【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 將其分為電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、固態(tài)繼電器、磁簧繼電器、光繼電器等型號(hào)。由于電磁繼電器簡(jiǎn)單易用，開(kāi)關(guān)狀態(tài)極其容易判斷，所以本設(shè)計(jì)采用電磁繼電器來(lái)控制。 DS1302 時(shí)鐘電路 DS1302 存在時(shí)鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現(xiàn)時(shí)鐘混亂等缺點(diǎn)。DS1302 可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄 。這種記錄對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)果的分析及對(duì)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找具有重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒(méi)有具體的時(shí)間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無(wú)法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采 11 用計(jì)數(shù)器 ,占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢(xún)等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且，某些測(cè)控系統(tǒng)可能不允許。但是，如果在系統(tǒng)中采用時(shí)鐘芯片 DS1302，則能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。 控制系統(tǒng)的主要硬件電路 系統(tǒng)主控電路 本系統(tǒng)的主控模塊主要采用 ATMAL 公司的 AT89C2051 作為主控芯片，AT89C2051 是個(gè)低功耗，高性能的 COMS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 2KB 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀 Flash 程序存儲(chǔ)器和 128KB 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ,器件采用 ATMAL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中 央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元。 AT89C2051 只有 20 個(gè)引腳， 15 個(gè) I/O 口（其中 PI 是個(gè)完整的 8 位雙向 I/O 口）， 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2 個(gè)全雙向串行通信口， 1 個(gè)模擬比較放大器。指令系統(tǒng)與 MCS51 系列完全兼容，除 了沒(méi)有外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器等擴(kuò)展功能外，它具有80C31 單片機(jī)的所有功能。 其主要特點(diǎn)位： （ 1） MCS51產(chǎn)品完全兼容； （ 2） 2K 字節(jié)可編程閃爍內(nèi)存； （ 3） 編程次數(shù)可達(dá) 1000次； （ 4）兩級(jí)程序加密防盜； （ 5） 15 個(gè)可編程 I/O 口、 2個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、可直接驅(qū)動(dòng) LED顯示，5個(gè)中斷源； （ 6）二級(jí)中斷優(yōu) Flash 存儲(chǔ)先級(jí)、全雙工串行口。正是因?yàn)?AT89C2051 單片機(jī)具有上述特點(diǎn)，尤其是自帶 Flash 存儲(chǔ)器，并且能夠有效擦除 1000 次，是整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路變得簡(jiǎn)單，大大縮短了開(kāi)發(fā) 周期。 AT89C2051 的 CPU有兩種節(jié)電工作方式既空閑和掉電方式，遙控器采用了空閑節(jié)電方式。當(dāng) CPU 執(zhí)行完 IDL=1（ =1）指令后，系統(tǒng)進(jìn)入了空閑工作方式，這時(shí)內(nèi)部始終不向 CPU 提供，而只供給中斷、串行口、定時(shí)器部分。 AT89C2051的 P1是一組 8位雙向 I/O口， ， MAX485 12 和 內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻。 P1 口輸出緩沖器可以吸收 20mA 電流并可以直接驅(qū)動(dòng) LED 當(dāng) P1 口引入腳寫(xiě)入“ 1”時(shí)可以做輸入端，當(dāng)引腳 被外部拉低時(shí)，它們將內(nèi)部的 上拉電阻而輸出電流。 P3口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C2051特殊功能，如表 31所示。 表 31 P3 口特殊功能 口引腳 功能特性 RXD（串行輸入口） RXD（串行輸入口） TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INY1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù) 0 外部輸入 ) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù) 1 外部輸入 ) AT89C2051 的 P3口只要七個(gè)引腳， 沒(méi)有引出。 P3 口的 ， 是帶有內(nèi)部上拉電阻的 7 個(gè)可吸收雙向 I/O 口， P3 口 緩沖器可以吸收 20mA 電流，當(dāng) P3 口寫(xiě)入“ 1”時(shí)，它們內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口，作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流。 日光強(qiáng)度檢測(cè)模塊電路 考慮到教室內(nèi)部距離窗戶遠(yuǎn)近不同，接受日光度不同的特點(diǎn)，為避免光電探測(cè)器受光面的缺點(diǎn)，應(yīng)在教室周?chē)M(jìn)行合理的分布光電探測(cè)器 ,用于探測(cè)自然光的強(qiáng)弱。根據(jù)我校主教學(xué)樓中日光燈的分布情況如圖 31 所示： 窗 戶 門(mén) 圖 31 日光燈的分布圖 那么光電探測(cè)器在教室中的布局則根據(jù)此分布情況進(jìn)行安置，即在每個(gè)遠(yuǎn)離燈 分 布 黑板 13 窗戶最遠(yuǎn)的地方安放一個(gè)光電探測(cè)器。每個(gè)區(qū)域的日光燈則由安置在教室內(nèi)的按鍵或遠(yuǎn)端的主控上位機(jī)來(lái)控制。此外相鄰兩個(gè)區(qū)域裝置的探測(cè)范圍都有一定的重疊以確保當(dāng)有人在兩個(gè)區(qū)域中間學(xué)習(xí)時(shí)能夠得到足夠的光強(qiáng)。這樣，當(dāng)外界環(huán)境中的自然光能滿足所需的光強(qiáng)度時(shí)，不管教室是否有人，教室燈都不亮，控制教室日光燈的自動(dòng)熄滅。當(dāng)教室用作特殊使用時(shí)如多媒體教室則拉上窗簾，關(guān)閉所有燈具或點(diǎn)亮少許微弱的燈具。當(dāng)教室光強(qiáng)不夠教室中有一個(gè)同學(xué)單獨(dú)處于某一個(gè)區(qū)域時(shí)，只有他周?chē)娜展鉄袅?；?dāng)在有人來(lái)這個(gè)教室時(shí)他們完全可以選擇亮燈的地方坐，若選擇其他區(qū)域情況相似。這樣就完成了教室照明智能控制，起到了節(jié)約用電的作用。圖 32則體現(xiàn)了考慮因教室的走向與太陽(yáng)光的夾角不同而造成亮暗區(qū)位置不同對(duì)光電探測(cè)器裝置布局造成的影響。 太陽(yáng)光 太陽(yáng)光 圖 32 教室采光情況 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(wú)光照時(shí)三極管的穿透電流很小，當(dāng)暗電流 Iceo有光照時(shí)，產(chǎn)生的 Ib 增大，成為光電流 Ie。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 圖 33 環(huán)境光采集電路原理圖 暗 區(qū) 亮 區(qū) 暗 亮 14 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)。 環(huán)境光采集電路原理圖如圖 33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) 1千歐，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(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。 熱釋電紅外人體檢測(cè)模塊電路 1．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)出不同波長(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(lèi)，熱型紅外傳感器也稱(chēng)熱釋電紅外傳感器或被動(dòng)紅外傳感器，與量子型相比，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(mén)、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? （ 1）被測(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) 、 351LM、 81411M 三個(gè)被稱(chēng)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(jiàn)光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)； ： （ 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 10μ M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 15 用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)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(guò)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。 人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 10μM 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 10μM 左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的 10μM 叫左右的紅外線通過(guò)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)。 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。 2．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 ），人離開(kāi)感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)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(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(kāi)后才延時(shí) 8秒 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?xún)?nèi)； （ 5） 其靜態(tài)電流小于 50 微安，功耗低； （ 6） 工作溫度介于 15176。和 +700176。之間，適應(yīng)性強(qiáng)； （ 7）靈敏度高，可靠性強(qiáng)。 16 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) 100ＫΩ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 34。 圖 34 人體傳感器電路圖 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，因此本設(shè)計(jì)還加入硬件時(shí)鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。 傳統(tǒng)的時(shí)鐘芯片，如 MCL4681 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 DSL30 DSL30DSL30 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?？紤]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(guó) DALLAS 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 OS1302 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 ,DL302 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)還提供了對(duì)后背電源進(jìn)行電流充電的能力。而且本系統(tǒng)采用的 DS1302 只需三根線即可與單 17 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，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 35 所示。 圖 35 時(shí)鐘芯片 DS1302 的引腳圖 DS1302 與單片機(jī)接口電路連接原理圖如圖 36，其中 Vcc2：外接 電的鋰電池，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(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。 X和 X2是振蕩源，外接 晶振。 RST是復(fù)位 /片選線，通 過(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)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) ，進(jìn)行時(shí)鐘控制。數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 I/O 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 圖 36 DS1302 與單片機(jī)接口電路連接原理圖 RST 是復(fù)位 /片選線，通過(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)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)， 18 所有