【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(biāo)志的均為第一腳。使用方便、快捷，且工作顯示信號(hào)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(huì)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(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，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(jī)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(shí)鐘模塊中，為了在斷電后硬件時(shí)鐘能夠正常運(yùn)行，故采用主從雙電源供電方式。硬件時(shí)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(shí)鐘的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)一個(gè) 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(shí)鐘電路部分詳細(xì)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(duì)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(qiáng)，本系統(tǒng)采用了邏輯電平輸出的 HP208 型號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。在無光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流 cboceo ???? )1( ? 。有光照時(shí)，產(chǎn)生的 b? 增大，成為光電流 be ???? )1( ? 。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。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(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其外形電路圖形符號(hào)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(dāng)自然光強(qiáng)大于一定程度時(shí)，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(dǎo)通，集電極輸出低電平。當(dāng)自然光強(qiáng)小于一定程度時(shí)，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(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。 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(huì)發(fā)出不同長(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。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(dòng)紅外傳感器與量型相比，響應(yīng)的紅外線波長(zhǎng)范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點(diǎn)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(bào)警、火災(zāi)檢測(cè)、自動(dòng)門、自動(dòng)水龍頭、自動(dòng)電梯、自動(dòng)照明等場(chǎng)合，及非接觸溫度測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。 其原因?yàn)椋孩俦粶y(cè)對(duì)象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源； ②大氣對(duì) 22. 61Lm， 351Lm, 81411m 三個(gè)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(cè)； ③中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)。 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(huì)發(fā)出特 定波長(zhǎng) 10uM 左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就靠探測(cè)人體發(fā)射的 10uM 左右的紅外線而進(jìn)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(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)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(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號(hào)。 1)這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為 10uM 左右的紅外輻射非常敏感。 2)為了僅僅對(duì)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(cè)，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵 消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。 4)一旦 有人進(jìn)入探測(cè)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(hào)處理而輸出有人體 存在的信號(hào)。 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(yīng)距離 )，從而產(chǎn)生不 同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。 人體傳感器透鏡的信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖如圖 如圖 有人進(jìn)入時(shí)，移動(dòng)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(yīng)，并輸出高電平。若人體進(jìn)入最不敏感移動(dòng)方向時(shí)，則人體傳感器所體現(xiàn)的信號(hào)就會(huì)不理想，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，所以要特別注意人體傳感器的安裝方向。 人體存在信號(hào)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(shù)的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下 : (1)感應(yīng)為全自動(dòng)方式，人進(jìn)入 感應(yīng)范圍時(shí)輸出高電平 (高 3. 3V)，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)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(fù)觸發(fā)方式。即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人 體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí) 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(yīng)范圍大，小于 140 度錐角，感應(yīng)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(yīng)性強(qiáng)； (7)靈敏度高，可靠性強(qiáng)。 人體傳感器 HP208 型號(hào)的正視圖如圖 ： 如圖 ： 人體傳感器的 1 號(hào)引腳為電源信號(hào)端， 3 號(hào)引腳為地信號(hào)端， 2 號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。在電路設(shè)計(jì)中，為了使人體傳電路以保證系統(tǒng)的智能化運(yùn)感器的工作更加可靠，介于人體傳感器的信號(hào)引腳 2 與地信號(hào)引腳 3 之間加一個(gè) 6800pF 的電容，另外人體存在傳感器的信號(hào)引腳 2 與單片機(jī)的 引腳相連， 引腳再接一個(gè) 100?? 的上拉電阻，增加人體存在傳感器輸出信號(hào)的可靠性，其電路原理圖如圖 如圖 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時(shí)間的控制，控制系統(tǒng)的時(shí)間應(yīng)符合學(xué)校的作息時(shí)間。比如晚間休息、假期等時(shí)間段應(yīng)該關(guān)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(shí)鐘行。 傳統(tǒng)的時(shí)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(shí)鐘芯片很多，如 DS1302， DS1305， DS1307，PCF8485 等，這些電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用。考慮到本系統(tǒng)停電時(shí)只需對(duì)時(shí)鐘電路提供電源、且不需要占用太多單片機(jī)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(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302。 此芯片采用的是串行通信方式，還可為掉電 保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 . 5V， DS1302 是 DS1202 的升級(jí)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(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)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(jī)進(jìn)行通信，體積小，使用簡(jiǎn)單，時(shí)鐘精度較高，滿足系統(tǒng)的要求，其主要特征見附錄一。可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能的時(shí)鐘芯片 DS1302 的引腳圖如圖 1 所示。 圖 1 DS1302引腳 DS1302 與單片機(jī)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(yùn)行時(shí)， Vcc1 大于Vcc2，因此由 Vcc1 給 DS1302 供電，在主電源關(guān)閉的情況下，則由 Vcc2 給 DS1302 供電，保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 Xl 和 X2 是振蕩源，外接 32. 768kHz 晶振。 RST 是復(fù)位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū) 動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)相連。時(shí)鐘輸入端 SCLK 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行時(shí)鐘控制。數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 I/0 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 圖 RST 是復(fù)位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)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(dāng) RST 為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302 進(jìn)行操作。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/0 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc2. 5V 之前， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，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(xì)說明。 SCLK 始終是輸入端。 硬件時(shí)鐘芯片 DS1302 與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，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(hù)： D6=0，指定時(shí)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(shí)鐘日歷或 RAM 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)， DS1302 必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)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(gè) SCLK 周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下 8 個(gè) SCLK 周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類 :一類是單個(gè) RAM 單元，共 31 個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè) 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(gè)字節(jié)。 要特別說明的是備用電源，可以用電池或者超級(jí)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(zhǎng)時(shí)一間保證時(shí)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(shí)間較短 (幾小時(shí)或幾天 )時(shí)，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(shí)的正常走時(shí)。 DS1302 在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化 后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖 28 所示，這里繼電器由相應(yīng)的 PNP 型號(hào)的 9012 三極管來驅(qū)動(dòng)。開機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的 、 為高電平，三極管截止，所以開機(jī)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(huì)被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)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(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。