哈尔滨理工大学学士学位论文 2.2 人体感应模块的选择方案
传感器的选择，首先要根据测量对象与测量环境选择合适的传感器类型因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。
灵敏度的选择：传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
频率响应特性：传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，理想状态延迟时间越短越好。
线性范围 ：传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
稳定性 ：要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
2.2.1 超声波探测检测
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
可利用超声波测距检测感应，但有方向性太强，检测距离短，对活动物体灵敏准确性差等缺点。
2.2.2 人体红外线感应模块GH-718C
GH-718C属于被动式红外传感探头，它具有本身不发生任何类型辐射，灵敏度高，可靠性强，器件功耗小，隐蔽性强，价格低廉等优点。
它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
2.2.3 传感器的确定
本系统需要检测使用者是否靠近或在使用范围内，超声波传感器探测
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哈尔滨理工大学学士学位论文 距离短，且检测角度小，方向性强，灵敏度差，人体红外感应传感器本身不发生任何类型辐射，灵敏度高，可靠性强，器件功耗小，隐蔽性强，价格低廉等优点。综合考虑，最终选择人体红外感应模块GH-718C。
2.3 显示模块的选择
显示器选择首先要能清楚显示需要显示内容，针对显示内容和显示环境确定显示方法；其次，容易实现与控制，选择占用系统资源少，控制简单的显示器；最后，综合研究经费需要，选择合适型号价格确定显示器。
2.3.1 数码管显示
数码管价格便宜 使用简单，通过对其不同的管脚输入相对的电流，使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数的器件，但占用引脚过多。
数码管显示有静态显示和动态显示两种工作方式：
静态显示方式特点：每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示字形码，占用CPU时间少、显示亮，功耗较小，但硬件电路复杂，占用单片机I/O口多，成本较高。
动态显示方式特点：将所用位数数码管段选线并联在一起，由位选线控制数码管显示哪位有效，但显示亮度较静态显示暗，功耗大，占用CPU时间长。
数码管显示在电器特别是家电领域应用极为广泛，如显示屏、空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。
2.3.2 显示模块1602
工作电压为3.3V或5V，显示对比度可调，内含复位电路，提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁与否、光标闪烁与否、显示移位方向等多种功，能有80字节的显示数据存储器DDRAM，1602内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM和8个可由用户自己定义的5X7的字符发生器CGRAM。
LCD1602具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常被用于袖珍式仪表和低功耗应用系统中。
2.3.3 显示模块12864
KM12864-12液晶显示模块，可显示汉字和图形，内置8192个中文汉字，驱动电压在3.3V至5.5V之间，内部集成升压电路，无需负压，显示颜色有黄绿蓝三种颜色，工作温度（-20℃~+70℃），背光灯为黄绿色LED，另外内部自建振荡源，可选择8位,4位并行接口或串行接口方式，可以实现光标显示、字定义字符、画面移位、睡眠模式等功能。但价格昂
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哈尔滨理工大学学士学位论文 贵，占用程序内存过大。
2.3.4 显示模块的确定
系统需要清晰显示时间日期和星期，考虑采用STC89C52为主控制芯片，如果采用数码管显示，会占用芯片太多内存和端口，且功耗大，占用CPU时间长。LCD12864显示内容丰富，但是成本过高，考虑显示内容，控制芯片端口数量，控制程序以及价格最终选择LCD1602。
2.4 照明模块的选择
LED功率的大小，首先要选择具有足够的输出功率的芯片，能够驱动所要求的LED功率。输入电压的高低 ，输入电压的稳定度 ，LED的连接通常可以是串联或是串并联，串联的数目越多，所需的驱动芯片数目就越少。
LED驱动器通用要求，选择LED驱动方式 ，LED驱动器标准，进一步提高能效、 增加功能及功率密度。产品寿命周期及可靠性问题，考虑更好的散热功率管发热功率管的功耗分成两部分，开关损耗和导通损耗。工作频率降频，电感或者变压器的选择，LED电流大小。
2.4.1 三极管驱动
三极管是一种控制元件，其放大原理图如图2-1，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量。），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。
三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。
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图 2-1 三极管放大原理图
选择合适放大倍数三极管，通过放大电流驱动LED，三级管放大有成本低，易实现，易控制等优点。
2.4.2 PWM波形控制
LED的调光控制，传统上LED的调光是利用一个DC信号或滤液PWM对LED中的正向电流进行调节来完成的。减小LED电流将起到调节LED光输出强度的作用，然而，正向电流的变化也会改变LED的彩色，因为LED的色度会随着电流的变化而变化。许多应用（例如汽车和LCD 背光照明）都不能允许LED发生任何的色彩漂移。在这些应用中，由于周围环境中存在不同的光线变化，而且人眼对于光强的微小变化都很敏感，因此宽范围调光是必需的。通过施加一个PWM信号来控制LED亮度的做法允许不改变彩色的情况下完成LED的调光。
PWM是脉冲宽度调制信号，注意其中的“宽度”，就是脉冲的高电平的时间。PWM信号调节LED亮度时，信号频率是不变的，改变的是脉冲的高电平的时间，即LED的导通时间。这种信号调节亮度相当于调节LED的平均电流，所以电流会变化。
采用LM3410X串联驱动LED灯，具体电路图如图2-2所示。
LM3410恒流LED驱动器是单片频率，PWM升压型DC / DC转换器，5引脚或6引脚封装。它可以驱动典型2.5A峰值电流与内部160MΩ NMOS切换。开关频率在内部设置为525kHz或1.60MHz，允许使用极小的表面贴装电感器和片式电容器。即使操作频率高，高达88％的效率很容易实现的。外部关闭包括在内，具有超低待机电流为80nA。LM3410采用电流模式控制和内部补偿功能，提供高性曼斯在广泛的操作条件。额外功能包括调光，脉冲的脉冲电流限制，热关断。
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图2-2 PWM调光电路图
2.4.3 照明方案的确定
考虑照明需要，需要驱动电压5V,驱动电流3A，需要驱动16个大草帽白光LED，因为三极管驱动具有成本低，易控制，易实现等优点，而LM3410X成本高且不易寻找，最终选用8050三极管驱动照明模块。
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