一种由单片机控制的停电防自启红外感应智能开关的制作方法

本发明属于智能家居控制节能系统，具体涉及一种由单片机控制的停电防自启红外感应智能开关。

背景技术：

在人们的日常生活中，开关随处可见，基本上每种用电的电器都需要至少一个开关来控制，让人们可以自己控制电器的使用状态。然而在这么多开关中，大多数开关都是传统的机械开关，需要人手直接按压才能实现有效的通断，对于一些行动不方便的人来说按压有时候也并非易事，或者记性不好的人常常忘记关掉开关造成不少浪费，还有这些机械开关没有记忆功能，在停电后如果忘记关掉开关，下次来电时会继续保持开启状态，会造成一定的能源损失和浪费。在越来越智能化的现代社会，这样的开关是无法满足人们需求的，人们需要有感应的更加自动化的节能开关。

为了解决这一问题，我们设计出了一种停电防自启的红外感应智能开关。该开关可实现触摸开断和弱光条件下通过人体感应自动开启，在无人活动状态下延时关闭；具有防止停电后重新来电时开关处于开启状态浪费电能的功能。应用简单的单片机技术和红外感应技术，实现低成本，简单而智能的开关，对智能家居的发展具有重要意义。

技术实现要素：

一种由单片机控制的停电防自启红外感应智能开关。

本发明采用以下方案实现：一种由单片机控制的停电防自启红外感应智能开关；包括电源模块、触摸开关模块、红外感应开关模块、单片机中央处理模块和继电器控制模块；电源模块连接触摸开关模块和红外感应开关模块，触摸开关模块和红外感应开关模块连接单片机中央处理模块，单片机中央处理模块连接继电器控制模块；电源模块内含一个稳压模块和一个停电防自启模块，稳压模块与停电防自启模块串联连接，停电防自启模块由充放电电路及充电电池组成；红外感应开关模块含热释电A和热释电B两个模块，热释电A内含光敏电阻；智能开关的开断控制模式含三种：触摸开关控制模式、含光敏电阻的热释电A控制模式及触摸开关与热释电B组合控制模式。稳压模块输出VCC为触摸开关模块、单片机中央处理模块和继电器控制模块供电，停电防自启模块输出VCC2为红外感应开关模块供电，在停电时为红外感应开关模块提供稳定电源，实现停电防自启功能；红外感应开关模块、触摸开关模块及继电器控制模块分别与单片机的I/O口连接。

所述电源模块内含一个稳压模块和一个停电防自启模块，稳压模块与停电防自启模块串联连接，停电防自启模块由充放电电路及充电电池组成。其中充放电电路由二极管D5、D6，稳压二极管D7，电阻R3、R4和一个充电电池组成。D5、D6正极同时连接到稳压模块输出的正极端VCC，D5、D6负极分别与电阻R3两端连接，D5负极同时接到电阻R4一端，电阻R4另一端接稳压二极管D7负极，稳压二极管D7两端并联一个充电电池， D6负极接停电防自启模块输出端VCC2。稳压模块由电源变压器T1，桥式整流电路D1～D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2和一只固定式三端稳压器LM7805CK组成。 220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压9V电源，再经过桥式整流电路D1～D4的整流和滤波电容C1的滤波，在固定式三端稳压器LM7805CK的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压，此直流电压经过LM7805CK的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端VCC产生了精度高、稳定度好的5V直流输出电压。稳压模块输出端VCC连接触摸开关模块、单片机中央处理模块和继电器控制模块的电源端VCC, 停电防自启模块输出端VCC2连接2个热释电的电源端VCC2。该电源模块可为该系统的各个模块提供稳定的电源，同时停电防自启电源模块可以在突然停电的状态下为红外感应开关模块提供持续稳定的电源，消除红外感应开关模块存留的有效信号。

所述触摸开关模块由NE555芯片，电容C6、C7，电阻R5和金属片组成。C6并联在NE555芯片的1脚和5脚之间，C7并联在NE555芯片的1脚和6脚之间，R5并联在NE555芯片的7脚和8脚之间，金属片接在NE555芯片的2脚，NE555芯片的4、8引脚相连，6、7引脚相连，3脚接单片机P0.2引脚。平时由于金属片无感应电压，电容C7通过NE555第7脚放电完毕，3脚输出为低电平；当手摸金属片时，2脚通过人体电阻接地，电位变低，3脚输出高电平，电源通过R5给C7充电，当电容C7上电压上升至电源电压的2/3时，NE555第7脚导通使C7放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平。该模块可实现人手每触碰金属片一次就触发一次高电平输入到单片机中央处理模块，单片机中央处理模块通过内部程序，每接收到一次高电平信号，就将单片机中央处理模块的输出信号置反，实现手动触摸控制智能开关通断。

所述红外感应模块由热释电A和热释电B两个人体红外感应模块组成。该热释电为HC-SR501热释电红外感应模块，可重复触发。热释电A内含光敏感应，1端接地、3端接直流电源VCC2，2端接到单片机P0.0端口，热释电B的1端接地、3端口接直流电源VCC2，2端接到单片机P0.1端口。热释电A与单片机中央处理模块相连，通过程序控制可实现弱光有人时智能开关自启，人离开后智能开关自动断开的控制模式；热释电B与触摸开关模块组合，通过单片机中央处理模块控制可实现人触摸触摸开关模块的金属片接通智能开关，人离开后自动断开智能开关的控制模式。该热释电为可重复触发，即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。热释电检测到人体的每一次活动后输出一个高电平，且该高电平会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点。由于该热释电以最后一次活动的时间为延时时间的起始点，且在突然断电的情况下若该延时时间段未结束，下次来电时会接着顺延此延时时间段，造成来电且无人时热释电输出为高电平，导致智能开关自动开启造成能源浪费，甚至存在潜在危险。但通过上述电源模块中的停电防自启模块，在停电时内部电池对停电防自启模块进行持续供电可使热释电不会有突然断电的情况，即当停电期间，热释电因未断电，可继续工作，人离开后，热释电在最后一次活动的时间延时一小段时间（该时间可人为设定）后，自动将高电平变为低电平，此后如果来电且无人时，智能开关不会误触发，一直处于断开状态，起到停电防自启作用。

所述单片机中央处理模块主要由晶振电路、复位电路和单片机组成。MCS-51单片机内部有一个高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端，晶振电路由晶振Y1和电容C9、C10 组成，两电容对频率有微调作用，晶振谐振器的频率范围可在1.2MHz ～ 12MHz之间选择。为了减小寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机引脚XTALl 和XTAL2 靠近。复位电路由C5、R1、R2和按键组成，上电时，接通电源，电容C5相当于瞬间短路，+5V加到了RST端，该高电平使80C52全机复位。若运行过程中，需要程序从头执行，只需按动按钮SW-PB，则直接把+5V加到了RST端，从而复位。

所述继电器控制模块由继电器J和三极管Q1组成。三极管Q1基极接单片机P1.0引脚，集电极接继电器J常闭触头一端，发射极接地，继电器J常闭触头另一端接电源正极。当Q1的基极收到来自单片机P1.0的高电平时，三极管发射极导通，继电器接通到电路，触发常开触点闭合，接通负载电路。实现对负载电路的有效控制，触摸开关控制模式、含光敏电阻的热释电A控制模式及触摸开关与热释电B组合控制模式。

本发明的有益效果：（1）系统由80C52单片机、红外传感器等组成的控制电路和系统程序，可以完成较为智能化的开关，从而控制各类型日常电器设备，实现各种预定的功能。方便了人们的日常生活，也降低了能耗，减少了碳排放，保护了环境 。（2）该系统结构简单，易于制作，成本较低，相对市场上那些复杂的智能开关，也便于安装。（3）采用触摸开关控制模式，可以随时开断电路，和机械开关有等效作用，但比机械式开关更经久耐用，且可靠性和灵敏度更高。（4）采用含光敏电阻的热释电A控制模式，能实现弱光自启，无人断电的智能开关自动化，无需人为控制（5）采用触摸开关与热释电B组合控制模式。当光线较强而又人为需要开启时，可手动按下触碰开关，则开启，且松手后在有人情况下始终保持开启状态，人走后延时一小段时间自动关闭。（6）具有停电防自启功能。当智能开关接通时，如遇停电，可确保来电且无人时，智能开关断开，起到安全用电，节约能源的作用。

附图说明

图1为本发明的系统整体结构框图。

图2为本发明电源模块电路图。

图3为本发明触碰开关模块电路图。

图4为本发明红外感应开关模块电路图。

图5为本发明单片机中央处理模块电路图。

图6为本发明继电器控制模块电路图。

图7为本发明系统原理总电路图。

图8为本发明外观图。

图中：1、电源模块，2、红外感应开关模块，3、单片机中央处理模块，4、继电器控制模块，5、触摸开关模块，6、热释电A，7、热释电B，8、开关面板，9、触摸开关金属片。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图对本发明的实施方式作进一步阐明。

下面结合附图对本发明的结构、工作原理及工作过程进行详细说明：

系统整体结构如图1所示，主要包括电源模块1、触摸开关模块5、红外感应开关模块2、单片机中央处理模块3和继电器控制模块4；电源模块1内含一个稳压模块和一个停电防自启模块，稳压模块与停电防自启模块串联连接，停电防自启模块由充放电电路及充电电池组成；红外感应开关模块含热释电A 和热释电B两个模块，热释电A内含光敏电阻；智能开关的开断控制模式含三种：触摸开关控制模式、含光敏电阻的热释电A控制模式及触摸开关与热释电B组合控制模式。稳压模块输出VCC连接触摸开关模块5、单片机中央处理模块3和继电器控制模块4的电源端, 停电防自启模块输出VCC2连接红外感应开关模块2中的热释电A和热释电B的VCC2，在停电时为红外感应开关模块提供稳定电源，实现停电防自启功能；红外感应开关模块2的热释电A和热释电B的输出端分别接单片机U1的P0.0和P0.1端口、触摸开关模块5的输出端接单片机U1的P0.2端口，继电器控制模块4接单片机U1的P1.0端口。

如图2所示，所述电源模块1内含一个稳压模块和一个停电防自启模块，稳压模块与停电防自启模块串联连接，停电防自启模块由充放电电路及充电电池组成。其中充放电电路由二极管D5、D6，稳压二极管D7，电阻R3、R4和一个充电电池组成。D5、D6正极同时连接到稳压模块输出的正极端VCC，D5、D6负极分别与电阻R3两端连接，D5负极同时接到电阻R4一端，R4另一端接稳压二极管D7负极，稳压二极管D7两端并联一个充电电池，D6负极接停电防自启模块输出端VCC2。稳压模块由电源变压器T1，桥式整流电路D1～D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2和一只固定式三端稳压器LM7805CK组成。220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压9V电源，再经过桥式整流电路D1～D4的整流和滤波电容C1的滤波，在固定式三端稳压器LM7805CK的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压，此直流电压经过LM7805CK的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端VCC产生了精度高、稳定度好的5V直流输出电压。稳压模块输出端VCC连接触摸开关模块、单片机中央处理模块和继电器控制模块的电源端VCC，停电防自启模块输出端VCC2连接2个热释电的电源端VCC2。该电源模块可为该系统的各个模块提供稳定的电源，同时充电电池可以在突然停电的状态下为红外感应开关模块提供持续稳定的电源，消除红外感应开关模块存留的有效信号。

如图3所示，所述触摸开关模块5由NE555芯片，电容C6、C7，电阻R5和金属片9组成。C6并联在NE555芯片的1脚和5脚之间，C7并联在NE555芯片的1脚和6脚之间，R5并联在NE555芯片的7脚和8脚之间，金属片9接在NE555芯片的2脚，NE555芯片的4、8引脚相连，6、7引脚相连，3脚接单片机P0.2引脚。平时由于金属片9无感应电压，电容C7通过NE555第7脚放电完毕，3脚输出为低电平；当手摸金属片9时，2脚通过人体电阻接地，电位变低，3脚输出高电平，电源通过R5给C7充电，当电容C7上电压上升至电源电压的2/3时，NE555第7脚导通使C7放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平。该模块可实现人手每触碰金属片9一次就触发一次高电平输入到单片机U1，单片机U1通过内部程序，每接收到一次高电平信号，就将单片机U1的输出信号置反，实现手动触摸控制智能开关通断。

如图4所示，所述红外感应模块由热释电A和热释电B两个人体红外感应模块组成。该热释电为HC-SR501热释电红外感应模块，可重复触发。热释电A内含光敏感应，1端接地、3端接直流电源VCC2，2端接到单片机P0.0端口，热释电B的1端接地、3端口接直流电源VCC2，2端接到单片机P0.1端口。热释电A与单片机相连，通过程序控制可实现弱光有人时智能开关自启，人离开后智能开关自动断开的控制模式；热释电B与触摸开关模块组合，通过单片机控制可实现人触摸触摸开关模块的金属片接通智能开关，人离开后自动断开智能开关的控制模式。该热释电为可重复触发，即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。热释电检测到人体的每一次活动后输出一个高电平，且该高电平会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点。由于该热释电以最后一次活动的时间为延时时间的起始点，且在突然断电的情况下若该延时时间段未结束，下次来电时会接着顺延此延时时间段，造成来电且无人时热释电输出为高电平，导致智能开关自动开启造成能源浪费，甚至存在潜在危险。但通过上述电源模块1中的停电防自启模块，在停电时内部电池对停电防自启模块进行持续供电可使热释电不会有突然断电的情况，即当停电期间，热释电因未断电，可继续工作，人离开后，热释电在最后一次活动的时间延时一小段时间（该时间可人为设定）后，自动将高电平变为低电平，此后如果来电且无人时，智能开关不会误触发，一直处于断开状态，起到停电防自启作用。

如图5所示，所述单片机中央处理模块3主要由晶振电路、复位电路和单片机U1组成。MCS-51单片机内部有一个高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端，晶振电路由晶振Y1和电容C9、C10 组成，两电容对频率有微调作用，晶振谐振器的频率范围可在1.2MHz ～ 12MHz之间选择。为了减小寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机引脚XTALl 和XTAL2 靠近。复位电路由C5、R1、R2和按键组成，上电时，接通电源，电容C5相当于瞬间短路，+5V加到了RST端，该高电平使80C52全机复位。若运行过程中，需要程序从头执行，只需按动按钮SW-PB，则直接把+5V加到了RST端，从而复位。

如图6所示，所述继电器控制模块4由继电器J和三极管Q1组成。三极管Q1基极接单片机U1的P1.0引脚，集电极接继电器J常闭触头一端，发射极接地，继电器J常闭触头另一端接电源正极。当Q1的基极收到来自单片机P1.0的高电平时，三极管Q1发射极导通，继电器J接通到电路，触发常开触点闭合，接通负载电路。实现对负载电路的有效控制。

如图7所示，为本发明系统原理总图。市电通过电源模块1将市电转换为5V低压电源为各个模块供电，热释电A、热释电B和触碰开关模块的信号输出端分别输入到单片机U1的P0.0，P0.1和P0.2端，通过程序控制信号输出，从P1.0输出信号控制继电器控制模块4。如图8所示，为本发明外观图，有热释电A 6和热释电B 7和触摸开关模块金属片9镶嵌在面板8上面组成。

本智能开关具体使用步骤如下：

1.强光状态下，人经过智能开关感应区无感应，当认为需要开启，可触摸触摸开关模块的金属片，开启智能开关，再次触摸金属片则智能开关断开；在未触摸金属片断开智能开关的状态下人离开一段时间也会自动断开智能开关。

2.弱光状态下，人进入智能开关感应区有感应，智能开关自动开启，人体在范围内始终保持开启状体，人离开后一段时间自动断开智能开关，无需人手控制。

3.智能开关接通状态下如遇停电，内置电池将智能开关之前任何状态复位为断开状态，下次来电始终是断开状态，起到安全用电，节约能源的作用。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。