【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5SI X5045 串行輸入端 P1. 1 X5045SCK X5045 串行時(shí)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(shí)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(hào)端 P3. 4 超時(shí)報(bào)警信號(hào)輸入端 P3. 7 光敏三極管輸入信號(hào)端 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)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(qiáng)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(qiáng)度和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對(duì)象。常見(jiàn)的環(huán)境光強(qiáng)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(qiáng)。 一、環(huán)境光強(qiáng)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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的功能外，還具有對(duì)電信號(hào)的放大功能。在無(wú)光照時(shí)，三極管的穿透電流很小，為暗電流，有光照時(shí)，產(chǎn)生的 Ib 增大，成為光電流 Ie，光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。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(zhǎng)等特點(diǎn)。 環(huán)境光采集電路原理如圖為 24 所示。當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度大于一定程度時(shí)，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(qiáng)度小于一定程度時(shí)，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(qiáng)度影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。 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(shè)計(jì) 5 二、人體存在信號(hào)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(dòng)控制產(chǎn)品，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用 于各類自動(dòng)感應(yīng)電器中。人體傳感器的 1 號(hào)引腳為電源信號(hào)端 VCC， 2 號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端 OUT， 3 號(hào)引腳為地信號(hào)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(hào)采集電路 HP208NL 功能特點(diǎn)： 全自動(dòng)感應(yīng)：人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出低電平，人離開(kāi)感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉低電平，輸出待機(jī)時(shí)的高電平。 兩種觸發(fā)方式： ：即感應(yīng)輸出低電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從低電平變?yōu)楦唠娖剑?：即感應(yīng)輸出低電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動(dòng)，其輸出將一 直保持低電平，直到人離開(kāi)后至延時(shí)結(jié)束，低電平跳變?yōu)楦唠娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn) ). 具有感應(yīng)封鎖時(shí)間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后，待延時(shí)時(shí)間一結(jié)束，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號(hào)。此功能可以實(shí)現(xiàn) “ 感應(yīng)輸出時(shí)間 ” 和 “ 封鎖時(shí)間 ” 兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測(cè)產(chǎn)品；同時(shí)此功能可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。 (此時(shí)間可設(shè)置在零點(diǎn)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(hào)：可方便與各類電路實(shí)現(xiàn)對(duì)接； 技術(shù)參數(shù)：工作電壓： 至 DC24V 均可； 輸出低電平： 0V，待機(jī)時(shí)的高電平為 ； 延時(shí)時(shí)間：可制作范圍零點(diǎn)幾秒 — 十幾分鐘； 封鎖時(shí)間：可制作范圍零點(diǎn)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。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析 6 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時(shí)間的控制，因此本研究還加入硬件時(shí)鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。 考慮到本系統(tǒng)停電時(shí)需為時(shí)鐘電路提供電源、且不 占用太多單片機(jī)資源，于是采用具有充電能力的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302， 作為臨時(shí)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(hù)電源提供充電功能，也可以將此功能關(guān)閉。該芯片對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 — 。 DS1302 只需三根線即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，體積小，使用簡(jiǎn)單，時(shí)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(shí) ，由 Vcc2 向 DS1302供電，當(dāng) Vcc2 Vcc1 時(shí)，由 Vcc1 向 DS1302 供電。 SCLK：串行時(shí)鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號(hào)，在讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)期間，必須為高。 DS1302 與單片機(jī)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(yùn)行時(shí)， 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(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。 RST 是復(fù)位 /片選線，通過(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)相連。時(shí)鐘輸入端 SCLK接單片機(jī) ，進(jìn)行時(shí)鐘控制。第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì) 7 圖 27 時(shí)鐘電路 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖 28 所示，這里繼電器由相應(yīng)的 PNP 型號(hào)的 9012三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)。開(kāi)機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的 、 為高電平，三極管截止，所以開(kāi)機(jī)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(huì)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(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)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(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。 圖 28 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 超時(shí)報(bào)警電路 本系統(tǒng)采用的超時(shí)報(bào)警電路如圖 29 所示。單片機(jī)的 端口外加一 個(gè) 10K的上拉電阻，再經(jīng)過(guò)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(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音，以示教室燈工作超時(shí)。若 端口為高電平，即基極為高電平時(shí)，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(shí)報(bào)警電路方便了管理人員對(duì)教室燈的管理，能夠科學(xué)、有效地管理教室電燈。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析 8 圖 29超時(shí)報(bào)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(hào)分別接到 ， ， ，用二極管和與門(mén)電路將按鍵信號(hào)引到外中 斷 0 的引腳 。按鍵控制電路采用單片機(jī) P2 口的低 4 個(gè)口作按鍵的輸入信號(hào)端，信號(hào)取自電阻的分壓。當(dāng)按鍵未按下時(shí)， — 端口的電壓接近電源電壓，為高電平，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)端口被按紐開(kāi)關(guān)短接到地，為低電平。單片機(jī)檢測(cè) 4 個(gè)端口電平的變化，從而確定是哪個(gè)鍵被按下。鍵盤(pán)工作方式采用中斷掃描方式， 4 個(gè)二極管和 10K電阻組成與門(mén)電路，當(dāng)任一鍵按下時(shí)，與門(mén)輸出 引腳的電平都會(huì)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(hào)，確定哪 個(gè)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(dòng)。 圖 210按鍵控制電路 系統(tǒng)看門(mén)狗電路 在單片機(jī)工作過(guò)程中，不可避免的會(huì)由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機(jī)甚至造成整機(jī)癱瘓等情況。為了能夠及時(shí)恢復(fù)單片機(jī)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(jì)中使用看門(mén)狗電路，這樣在單片機(jī)發(fā)生死機(jī)的情況下，看門(mén)狗將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)給單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位，重新執(zhí)行程序。由于系統(tǒng)同時(shí)需要看門(mén)狗和 EEPROM，所以本設(shè)計(jì)中使用芯片 X5045。 第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì) 9 X5045 具有三種常用 的功能：看門(mén)狗定時(shí)器、復(fù)位控制和 EEPROM。這三種功能是集成在單個(gè) 8 引腳封裝的 CMOS 器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門(mén)狗功能以及高速三線非易失性存儲(chǔ)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(duì)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(mén)狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò) X5045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)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(mén)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(shí)間為 ， WD1=0， W