【文章內(nèi)容簡介】 的復(fù)位。光信號取樣電路如圖33所示，圖中主要由光信號采集電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換是電路的核心。信號經(jīng)過采集送入A/D轉(zhuǎn)換電路，通過單片機(jī)處理后，最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行開關(guān)燈判斷的依據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)根據(jù)信號的測量范圍和精度來選擇，使其有足夠的數(shù)據(jù)長度，保證最大量化誤差在設(shè)計(jì)要求的精度范圍內(nèi)。本系統(tǒng)中，信號的測量范圍的電壓：—。在本次設(shè)計(jì)中選用了帶串行控制的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549，它是由德州儀器（Texas Instruments簡寫為TI）公司生產(chǎn)的，它采用CMOS工藝，具有自動(dòng)采樣和保持，采用差分基準(zhǔn)電壓高阻抗輸入，抗干擾性能好，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達(dá)到(177。)1LSB Max，芯片體積小等特點(diǎn)。同時(shí)它采用了Microwire串行接口方式，故引腳少，接口方便靈活。圖33 光信號取樣電路 Microwire串行總線性能介紹Microwire總線是美國國家半導(dǎo)體（NS）公司推出的三線同步串行總線。此后，NS公司推出了8位的COP800單片機(jī)系列，仍采用原來的Microwire總線，但單片機(jī)上的總線接口改成既可由自身發(fā)出時(shí)鐘，也可由外部輸入時(shí)鐘信號。為了區(qū)別于原有的Microwire總線，稱這種新產(chǎn)品為增強(qiáng)型的Microwire／PLUS總線。Microwire總線系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖34所示。圖34Microwire總線系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) TLC1549的接口設(shè)計(jì)TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口時(shí)序如圖35所示，在芯片選擇（CS）無效情況下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT處于高阻狀態(tài)。當(dāng)串行接口把CS拉至有效時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)序開始允許I/O CLOCK工作并使DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供給I/O CLOCK并從DATA OUT接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。I/O CLOCK從主機(jī)串行接口接收長度在10和16個(gè)時(shí)鐘之間的輸入序列。開始10個(gè)I/O 時(shí)鐘提供采樣模擬輸入的控制時(shí)序。在CS的下降沿，前次轉(zhuǎn)換的MSB出現(xiàn)在DATA OUT端。10位數(shù)據(jù)通過DATA OUT 被發(fā)送到主機(jī)串行接口。為了開始轉(zhuǎn)換，最少需要10個(gè)時(shí)鐘脈沖。如果I/O CLOCK 傳送大于10個(gè)時(shí)鐘長度，那么在的10個(gè)時(shí)鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把DATA OUT拉至低電平以確保其余位的值為零。在正常進(jìn)行的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，規(guī)定時(shí)間內(nèi)CS端高電平至低電平的跳變可終止該周期，器件返回初始狀態(tài)（輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容保持為前次轉(zhuǎn)換結(jié)果）。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時(shí)要小心防止CS被拉至低電平。時(shí)序圖如圖36。圖35TLC1549引腳及與A/D接口電路圖36 TLC1549方式1時(shí)序圖 TCL1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)/* AetAD()TLC1549數(shù)據(jù)采集*/sbit ADCLK=P1^0。sbit ADOUT=P1^1。sbit ADCS=P1^2。/**/Void AetAD(){uchar i=1,w,PickCount。uint vol。for(w=1。w=PickCount。w++){ADCLK=ADOUT=0。vol=0。ADCS=0。//開啟控制電路，使能DATA OUT和I/O CLOCKfor(i=1。i=10。i++)//采集10位串行數(shù)據(jù){//給一個(gè)脈沖ADCLK=1。vol=1。if(ADOUT)vol|=0x01。ADCLK=0。}ADCS=1。delay(21)。//兩次轉(zhuǎn)換間隔大于21usP0=0xff。//P0口置初始輸入狀態(tài)}}人體信號采集由人體紅外檢測探頭和比較電路組成。(1)人體紅外探頭熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí),在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡,這樣可大大提高接收靈敏度,增加檢測距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明,熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡,則其檢測距離僅為2 m 左右。而配上菲涅爾透鏡后,其檢測距離可增加到10 m 以上(2)熱釋紅外傳感器熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已得到越來越廣泛的應(yīng)用，從原理上分析，它主要有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。圖37傳感器頂圖38傳感器低圖39 傳感器側(cè)熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基與熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器（以下簡稱：傳感器）由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。圖37為它們的頂視圖，其中較大的矩形部分為濾光窗，圖38為底視圖，圖39為側(cè)視圖， PP2為兩個(gè)敏感單元，面積約21mm2，間距1mm。 （1）敏感單元（3）敏感單元當(dāng)傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時(shí)，由于PP2自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負(fù)電荷，而這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負(fù)電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。當(dāng)人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域內(nèi)時(shí)，照射到PP2上的紅外線光能能量相等，且達(dá)到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消。傳感器仍然沒有信號輸出。同理，在燈光或陽光下，因陽光移動(dòng)的速度非常緩慢，PP2上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上傳感器的響 應(yīng)頻率很低（~10Hz），即傳感器對紅外光的波長的敏感范圍很窄（一般為5~15um），因此，傳感器對它們不敏感。從原理上講，任何發(fā)熱體都會產(chǎn)生紅外線，熱釋電人體紅外線傳感器對紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所發(fā)生的變化，而溫度的變化導(dǎo)致電信號的產(chǎn)生。環(huán)境與自身的溫度變化由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它不向外輸出信號；而傳感器的低頻響應(yīng)（~10Hz）和對特定波長紅外線（一般為 5~15um）的響應(yīng)決定了傳感器只對外界的紅外線的輻射而引起傳感器的溫度的變化而敏感，而這種變化對人體而言就是移動(dòng)。（4）濾光窗 制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，～20μm。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，通常在傳感器上加裝了一塊干涉濾光窗。濾光窗是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，~14um波長以外的紅外線。例如，SCA021對 ~14um波長的紅外線的穿透量為70%，%，%；P2288的響應(yīng)波長為 6~14um，中心波長為10um。物體發(fā)射出的紅外線輻射能，最強(qiáng)波長和溫度的關(guān)系滿足λm*T=2989（）（其中λm為最大波長，T為絕對溫度）。人體的正常體溫為 36~℃，即309~，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長為λm=2989/（309~）=~。因此，人體輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長正好落在濾光窗的響應(yīng)波長（7~14um）的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽 光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾。 （5）菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。 當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個(gè)段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測器。鏡片主要有三種顏色，一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易變形。二、白色主要用于適配外殼顏色。三、黑色用于防強(qiáng)光干擾。鏡片還可以結(jié)合產(chǎn)品外觀注色，使產(chǎn)品整體更美觀。每一種鏡片有一型號（以年號+系列號命名），鏡片主要參數(shù)：一、外觀描述——外觀形狀（長、方、圓）、尺寸（直徑）。以毫米為單位。二、探測范圍——指鏡片能探測的有效距離（米）和角度。三、焦距——指鏡片與探頭窗口的距離，精確度以毫米的小數(shù)點(diǎn)為單位。長形和方形鏡片要呈弧形以焦距為單位對準(zhǔn)探頭窗口。鏡片與探頭的配合應(yīng)用——我們常用的是雙源式探頭，揭開濾光玻璃片，其內(nèi)部有兩點(diǎn)對7—14um的紅外波長特別敏感的TO—5材料連接著場效管。圖310 信號產(chǎn)生輸出示意圖靜態(tài)情況下空間存在紅外光線，由于雙源式探頭采用互補(bǔ)技術(shù)，不會產(chǎn)生電信號輸出。動(dòng)態(tài)情況下，人體經(jīng)過探頭先后被A源或被B源感應(yīng)，SaSb或SaSb產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號輸出，見圖310。當(dāng)人對著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號輸出。由于熱釋電傳感器輸出的信號變化緩慢、幅值小(小于1 mV) ,不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號,因此傳感器的輸出信號必須經(jīng)過一個(gè)專門的信號處理電路,使得傳感器輸出信號的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機(jī)處理的數(shù)字信號。根據(jù)以上要求,人體熱釋電檢測電路組成框圖如圖311所示。圖311熱釋電檢測電路組成框圖本設(shè)計(jì)采用BIS0001 來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。它主要由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成。圖312中,熱釋電傳感器S 極輸出信號送入BIS0001的14 腳,經(jīng)內(nèi)部第一級運(yùn)算放大器放大后,由C3 耦合從12 腳輸入至內(nèi)部第二級運(yùn)算放大器放大,再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后,檢出有效觸發(fā)信號去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器,最后從12 腳輸出信號(Vo ) 送入單片機(jī)進(jìn)行照明控制。圖312 熱釋電傳感器信號處理電路圖比較電路如圖313所示。圖313人體信號比較電路當(dāng)被動(dòng)紅外探頭感應(yīng)到人體信號后，運(yùn)算放大器的“2腳”或“5腳”；當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在沒有感應(yīng)人體紅外信號時(shí)，“2腳”或“5腳”。探頭故障斷路時(shí)，則“2腳”或“5腳”的電壓降為0V。 “1腳”，“2腳”，“6腳”，“5腳”的電壓與“2腳”的電壓保持一致。探頭將會根據(jù)有無人體信號在“2腳”。（由于故障或沒有安裝探頭）“1腳”，“2腳”的電壓為0V，“6腳”，“5腳”的電壓為0V。探頭將只會產(chǎn)生一種電壓信號0V。具體的比較結(jié)果如下表31所示。表31 探頭采集信號輸出狀態(tài)表探頭工作狀態(tài)“1腳” 電壓“2腳”或“5腳”電壓“6腳”電壓正常工作無人狀態(tài)11有人狀態(tài)01斷路或故障0V10通過比較電路，不僅解決了不同工作狀態(tài)時(shí)被動(dòng)紅外探頭的對外界人體紅外信號的采集，而且也實(shí)現(xiàn)了僅通過被動(dòng)紅外探頭的兩根電源線同時(shí)也傳輸了所采集的周圍環(huán)境的紅外信號，一舉兩得。 DS12887時(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，燈光設(shè)計(jì)有以時(shí)間作為基準(zhǔn)信號，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。DS12887為DALLAS公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，除具有實(shí)時(shí)鐘功能外，它還具有114字節(jié)的通用RAM，采用CMOS技術(shù)制成，具有內(nèi)部晶振和時(shí)鐘芯片備份鋰電池，而且它與目前應(yīng)用廣泛的時(shí)鐘芯片MC146818B和DS1287管腳兼容。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機(jī)接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)中。分控制器采用低檔型的AT89C2051單片機(jī)作為微處理器，AT89C2051也是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，具有15線可編程I/O口，該單片機(jī)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比較高等特點(diǎn)。分控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由晶振、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、可控硅控制電路、零點(diǎn)檢測電路、看門狗電路、通信接口電路等組成。分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖314所示。圖314 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖本系統(tǒng)利用單片機(jī)89C2051和時(shí)鐘芯片DS1302進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用于定時(shí)控制照明燈具的啟停。DS1302是美國Dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于31日時(shí)可自動(dòng)調(diào)整。DS1302與單片機(jī)的連接僅需要3根線，即SCLK、I/O、RST。，此引腳為高電平時(shí)，選中該芯片，可對其進(jìn)行操作。串行數(shù)據(jù)線I/，所有的單片機(jī)地址、命令及數(shù)據(jù)均通過這兩條線傳輸。在本系統(tǒng)中，89C2051為主器件，DS1302為從器件，主器件在總線上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖、尋址信號、數(shù)據(jù)信號等，而從器件則相應(yīng)接收數(shù)據(jù)、送出數(shù)據(jù)。對DS1302的每一次讀寫需16個(gè)時(shí)鐘脈沖，前8個(gè)脈沖輸入操作地址和讀寫命令。其中位7必須為1；位0為0時(shí)向芯片寫入數(shù)據(jù)，為1時(shí)從芯片讀出數(shù)據(jù)；位6～位1選定芯片中的地址。后8個(gè)脈沖寫入或讀出數(shù)據(jù)。DS1302采用雙電源系統(tǒng)供電，VCC1在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式下VCC2連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由兩者中的較大者供電。當(dāng)VCC1大于VCC2+，VCC1給DS1302供電。當(dāng)VCC1小于VCC2時(shí)，DS1302由VCC2供電。零點(diǎn)檢測與可控硅控制電路的設(shè)