【文章內(nèi)容簡介】 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 千歐 ，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) 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?dǎo)通。 13 圖 電路原理圖 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)出不同波長的紅外線，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。與量子型相比，響應(yīng)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(zāi)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(lǐng)域應(yīng)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(shè)光源 ； ②大氣對 ,351Lm, 8141Lm 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 10 M? 左右 的紅外線，被動式紅外探頭就靠探測人體發(fā)射的 10 M? 左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射 的 10 M? 左右 的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感 14 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 10 M? 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(yīng)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(yīng)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 4. 2. 21 圖 4. 2. 21信號采集敏感區(qū)示意圖 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(yīng)，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。 15 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 術(shù)的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下 : (1)感應(yīng)為全自動方式，人進入感應(yīng)范圍時輸出高電平 (高 )，人離開應(yīng)范圍則自 動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平 (低 )，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，在延時時間段內(nèi)，如果二人體在其感應(yīng)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， 15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖?； (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)距了為 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度 之間，適應(yīng)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 所示 : 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(shè)計中，為了使人體傳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 100K? 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 3. 2. 4. 23 16 圖 HP208 傳感器電路原理圖 系統(tǒng)時鐘電路 根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時間的控制，控制系統(tǒng)的時間應(yīng)符合學(xué)校的作息時間。 比如 晚間休息、假期等時間段應(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鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運行。 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 ?？紤]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(guān)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。 17 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 可充電的鏗電池，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(guān)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(fù)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(fù)位信號相連。時鐘輸入端 SCLK 接單片機 ，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 與單片 機接口電路連接原理圖 RST 是復(fù)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 18 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(guān)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 (( )。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。 100 F? 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。 系統(tǒng)看門狗電路 在單片機工炸過一程中，不可避免的會由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機甚至造成整 機癱瘓等情況， 為了能夠恢復(fù)單 片 機 的工 作，只能采用重新 復(fù)位的方法 ，雖然在程序設(shè)計中，一可以使用軟件陷阱的方法來減少這種情沉的發(fā)生，但是不能完全解決這個問題，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計中使用看門狗電路，這樣 在單片機發(fā)生死機的情況下，看門狗將產(chǎn)生一個夏位信號給單片機，使 單片機復(fù)位重新執(zhí)行程序 :.現(xiàn)在的 MCU 被集成了越來越多的功能，有的集成了看門狗，如工IMP813L。還有的芯片更是把 EEPROM 也集成進去，如 X5045 芯片。由于系統(tǒng)需要 19 看門狗和 EEPROM，所以本硬件設(shè)計中使用了美國 Xicor 公司生產(chǎn)的芯片 X5045。 X5045 具有三種常用的功能 ： 看門 狗定時器、復(fù)位控制和 EEPROM 集成在單個8 個引 腳封裝的 CMOS 器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗功能與高速三線非易失性存儲器組合莊一起，從而在很人程度上降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求， X5045 的 引腳排列 如圖 圖 的引腳排列 看門狗定時器的預(yù)置時間是通過 X5045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表 3. 2. 6 狀態(tài)寄存器所示， X5045 狀態(tài)寄存器共有 6位有含義。其中 WD l , WDO和看門狗電路有關(guān)，其余位和 EEPROVI 的工作設(shè)置有關(guān)。 表 3. 2. 6狀態(tài)寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D! D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WD1=0， WD0=0，預(yù)置時間為 １ .４ S。 WD1=0， WD0=1， 預(yù)置時間為０ .６ S。 WD1=1， WD0=0，預(yù)置時間為０ .２ S。 WD1=1， WD0=1，禁止看門狗工作。 看門狗電路的定時時間長短可山具體應(yīng)用程序的循環(huán)屁期決定，通常比系統(tǒng)正常 工作 時最大循環(huán) 周期 的時間略長即可。本系統(tǒng)中 X5045 的硬件連接圖如圖 所示。 20 X5045 的硬件連接圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及故障保護部分由 X5045 組成， X5045 是一種串行通訊的 512字節(jié) EEPROM，同時兼有看門狗和電源監(jiān)控功能， X5045 有三種可編程看門狗周期，上電和 VCC 低于檢測門限時，輸出復(fù)位信號， X5045 輸出復(fù)位高電平有效，為了復(fù)位更加可靠，其復(fù)位輸出端外接一個 10K 的上拉電阻，并與 AT89C52 的復(fù)位端相連?？撮T狗能在電源上電、掉電期間產(chǎn)生一個復(fù)位信號。該芯片還帶有一個1. 4 秒的看門狗定時器可監(jiān)控單片機的工作。如果在 1. 4 秒內(nèi)未檢測到其工作，出現(xiàn)故障，內(nèi)部定時器將使看門狗 WD I 處于低電平狀態(tài)， 為系統(tǒng)提供保護，避免死機、程序跑飛或進入死循環(huán)等意外的發(fā)生。 X5045 代表了新一代串行 EEPROM 的發(fā)展趨勢，它的運用極 大的節(jié)省了系統(tǒng)空間和資源，同時簡化了電路設(shè)計，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。 繼電器驅(qū)動接口電路 繼電器驅(qū)動接口電路如圖 ，這里繼電器由相應(yīng)的 PNP型號的 59012三極管來驅(qū)動，開機時，單片機初始化后的 P3. 5/P3. 6 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 P3. 5/P3. 6 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(dǎo)通，繼電器 就會得電吸合，從而驅(qū)動負載，點亮相應(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。每個繼電器都有一對常開常閉 21 的觸點，便于在其他電路中使用，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(yīng)的驅(qū)動三極管，這種繼電器驅(qū)動方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡單。 圖 繼電器驅(qū)動電路圖 超時報警電路