【文章內(nèi)容簡介】 機系統(tǒng)時，若單片機采用 6MHz 的晶振，則 ADC0809的時鐘信號可以由單片機的 ALE 經(jīng)過一個二分頻電路獲取 ， 這時 ADC0809 的時鐘頻率為 500KHz， A/D 轉(zhuǎn)換時間為 130μs[1]。 ADC0809 應用 ADC0809 與單片機的連接可以采用查詢方式，也可采用中斷方式。圖 213為中斷方式連接的電路圖，由于 ADC0809 片內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存器，因此可直接與單片機接口。 圖 ADC0809 與單片機連接 圖 ADC0809 時序 15 這里由 和 WR聯(lián)合控制啟動轉(zhuǎn)換信號端 (START)和 ALE 端， P2 口的低三位地址線加到 ADC0809 的 ADDA、 ADDB、 ADDC 端，用于控制選通模擬輸入通道。 啟動 ADC0809 的工作過程是：先送通道號地址到 ADDA、 ADDB、 ADDC，由 ALE 信號鎖存通道號地址，后讓 START 有效，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生 WR信號，使 ALE、 START 有效，鎖存通道號并啟動 A/D 轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換完畢， EOC 端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。中斷服務程序中，產(chǎn)生 RD 信號，使 OE 端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門， 8 位數(shù)據(jù)便讀入到單片機中。 物體檢測模塊和環(huán)境明暗檢測模塊 信號采集模塊包括物體檢測模塊和環(huán)境明暗檢測模塊，兩者功能如下： 物體檢測模塊：采用紅外傳感器檢測移動的物體時，感應的電壓變化大，靈敏度比較高，經(jīng)比較電路容易產(chǎn)生高低電平，適宜用于移動物體的檢測，原理圖圖 檢測明暗模塊 16 如上。該模塊需要檢測小車的移動，并根據(jù)小車的移動進行路燈開關的自動控制?；诖四康牟捎眉t外傳感器進行檢測，當傳感器檢測到小車時，傳感器給單片機一個信號，然后單 片機對路燈進行合理控制，達到題目要求。 環(huán)境明暗檢測模塊：該模塊需要檢測環(huán)境光的變化，根據(jù)環(huán)境光的明暗進行路燈開關的自動控制?；诖艘蟛捎糜晒饷綦娮杞M成的分壓電路進行檢測。 光敏電阻器又稱光導管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測可見光。 在不同的光強下，光敏電阻的電阻值會發(fā)生明顯變化， 光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光 通過檢測不同光強下電阻值的變化量來控制路燈的開和關[2]。 LCD 顯示模塊 液晶是一種介于液體與固體之 間的熱力學的中 間 穩(wěn)定相，其特點是在一定的溫度范圍內(nèi)既有液體的流動性和連續(xù)性，又有晶體的各向異性，分子兩頭有極性。 液晶顯示器 LCD(Liquid Crystal Display)的驅(qū)動方式由電極引線的選擇方式確定，一般有靜態(tài)驅(qū)動和時分驅(qū)動兩種，由于直流電壓驅(qū)動 LCD 會使液晶體產(chǎn)生電解和電極老化，從而大大降低 LCD 的使用壽命，所以驅(qū)動方式多采用交流電壓驅(qū)動。 由于現(xiàn)有的液晶顯示器通常都集成了液晶顯示驅(qū)動電路，使用時直接對液晶顯示驅(qū)動芯片操作即可，這里對于液晶的驅(qū)動方式就不做過多的介紹 。 通常使用的 LCD 有兩種， 一種是字符型液晶顯示器 ， 一種是點陣式液晶顯示器。字符型 LCD 能夠顯示字母、數(shù)字、符號等 192 鐘 ASCII 碼對應的字符 ，而點陣式液晶顯示器除了能夠顯示字符外還能夠顯示中文和圖形。 本體統(tǒng)采用點陣式液晶顯示器。利用點陣式液晶顯示器 可以實現(xiàn)中文的操作和提示界面，增強人機交互性，同時圖形顯示的引入也對設備的顯示性能有極大的改善。當然 ， 點陣式液晶的操作和控制也相應的比字符 型 液晶的復雜一些 [3]。 17 圖 LCD128*64 顯示 路燈控制模塊 鍵盤電路模塊 矩陣鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上，一個 4*4 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有 16 個按鍵的鍵盤，很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣鍵盤比獨立鍵盤相比，要節(jié)省很多的 I/O 口。 矩陣鍵盤的工作原理：按鍵設置在行列交點上，行列線分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到 +5V 上。平時無按鍵抖動時，行線處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線如果為低，則行線電平為低；列線電平如果為高，則行線電平亦為高。這一點是識別矩陣按鍵是否被按下的 關鍵所在。由于矩陣鍵盤中行列線為多鍵共用，各按鍵均影響改鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并且做適當?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。 通過矩陣按鍵對系統(tǒng)進行一定的設置。本太陽能路燈控制系統(tǒng)通過鍵盤設定。設計為 8 個按鍵，鍵盤結(jié)構(gòu)如圖 321 所示?？筛鶕?jù)實時需求選擇 LED 太陽能路燈是處于何種工作模式，若選擇時控模式，可通過 SET 按鍵，選擇 UP、DOWN、 LIFT、 RIGHT 設定路燈系統(tǒng)運行的時、分，按 ENTER 確認，以保存設定的信息。 鍵盤電路設計如下圖所示，為了便于 設定且有直觀的人機操作界面，按鍵相 18 對偏多 【 4】 。 圖 矩陣鍵盤 路燈控制模塊 該模塊采用節(jié)能的 1W LED 燈，當電路出現(xiàn)故障時，單片機通過 AD 采集電路采樣點的電壓變化量后對數(shù)據(jù)進行處理。 D41 W L EDD31 W L EDR1 31 50R1 21 50D4 MISOPA 2PA 1 圖 路燈控制電路 聲光報警模塊 采用聲光報警外接電路模塊，當路燈出現(xiàn)故障時（燈不亮），蜂鳴器發(fā)出聲光報警信號，同時報警指示燈也會點亮 【 5】 。 19 R618Q190 12L1be e pV C CP D 0 R65 10D1V C CPD0 圖 聲光報警電路 串口通信模塊 max232 是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 標準的芯片。由于電腦串口 rs232 電平是 10v+10v， max232 就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的 ， 該器件包含 2 驅(qū)動器、 2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路 [24]。 該器件符合 TIA/EIA232F 標準，每一個接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F電平 。電路連接圖如下圖所示 【 6】 。 圖 串口通信及其電平轉(zhuǎn)換 USB 通信模塊 USB 就是通用串行總線，具有高速傳輸、熱拔插、即插即用、配易于擴展 及產(chǎn)品成本低等特點。是一種適應低、中、高速的 PC 機外結(jié)總線，而且它還支持最多 127 個外設的同時串聯(lián)，目前成為 PC 機與外部通信的主流接口 20 圖 USB 通信模塊 時鐘模塊 時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式：在 XTAL1和 XTAL2 端外接石英晶體做定時元 件，內(nèi)部反相放大自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率為 6MHz，則時鐘頻率為 3MHz。外部方式：可以通過 XTAL1 和 XTAL2 接入外部時鐘 【 7】 。我們采用外部方式。 圖 時鐘模塊 電源模塊 采集的太陽能儲存在蓄電池，將蓄電池的電壓經(jīng)穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的 +5V 直流電源 【 8】。 V i n1GND2V o u t 3U8 7 8 0 512J9C30 .1 UC80 .1 UC44 7 0 UC71 0 0 U+ 5 V 圖 電源模塊 過流保護 我們 設計 的 負載輸出有獨立的控制 和檢測，具有完善的過流、短路保護措施 , 21 電路原理如 圖一 所示。設計了兩級保護：第一級采用了由 R7( Ω 康銅絲 )以及運放 LM35比較器 LM393 等器件組成的過流、短路檢測電路，配合單片機的 A/D 轉(zhuǎn)換及外部中斷響應來實現(xiàn)負載過流及短路保護，是一種硬件 +軟件的方式， LM358 的輸出送 A/D 轉(zhuǎn)換 模擬信號輸入端 IN0 口，用作過流信號識別，當電流超過額定電流 20％并維持 30 s 以上時，確認為過流；短路電流整定為 10 A，響應時間為毫秒數(shù)量級。第二級采用了電子保險絲保護，當流經(jīng)電子保險絲的電流驟然增加時，溫度隨之 上升。其電阻大大增加，工作電流大大降低，達到保護電路目的，響應時間為秒數(shù)量級，過流撤消或短路恢復后電子保險絲恢復成低阻抗導體，無須任何人為更換或維修。系統(tǒng)采用了兩級保護措施后， 預計 在長達數(shù)小時的負載短路 后 控制器 都不會 出現(xiàn)電路燒毀現(xiàn)象 ，能有效 解決用傳統(tǒng)保險絲只能對電路進行一次性保護以及一旦器件燒毀必須人為更換的問題，同短路后需手動復位或斷電后重新開啟的系統(tǒng)相比，也具有明顯的優(yōu)點。簡化了太陽能路燈控制器維護，提高了系統(tǒng)的安全性能 【 9】 。 圖 負載輸出控制與檢測電路 太陽 能電池組件及負載 LED 開關控制 單片機檢測蓄電池電壓，防止過放。低于最低限值時，單片機發(fā)出斷開電池開關信號。當 BATswitch1 為高電位時，經(jīng)過非門變?yōu)榈碗娢?，光耦工作，右?cè)電阻輸入信號為高電位， Q9工作，輸出高電位， Mosfet 開通。反之，當 BATswitch1為低電位時，經(jīng)過非門變?yōu)楦唠娢?，光耦不工作，右?cè)電阻輸入信號為低電位， 22 Q11 工作，輸出低電位， Mosfet 管關斷 [20]，如圖 315 所示。 1 2GND7VCC14U 8A74 F 14U6P I C 81 7R 42510R 362KC8104+ 5V+ 5V+ 5VQ98050Q 118550R 4430D 1315VQ 13I R F 54 0+ 15 VG N DG N DB A T _s w i t c h1 圖 蓄電池過放控制 單片機檢測 LED 負載電壓， LED 分為兩組，每組可提供 9W功率， 一起工作可提供 18W 功率。根據(jù)時段不同，有選擇的開啟 1 組或 2 組以此滿足功率需求，且在一定時段可節(jié)省能源。通過切斷一組 LED 可控制負載輸出為 18w 還是9w。原理同上 [21]。電氣原理圖如圖 316 所示。 3 4GND7VCC14U 8B74F 14U7P I C 817R 43510R 372KC9104+ 5VV C C+ 5VQ 108050Q 128550R 4530D 1415VQ 14I R F 540+ 15VG N DG N DL E D _s w i t c h1 圖 負載 LED 開關控制 本次系統(tǒng)電路搭建過程中的體會 接地問題是電路去噪關鍵 任何一個電路系統(tǒng)，都會涉及到接地問題，實際上，接地是極其重要的設計考慮?？梢允褂脙煞N不同的方法：一、使用拆分接地，其中包括模擬接地和數(shù)字接地，連接在一個點上；二、使用一個整體接地。使用拆分 法接地可以很方便的獲得最佳防噪性能。但可能遇到 RFI/EMI 問題。盡管使用單個接地板難以獲得優(yōu)良的設計，但可以更容易地把 RFI/EMI 問題最小化，因此本系統(tǒng)均使用單一接地方法。 電路中不希望任何數(shù)字回路電流沿直線流動從而流過甚至接近其它模擬元 23 件，特別是處理低電平信號和 ADC 的元件。接地電流流經(jīng)低電阻，可能導致在接地中出現(xiàn)一些噪聲變化。如果來自模擬元件的接地電流從模擬部件返回電流遵循相同的路徑，則模擬信號中的噪聲將會增加，并且將顯示在放大器和 ADC 中。 如果決定使用兩個接地板，則數(shù)字和模擬接地排針應該具有相同 的電位。大多數(shù)數(shù)據(jù)表示他們應該為 100mV，后者有時為 50mV 或 250mV，但實際上它們應具有相同的電位。電路系統(tǒng)中不應該使用單個通孔將它們連接至接地板。應該將它們單獨連接，盡量分開，距離盡可能為 2 到 3 厘米，原因是通路一般對于 1到 的指令產(chǎn)生電感。該 nH 級電感是通過高速數(shù)字邊緣率出現(xiàn)的大阻抗，這樣的阻抗足以使數(shù)字信號在通路上產(chǎn)生噪聲，該噪聲可以耦合至模擬接地，因此在 ADC 的輸入端產(chǎn)生模擬噪聲。因此應盡量避免在相同位置的接地板中布置模擬地和數(shù)字地插針，但是一定要確保模擬和數(shù)字接地插針應該有相同的電位，更重要的是，需要把數(shù)字輸出驅(qū)動器回路排針與其它接地排針分隔開。 我們盡量在所有 IC 器件的電源輸入出采用一個 的瓷片電容和一個100uF 的電解電容并聯(lián)接地，形成一個電荷池，有效地抑制了 IC 對電源的影響。電容連線靠近電源并盡量短粗，一般我們直接用焊錫連接。模塊與模塊之間的信號用同軸線，可以有效地屏蔽