【文章內(nèi)容簡介】 圖 28 Microwire總線系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) TLC1549的接口設(shè)計(jì)29 TLC1549引腳及與A/D接口電路TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口時(shí)序如圖29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210。圖210 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)}} 人體信號采集電路人體信號采集由人體紅外檢測探頭和比較電路組成。 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 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，它主要有主動式和被動式兩類。圖211 傳感器頂圖212 傳感器低圖213 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211為它們的頂視圖，其中較大的矩形部分為濾光窗，圖212為底視圖，圖213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。所以，傳感器對人體的移動或運(yùn)動敏感，對靜止或移動很緩慢的人體不敏感；它可以抗可見光和大部分紅外線的干擾。（2）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。 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)動負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標(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214 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214。當(dāng)人對著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號輸出。因此，探測器安裝的位置與人行走方向呈平行為宜。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215所示。215 熱釋電檢測電路組成框圖 信號處理電路本設(shè)計(jì)采用BIS0001 來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。BIS0001 是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號處理集成電路,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)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成。由BIS0001 構(gòu)成的信號處理電路如圖4所示。圖216 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。實(shí)驗(yàn)所得,當(dāng)傳感器檢測室內(nèi)有人時(shí),Vo 4 V 。無人時(shí)Vo 0. 4 V。BIS0001 的1 腳接高電平,使芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出Vo (高電平) 的延遲時(shí)間Tx 由外部R8和C7 的大小調(diào)整。觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti 由外部R9 和C6 的大小調(diào)整。 圖216 熱釋電傳感器信號處理電路圖 比較電路比較電路如圖217所示，由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，輸入信號來自于紅外人體探頭輸出。比較電路中的基準(zhǔn)電壓分別由兩個(gè)獨(dú)立的分壓電路得到，供電路比較所用。圖217 人體信號比較電路通過比較電路將相應(yīng)的電壓比較結(jié)果以數(shù)字信號輸出。當(dāng)被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)感應(yīng)到人體信號后，運(yùn)算放大器的“2腳”或“5腳”；當(dāng)被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)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21所示。表21 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。圖218 DS12887芯片管腳圖 DS12887的原理及管腳說明圖218 顯示了DS12887管腳排列圖，并分別說明管腳功能：VCC：直流電源+5V電壓。當(dāng)5V電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫；，讀寫被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng)VCC下降到3V以下時(shí)，RAM和計(jì)時(shí)器被切換到內(nèi)部鋰電池。MOT(模式選擇)：MOT管腳接到VCC時(shí)，選擇MOTOROLA時(shí)序，當(dāng)接到AFND時(shí)，選擇INTEL時(shí)序。SQW(方波信號輸出)：SQW管腳能從實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)部15級分頻器的13個(gè)抽頭中選擇一個(gè)作為輸出信號，其輸出頻率可通過對寄存器A編程改變。AD0～AD7(雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線)：總線接口，可與MOTOROLA微機(jī)系列和INTEL微機(jī)系列接口。AS(地址選通輸入)：用于實(shí)現(xiàn)信號分離，在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入)：DS/RD客腳有兩種操作模式，取決于MOT管腳的電平，當(dāng)使用MOTOROLA時(shí)序時(shí)，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期，DS指示DS12887驅(qū)動雙向總的時(shí)刻，在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇INTEL時(shí)序時(shí)，DS稱作(RD)，RD與典型存貯器的允許信號(OE)的定義相同。R/W(讀/寫輸入)：R/W管腳也有兩種操作模式。選MOTOROLA時(shí)序時(shí)，R/W是一電平信號，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷冢珼SO為高電平時(shí)，R/W高電平指示讀周期，R/W低電平指示寫周期；選INTEL時(shí)序，R/W信號是一低電平信號，稱為WR。在此模式下，R/W管腳與通用RAM的寫允許信號(WE)的含義相同。CS(片選輸入)：在訪問DS12887的總線周期內(nèi)，片選信號必須保持為低。IRQ(中斷申請輸入)：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷條件滿足時(shí)，IRQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開路輸入，要求外接上接電阻。RESET(復(fù)位輸出)：當(dāng)該腳保持低電平時(shí)間大于200ms，保證DS12887有效復(fù)位。 地址分配表及時(shí)間、日歷和鬧鐘的數(shù)據(jù)格式表22 時(shí)間、日歷和鬧鐘的數(shù)據(jù)格式地址功能十進(jìn)制范圍范圍二進(jìn)制數(shù)據(jù)模式BCD數(shù)據(jù)模式0秒0－5900－3B00－591秒鬧鐘0－5900－3B00－592分鐘0－5900－3B00－593分鐘鬧鐘0－5900－3B00－594小時(shí)（12進(jìn)制）1－121－0CAM，81－8CPM01－12AM，81－92PM