【正文】 通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。 MSComm是 Microsoft公司提供的簡化 Windows下串行通信編程的 ActiveX控件，它為應用程序提供了通過串行接口收發(fā)數據的簡便方法。 目前，利用 Delphi實現串口通信的常用的方法有 3種：一是利用控件，如 MSCOMM控件和 SPCOMM 控件；二是使用 API 函數；三是調用其他串口通信程序。 13 C8051F020 程序下載的硬件硬件如圖十一 ， 圖十 一 硬件設置 單片機與計算機通信流程圖如圖十二 ， 圖十 二 單片機與計算機通信流程圖 開始 設置波特率和串口通信方式 接收請求 準備好 ? 發(fā)送數據 判斷是否有人來并做動作 是否接受完？ N Y N Y A/D 轉換 14 5) 計算機模塊 本模塊 主要由人機界面組成，有 Delphi 制作而成。在編寫程序之前 ,制定其雙方通信協議是十分重要的 , 否則將無法保證通信數據的可靠性 , 從而失去通信的意義。串行通信前 , 發(fā)送方和接收方要約定具體的數據格式和波特率 (通信協議 ) 。同步通信適用于傳送速度高的情況 , 其硬件復雜。如果中斷被允許，在 TI0 或 RI0 置位時將產生一個中斷。 如果這些條件滿足，則 8 位數據被存入 SBUF0，停止位被存入 RB80， RI0 標志被置位。在接收允許位 REN0（ ）被設置為邏輯 1 之后任何時間都可以開始數據接收。當執(zhí)行一條向 SBUF0 寄存器寫入一個字節(jié)的指令時開始數據發(fā)送。數據從 TX0 引腳發(fā)送，在 RX0 引腳接收。表 一 概述了這 4 種方式。通過設置 SCON0 寄存器中的配置位 選擇。這就是允許軟件 查詢 UART0 中斷的原因 (發(fā)送完成或接收完成 )。 UART0 有 2 個中斷源 ： 一個發(fā)送中斷標志 TI0 (SCON011)(數據 11 字節(jié)發(fā)送結束時置位 )和一個接收中斷標志 RI0(SCON010) (接收完一個數據字節(jié)后置位 )。讀操作將自動訪問接收寄存器 ,而寫操作自動訪問發(fā)送寄存器。對 UART0 的控制和訪問是 通過相關的特殊功能寄存器即串行控制寄存器 (SCON0)和串行數據緩沖器 (SBUF0)來實現的。接收數據被暫存于一個保持寄存器中 ,這就允許 UART0 在軟件尚未讀取前一個數據字節(jié)的情況下開始接收第 2 個輸入數據字節(jié)。 C8051F020的 UART0 口是一個具有幀錯誤檢測和地址識別硬件的增強型串行口。當 AD0EN 位為‘ 0’時， AD0C 子系統(tǒng)處于低功耗關斷方式。AMUX0、 PGA0、數據轉換方式及窗口檢測器都可用軟件通過圖八所示的特殊功能寄存器來控制。 圖七 雙探測元熱釋電紅外傳感器 3) 單片機模塊 本模塊由 C8051F020單片機組成，主要負責 A/D轉換和串口通信。 為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上， 從而使傳感器輸出電壓信號。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。 圖七是一個雙探測元熱釋電紅外傳感器的結構示意圖。設計時應將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱 釋電探測元。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用 )因而需要用電阻將其轉換為電壓形式，該電阻阻抗高達 104MΩ故引入的溝道結型場效應管應接成共漏形式（即源極跟隨器）來完成阻抗變換。為了抑制因自身溫度變化而產生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化，并將其轉換為電信號輸出。 圖六 熱釋電紅外開關電路原理圖 2) 熱釋電紅外傳感器 8 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。在 Vc=? 1?、 A=? 1?時， Vs 可重復觸發(fā) Vo 為有效狀態(tài)， 并在 Tx 周期內一直保持有效狀態(tài)。 下面再以圖 4 所示可重復觸發(fā)工作方式下各點的波形，來說明BISS0001 在此狀態(tài)下的工作過程。在 Ti周期內，任何 V2的變化都不能使 Vo 為有效狀態(tài)。當 A 端接? 0? 7 電平時，在 Tx時間內任何 V2的變化都被忽略，直至 Tx 時間結束，即所謂不可重復出發(fā)工作方式。 COP3 是一個條件比較器。由于 VH≈ VDD、 VL≈ VDD，所以，當 VDD=5V 時，可有效地抑制177。 圖四 不可重復觸發(fā)工作方式下各點的波形 圖五 可重復觸發(fā)工作方式下各點的波形 首先，由使用者根據實際需要，利用運算放大器 OP1 組成傳感信號預處理電路，將信號放大?？蓮V泛應用于多種傳感器和延時控制器。外界元件由使用者根據需要選擇。它能自動快速開啟各類白炙燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路。 圖二 模塊結構圖 圖三 人體通過傳感器時產生的信號 CD208紅外線人體感應模塊靈敏度高，可靠性強，當有人進入其感應范圍內時輸出高電平，人離開時輸出低電平。圖中，菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測元上，同時也產生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器是報警器設計中的核心器件，它可以把人體的紅外信號轉換為電信號以供信號處理部分使開始 有人？ 紅外感應 輸出低電平 輸出高電平 A/D 轉換 A/D 轉換 關閉顯示器 播放視頻 RS232 輸出‘ 0’ 輸出‘ 1’ RS232 4 用；信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進行放大、濾波、延遲、比較，為報警功 能的實現打下基礎。 圖一 工作流程圖 三、 模塊設計 1) 人體感應模塊 本模塊采用 CD208 紅外線人體感應模塊，模塊主要由熱釋電紅外傳感器、 BISS000捏菲爾透鏡組成 。當感應到人時，模塊會輸出高電平，然后經 整個系統(tǒng)最重 3 要的模塊 —— C8051F020單片機 的 A/D轉換功能進行模數轉換 。 最折中的辦法就是制作一個具備人體感應的照明及宣傳 顯示器 的系統(tǒng)，本作品是其中的一個子系統(tǒng) —— 具有人體感應的顯示器。紙質文物過多暴露于光照之中，都會加速紙張的化學反應速度，從而導致紙質文物的損害或退化。庫房里的照明以及展示空間的照明，都會對紙質文物造成傷害。 光照主要有自然光照和人造光照。大量光照加上較高的濕度會加速藏品的腐化。 我們都有這樣一些生活常識 :一件常穿在外的衣服與一件深埋箱底的衣服，其色彩與新舊均有明顯的區(qū)別，常穿著的衣服會有褪色現象，這是因為光對衣服產生作用的緣故。 1 人體感應顯示器 信息與通信工程學院 一、 引言 2 目前，人體紅外感應已經 有很多應用實例 ， 例如人體感應節(jié)能開關，人體感應吹風機，人體感應門等等，但是人體感應顯示器至今應用甚少，較具代表的是飛利浦 225P1。本作品的作用對象是博物館里的紙質文物， 人體感應的顯示器可避免光照對紙質文物的破壞。光 照會使紙質上的水彩和墨水褪色，使含高木質素的紙張發(fā)黑。光照是造成藏品褪色和化學損壞的原因，對紙質文物的傷害尤顯嚴重。相對自然光而言，博物館藏品較多受影響的是來自燈光照明的危害。光照對紙質文物的影響是累積的。最有效的保護就是讓紙質文物一直藏于黑暗封閉的空間，但對于具有宣傳、研究職能的 博物館來說這是不可能的事情。 二、 解決方案 人體感應顯示器，最基本的功能是人體感應，該功能由紅外感應模塊完成。轉換結束后將數據用 RS— 232總線傳輸到計算機上，同時計算機的人機界面判斷是否有人到來，并作出相應動作，人機界面由 Delphi制作。其結構框圖如圖二所示。圖三所示的是將待測目標、菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器相結合使用時的工作原理示意圖。感應模塊感應到人的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外 接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。 待測目標 光學系統(tǒng) （捏菲爾透鏡） 熱釋電紅外傳 感器 BISS0001 輸出電平 5 圖二 BISS0001 外引線連接圖 圖三 BISS0001 內部框圖 圖三為 BIS0001 紅外傳感器信號處理器的內部框圖。由圖 可見 BISS0001 是由運算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器 及參考電壓源等構成的數?；旌蠈Ｓ眉?電路。 我們先以圖 3 所示的不可重復觸發(fā)工作方式下的各點波形，來說 6 明 BISS0001的工作過程。然后耦合給運算放大器 OP2，再進行第二級放大，同時將直流電位抬高為 VM（≈ VDD）后，送到有比較器 COP1 和 COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號 Vs。 1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。輸入電壓 Vc＜ VR（≈ VDD）時， COP3 輸出為低電平封住了與門 U2，禁止觸發(fā)信號 Vs 向下級傳遞；而當 VC＞ VR 時， COP3 輸出為高電平，打開與門 U2，此時若有觸發(fā)信號 Vs 的上跳邊沿來到，則可啟動延時時間定時器，同時 Vo端輸出為高電平，進入延時周期。當 Tx 時間結束時， Vo 下跳回低電平，同時啟 動封鎖時間定時器而進入封鎖周期 Ti。這一功能的設置，可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。 在 Vc=? 0?、 A=? 0?期間， Vs 不能觸發(fā) Vo 為有效狀態(tài)。 在 Tx 時間內， 只要有 Vs 得上跳變， 則 Vo 將從 Vs上跳變時刻算起繼續(xù)延長一個 Tx 周期；若 Vs保持為? 1?狀 態(tài)，則 Vo一直保持有效 狀態(tài)；若 Vs 保持為? 0?狀態(tài)，則在 Tx 周期結束后 Vo恢復為無效狀態(tài)，并且在封鎖時間 Ti 時間 內，任何 Vs的變化都不能觸發(fā) Vo 為有效狀態(tài)。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數遠遠高于熱電偶，其內部的熱電元由高熱電系數的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。熱釋電紅外傳感器在結構上引入場效應管的目的在于完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。使用時 端接電源正極， 端接電源負極，端為信號輸出。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。制造熱釋電紅外探測元 9 的高熱電材料是 一種廣譜材料，它的探測波長范圍為。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外， 還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。 A/D轉換由 C8051F020 的 AD0 子系統(tǒng)完成，它包括一個 9 通道的可編程模擬多路選擇器（ AMUX0） ，一個可編程增益放大器（ PGA0）和一個 100ksps、 12 位分辨率的逐 次逼近寄存器型 ADC， ADC 中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器（見圖八的原理框圖） 。只有當 ADC0 控制寄存器中的 AD0EN 位被置‘ 1’時 ADC0 子系統(tǒng)（ ADC0、跟蹤保持器和 PGA0）才被允許工作。 10 圖八 12 位 ADC0 功能框圖 串口通信中， C8051F020 具有硬件實現的 SPI、 SMBus/ 2IC和 2個 UART 串行接口 ,都可以進行數據的串行通信，本模塊采用 UART0口進行 數據串行通信。 UART0 可以工作在全雙工異步方式或半雙工同步方式 ,并且支持多處理器通信。一個接收覆蓋位用于指示新的接收數據已被鎖存到接收緩沖器 ,而前一個接收數據尚未被讀取。一個 SBUF0 地址可以訪問發(fā)送寄存器和接收寄存器。 UART0 可以工作在查詢或中斷方式。當 CPU 轉向中斷服務程序時硬件不清除 UART0 中斷標志 ， 中斷標志必須用軟件清除。 UART0 提供 4 種工作方式 (一種同步方式和 3種異步方式 ) 。這 4種方式提供不同的波特率和通信協議。 表一 UART0 的工作方式 本模塊采用方式 1進行通信 ，方式 1 提供標準的異步、全雙工通信，每個數據字節(jié)共使用 10 位：一個起始位、 8 個數據位（ LSB 在先）和一個停止位。在接收時， 8 個數據位存入 SBUF0，停止位進入 RB80（ ）。在發(fā)送結束時（停止位開始）發(fā)送中斷標志 TI0（ ）置位。收到停止位后如果滿足下述條件則數據字節(jié)將被裝入接收寄存器 SBUF0： RI0 為邏輯 0，并且如果 SM20 為邏輯 1 則停止位必須為 1。如果這些條件不滿足，則不裝入 12 SBU0F 和 RB80， RI0 標志也不被置 1。 圖九 UART0 方式 1 時序圖 圖十 UART0 方式 1 連接圖 4) 通信程序 串行通信有異步通信和同步通信