现人体感应判断。

bit check_PIR() {if(PIR == 1)return 1;elsereturn 0;
}

当检测到高电平时，说明有人靠近，返回1，系统点亮灯。

3.4 声控检测模块程序

声控模块的输出信号同样通过数字输入口检测，实现如下：

bit check_Sound() {if(Sound == 1)return 1;elsereturn 0;
}

当检测到声音信号时，返回1，系统触发点灯。

3.5 灯光延时控制程序

系统在灯亮后需延时30秒再关闭，防止因人短暂停留造成频繁启停。延时程序使用定时器中断实现。

void Timer0_Init() {TMOD = 0x01;TH0 = (65536-46080)/256;TL0 = (65536-46080)%256;ET0 = 1;EA = 1;TR0 = 1;
}unsigned int timer_count = 0;void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {TH0 = (65536-46080)/256;TL0 = (65536-46080)%256;timer_count++;if(timer_count >= 650) { // 约30秒Relay = 0;timer_count = 0;}
}