【正文】 如圖 所示。 X1， X2連接 的石英晶振，為芯片提供實(shí)時(shí)的電脈沖。當(dāng) VCC2 大于 VCC1+ 時(shí)， VCC2 給 DS1302 供電。在雙電源系統(tǒng)中 VCC2 提供主電源， VCC1 連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。該電路為混合電壓系統(tǒng)，液晶顯示模塊 OCMJ4x8B 需 5V電壓，單片機(jī)需 電壓， I/O 口的最大邏輯電平是 ，不可以直接相連，所以必須通過電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電平的匹配，這里采用 TI的雙向驅(qū)動(dòng)器 74LS245 來實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計(jì)均采用寄生電源供電，如前所述，為保證電路的正常運(yùn)行，溫度值的精確獲取，盡量采用電源供電方 式。圖中每一個(gè) I/O 口上都連接了一個(gè)溫度傳感器，程序?qū)崿F(xiàn)中只需執(zhí)行 Skip ROM 命令后即可對所有在線器件進(jìn)行操作；為典型的單總線制，允許與一個(gè) I/O口相連的線上連接多個(gè)器件，開機(jī)后需逐個(gè)上電獲取 64bit 序列號(hào)，并存儲(chǔ)到數(shù)組中。其中 XTAL XTAL2分別為單片機(jī)提供正常工作時(shí)鐘脈沖。 單元電路原理圖 本節(jié)主要討論 各級(jí)電路圖的原理及實(shí)現(xiàn)方法。當(dāng)把數(shù)據(jù)記錄完畢后，按返回 鍵，即可從中斷停止處重新開始溫度循環(huán)顯示。 圖 溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 該系統(tǒng)的工作流程為：開機(jī)后，八路溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)的循環(huán)送至單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的處理在顯示器上顯示出來，編程可實(shí)現(xiàn)顯示間隔得電源 獨(dú)立式鍵盤 液晶顯示 日歷時(shí)鐘芯片 MSP430 單片機(jī) 八路溫度傳感器 19 調(diào)整，可以一秒也可以兩秒。 圖 所示為本次溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖。采集教室溫度可實(shí)現(xiàn)當(dāng)室內(nèi)溫度較高時(shí)及時(shí)開啟風(fēng)扇，當(dāng)室內(nèi)溫度較低時(shí)及時(shí)向教室送暖；而學(xué)生信息的采集則是通過無接觸 IC 卡，學(xué)生只需要在上課前刷卡并經(jīng)由相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理就可以完成點(diǎn)名及有關(guān)的操作，從而簡化對學(xué)生考勤的程序，節(jié)約老師點(diǎn)名的時(shí)間。圖中并聯(lián)在按鍵兩端的電容用于按鍵的消抖。例如，如果需要開啟教室內(nèi)的第一組和第二組日光燈，我們首先要按下 K1 按鍵，然后按一次 K2 按鍵，此時(shí) 教室內(nèi)的第一組日光燈就打開了，緊接著再按一次 K2 按鍵，教室內(nèi)的第二組日光燈也打開了，從而完成了教室內(nèi)第一組和第二組日光燈的開啟。為了節(jié)省單片機(jī)的I/O 端口，每個(gè)按鍵都采用一鍵多功能的方式對用電設(shè)備進(jìn)行開關(guān)控制，系統(tǒng)中采用三個(gè)獨(dú)立的按鍵，即日光燈開關(guān)組按鍵、風(fēng)扇開關(guān)按鍵、開關(guān)指示按鍵來開啟或者關(guān)閉教室用電設(shè)備，如圖 所示。 圖 PIC18F458 讀寫 RC522 流程圖 對用電設(shè)備的控制方式有兩種，一是采用現(xiàn)場按鍵進(jìn)行開關(guān)；二是利用上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)。對 卡 的寫才做必須按照一定的格式進(jìn)行，一個(gè) 塊的數(shù)據(jù)組成如下： 15 11 87 43 0 /address address /address address number /number number 注意： address 值無意義，但是 number 值寫入時(shí)必須在 4 到 7 字節(jié)中存入取反值。 MIFARE 卡數(shù)據(jù)加密時(shí)以扇區(qū)為單位，一次加密認(rèn)證僅僅能操作一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)。需要注意的是，其中只有16 個(gè)字節(jié)是讀取的塊數(shù)據(jù)，另外兩個(gè)字節(jié)為填充字節(jié)。 StepB：寫數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)字節(jié)（ 16 字節(jié)） CRC（ 2字節(jié)） 若寫入成功，則 MIFARE 卡返 回 4比特應(yīng)答， 數(shù) 值還是 1010；若不是 1010，則表示寫入失敗。以寫卡 指令為例， MIFARE 卡要求兩步握手，指令格式分別如下所示： StepA：查詢塊狀態(tài) 命令碼（ 0xA0） 塊地址 若 ‘ 塊 ’ 準(zhǔn)備好了，則 MIFARE 卡返回 4比特應(yīng)答。 14443A 協(xié)議中并沒有具體規(guī)定對卡的讀寫操作方式，故對每種卡的讀寫操作必須考慮該卡的存儲(chǔ)區(qū)域組織形式和應(yīng)答形式。只有完全通過認(rèn)證后，才可以對卡片進(jìn)行Write/Read 操作。玫瑰粉 Sector的 Block3 都存放在本扇區(qū)自己的密碼 KeyA、 KeyB 和 Access Bits。 ○4Authentication（密碼認(rèn)證） 16 MifareIS50卡有 1KB容量，氛圍 16個(gè)扇區(qū)； Sector0至 Sector15，每個(gè) Sector扇區(qū)包括 4個(gè) Block，每個(gè) Block 具有 16 個(gè) bye 的存儲(chǔ)容量。它表示此時(shí)整個(gè) UID 都被識(shí)別，防止沖突流程結(jié)束。 MIFARE 卡內(nèi)有 4字節(jié)的全球唯一序列號(hào) UID，而 RC522 防止沖突處理的目的就在于最終確定MIFARE 卡的 UID。在某一時(shí)刻 ， 若多個(gè)卡占用射頻信道與讀卡器通訊。 ○1請求 Request Std/Request All 當(dāng)有天線 有效工作距離內(nèi)檢測到卡片， RC522 發(fā)送 Request Std/Request ALL請求指令，卡片接收到請求指令后返回握手信號(hào)，從而判斷操作是否成功。但是 PIC18F458 并不是通過簡單的指令就可以讀寫 IC 卡片，需要一系列的操作才能完成通訊。需要注意的是，由于 RC522 支持的數(shù)字接口形式多種多樣，因此芯片在每次復(fù)位時(shí)都會(huì)檢測外部引腳連接關(guān)系。本設(shè)計(jì)采用的是 SPI 接口方式，其電路原理如圖 所示。帶低功耗功能的硬件復(fù)位和軟件掉電模式，還有內(nèi)部的自檢電路。 MFRC522 內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近 距離操作 的天線，而且緩沖輸出接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的調(diào)解和解碼電路，用于 ISO14443A 兼容的應(yīng)答器信號(hào)，讀 、 寫卡 的 距離可以達(dá)到 5cm，數(shù)字部分支持CRYPTOl 加密算法用于驗(yàn)證 Mifare 系列產(chǎn)品，該芯片支持與 ISO14443A 卡進(jìn)行106kibt/s 以及更高速度 212kbit/s 和 424kbit 的數(shù)據(jù)傳輸。軟件流程如圖 所示 14 圖 學(xué)生人數(shù)統(tǒng)計(jì)流程圖 非接觸 IC卡數(shù)據(jù)采集與處理 （ 1）非接觸 IC 大學(xué)校園里面都是實(shí)行的無固定座位的管理模式，因此給許多任課老師帶來了許多的麻煩，每次上課時(shí)需要花費(fèi)大量時(shí)間去點(diǎn)名，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了無接觸 IC 卡，學(xué)生只需在上課前刷卡并且通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理就可以完成點(diǎn)名及相關(guān)操作，從而簡化了原始的考勤問題，節(jié)約了寶貴的課堂時(shí)間，減少了人為因素。同樣的道理，當(dāng)學(xué)生先經(jīng)過教室內(nèi)側(cè)的紅外發(fā)送和接收裝置，在經(jīng)過教室門外側(cè)的紅外發(fā)送和接收裝置時(shí)，計(jì)數(shù)器減掉 1，表明教室有人離開，從而計(jì)量教室學(xué)生人數(shù)情況，當(dāng)數(shù)碼管 的 顯示統(tǒng)計(jì)的人數(shù)大于 50 人時(shí)，傳送給上位機(jī)的信息為當(dāng)前教室內(nèi)人數(shù)為滿狀態(tài)。 （ 2）軟件設(shè)計(jì) 采用紅外傳感器測量教室內(nèi)的學(xué)生人數(shù)。 當(dāng)紅外接收模塊接收到頻率信號(hào)時(shí)，輸出低電壓，否則輸出為高電平。并且利用了紅外發(fā)射管以光脈沖的形成向外發(fā)射。 13 圖 紅外發(fā)送接收原理圖 由圖 可知，紅外發(fā)射模塊包括脈沖振蕩器，紅外發(fā)射管等部分。它只有三條管腳，分別是電源的正極，電源負(fù)極和信號(hào)輸出端，其工作電壓大約 5V。 本系統(tǒng)采用發(fā)射式紅外傳感器，在教室門安裝兩個(gè)紅外傳感器，分 別位于們的內(nèi)外兩側(cè)來完成對人體的探測，實(shí)現(xiàn)對教室學(xué)生人數(shù)的統(tǒng)計(jì)。 （ 1）硬件設(shè)計(jì) 采用紅外傳感器統(tǒng)計(jì)教室內(nèi)學(xué)生人數(shù)，具有成本低，設(shè)計(jì)簡單方便的特點(diǎn)。這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。然后將此類信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。 （ 7） 信號(hào) 處理系統(tǒng)。 探測器制冷器 ： 由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的 物理效應(yīng) 探測紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學(xué)效應(yīng)。又稱調(diào)制盤和斬波器，它具有多種結(jié)構(gòu)。 （ 4）輻射調(diào)制器。 光學(xué)接收器 ： 12 它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。 待測目標(biāo) ： 根據(jù)待 測 目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行 紅外系統(tǒng) 的設(shè)定。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的 測量系統(tǒng) ，按照功能能夠分成五類： （ 1）輻射計(jì)，用于輻射和光譜測量； （ 2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)， 確定其空間位置并對它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤； （ 3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像； （ 4）紅外測距和通信系統(tǒng)； （ 5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。流程圖如圖 所示。此時(shí)的工作狀態(tài)為恒功率偏置。此時(shí)為恒壓偏置。此時(shí)是恒流偏置。 圖 光照測量電路原理圖 由圖 ： I=VCC/ (R0+R), V=R0*VCC/(R+R0) ○ 1當(dāng) RR0 時(shí)， I=VCC/R。 （ 2） 硬件設(shè)計(jì) 通過對光電管、光耦合器、光敏電阻等光電探測 器的各種性能進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)光敏電阻的光譜響應(yīng)峰值比較接近人視覺敏感區(qū)的波長；其次是當(dāng)光照強(qiáng)度減弱時(shí)，光敏電阻的響應(yīng)時(shí)間相對增加，這對本系統(tǒng)在光照強(qiáng)度變化時(shí)，輸出狀態(tài)保持相對穩(wěn)定十分重要，因此本系統(tǒng)選用光敏電阻來測量教室的光照強(qiáng)度，其原 10 理圖如圖 所示。這樣就完成了教室照明智能控制，起到節(jié)約電能的作用。當(dāng)外界環(huán)境中的自然光能滿足所需要的光照強(qiáng)度時(shí)，不管教室是否有人，教室燈都不亮，控制教室日光燈的自動(dòng)熄滅，當(dāng)教室有特殊使用時(shí)，則拉上窗簾，關(guān)閉所有教室燈光或點(diǎn)亮少許燈光。每個(gè)區(qū)域的日光燈則由安置在教室內(nèi)的按鍵或遠(yuǎn)端的主控上位機(jī)來控制。 （ 1） 光電探測器的教室中的布局 考慮到教室里面 離窗子的距離的不同，接受日光強(qiáng)度不一樣的特點(diǎn)，為了避免光電探測器受光面小的缺點(diǎn)，應(yīng)該在教室周圍進(jìn)行合理的分布光電探測器，用在探測自然光的強(qiáng)弱。 太陽能路燈本身就是利用太陽光發(fā)電、儲(chǔ)能的 LED 照明燈具，它不需要電網(wǎng)供電，也就無需架設(shè)成本不菲的輸電線路，因此使用光敏傳感器可以實(shí)現(xiàn)極低成本、自動(dòng)開啟關(guān)閉的節(jié)能管理。 應(yīng)用 ： 光敏傳感器中最簡單的電子器件是光敏電阻，它能感應(yīng)光線的明暗變化，輸出微弱的電信號(hào)，通過簡單電子線路放大處理，可以控制 LED 燈具的自動(dòng)開關(guān)。在使用的過程中應(yīng)該避免在潮濕的環(huán)境中使用，還應(yīng)該注意表面的損傷和污染程度，應(yīng)該它們均會(huì)影響光電流。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當(dāng)光子沖擊接合處就會(huì)產(chǎn)生電流。 光照信號(hào)的采集與處理 光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁 多，主要有： 光電管 、 光電倍增管 、 光敏電阻 、 光敏三極管 、 太陽能電池 、 紅外線傳感器 、 紫外線傳感器 、光纖 式光電傳感器、 色彩傳感器 、 CCD 和 CMOS 圖像傳感器 等。通過通訊接口將數(shù)據(jù)向樓層顯示控制單元傳送。開發(fā)語言有 匯編語言 和 C 語言 。對于 OTP 型和 ROM 型的器件是使用 仿真器 開發(fā)成功之后 制成的芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有 用 電擦寫的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需 5μs 。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。它們分別是 看門狗 （ WDT）、 模擬比較器 A、定時(shí)器 A0（ Timer_A0）、定時(shí)器 A1（ Timer_A1）、定時(shí)器 B0（ Timer_B0）、 UART、 SPI、 I2C、 硬件乘法器 、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10 位 /12位ADC、 16 位 Σ Δ ADC 、 DMA、 I/O 端口、基本定時(shí)器（ Basic Timer）、 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ RTC）和 USB 控制器等若干外圍模塊的不同組合。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá) ，在 RAM 保持模式下，最低可達(dá) 。 由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（ FLL 和 FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電 流最低 將 會(huì)在 165μA 左右， RAM 保持模式下的最低功耗只有 。 （ 3） 超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。 （ 2）運(yùn)算速度快 MSP430 系列單片機(jī)能在 25MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 40ns 的指令周期。其具體特點(diǎn)有： （