【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 技術(shù)并以開(kāi)關(guān)電容逐次逼近原理工作的 8 位串行A／ D 芯片，可與通用微處理器、控制器通過(guò) I／ O CLOCK、 CS、 DATA OUT 三條口線進(jìn)行串行接口。 TLC549 具有 4MHz 的片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為 17μs，允許的最高轉(zhuǎn)換速率為 40000 次 /s?？偸д{(diào)誤差最大為177。0 ． 5LSB，典 型功耗值為 6 mW。 TLC549 采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，由于其 VREF接地時(shí)， (VREF+)(VREF)≥1 V，故可用于較小信號(hào)的采樣，此外，該芯片還單電源 3～ 6v 的供電范圍?？傊?， TLC549具有控制口線少，時(shí)序簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，價(jià)格便宜等特點(diǎn)，適用于低功耗袖珍儀器上的單路 A/D 采樣，也可將多個(gè)器件并聯(lián)使用。它的工作原理是TLC549 帶有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與 I／ O CLOCK 是獨(dú)立工作的，無(wú)需特殊的速度或相位匹配。當(dāng) CS 為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸 DATA OUT 端 處于高阻狀態(tài)，此時(shí) I／O CLOCK 不起作用。這種 CS控制作用允許在同時(shí)使用多片 TLc549 時(shí)，共用 I／ OcLOCK，以減少多路 (片 )A／ D 使用時(shí)的 I／ O 控制端口。 基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究 9 圖 32 A\D模塊 圖 33 A/D轉(zhuǎn)換器 熱釋電紅外人體檢測(cè)模塊電路 人體存在傳感器的工作原理 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)采用的是熱釋電紅基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究 10 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大氣對(duì) 、 351LM、 81411M 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)。 人體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的工作原理及特性如下： 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叫左右的紅外線通過(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 10μ M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 34， 基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究 11 圖 34 信號(hào)采集敏感區(qū) 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。 人體存在信號(hào)采集電路 人體傳感器 HP208 是 深圳市浩博特電子有限公司研發(fā)和生產(chǎn)的基于紅外線技術(shù)的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下： (1) 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 (高 ），人離開(kāi)感 應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平 (低 )，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(kāi)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 15176。和 +700176。之間，適應(yīng)性強(qiáng)； (7) 靈敏度高，可靠性強(qiáng)。 人體傳感器 HP208 型號(hào)的正視圖如圖 35 所示： 基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究 12 圖 35 人體傳感器 HP208型號(hào) 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) 6800PF 的電容，另外人體存在傳感器的信號(hào)引腳 2 與單片 機(jī)的 引腳相連， 引腳再接一個(gè) 100ＫＱ 的上拉電阻，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 36. 圖 36 人體傳感器電路圖 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，控制系統(tǒng)的時(shí)間應(yīng)符合學(xué)校的作息時(shí)闖。比如晚間休息、假期等時(shí)聞段應(yīng)該關(guān)掉教室燈光控制系統(tǒng)，以節(jié)約 能源，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。 硬件時(shí)鐘芯片的選取極其接口電路 基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究 13 傳統(tǒng)的時(shí)鐘芯片，如 MCL4681 MC68H68T、 LM8365 等，這些芯 片的引腳太多，體積大，占用的口線多。而現(xiàn)在流行的串行時(shí)鐘芯片很多，如 DSL30DSL30 DSL30 PCF8485 等，這些電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用?？紤]到 本系統(tǒng)停電時(shí)只需對(duì)時(shí)鐘電路提供電源、且不需要占用太多單片杌資源，本系統(tǒng)采用美國(guó) DALLAS 有充電能力的低功耗 1 8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 OS1302 的是串行通信方式，還可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。它可以對(duì)年、月、日、周日、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 ,DL302 的升級(jí)產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源／后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。而且本系統(tǒng)采用的 DS1202 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， 可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能的時(shí)鐘芯片 DS1202的引腳圖如圖37 所示 圖 37 時(shí)鐘芯片 DS1202的引腳圖 DS1302 與單片機(jī)接口電路連接原理圖如圖 38，其中 Vcc2：外接 可充電的鋰電池，為 DS1032 的備用電源。 Vcc1外接系統(tǒng)供電模塊的輸出穩(wěn)定電壓+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。 X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)啟基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究 14 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) 引腳，進(jìn)行時(shí)鐘控制。數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 I/O 接單片機(jī) 引腳， 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 圖 38 DS1302與單片機(jī)接口電路連接原理圖 硬件時(shí)鐘芯片的引腳功能極其工作原理 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。RST 輸入有兩種功能：首先 ， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次 RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) RST 為高電平時(shí)，所有的數(shù) 據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302 迸行操作．如果在傳送過(guò)程中RST 置為低電平，就會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc≥205V之前， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將RST 置為高電平。 I/O 為串行數(shù) 據(jù)輸入輸出端（雙向），后面有詳細(xì)說(shuō)明。 SCLK始終是輸入端。 硬件時(shí)鐘芯片 DS1032 與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位 MSB(D7)必須為邏輯 1，如果 D7=0，則禁止寫DS1032，即寫保護(hù)； D6=0，指定時(shí)鐘數(shù)據(jù)， D6=1,指定 RAM 數(shù)據(jù)； D5D1指定輸入或輸出的特 定寄存器；最低位 LSB(D0)為邏輯 0，指定寫操作（輸入）， D0=1，指定讀操作 (輸出 )。 在 DS1032 的時(shí)鐘日歷或 RAM 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)， DS1032 必須首先發(fā)送命令字節(jié)。 若進(jìn)行單字節(jié)傳送， 8 位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下 2個(gè) SCLK 周期的上升沿輸入 數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下 8 個(gè) SCLK 周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 DS1032 與 RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè) RAM 單元，共 31 個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè) 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 COH～ FDH，其中奇數(shù)為讀基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究 15 操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的 RAM 的 31 個(gè)字節(jié)。 要特別說(shuō)明的是備用電源，可以用電池或者超級(jí)電 容器 ( 以上 )。雖然 DS1032 在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長(zhǎng)時(shí)間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電 電池，以用老式電腦主板上的 充電電池。如果斷電時(shí)間較短（幾小時(shí)或幾天），就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。 100μF就可以保證 1 小時(shí)的正常走 時(shí)。 DS1032 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)看門狗電路 在單片機(jī)工作過(guò)程中，不可避免的回由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛，死機(jī)甚至照成整機(jī)癱瘓等情況，為了能夠恢復(fù)單片機(jī)的工作，只能采用 復(fù)位的方法。雖然在程序設(shè)計(jì)中，可以使用軟件陷阱的方法來(lái)減少這種情況的發(fā)生，但是不能完全解決這個(gè)問(wèn)題，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計(jì)中使用看門電路，這樣的單片機(jī)發(fā)生死機(jī)的情況下，看門狗將產(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?，F(xiàn)在的 MCU被集成了越來(lái)越多的功能，有的集成了看門狗，如 IMP813L。由于系統(tǒng)需要看門狗和 EEPROM所以本硬件設(shè)計(jì)中使用美國(guó) XICOR公司生產(chǎn)的芯片 X5045。 X5045具有三種功能：看門狗定時(shí)器，復(fù)位控制和 EEPROM集成在單個(gè) 8引腳封裝的 CMOS器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗功 能與高速三線非易失性存儲(chǔ)組合在一起，從而在很大程度上降低了系統(tǒng)成本減少了系統(tǒng)并減少了對(duì)電路板空間的要求， X5045的引腳排列如圖 39。 基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究 16 圖 39 X5045的引腳排列 看門狗定時(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。如表格 32狀態(tài)寄存器所示， X5045狀態(tài)寄存器共有 6位有含義。其中 WDI、 WDO和看門狗電路有關(guān)，其余位和 EEPROM得工作設(shè)置有關(guān)。 表 32 狀態(tài)寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WD1=0,WD0=0,預(yù)置時(shí)間為 。 WD1=0,WD0=1，預(yù)置時(shí)間為 。 WD1=0， WD0=0,預(yù)置時(shí)間為 。 WD1=1,WD0=1,禁止看門工作。 看門狗電路的定時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。 本系統(tǒng)中 X5045的硬件連接圖如圖 310所示 圖 310 本系統(tǒng)中 X5045的硬件連接圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及故障保護(hù)部分由 X5045組成， X5045是一種串行通訊的 512字節(jié) EEPROM，同時(shí)兼有看門狗和電源監(jiān)控功能， X5045有三種可編程看門狗周期，上電和 VCC低于檢測(cè)門限時(shí)，輸出復(fù)位信號(hào)