基于单片机的自行车液晶里程表背光灯设计

巢国强

摘要：随着节能环保意识的提高，在追求节能环保的同时，也趋向功能细分化，功能多样化发展。本文设计的智能感应背光灯，就是以人到灯亮，人走灯灭为原则设计的功能化产品。利用红外感应技术和光学原理，通过控制电路来实现智能开关。当人进入感应范围内时，专用传感器探测到移动热源（人体红外线光谱的变化），就会自动把灯点亮。而当人离开之后，在预先设定的时间延时后，灯会自动熄灭。人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能。

关键词：红外检测;单片机;智能开关;节能控制。

一、电路设计总体思路

1、功能目标：灯的状态分为Time和Body两种模式。其中，Time为背光灯的亮灯延时时间设定模式;Body为背光灯的待机工作模式。

（1）按下功能键，使用加1、减1键可对亮灯时间进行Time和Body两种模式的选择。

（2）进入Time模式后，使用加1、减1键可对灯亮时间进行任意数值的设定。当主界面上时间计时到设定的灯亮时间，灯自动点亮;当计时到设定的灯灭时间，灯自动熄灭。

（3）进入Body模式后，当感应装置感应到有人经过时，背光灯自动点亮;人若不走，灯不灭;当人离开后，到达设定时间背光灯自动熄灭。

2、技术要求

（1）定时设定由电路按键部分控制;

（2）实现亮灯时间的自由设定及人来背光灯亮，人走背光灯灭的功能;

（3）定时时间到后自动灭灯;

（4）可反复设置定时时间。

二、硬件系统的设计

1、电路总体设计

采用被动式热释电红外探头作为智能背光灯的传感器。基于节能方便等要求，要求背光灯有感光抑制功能，即在白天环境亮度很高时，灯处于熄灭的状态，不会受传感器触发而点亮。人到灯亮，灯立即点亮，延时一段时间后再判断是否熄灭，点亮的延时时间可通过按键调节。环境亮度低时，灯被触发点亮，环境亮度会提高，即使灯光光谱与日光光谱不同，这种影响也不可忽略。为消除这类干扰，在感光抑制中，可以更改电路结构，使灯在点亮后提高对环境亮度判断的阀值。

进入开关感应范围时，红外传感器探测到人体红外光谱的变化，背光灯自动点亮。人不离开且在活动，灯保持点亮状态;人离开后，灯在延时一定时间后自动熄灭;当又有人经过时，灯又可点亮，即拥有人到灯亮，人离灯熄的功能，安全节能。红外探头和光敏元件经信号放大及处理电路，输出可控制灯状态的触发信号。触发信号经转化电路可实现控制灯供电系统、电子镇流器振荡状态等就可实现目标功能。主要元件有：被动式热释电红外探头、菲涅尔透镜、光敏电阻、电子镇流器、供电系统、信号采集及处理系统、输出控制系统、电子镇流器应用电路。

2、按键电路

本系统有K1、K2、K3三个按键，采用查询式按键技术。查询式按键技术的按键是相互独立的，每一个按键接一根I/O口线，互不干扰，以下是各建作用：

（1）K1功能键：首次按下功能键，系统进入模式选择状态，（用加1键，减1键进行模式选择）;第二次按下功能键，系统进入显示屏当前时间的“小时”时间设定（用加1键，减1键进行时间设定）;第三次按下功能键，系统进入显示屏当前时间的“分钟”时间设定（用加1键，减1键进行时间设定）;第四次按下功能键，系统进入背光灯点亮时间的“小时”时间设定（用加1键，减1键进行时间设定）;第五次按下功能键，系统进入背光灯点亮时间的“分钟”时间设定（用加1键，减1键进行时间设定）;第六次按下功能键，系统进入背光灯熄灭时间的“小时”时间设定（用加1键，减1键进行时间设定）;第七次按下功能键，系统进入背光灯熄灭时间的“分钟”时间设定（用加1键，减1键进行时间设定）;当设定好后，再次按功能键，系统显示当前时间，并开始计时;计时过程中，也可通过功能键与加1、减1键对时间进行重新设定。

（2）K2加1键：按下加1键，显示值加1。

（3）K3减1键：按下减1键，显示值减1。

三、红外信号接收和处理电路

红外信号接收和处理电路包括了热释电红外探头、红外热释电处理芯片和光敏电阻组成。在夜晚或光线不足的时候，当热释电红外探头探测到有红外热源后，经红外处理芯片处理后控制LED灯打开，经过一段延时时间后关闭LED;在白天或环境光线充足时，不论是否有人经过，背光灯均不点亮。电路中对于光线强弱的判断是通过光敏电阻完成的。

（1）热释电红外探头

热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，ΔT=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有信号输出;若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mm多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件PZT将波长在8mm～12mm之间的红外信号的微弱变化转变为電信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。

（2）光敏电阻器

光敏电阻器又叫光感电阻，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。

四、LCD显示电路

本次设计液晶显示电路选用的是LCD1602模块。LCD1602是显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。显示内容分为延时时间和实时时间两部分。当单片机判断出当前为延时时间设定时，在LCD的第一行显示出相应的设定调整值。LCD的第二行始终显示当前的实时时间。

参考文献：

[1]周坚，《单片机轻松入门[M]》，北京航空航天出版社，2002

[2]孙育才，《MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M]》，东南大学出版社，2004

[3]顾立志，《PIC单片机典型模块设计和实例导航[M]》，人民邮电出版社，2005