本次果题设计采用人发出的声音控制信号,即可方便及 时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并设 有手动开关，使其应用更加方便。 主要设计内容如下: ①设计系统总体方案。 ②设计声控电路。 ③设计光控电路。 ④设计延时电路。 指标: ①声音响度必须在20dB以上才能响应; ②利用光敏电阻对光照环境信号进行采集与处理; ③延迟时间大于5秒； ④光控优先级大于声控; ⑤电路能通过计算机仿真并实现相应的功能。

<think>我们面对的是一个完整的单片机系统设计问题，需要从硬件原理图设计到软件编程实现。用户要求实现声光双控延迟照明装置，具体指标包括：1.声控：响应20dB以上声音（在Proteus中可用信号发生器或按钮模拟）2.光控：光敏电阻采集光照（暗时触发）3.延时：大于5秒的延迟时间4.控制逻辑：光控优先级高于声控（即光线强时不响应声音，只有在光线暗且检测到声音时触发）我们使用AT89C51单片机，在Keil中编写C语言代码，在Proteus中绘制原理图并仿真。方案概述：1.硬件部分（Proteus原理图）：-单片机：AT89C51-声音检测：使用麦克风传感器（Proteus中可用模拟信号源或按钮，通过比较器输出高低电平）-光照检测：光敏电阻与电阻分压，通过比较器输出高低电平（暗时为低电平）-执行器：继电器控制照明灯（或LED模拟）-指示灯：一个LED指示继电器状态（照明灯亮时亮）2.软件部分（Keil代码）：-初始化：设置定时器（用于延时），设置输入输出口-主循环：检测两个传感器（光敏和声音）的状态-逻辑：当且仅当光敏传感器指示暗（低电平）且声音传感器检测到声音（高电平）时，触发继电器并启动定时器-定时器中断：计时达到延时时间（大于5秒）后关闭继电器3.特殊要求：光控优先级高于声控（在硬件电路中，当光线强时，光敏传感器输出高电平，程序会忽略声音信号）具体实现：一、Proteus原理图设计：1.单片机最小系统：AT89C51、晶振（12MHz）、复位电路（10uF电容+10K电阻）2.光敏电阻电路：-光敏电阻（LDR）和一个固定电阻（如10K）串联接在VCC和GND之间，中间抽头接到比较器的正相输入端（例如LM393）-比较器的反相输入端接一个可调电阻（设置阈值），比较器输出接单片机的P3.3（低电平代表光线暗）3.声音检测电路：-使用麦克风传感器（在Proteus中可以用一个按钮来模拟，或者使用信号源通过整流滤波后接比较器）-比较器输出接单片机的P3.2（高电平代表检测到声音）4.输出控制：-单片机的P1.0接一个三极管（如2N2222）的基极，三极管驱动继电器线圈-继电器线圈两端并联续流二极管-继电器的常开触点接照明灯（或LED串）5.状态指示灯：单片机的P1.1接一个LED（串联限流电阻）到地。二、Keil代码设计：1.定义引脚：-sbitLightSensor=P3^3;//光敏传感器输入（低电平表示光线暗）-sbitSoundSensor=P3^2;//声音传感器输入（高电平表示有声音）-sbitRelay=P1^0;//继电器控制-sbitLED=P1^1;//状态指示2.定时器初始化：定时器0工作在模式1（16位定时器），12MHz晶振下，50ms中断一次。3.全局变量：用于计数延时时间（50ms中断一次，100次中断即5秒，但用户要求大于5秒，可以设置120次即6秒）。4.主循环：不断检测传感器状态，当满足条件（光暗且有声音）时，启动继电器，同时开启定时器。5.中断服务函数：每次中断计数加1，当达到预设值时关闭继电器和指示灯，并停止定时器。三、控制逻辑细节：-光敏传感器：光线暗时输出低电平（因为比较器在光敏电阻分压低于阈值时输出低电平）-声音传感器：检测到声音（超过20dB）时输出高电平（通过比较器将声音信号转换成高电平脉冲）-由于光控优先级高于声控，所以只有在光线暗的时候才可能触发。光线强（LightSensor为高电平）时，即使有声音也不触发。代码修改说明：原引用代码已经基本满足要求，但需要根据实际连接修改引脚，并调整延时时间。我们将原代码修改如下：1.将声音传感器改为P3.2（INT0引脚，也可以用作普通IO），光敏传感器改为P3.3（INT1）2.定时器中断中，延时次数设定为120（120次×50ms=6秒，大于5秒）3.在主循环中，我们只检测两个条件同时满足时触发，并启动定时器（但要注意，在定时器运行过程中，不应重复触发，所以需要加入继电器状态判断？）4.但原程序有一个问题：在延时期间，如果再次触发，会重置delay_count=0，从而重新开始计时。这可能导致灯一直亮（只要在亮灯期间不断有声音）。根据一般需求，我们希望每次触发都能重新开始计时（即延时时间从最后一次触发开始算起）。所以，我们修改逻辑：在定时器中断中，我们只在继电器开启状态下才计数，并且每次触发时（即使灯已经亮了）也会重置计数为0并重新计时（即重新从0开始计数）。这样，只要在灯亮期间有声音，灯就会继续亮6秒。但这里要注意：如果用户要求只在第一次触发时计时，后续触发不重新计时，则不能重置。根据声控灯的实际应用，通常是在亮灯期间再次检测到声音则重新计时。所以这里采用重置计数的逻辑。因此，在主循环中，只要检测到光线暗和有声音，就执行：Relay=1;LED=1;delay_count=0;//重置计数TR0=1;//启动定时器（如果已经启动，重新启动没关系，但这里我们每次重置计数，所以即使计时器在运行，也会重新开始计时）但是，这样会导致在灯亮期间，即使定时器正在运行，也会被重置delay_count=0，然后从0开始重新计时。所以，程序如下：</think> ### AT89C51声光双控照明装置设计方案 #### 一、系统方案 本设计采用AT89C51单片机为核心控制器，实现声光双控延迟照明系统。系统框架如下： ``` $$ \text{传感器层} \xrightarrow{\text{信号采集}} \text{单片机控制层} \xrightarrow{\text{驱动执行}} \text{照明层} $$ ``` #### 二、硬件原理设计（Proteus 8） 1. **主控电路**： - AT89C51单片机 - 12MHz晶振 - 10μF电解电容 + 10kΩ电阻复位电路 2. **声控电路**： ```mermaid graph LR A[麦克风] --> B[LM358放大电路] B --> C[LM393比较器] C --> D[AT89C51 P3.2] ``` - 参数计算： $$ V_{ref} = \frac{R_2}{R_1 + R_2} \times V_{cc} $$ 20dB声音对应约100mV峰峰值，通过放大电路实现≥2.5V触发电压 3. **光控电路**： - 光敏电阻GL5528与10kΩ电阻分压 ```proteus Vcc ──┰── LDR ────┬── P3.3 └── 10k ───┴── GND ``` - 光照阈值：环境光强>100lux时输出高电平 4. **驱动电路**： - 继电器控制接口：P1.0 → 2N2222 → 5V继电器线圈 - LED状态指示：P1.1 → 220Ω → LED #### 三、软件设计（Keil UVision5） ```c #include <reg51.h> // 引脚定义 #define SOUND_SENSOR P3_2 // 声控输入 #define LIGHT_SENSOR P3_3 // 光控输入 #define RELAY_PIN P1_0 // 继电器控制 #define LED_PIN P1_1 // 状态指示灯 // 全局变量 unsigned int delay_count = 0; // 定时器0初始化 void Timer0_Init() { TMOD |= 0x01; // 模式1 TH0 = 0x3C; // 50ms定时初值(12MHz) TL0 = 0xB0; ET0 = 1; // 定时器0中断允许 EA = 1; // 总中断允许 } // 主函数 void main() { Timer0_Init(); RELAY_PIN = 0; // 初始关闭继电器 LED_PIN = 0; // 初始关闭指示灯 while(1) { // 光控优先：光线不足且声音触发 if(!LIGHT_SENSOR && SOUND_SENSOR) { RELAY_PIN = 1; // 开启继电器 LED_PIN = 1; // 开启指示灯 delay_count = 0; // 延时计数复位 TR0 = 1; // 启动定时器 } } } // 定时器0中断服务 void Timer0_ISR() interrupt 1 { TH0 = 0x3C; // 重装初值 TL0 = 0xB0; if(RELAY_PIN) { delay_count++; // 延时6秒（120×50ms=6000ms） if(delay_count >= 120) { RELAY_PIN = 0; // 关闭继电器 LED_PIN = 0; // 关闭指示灯 TR0 = 0; // 停止定时器 } } } ``` #### 四、关键指标实现 1. **声控响应**： - LM358两级放大增益设置： $$ A_v = 1 + \frac{R_f}{R_i} \geq 100 $$ - Proteus测试：信号发生器输入100mV/1kHz正弦波可触发 2. **光控优先**： - 硬件实现：光敏电阻分压电路 - 软件逻辑：`if(!LIGHT_SENSOR && SOUND_SENSOR)` 3. **延时控制**： - 时基计算： $$ T = \frac{(65536 - 15536) \times 12}{12 \times 10^6} = 0.05s $$ - 延时时间：120 × 50ms = 6s（>5s） #### 五、Proteus仿真步骤 1. 创建原理图： - AT89C51 + 声/光传感器模块 + 继电器模块 2. 加载程序： ```mermaid graph TB A[Keil编译HEX文件] --> B[Proteus MCU属性] B --> C[设置晶振12MHz] C --> D[启动仿真] ``` 3. 测试场景： - 光强<100lux + 声压>20dB → 亮灯6秒 - 光强>100lux + 声压>20dB → 无响应 #### 六、性能优化建议 1. 功耗优化： - 空闲模式启用：`PCON |= 0x01;` - 中断唤醒：设置IE寄存器相应位 2. 抗干扰设计： - 声音信号添加RC滤波（$f_c = \frac{1}{2\pi RC} \approx 1kHz$） - 光敏信号添加电容滤波