【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 小型充電電池。如果斷電時(shí)間較短(幾小時(shí)或幾天)時(shí)，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。100μF就可以保證l小時(shí)的正常走時(shí)。DS1302在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。 系統(tǒng)供電電路設(shè)計(jì)要取得+5V電壓，若選用12V的變壓器，整流濾波后輸出往往大于12V，會(huì)使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度較高。故不選用輸出電壓為12V的變壓器，而選用輸出電壓為9V的變壓器。系統(tǒng)接通22OV交流電源后，將220V交流電變壓到9V，經(jīng)過(guò)二極管全波整流、電解電容CC2濾波，再經(jīng)一只正輸出穩(wěn)壓器LM78O5，為了緩沖負(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，輸出端還采用了電容CC4，最后得到+5V的直流工作電源，用于給控制系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)及其它外圍電路的VCC端供電。其供電原理圖如圖26。圖26 系統(tǒng)供電原理圖在硬件時(shí)鐘模塊中，為了在斷電后硬件時(shí)鐘能夠正常運(yùn)行，故采用主從雙電源供電方式。硬件時(shí)鐘一般在系統(tǒng)的+5V主電源情況下工作，而只有系統(tǒng)+5V主電源消失的情況下，為確保硬件時(shí)鐘的正常運(yùn)行。具體電路及其原理已在前面的系統(tǒng)時(shí)鐘電路部分詳細(xì)說(shuō)明。 環(huán)境光采集電路設(shè)計(jì)教室中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光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)境光采集器件光電傳感器有光敏二極管和光敏三極管，根據(jù)需求，選用靈敏度較高的光敏三極管。光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。在無(wú)光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流Iceo=(1+β)Icbo。有光照時(shí)，產(chǎn)生的Ib增大，成為光電流Ie=(1+β)Ib。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)。因此光敏三極管靈敏度高，而且體積小、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)等優(yōu)點(diǎn)。環(huán)境光采集電路原理圖如圖27所示。當(dāng)自然光強(qiáng)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)自然光強(qiáng)小于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)高阻狀態(tài)≥1OOKΩ，使三極管Q12截止，集電極輸出高電平。其中可變電阻R26可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)R26阻值的大小，使Q12三極管受環(huán)境光影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。圖27 環(huán)境光采集電路原理圖 人體存在傳感器電路設(shè)計(jì)自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動(dòng)紅外傳感器。與量子型相比，響應(yīng)的紅外線波長(zhǎng)范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點(diǎn)相反，而且要求冷卻條件。本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用了紅外傳感器的原理，它是目前在防盜報(bào)警、火災(zāi)檢測(cè)、自動(dòng)門、自動(dòng)水龍頭、自動(dòng)電梯、自動(dòng)照明等場(chǎng)合，及非接觸溫度測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。其原因?yàn)椋孩俦粶y(cè)對(duì)象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；②、351Lm、814lLm三個(gè)被稱為“大氣窗口”的特定光通量的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測(cè)；③中、遠(yuǎn)紅外線不受可見(jiàn)光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)。 人體存在傳感器工作原理人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10μM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就靠探測(cè)人體發(fā)射的10μM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μM左右的紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號(hào)。(1)這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10μM左右的紅外輻射非常敏感。(2)為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。(3)人體存在的探測(cè)，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。(4)一旦有人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被人體存在傳感器的熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而輸出有人體存在的信號(hào)。(5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距(感應(yīng)距離)，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。人體傳感器透鏡的信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖如圖28所示。圖28人體傳感器透鏡的信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖有人進(jìn)入時(shí)，移動(dòng)人體發(fā)出的紅外線被紅外傳感器接收，則人體存在被感應(yīng)，并輸出高電平。若人體進(jìn)入最不敏感移動(dòng)方向時(shí)，則人體傳感器所體現(xiàn)的信號(hào)就會(huì)不理想，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，所以要特別注意人體傳感器的安裝方向。 人體存在傳感器的特性與電路設(shè)計(jì)人體傳感器HP208是的基于紅外線技術(shù)的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下：(l)感應(yīng)為全自動(dòng)方式，人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)輸出高電平()，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平()，其高低電平利于采集；(2)采用可重復(fù)觸發(fā)方式。即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)8秒15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑?3)人體傳感器工作電壓寬為DC3VDC24V；(4)人體傳感器制作成錐面形狀，感應(yīng)范圍大，小于140度錐角，感應(yīng)距離為7米以內(nèi)；(5)其靜態(tài)電流小于50微安，功耗低；(6)工作溫度介于150和+700之間，適應(yīng)性強(qiáng)；(7)靈敏度高，可靠性強(qiáng)。人體傳感器的1號(hào)引腳為電源信號(hào)端，3號(hào)引腳為地信號(hào)端，2號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。在電路設(shè)計(jì)中，為了使人體傳感器的工作更加可靠，介于人體傳感器的信號(hào)引腳2與地信號(hào)引腳3之間加一個(gè)68O0pF的電容，，增加人體存在傳感器輸出信號(hào)的可靠性，其電路原理圖如圖29所示。圖29 人體傳感器電路原理圖 繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路設(shè)計(jì)繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖210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)，開機(jī)時(shí)，三極管截止，所以開機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，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)100Ω的電阻和6800pF電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。每個(gè)繼電器都有一對(duì)常開常閉的觸點(diǎn)，便于在其他電路中使用，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210繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖 報(bào)警電路設(shè)計(jì)在教室中，若采用手動(dòng)方式控制時(shí)，一方面由于學(xué)生及管理人員的疏忽，教室里沒(méi)有人而燈還亮著，導(dǎo)致教室燈工作超時(shí)，能源浪費(fèi)，于是本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路，以聲音的方式來(lái)提醒管理人員是否關(guān)閉電源。另一方面由于學(xué)生學(xué)習(xí)緊張，在夜里忘了時(shí)間點(diǎn)，學(xué)習(xí)期間開燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，致使教室燈工作超時(shí)，于是本系統(tǒng)報(bào)警電路就會(huì)發(fā)出聲音，提醒學(xué)生應(yīng)該休息了。這樣，還可以更好地保護(hù)公共設(shè)施。，再經(jīng)過(guò)限流電阻100歐與三極管C945的基極相連。，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)。，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)教室的管理，能夠更好地、及時(shí)地管理教室。圖211 超時(shí)報(bào)警的電路 數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)顯示是人機(jī)交互對(duì)話的一個(gè)重要通道。通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而便于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行必要的操作。本系統(tǒng)中采用共陽(yáng)極的數(shù)碼管，其中采用ULN2803作為驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的段選的芯片，采用簡(jiǎn)單又便宜的9012三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的位選，節(jié)約成本，程序編寫簡(jiǎn)單。考慮到數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求的驅(qū)動(dòng)電流較大，采用功率驅(qū)動(dòng)器件ULN2803。此芯片是八組NPN型達(dá)林頓功放三極管集成芯片，典型的輸入電壓是5V，集電極輸出功率可達(dá)50V600mA。因此采用ULN2803作為共陽(yáng)數(shù)碼管的段信號(hào)驅(qū)動(dòng)器，而共陽(yáng)數(shù)碼管的位信號(hào)驅(qū)動(dòng)則采用8個(gè)晶體管9012來(lái)實(shí)現(xiàn)。又由于ULN2803為低電平驅(qū)動(dòng)，所以數(shù)據(jù)送到單片機(jī)端口之前，應(yīng)在程序中先將數(shù)據(jù)取反，然后將數(shù)據(jù)送到與ULN2803輸入端口相連接單片機(jī)的PO端口即可，簡(jiǎn)化軟件程序。圖212為顯示驅(qū)動(dòng)模塊。圖212 顯示驅(qū)動(dòng)模塊3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再配上相應(yīng)的軟件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關(guān)系。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出方法確定后，程序軟件就可以完全獨(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用合理的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，總體設(shè)計(jì)采用自上至下的設(shè)計(jì)思想將