【文章內(nèi)容簡介】 803 數(shù)碼管段碼驅(qū)動接口P2. 0P2. 7 PNP9012 基極 數(shù)碼管段碼驅(qū)動接口P1. 0 X5045SI X5045 串行輸入端P1. 1 X5045SCK X5045 串行時鐘端P1. 2 X5045CS X5045 片選端P1. 3 X504550 X5045 串行輸出端P1. 4 工作狀態(tài)指示燈P1. 5 DS1302CLK DS1302 時鐘線 DS1302I/O DS1302 數(shù)據(jù)線P1. 7 DS1302RST DS1302 復(fù)位線P3. 0 P3. 1 數(shù)據(jù)采集輸入端P3. 3 人體存在傳感器輸出信號端P3. 4 超時報警信號輸入端P3. 7 光敏三極管輸入信號端 圖 23 系統(tǒng)供電電路 數(shù)據(jù)采集電路教室的環(huán)境光強度和人體存在與否是系統(tǒng)主要的輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光照強度和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對象。常見的環(huán)境光強度采集器件主要有光敏二極管和光敏三極管，考慮抗干擾的需要，選用靈敏度較高的光敏三極管。此外，人體存在傳感器要求靈敏度高，可靠性強。一、環(huán)境光強度采集電路光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為電量的傳感器。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的功能外，還具有對電信號的放大功能。在無光照時，三極管的穿透電流很小，為暗電流，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光照強度變化而變化的電信號。光敏三極管具有靈敏度高，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，壽命長等特點。環(huán)境光采集電路原理如圖為 24 所示。當(dāng)環(huán)境光照強度大于一定程度時，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)低阻狀態(tài)≤1KΩ，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)環(huán)境光強度小于一定程度時，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)高阻狀態(tài)≥100Ｋ，使三極管 Q12 截止，集電極輸出高電平。其中調(diào)節(jié) R26 阻值，可使三極管 Q12 受環(huán)境光強度影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。圖 24 環(huán)境光電路R2510k Q12NPND6PHOTOR26470k+5vp27二、人體存在信號采集電路人體存在傳感器采用 HP208NL 人體感應(yīng)模塊(低電平輸出)?；诩t外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，靈敏度高，可靠性強，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器中。人體傳感器的 1 號引腳為電源信號端 VCC，2 號引腳為采集信號輸出端OUT， 3 號引腳為地信號端 GND。其硬件連接如圖 25。1 2 3H P2 0 8C6 8 0 p fV CCp 3 .3圖 25 人體存在信號采集電路HP208NL 功能特點：全自動感應(yīng)：人進入其感應(yīng)范圍則輸出低電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉低電平，輸出待機時的高電平。兩種觸發(fā)方式：a. 不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出低電平后，延時時間段一結(jié)束，輸出將自動從低電平變?yōu)楦唠娖?；：即感?yīng)輸出低電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動，其輸出將一直保持低電平，直到人離開后至延時結(jié)束，低電平跳變?yōu)楦唠娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點).具有感應(yīng)封鎖時間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后，待延時時間一結(jié)束，可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間段，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號。此功能可以實現(xiàn)“感應(yīng)輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時間可設(shè)置在零點幾秒—幾十秒鐘)。微功耗：靜態(tài)電流50 微安，特別適合干電池供電的電器產(chǎn)品；輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接；技術(shù)參數(shù)：工作電壓： 至 DC24V 均可；輸出低電平：0V，待機時的高電平為 ；延時時間：可制作范圍零點幾秒—十幾分鐘；封鎖時間：可制作范圍零點幾秒—幾十秒；觸發(fā)方式：L 不可重復(fù)；H 可重復(fù)；感應(yīng)范圍：140 度錐角，7 米以內(nèi)；工作溫度：20—+70 度。 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，因此本研究還加入硬件時鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運行。考慮到本系統(tǒng)停電時需為時鐘電路提供電源、且不占用太多單片機資源，于是采用具有充電能力的實時時鐘芯片 DS1302，作為臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器。此芯片采用的是串行通信方式，還可為掉電保護電源提供充電功能，也可以將此功能關(guān)閉。該芯片對年、月、日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 —。DS1302 只需三根線即可與單片機進行通信，體積小，使用簡單，時鐘精度較高，滿足系統(tǒng)的要求，其引腳圖如圖 26 所示。圖 26 DS1302 的引腳圖各引腳的功能為：Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當(dāng) Vcc2Vcc1+ 時，由 Vcc2 向DS1302 供電，當(dāng) Vcc2 Vcc1 時，由 Vcc1 向 DS1302 供電。SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線；CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。DS1302 與單片機接口電路連接如圖 27，其中 Vcc2 外接 可充電的鋰電池，為 DS1302 的備用電源。Vcc1 外接供電模塊的穩(wěn)定輸出電壓+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。 X1 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 引腳，進行時鐘控制。 。圖 27 時鐘電路 繼電器驅(qū)動電路繼電器驅(qū)動接口電路如圖 28 所示，這里繼電器由相應(yīng)的 PNP 型號的 9012三極管來驅(qū)動。開機時，單片機初始化后的 、 為高電平，三極管截止，所以開機后繼電器始終處于釋放狀態(tài)。如果 、 為低電平，三極管的基極就會被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會得電吸合，從而驅(qū)動負載，點亮相應(yīng)電燈。繼電器的輸出端并聯(lián) 100 歐的電阻和 6800 皮法電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動勢的功能，保護相應(yīng)的驅(qū)動三極管，這種繼電器驅(qū)動方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡單。 圖 28 繼電器驅(qū)動電路 超時報警電路本系統(tǒng)采用的超時報警電路如圖 29 所示。單片機的 端口外加一個10K 的上拉電阻，再經(jīng)過限流電阻 100 歐與三極管 C945 的基極相連。當(dāng) 端口為低電平，即基極為低電平時，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音，以示教室燈工作超時。若 端口為高電平，即基極為高電平時，三極管截止，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。本系統(tǒng)采用超時報警電路方便了管理人員對教室燈的管理，能夠科學(xué)、有效地管理教室電燈。圖 29 超時報警電路 按鍵控制電路按鍵控制電路如圖 210 所示。按鍵的輸入信號分別接到，，用二極管和與門電路將按鍵信號引到外中斷 0 的引腳。按鍵控制電路采用單片機 P2 口的低 4 個口作按鍵的輸入信號端，信號取自電阻的分壓。當(dāng)按鍵未按下時，— 端口的電壓接近電源電壓，為高電平，當(dāng)某一按鍵按下時，對應(yīng)端口被按紐開關(guān)短接到地，為低電平。單片機檢測 4 個端口電平的變化，從而確定是哪個鍵被按下。鍵盤工作方式采用中斷掃描方式，4 個二極管和 10K 電阻組成與門電路，當(dāng)任一鍵按下時，與門輸出 引腳的電平都會由高為低。 第二功能是外部中斷 0 的輸入引腳，我們利用其電平的變化產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中讀入 P2 口低 4 位信號，確定哪個鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能， 電容和 10K 電阻組成濾波電路，消除按鍵的抖動。圖 210 按鍵控制電路 系統(tǒng)看門狗電路在單片機工作過程中，不可避免的會由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機甚至造成整機癱瘓等情況。為了能夠及時恢復(fù)單片機的工作，只能采用重新復(fù)位的方法，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計中使用看門狗電路，這樣在單片機發(fā)生死機的情況下，看門狗將產(chǎn)生一個復(fù)位信號給單片機，使單片機復(fù)位，重新執(zhí)行程序。由于系統(tǒng)同時需要看門狗和 EEPROM，所以本設(shè)計中使用芯片 X5045。X5045 具有三種常用的功能：看門狗定時器、復(fù)位控制和 EEPROM。這三種功能是集成在單個 8 引腳封裝的 CMOS 器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗功能以及高速三線非易失性存儲器組合在一起，從而在很大程度上降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求，X5045 的引腳排列如圖 211。圖 211 X5045 的引腳圖 看門狗定時器的預(yù)置時間是通過 X5045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表 狀態(tài)寄存器所示，X5045 狀態(tài)寄存器共有 6 位。其中 和看門狗電路有關(guān)，其余位和 EEPROM 的工作設(shè)置有關(guān)。表 狀態(tài)寄存器WD1=0，WD0=0，預(yù)置時間為 ，WD1=0，WD0=1，預(yù)置時間為 ，WD1=1，WD0=0，預(yù)置時間