【正文】 經(jīng)可以控制下載線 。其下載線正常工作電壓為~6V，部分電腦即使不連接 VCC 也可以正常工作， 10 心的插頭 和插座有三角形標志的均為第一腳。使用方便、快捷，且工作顯示信號清晰。 3. 2. 3 系統(tǒng)供電電路 要取得 +5V電壓，若選用 12V的變壓器，整流濾波后輸出往往大于 12V，會使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度較高。故不選用輸出電壓為 12V 的變壓器，而選用輸出電壓為 9V的變壓器。系統(tǒng)接通 220V交流電源后，將 220V交流電變壓到 9V，經(jīng)過二極管全波整流、電解電容 Cl, C2 濾波，再經(jīng)一只正輸出穩(wěn)壓器 LM7805，為了緩沖負載突變，改善瞬態(tài)響應，輸出端還采用了電容 C C4，最后得到 +5V 的直流工作電源，用于給控制系 統(tǒng)中單片機系統(tǒng)及其它外圍電路的 Vcc+端供電。其供電原理圖如圖 圖 供電原理圖 硬件時鐘模塊中，為了在斷電后硬件時鐘能夠正常運行，故采用主從雙電源供電方式。硬件時鐘一般在系統(tǒng)的 +5v 主電源情況下工作，而只有系統(tǒng) +5v 主電源消失的情況下，為確保硬件時鐘的正常運行，設計一個 3. 6V的可充電鋰電池作為備用電源。具體電路及其原理將在后面的系統(tǒng)時鐘電路部分詳細說明。 3. 2. 4 數(shù)據(jù)采集電路 教室中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán) 境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對象。常見的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏二極管和光敏三極管，根據(jù)需求，選用靈敏度較高的光敏三極管。此外，人體傳感器要求靈敏度高，可靠性強，本系統(tǒng)采用了邏輯電平輸出的 HP208 型號的人體存在傳感器。 環(huán)境光采集電路 光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。在無光照時三極管的穿透電流很小，為暗電流 cboceo ???? )1( ? 。有光照時，產(chǎn)生的 b? 增大，成為光電流 be ???? )1( ? 。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。因此光敏三極管靈敏度高，而且體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應速度快、壽命長等優(yōu)點，其外形電路圖形符號如圖 3. 2. 4. 11 圖 3. 2. 4. 11 環(huán)境光采集電路原R 2510 k Q 12N P ND6P H O T OR 2647 0 k+ 5vp27理圖如圖 3. 2. 4. 12 所示。當自然光強大于一定程度時，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)底阻狀態(tài)1?? ，三極管 Q12 的基極電壓升高， Q12 管飽和導通，集電極輸出低電平。當自然光強小于一定程度時，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)高阻狀態(tài)》 100?? ，使三極管 Q12 截止，集電極輸出高電平。其中可變電阻 R26 可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié) R26 阻值的大小，使 Q12 三極管受 環(huán)境光影響在適當?shù)牧炼认聦ā? 圖 3. 2. 4. 12環(huán)境光電路 人體存在傳感器的工作原理 自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會發(fā)出不同長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進行檢測。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動紅外傳感器與量型相比，響應的紅外線波長范圍較寬，價格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點相反，而且要求冷卻條件。本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用了紅外傳感器的 原理，它是目前在防盜報警、火災檢測、自動門、自動水龍頭、自動電梯、自動照明等場合，及非接觸溫度測量等領域應用最廣泛的傳感器。 其原因為：①被測對象自身發(fā)射紅外線，可不必另設光源； ②大氣對 22. 61Lm， 351Lm, 81411m 三個被稱為“大氣窗口”的特定光通量的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測； ③中、遠紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進行檢測。 人體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的工作原理及特性如下： 人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會發(fā)出特 定波長 10uM 左右的紅外線，被動式紅外探頭就靠探測人體發(fā)射的 10uM 左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10uM 左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號。 1)這種探頭是以探測人體輻射為目標的，所以熱釋電元件對波長為 10uM 左右的紅外輻射非常敏感。 2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光 片，使環(huán)境的干擾受到明顯 的抑制作用。 3)人體存在的探測，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵 消，于是探測器無信號輸出。 4)一旦 有人進入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外 輻射通過部分鏡面聚焦，并被 人體存在傳感器的熱釋電元接 收，但是兩片熱釋電元接收到的 熱量不同，熱釋電也不同，不能 抵消，經(jīng)信號處理而輸出有人體 存在的信號。 5)菲泥 爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距 (感應距離 )，從而產(chǎn)生不 同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。 人體傳感器透鏡的信號采集敏感區(qū)示意圖如圖 如圖 有人進入時，移動人體發(fā)出的紅外線被紅外傳感器接收，則人體存在被感應，并輸出高電平。若人體進入最不敏感移動方向時，則人體傳感器所體現(xiàn)的信號就會不理想，有時還會產(chǎn)生誤動作，所以要特別注意人體傳感器的安裝方向。 人體存在信號采集電路 人體傳感器 HP208 是深圳市浩博特電子有限公司研發(fā)和生產(chǎn)的基于紅外線技術的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下 : (1)感應為全自動方式，人進入 感應范圍時輸出高電平 (高 3. 3V)，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平 (低 0. 3V，其高低電平利于采集 。 (2)采用可重復觸發(fā)方式。即感應輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人 體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時 8 秒到 15 秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑? （ 3）人體傳感器工作電壓寬為 DC3VDC24V； （ 4）人體傳感器制作成錐面形狀，感應范圍大，小于 140 度錐角，感應距離為 7 米以內(nèi)； （ 5） 其靜態(tài) 電流小于 50 微安，功耗低； (6)工作溫度介于 15 度和 +70 之間，適應性強； (7)靈敏度高，可靠性強。 人體傳感器 HP208 型號的正視圖如圖 ： 如圖 ： 人體傳感器的 1 號引腳為電源信號端， 3 號引腳為地信號端， 2 號引腳為采集信號輸出端。在電路設計中，為了使人體傳電路以保證系統(tǒng)的智能化運感器的工作更加可靠，介于人體傳感器的信號引腳 2 與地信號引腳 3 之間加一個 6800pF 的電容，另外人體存在傳感器的信號引腳 2 與單片機的 引腳相連， 引腳再接一個 100?? 的上拉電阻，增加人體存在傳感器輸出信號的可靠性，其電路原理圖如圖 如圖 系統(tǒng)時鐘電路 根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應受到時間的控制，控制系統(tǒng)的時間應符合學校的作息時間。比如晚間休息、假期等時間段應該關掉教室燈光控制系統(tǒng)，以節(jié)約能源，因此本研究還加入硬件時鐘行。 傳統(tǒng)的時鐘芯片，如 MC146818, MC68H68T, LM8365 等，這些芯片的引腳太多，體積大，占用的口線多。而現(xiàn)在流行的串行時鐘芯片很多，如 DS1302， DS1305， DS1307，PCF8485 等，這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛的使用。考慮到本系統(tǒng)停電時只需對時鐘電路提供電源、且不需要占用太多單片機資源，本系統(tǒng)采用美國DALLAS 公司推出的具有充電能力的低功耗 1*8 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器的實時時鐘芯片 DS1302。 此芯片采用的是串行通信方式，還可為掉電 保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 . 5V， DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源、后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。而且本系統(tǒng)采用的 DS1302 只需三根線即可與單片機進行通信，體積小，使用簡單，時鐘精度較高，滿足系統(tǒng)的要求，其主要特征見附錄一?？蔀榈綦姳Ｗo電源提供可編程的充電功能的時鐘芯片 DS1302 的引腳圖如圖 1 所示。 圖 1 DS1302引腳 DS1302 與單片機接口電路連接原理圖如圖 其中 Vcc2 外接 池，為 DS1302 的備用電源。 Vcc1 外接系統(tǒng)供電模塊的輸出穩(wěn)定電壓 +5V，為 DS1302的主電源。 DS1302 由 Vcc1 和 Vcc2 兩者中較大者供電。系統(tǒng)正常運行時， Vcc1 大于Vcc2，因此由 Vcc1 給 DS1302 供電，在主電源關閉的情況下，則由 Vcc2 給 DS1302 供電，保持時鐘的連續(xù)運行。 Xl 和 X2 是振蕩源，外接 32. 768kHz 晶振。 RST 是復位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū) 動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機的復位信號相連。時鐘輸入端 SCLK 接單片機 引腳，進行時鐘控制。數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 I/0 接單片機 引腳，進行數(shù)據(jù)傳輸。 圖 RST 是復位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST輸入有兩種功能 :首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當 RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進行操作。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/0 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 Vcc2. 5V 之前， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 I/0 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )，后面有詳細說明。 SCLK 始終是輸入端。 硬件時鐘芯片 DS1302 與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位 MSB (D7)必須為邏輯 1，如果 D7=0，則禁止寫 DS1302，即寫保護： D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)， D6=1，指定 RAM 數(shù)據(jù)； D5~D1 指定輸入或輸出的特定寄存器 。最低位 LSB (DO)為邏輯 0，指定寫操作 (輸入 )， DO=1，指定讀操作 (輸出 )。 在 DS1302 的時鐘日歷或 RAM 進行數(shù)據(jù)傳送時， DS1302 必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送， 8 位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下 2 個 SCLK 周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下 8 個 SCLK 周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 DS1302 與 RAM 相關的寄存器分為兩類 :一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8 位的字節(jié)，其命令控制字 為 COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作 。再一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的 RAM 的31 個字節(jié)。 要特別說明的是備用電源，可以用電池或者超級電容器 (( 以上 )。雖然 DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長時一間保證時鐘正常，最好選用小型充電電池?？梢杂美鲜诫娔X主板上的 3. 6V充電電池。如果斷電時間較短 (幾小時或幾天 )時，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。 100uF 就可 以保證 1 小時的正常走時。 DS1302 在第一次加電后，必須進行初始化操作。初始化 后就可以按正常方法調(diào)整時間。 繼電器驅(qū)動電路 繼電器驅(qū)動接口電路如圖 28 所示，這里繼電器由相應的 PNP 型號的 9012 三極管來驅(qū)動。開機時，單片機初始化后的 、 為高電平，三極管截止，所以開機后繼電器始終處于釋放狀態(tài)。如果 、 為低電平，三極管的基極就會被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導通，繼電器就會得電吸合，從而驅(qū)動負載，點亮相應電燈。繼電器的輸出端并聯(lián) 100 歐的電阻和 6800 皮法電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸 收反向電動勢的功能，保護相應的驅(qū)動三極管，這種繼電器驅(qū)動方式硬件結(jié)構比較簡單。