【文章內(nèi)容簡介】 5SI 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 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運行及問題分析 4 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 管飽和導通，集電極輸出低電平。當環(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?shù)牧炼认聦ā? 圖 24環(huán)境光電路 R 2510 k Q 12N P ND6P H O T OR 2647 0 k+ 5vp27第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設計 5 二、人體存在信號采集電路 人體存在傳感器采用 HP208NL 人體感應模塊 (低電平輸出 )?；诩t外線技術的自動控制產(chǎn)品，靈敏度高，可靠性強，廣泛應用 于各類自動感應電器中。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 P 2 0 8C6 8 0 p fV C Cp 3 .3 圖 25 人體存在信號采集電路 HP208NL 功能特點： 全自動感應：人進入其感應范圍則輸出低電平，人離開感應范圍則自動延時關閉低電平，輸出待機時的高電平。 兩種觸發(fā)方式： ：即感應輸出低電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從低電平變?yōu)楦唠娖剑?：即感應輸出低電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應范圍內(nèi)活動，其輸出將一 直保持低電平，直到人離開后至延時結束，低電平跳變?yōu)楦唠娖剑ǜ袘K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 ). 具有感應封鎖時間：感應模塊在每一次感應輸出后，待延時時間一結束，可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內(nèi)感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現(xiàn) “ 感應輸出時間 ” 和 “ 封鎖時間 ” 兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產(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； H 可重復； 感應范圍： 140 度錐角， 7 米以內(nèi)； 工作溫度： 20— +70 度。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運行及問題分析 6 系統(tǒng)時鐘電路 根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應受到時間的控制，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 Vcc2Vcc1+ 時 ，由 Vcc2 向 DS1302供電，當 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，與單片機的復位信號相連。時鐘輸入端 SCLK接單片機 ，進行時鐘控制。第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設計 7 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，使三極管導通，繼電器就會得電吸合，從而驅(qū)動負載，點亮相應電燈。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，保護相應的驅(qū)動三極管，這種繼電器驅(qū)動方式硬件結構比較簡單。 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 端口為低電平，即基極為低電平時，三極管導通，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、有效地管理教室電燈。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運行及問題分析 8 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。當按鍵未按下時， — 端口的電壓接近電源電壓，為高電平，當某一按鍵按下時，對應端口被按紐開關短接到地，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，在中斷服務程序中讀入 P2 口低 4 位信號，確定哪 個鍵按下，執(zhí)行相應的按鍵功能， 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。為了能夠及時恢復單片機的工作，只能采用重新復位的方法，因此還應該在硬件設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)生一個復位信號給單片機，使單片機復位，重新執(zhí)行程序。由于系統(tǒng)同時需要看門狗和 EEPROM，所以本設計中使用芯片 X5045。 第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設計 9 X5045 具有三種常用 的功能：看門狗定時器、復位控制和 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 看門狗定時器的預置時間是通過 X5045 的狀態(tài)寄存器的相應位來設定的。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，其余位和 EEPROM 的工作設置有關。 表 狀態(tài)寄存器 WD1=0， WD0=0， 預置時間為 ， WD1=0， W