【文章內(nèi)容簡介】 小型充電電池。如果斷電時間較短(幾小時或幾天)時，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小時的正常走時。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)整時間。 系統(tǒng)供電電路設(shè)計要取得+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鐘模塊中，為了在斷電后硬件時鐘能夠正常運行，故采用主從雙電源供電方式。硬件時鐘一般在系統(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，為確保硬件時鐘的正常運行。具體電路及其原理已在前面的系統(tǒng)時鐘電路部分詳細(xì)說明。 環(huán)境光采集電路設(shè)計教室中的環(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)采集的主要對象。常見的環(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轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。在無光照時三極管的穿透電流很小，為暗電流Iceo=(1+β)Icbo。有光照時，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度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。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、壽命長等優(yōu)點。環(huán)境光采集電路原理圖如圖27所示。當(dāng)自然光強大于一定程度時，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)自然光強小于一定程度時，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)計自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進(jìn)行檢測。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紅外傳感器。與量子型相比，響應(yīng)的紅外線波長范圍較寬，價格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點相反，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，它是目前在防盜報警、火災(zāi)檢測、自動門、自動水龍頭、自動電梯、自動照明等場合，及非接觸溫度測量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。其原因為：①被測對象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；②、351Lm、814lLm三個被稱為“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；③中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測。 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，所以會發(fā)出特定波長10μM左右的紅外線，被動式紅外探頭就靠探測人體發(fā)射的10μM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(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)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號。(1)這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對波長為10μM左右的紅外輻射非常敏感。(2)為了僅僅對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，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個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，于是探測器無信號輸出。(4)一旦有人進(jìn)入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，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)信號處理而輸出有人體存在的信號。(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，視場越多，控制越嚴(yán)密。人體傳感器透鏡的信號采集敏感區(qū)示意圖如圖28所示。圖28人體傳感器透鏡的信號采集敏感區(qū)示意圖有人進(jìn)入時，移動人體發(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)入最不敏感移動方向時，則人體傳感器所體現(xiàn)的信號就會不理想，有時還會產(chǎn)生誤動作，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)為全自動方式，人進(jìn)入感應(yīng)范圍時輸出高電平()，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(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，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時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；(7)靈敏度高，可靠性強。人體傳感器的1號引腳為電源信號端，3號引腳為地信號端，2號引腳為采集信號輸出端。在電路設(shè)計中，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引腳2與地信號引腳3之間加一個68O0pF的電容，，增加人體存在傳感器輸出信號的可靠性，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)動接口電路設(shè)計繼電器驅(qū)動接口電路如圖210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，三極管截止，所以開機后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，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(fù)載，點亮相應(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。每個繼電器都有一對常開常閉的觸點，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210繼電器驅(qū)動電路圖 報警電路設(shè)計在教室中，若采用手動方式控制時，一方面由于學(xué)生及管理人員的疏忽，教室里沒有人而燈還亮著，導(dǎo)致教室燈工作超時，能源浪費，于是本系統(tǒng)采用超時報警電路，以聲音的方式來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，在夜里忘了時間點，學(xué)習(xí)期間開燈時間過長，致使教室燈工作超時，于是本系統(tǒng)報警電路就會發(fā)出聲音，提醒學(xué)生應(yīng)該休息了。這樣，還可以更好地保護公共設(shè)施。，再經(jīng)過限流電阻100歐與三極管C945的基極相連。，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。，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的管理，能夠更好地、及時地管理教室。圖211 超時報警的電路 數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路設(shè)計系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)顯示是人機交互對話的一個重要通道。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運行的狀態(tài)，從而便于對整個系統(tǒng)進(jìn)行必要的操作。本系統(tǒng)中采用共陽極的數(shù)碼管，其中采用ULN2803作為驅(qū)動數(shù)碼管的段選的芯片，采用簡單又便宜的9012三極管來驅(qū)動數(shù)碼管的位選，節(jié)約成本，程序編寫簡單?？紤]到數(shù)碼管驅(qū)動信號要求的驅(qū)動電流較大，采用功率驅(qū)動器件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作為共陽數(shù)碼管的段信號驅(qū)動器，而共陽數(shù)碼管的位信號驅(qū)動則采用8個晶體管9012來實現(xiàn)。又由于ULN2803為低電平驅(qū)動，所以數(shù)據(jù)送到單片機端口之前，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的PO端口即可，簡化軟件程序。圖212為顯示驅(qū)動模塊。圖212 顯示驅(qū)動模塊3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 在單片機硬件系統(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立的進(jìn)行設(shè)計。在程序設(shè)計過程中，采用合理的程序設(shè)計結(jié)構(gòu)是一項關(guān)鍵技術(shù)。在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，總體設(shè)計采用自上至下的設(shè)計思想將