【文章內(nèi)容簡介】 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。由于電磁繼電器簡單易用，開關(guān)狀態(tài)極其容易判斷，所以本設(shè)計采用電磁繼電器來控制。 DS1302 時鐘電路 DS1302 存在時鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現(xiàn)時鐘混亂等缺點。DS1302 可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄 。這種記錄對長時間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析及對異常數(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)記錄方式是隔時采樣或定時采樣，沒有具體的時間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時間；若采用單片機計時，一方面需要采 11 用計數(shù)器 ,占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且，某些測控系統(tǒng)可能不允許。但是，如果在系統(tǒng)中采用時鐘芯片 DS1302，則能很好地解決這個問題。 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 是個低功耗，高性能的 COMS8 位單片機，片內(nèi)含 2KB 的可反復(fù)擦寫的只讀 Flash 程序存儲器和 128KB 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ,器件采用 ATMAL公司的高密度、非易失性存儲技術(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 存儲單元。 AT89C2051 只有 20 個引腳， 15 個 I/O 口（其中 PI 是個完整的 8 位雙向 I/O 口）， 2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器， 2 個全雙向串行通信口， 1 個模擬比較放大器。指令系統(tǒng)與 MCS51 系列完全兼容，除 了沒有外部數(shù)據(jù)存儲器和外部程序存儲器等擴展功能外，它具有80C31 單片機的所有功能。 其主要特點位： （ 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 1000次； （ 4）兩級程序加密防盜； （ 5） 15 個可編程 I/O 口、 2個 16 位定時器 /計數(shù)器、可直接驅(qū)動 LED顯示，5個中斷源； （ 6）二級中斷優(yōu) Flash 存儲先級、全雙工串行口。正是因為 AT89C2051 單片機具有上述特點，尤其是自帶 Flash 存儲器，并且能夠有效擦除 1000 次，是整個系統(tǒng)的硬件電路變得簡單，大大縮短了開發(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)進入了空閑工作方式，這時內(nèi)部始終不向 CPU 提供，而只供給中斷、串行口、定時器部分。 AT89C2051的 P1是一組 8位雙向 I/O口， ， MAX485 12 和 內(nèi)部沒有上拉電阻。 P1 口輸出緩沖器可以吸收 20mA 電流并可以直接驅(qū)動 LED 當(dāng) P1 口引入腳寫入“ 1”時可以做輸入端，當(dāng)引腳 被外部拉低時，它們將內(nèi)部的 上拉電阻而輸出電流。 P3口還用于實現(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 /計數(shù) 0 外部輸入 ) T1(定時 /計數(shù) 1 外部輸入 ) AT89C2051 的 P3口只要七個引腳， 沒有引出。 P3 口的 ， 是帶有內(nèi)部上拉電阻的 7 個可吸收雙向 I/O 口， P3 口 緩沖器可以吸收 20mA 電流，當(dāng) P3 口寫入“ 1”時，它們內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口，作輸入端時，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流。 日光強度檢測模塊電路 考慮到教室內(nèi)部距離窗戶遠近不同，接受日光度不同的特點，為避免光電探測器受光面的缺點，應(yīng)在教室周圍進行合理的分布光電探測器 ,用于探測自然光的強弱。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 圖 31 日光燈的分布圖 那么光電探測器在教室中的布局則根據(jù)此分布情況進行安置，即在每個遠離燈 分 布 黑板 13 窗戶最遠的地方安放一個光電探測器。每個區(qū)域的日光燈則由安置在教室內(nèi)的按鍵或遠端的主控上位機來控制。此外相鄰兩個區(qū)域裝置的探測范圍都有一定的重疊以確保當(dāng)有人在兩個區(qū)域中間學(xué)習(xí)時能夠得到足夠的光強。這樣，當(dāng)外界環(huán)境中的自然光能滿足所需的光強度時，不管教室是否有人，教室燈都不亮，控制教室日光燈的自動熄滅。當(dāng)教室用作特殊使用時如多媒體教室則拉上窗簾，關(guān)閉所有燈具或點亮少許微弱的燈具。當(dāng)教室光強不夠教室中有一個同學(xué)單獨處于某一個區(qū)域時，只有他周圍的日光燈亮；當(dāng)在有人來這個教室時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光的夾角不同而造成亮暗區(qū)位置不同對光電探測器裝置布局造成的影響。 太陽光 太陽光 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，當(dāng)暗電流 Iceo有光照時，產(chǎn)生的 Ib 增大，成為光電流 Ie。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 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(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點。 環(huán)境光采集電路原理圖如圖 33所示。當(dāng)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(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。 熱釋電紅外人體檢測模塊電路 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、 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； ： （ 1） 這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對波長為 10μ 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 15 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(yán)密。 人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會發(fā)出特定波長 10μM 左右的紅外線，被動式紅外探頭就靠探測人體發(fā)射的 10μM 左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的 10μM 叫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。 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。 2．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(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 ），人離開感應(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)，如果有人體在其感應(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米以內(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； （ 7）靈敏度高，可靠性強。 16 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 100ＫΩ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 34。 圖 34 人體傳感器電路圖 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，因此本設(shè)計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 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)在流行的串行時鐘芯片很多，如 DSL30 DSL30DSL30 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 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 OS1302 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 ,DL302 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，同時還提供了對后背電源進行電流充電的能力。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，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能的時鐘芯片 DS1302 的引腳圖如圖 35 所示。 圖 35 時鐘芯片 DS1302 的引腳圖 DS1302 與單片機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。 X和 X2是振蕩源，外接 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/O 接單片機 引腳，進行數(shù)據(jù)傳輸。 圖 36 DS1302 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(dāng) RST為高電平時， 18 所有