基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 題 目 室內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 李 天 順 學(xué) 號(hào) 201016030121 專業(yè)班級(jí) 建筑電氣與智能化10101班 指導(dǎo)老師 曾 進(jìn) 輝 2013年11月 基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文介紹了基于單片機(jī)AT89C51的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理，提出了有效的節(jié)能控制方法。該系統(tǒng)采用了當(dāng)

2、今比較成熟的傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，利用多參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校教室室內(nèi)照明的控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。該照明控制系統(tǒng)的主控制器、分控制器分別是以AT89C51和AT89C2051單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了通信、信號(hào)采集、控制與顯示等功能。使用光電子鎮(zhèn)流器，使光源具備自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。文中詳細(xì)地描述了控制電路的設(shè)計(jì)過程，包括：光信號(hào)取樣電路、人體信號(hào)采集電路、鍵盤與LED顯示電路、RS485通信電路、照明燈控制電路、看門狗電路以及信號(hào)處理電路等。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)主要有主控制器、分控制器的有線通信程序設(shè)計(jì)以及燈光控制、定時(shí)控制、鍵盤掃描與LED顯示等程序設(shè)計(jì)。工作時(shí),光信號(hào)取樣電路采集光照強(qiáng)弱、

3、人體信號(hào)采集電路采集室內(nèi)是否有人、是否為工作時(shí)間等信息并將信號(hào)送到單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)這些信息通過控制電路對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行開關(guān)操作,從而實(shí)現(xiàn)照明控制,以達(dá)到節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞：智能控制，主控制器，分控制器，單片機(jī)，定時(shí)控制The Control System for Intelligent Lighting Based on Singlechip MicrocomputerAuthor: Li GuozhongTutor: Sun ManAbstractWith the rapid development of electronic technology, the system of contro

4、l based on Single-chip Microcomputer is widely applied in industry, agriculture, electric power, electron, intelligent building and so on. Microcomputer, as the subject and core of the embedded system of control, replaces the traditional systemelectronic circuit. At the same time, the development an

5、d maturation of the intelligent building have established the substantial foundation for the popularization and application of the control system for lighting based on single-chip microcomputer。In this paper,the Indoor Lighting Control System Based on AT89C51 and its principle are introduced. Some e

6、ffective and energy saving control strategys of lighting system are brought forward. The current system uses a relatively mature sensor technology and computer control technology ，using multi-parameter to achieve the school classroom indoor lighting control. The system includes hardware and software

7、 design in two parts. The host controller of the control system for lighting is based on AT89C51 single-chip microcomputer, and the auxiliary ones are based on AT89c2051. The system can do many jobs, such as wired communication, Signal Acquisition,wireless data transmitting, controlling and display.

8、Use of electonic ballasts;the light source with automatic adjustment function .The paper describes the designing process of the circuit at length, including: Optical signal sampling circuit, the body signal acquisition circuit, keyboard and LED display circuit, RS485 communi

9、cation circuit, wireless transmitting circuit, control circuit of lighting, watchdog circuit, etc. The designing of software mainly includes the several programming, such as wired communication, lamplight controlling, timed controlling, keyboard scanning ,LED displaying and signal processing ci

10、rcuit. The wired communication programming function is that through Master-slave communication method based on RS485 the host controller sends orders to the all auxiliary controllers or each one, including: turning on lighting, turning off lighting, regulating brightness of lighting, controlling tim

11、ed lighting, etc. Work,the optical signal sampling circuit collecting lighting intensity,indoor collecting of human signal acquisition circuit if anyone,whether for work time and other information and signal to the microcontroller,MCUcontrol circuiti based on these information through the switching

12、operation of lighting equipment in order to achieve lightingcontrols to sava energy.Key Words: Intelligent control，Host controller, Auxiliary controller, Single-chip microcomputer, Timed controlling目 錄1 緒論11.1 課題研究背景11.2 智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀11.2.1 智能控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀11.2.2 國(guó)內(nèi)外智能照明發(fā)展概況11.2.3 智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)21.2.4 智能照明

13、控制系統(tǒng)的組成21.2.5 現(xiàn)有智能照明控制系統(tǒng)的分析21.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)31.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)31.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路32 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)72.1 系統(tǒng)硬件總述72.2 CPU性能介紹72.3 主控制器電路設(shè)計(jì)72.3.1 鍵盤的接口設(shè)計(jì)82.3.2 LED數(shù)碼顯示的接口設(shè)計(jì)92.3.3 看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)92.4 分控制器的電路設(shè)計(jì)92.5 RS485通信電路的設(shè)計(jì)102.6 光信號(hào)取樣電路122.6.1 Microwire串行總線性能介紹132.6.2 TLC1549的接口設(shè)計(jì)142.6.3 TCL1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)152.7 人體信號(hào)采集電路162.7.1 人體紅外探

14、頭162.7.2 信號(hào)處理電路192.7.3 比較電路202.8 DS12887時(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)212.8.1 DS12887的原理及管腳說明222.8.2 地址分配表及時(shí)間、日歷和鬧鐘的數(shù)據(jù)格式232.8.3 DS12887狀態(tài)控制寄存器232.8.4 DS12887初始化程序252.9 輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)272.10 延時(shí)時(shí)間選擇電路282.11 零點(diǎn)檢測(cè)與可控硅控制電路的設(shè)計(jì)292.12 數(shù)字可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器303 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)313.1 人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)323.1.1 鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)323.1.2 LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì)333.2 照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)343.2.1 全部啟停

15、控制程序設(shè)計(jì)353.2.2 單獨(dú)啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)373.3 照明控制程序設(shè)計(jì)393.3.1 全部定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)403.3.2 單獨(dú)定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)413.4 RS485通信程序設(shè)計(jì)423.4.1 主機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)443.4.2 從機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)454 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)484.1 干擾產(chǎn)生的后果484.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)494.3 軟件抗干擾技術(shù)524.3.1 數(shù)據(jù)采集誤差的軟件對(duì)策524.3.2 程序運(yùn)行失控的軟件對(duì)策52總 結(jié)54致 謝55參考文獻(xiàn)56附 錄571 緒論1.1 課題研究背景隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，教育在全社會(huì)愈加被關(guān)注和重視，校園規(guī)模也隨著受

16、教育者的數(shù)量增加而不斷擴(kuò)大。但由于學(xué)校開放型的管理模式，高校的教室在白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使室內(nèi)無人或人數(shù)很少的情況下，也是全部開啟室內(nèi)照明，絕不會(huì)有師生因?yàn)橹挥猩贁?shù)人而僅開幾盞燈。長(zhǎng)明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在。這種有形和無形的浪費(fèi)，給校方的水電支出帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。學(xué)校的水電支出約占全校經(jīng)費(fèi)支出的1415，電費(fèi)支出占據(jù)較重比例。能源短缺是21世紀(jì)國(guó)際面臨的新課題。在尋找新的能源之外，節(jié)約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題。所以學(xué)校如何來節(jié)省電力能源也成為了一個(gè)迫切需要解決的問題。從節(jié)約資源、對(duì)社會(huì)貢獻(xiàn)、節(jié)省高校經(jīng)費(fèi)支出和學(xué)生的健康等多方面考慮，高校

17、教室照明的節(jié)電問題不得不提到重要的議事日程上來。目前常用的節(jié)電方式為手工控制，聲控型，太陽能燈等。手工方式操作起來不靈活，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。聲控型往往判斷不準(zhǔn)確，不需要的時(shí)候也也會(huì)經(jīng)常亮。太陽能設(shè)備投資比較大，且容易受光照強(qiáng)度的影響。因此市場(chǎng)上迫切需要一種操作方便、價(jià)格低廉、便于大面積推廣的新型節(jié)能方案。1.2 智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀1.2.1 智能控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀智能控制技術(shù)發(fā)展方向主要有基于人工智能技術(shù)的智能控制方向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方向，在智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方向上，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯有機(jī)結(jié)合的神經(jīng)模糊技術(shù)，已成為近年來的一個(gè)熱門課題。1.

18、2.2 國(guó)內(nèi)外智能照明發(fā)展概況“智能建筑”是綜合計(jì)算機(jī)、信息通信等方面最先進(jìn)的技術(shù)，使建筑物內(nèi)的電力、空調(diào)、照明、防災(zāi)、防盜、運(yùn)輸設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)建筑物綜合管理自動(dòng)化、遠(yuǎn)程通信和辦公自動(dòng)化的有效運(yùn)作，并使這三種功能結(jié)合起來的建筑。人工智能技術(shù)在建筑與照明中的應(yīng)用趨勢(shì)不斷擴(kuò)大。正如英國(guó)的Glasgow市報(bào)指出：“Glasgow正在成為一個(gè)研究和發(fā)展太空時(shí)代智能建筑的國(guó)際組織的神經(jīng)中樞。在智能建筑中的智能照明、供熱、空調(diào)、通訊及辦公設(shè)備將全部由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制與管理?！泵鎸?duì)這一發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)了不少智能照明設(shè)計(jì)，如智能燈具、智能照明控制與管理系統(tǒng)，包括在照明方面的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。此外計(jì)算機(jī)在照明設(shè)計(jì)

19、和測(cè)試方面也得到廣泛應(yīng)用。澳大利亞邦奇開發(fā)的Dynalie智能照明控制系統(tǒng)，美國(guó)的智能照明建筑，特別是現(xiàn)代化辦公室的智能照明技術(shù)等都值得我們研究與借鑒。1.2.3 智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)智能照明控制系統(tǒng)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)并輔助以其它手段，對(duì)電力照明實(shí)行自動(dòng)控制，提供合適照明光環(huán)境的同時(shí)降低照明系統(tǒng)電能消耗和其它使用費(fèi)用。智能照明控制系統(tǒng)于手動(dòng)照明控制系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，包括創(chuàng)造環(huán)境氣氛，改善工作環(huán)境、提高工作效率，良好的節(jié)能效果，延長(zhǎng)光源壽命，管理維護(hù)方便等。1.2.4 智能照明控制系統(tǒng)的組成智能照明控制系統(tǒng)主要由輸入裝置、處理器和執(zhí)行器三個(gè)部分組成。輸入裝置可以不斷檢測(cè)周圍環(huán)境的照度水平，可以

20、探測(cè)到某個(gè)區(qū)域是否有人移動(dòng)，以及輸入人們的控制指令，并把相應(yīng)的信號(hào)傳送給處理器。輸入裝置包括傳感器、定時(shí)裝置和控制面板或遙控器。處理器接受輸入裝置的信號(hào)，經(jīng)過信息處理、判斷、分析，輸出控制信號(hào)。執(zhí)行器與燈具直接連接，控制燈光回路的閉合或斷開和調(diào)節(jié)燈光到相應(yīng)的水平，包括手動(dòng)開關(guān)。1.2.5 現(xiàn)有智能照明控制系統(tǒng)的分析澳大利亞邦奇開發(fā)的Dynalite分布式智能照明控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是模塊化結(jié)構(gòu)和分布式控制，各功能模塊之間通過網(wǎng)絡(luò)總線直接相互通信，當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響其它模塊，可靠性高。美國(guó)LC&D智能照明控制系統(tǒng)是一套由計(jì)算機(jī)微處理器控制的低壓繼電器配電盤組成，按照客戶對(duì)室內(nèi)外

21、照明的具體要求，設(shè)定照明控制的時(shí)間、區(qū)域、方法來控制每一個(gè)獨(dú)立的回路，也有手動(dòng)開關(guān)直接控制。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的真善美智能照明系統(tǒng)具有集中控制、多點(diǎn)操作、集中顯示、停電自鎖、免打擾、遙控功能等智能功能，使家居生活更加方便和舒適。但是，國(guó)內(nèi)外智能照明系統(tǒng)的研究存在著如下問題：（1）現(xiàn)有國(guó)外智能照明系統(tǒng)主要控制照度這個(gè)數(shù)量指標(biāo)，國(guó)外的研究主要集中于辦公室照明，以節(jié)能為主要目的，但據(jù)照明科技最新研究成果表明，非定量指標(biāo)（如舒適性和藝術(shù)性等）對(duì)室內(nèi)照明光環(huán)境質(zhì)量影響更大。（2）國(guó)內(nèi)一些智能照明控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制和集中顯示，具有一定的智能性，但其只能控制房間中的一個(gè)燈或一組燈的開、關(guān)，不能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制，也不

22、能對(duì)燈光的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能產(chǎn)生多種照明效果。（3）針對(duì)住宅照明光環(huán)境研制的智能照明控制系統(tǒng)產(chǎn)品很少，還有很大的開發(fā)前景。1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值

23、，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。1.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（1）上位機(jī)系統(tǒng)；（2）下位機(jī)系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。這三部分共同完成了主控制器通過有線通信方式與分控制器進(jìn)行信息交換，達(dá)到控制照明燈具的目的。1.3.2

24、.1 通信系統(tǒng)該多機(jī)通信系統(tǒng)采用RS-485半雙工主從式通信系統(tǒng)，主機(jī)可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機(jī)，從機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)分布的照明燈具進(jìn)行控制，用中斷的方式接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。如圖1-1所示圖1-1 有線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.3.2.2 上位機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)的主控制器通過RS-485總線將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元進(jìn)行顯示，并有看門狗電路對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行有效監(jiān)視。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。分控制器接收主控制器的發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，通過可控硅電路對(duì)照明燈具進(jìn)行開關(guān)控制，并且利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片對(duì)照明燈具進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控制。圖1-2 主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖1.3.2.3

25、下位機(jī)系統(tǒng)分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。系統(tǒng)在單片機(jī)的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時(shí)能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實(shí)施工具，大量的工作是由軟件來完成的。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實(shí)現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。圖1-3 分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)可以根據(jù)作息時(shí)間、氣候、人體等因素全天候自動(dòng)模糊控制室內(nèi)照明電器的開和關(guān)。做到光線暗時(shí)開燈，雨天陰天時(shí)開燈，無人時(shí)關(guān)燈，光線亮?xí)r關(guān)燈，晴天時(shí)關(guān)燈，休息時(shí)間關(guān)燈。在確保室內(nèi)正常照明同時(shí)，可有效防止無人燈（無人時(shí)開燈）無效燈（光線亮?xí)r開燈）、無限燈（休息時(shí)間開燈），從而達(dá)到節(jié)電目的。根據(jù)上

26、述要求，可以畫出控制系統(tǒng)邏輯功能表，如表1-1所示。關(guān)系如果假設(shè)：室內(nèi)光線強(qiáng)度為A：光線強(qiáng)時(shí)A=1，光線弱時(shí)A=0；人體信號(hào)為B：有人時(shí)B=1，無人時(shí)B=0；作息時(shí)間為C：上課時(shí)C=1，休息時(shí)C=0；電燈開關(guān)狀態(tài)為D：合時(shí)D=1，斷開時(shí)D=0。則表1-1可以轉(zhuǎn)化為表1-2。由真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達(dá)式為：D=A·B·C信號(hào)室內(nèi)光信號(hào)人體信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)電燈的開關(guān)狀態(tài)參數(shù)自然光照度人體作息時(shí)間邏輯狀態(tài)強(qiáng)無休息斷強(qiáng)無上課斷強(qiáng)有休息斷強(qiáng)有上課斷弱無休息斷弱無上課斷弱有休息斷弱有上課合表1-1 系統(tǒng)邏輯表1-2 系統(tǒng)邏輯真值表信號(hào)室內(nèi)光信號(hào)人體信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)電燈的開光狀況參數(shù)自然光信

27、號(hào)人體作息時(shí)間符號(hào)ABCD邏輯狀態(tài)100010101100111000000010010001112 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 系統(tǒng)硬件總述系統(tǒng)以單片微型計(jì)算機(jī)為核心外加多種接口電路組成，共有六個(gè)主要部分：AT89C51芯片、光信號(hào)采集電路、人體信號(hào)采集電路、時(shí)鐘控制電路DS12887、輸出控制電路、定時(shí)監(jiān)視器電路，如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)硬件總述圖2.2 CPU性能介紹本系統(tǒng)采用了ATMEL公司MCS-51系列單片機(jī)中的AT89C51芯片，它是低壓高性能CMOS 8位微處理器，帶有4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)IO口線，兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷

28、結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口。2.3 主控制器電路設(shè)計(jì)主控制器采用AT89C51單片機(jī)作為微處理器，AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元。主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動(dòng)電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖2-2所示。圖2-2 主控制器系統(tǒng)的硬件電

29、路原理圖2.3.1 鍵盤的接口設(shè)計(jì)鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤。本系統(tǒng)使用的是4×4矩陣式鍵盤，第一行從左到右為1、2、3、4，第二行為5、6、7、8，第三行為9、0、開、關(guān)，第四行為增值、減值、定時(shí)、確認(rèn)。該形式的鍵盤，每個(gè)按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識(shí)別鍵碼。矩陣鍵盤的列線從左到右分別與單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相連。每當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的行線與列線就會(huì)連通，這樣單片機(jī)就能檢測(cè)出信號(hào)，并通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描，以識(shí)別被按鍵的行、列位置。2.3.2

30、 LED數(shù)碼顯示的接口設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示與驅(qū)動(dòng)電路由74LS138譯碼器、7447 TTL BCD-7段高有效譯碼器/驅(qū)動(dòng)器、4個(gè)數(shù)碼管以及5個(gè)A1015三極管組成。由單片機(jī)的P0.0P0.3口輸出的四位BCD碼，經(jīng)7447芯片后，翻譯成7段數(shù)碼管a、b、c、d、e、f、g相應(yīng)的段，并輸出點(diǎn)亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。單片機(jī)的P0.4、P0.5口輸出的信號(hào)經(jīng)74LS138譯碼器后產(chǎn)生的高電平信號(hào)加在A1015三極管的基極，控制三極管的導(dǎo)通，從而起到對(duì)相應(yīng)數(shù)碼管的選通作用。4個(gè)7段數(shù)碼管都被接成共陽極方式。2.3.3 看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用MAXIM公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片MAX813L構(gòu)成硬件狗，

31、與AT89C51的接口電路如圖2-2所示。MR與WDO經(jīng)過一個(gè)二極管連接起來，WDI接單片機(jī)的P2.7口，RESET接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳RESET，MR經(jīng)過一個(gè)復(fù)位按鈕接地。該監(jiān)控電路的主要功能如下：（1）系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時(shí)，當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓4.65V，RESET端輸出200ms的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。 （2）對(duì)+5V電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng)+5V電源正常時(shí)，RESET為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V電源電壓降至+4.65V以下時(shí)，RESET輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 （3）看門狗定時(shí)器被清零，WDO維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，CPU不能在16s內(nèi)給出“喂狗”信號(hào)，WDO

32、跳變?yōu)榈碗娖?，由于MR端有一個(gè)內(nèi)部250mA的上拉電流，D導(dǎo)通MR獲得有效低電平，RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位，看門狗定時(shí)器清零，WDO又恢復(fù)成高電平。（4）手動(dòng)復(fù)位：如果需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。2.4 分控制器的電路設(shè)計(jì)分控制器采用低檔型的AT89C2051單片機(jī)作為微處理器，AT89C2051也是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，具有15線可編程I/O口，該單片機(jī)具有體

33、積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比較高等特點(diǎn)。圖2-3 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖2.5 RS485通信電路的設(shè)計(jì)在各種分布式集散控制系統(tǒng)中，往往采用一臺(tái)單片機(jī)作為主機(jī)，多個(gè)單片機(jī)作為從機(jī)，主機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；從機(jī)采集信號(hào)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制；主機(jī)和從機(jī)之間通過總線相連，如圖2-4所示。主機(jī)通過TXD向各個(gè)從機(jī)（點(diǎn)到點(diǎn)）或多個(gè)從機(jī)（廣播）發(fā)送信息，而各個(gè)從機(jī)也可以向主機(jī)發(fā)送信息，但從機(jī)之間不能自由通信，其必須通過主機(jī)進(jìn)行信息傳遞。主機(jī)RXD TXDRXD TXD從機(jī)1RXD TXDRXD TXD從機(jī)n圖2-4 單片機(jī)多機(jī)通信連線圖本系統(tǒng)的有線通信方式采用RS485總線進(jìn)行通信，RS485標(biāo)準(zhǔn)支持半

34、雙工通信，只需三根線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，同時(shí)具有抑制共模干擾的能力，接收靈敏度可達(dá)±200mV，大大提高了通信距離，在100K bps速率下通信距離可達(dá)1200m，如果通信距離縮短，最大速率可達(dá)10M bps。在這里使用的是主從式通信方式，主機(jī)由主控制器充當(dāng)，從機(jī)為分控制器。主機(jī)處于主導(dǎo)和支配地位，從機(jī)以中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機(jī)或指定的從機(jī)，從機(jī)發(fā)送的信息只能為主機(jī)接收，從機(jī)之間不能直接通信。主機(jī)與從機(jī)的通信電路圖分別如圖2-5與圖2-6所示。圖2-5 主機(jī)通信電路圖圖2-6 從機(jī)通信電路圖主機(jī)與從機(jī)選用的RS485通信收發(fā)器芯片為MAX48

35、5，它是MAXIM公司生產(chǎn)的用于RS 485通信的低功率收發(fā)器件，采用單一電源+5 V工作，額定電流為300 A，采用半雙工通信方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。MAX485芯片內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)RE端為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE端為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可，主機(jī)與從機(jī)分別使用P2.6與P1.0腳進(jìn)行控制；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差

36、分信號(hào)端,當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在進(jìn)行通信時(shí)只需要一個(gè)信號(hào)控制MAX485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，這里選用120的電阻。 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用光電耦合器TLP521對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行光電隔離。從機(jī)使用單片機(jī)的P1.0控制通信收發(fā)器MAX485的工作狀態(tài)，平時(shí)置P1.0為低電平，使從機(jī)串行口處于偵聽狀態(tài)。當(dāng)有串行中斷產(chǎn)生時(shí)判別是否是本機(jī)號(hào)，若為本機(jī)地址則置P1.0為高電平，發(fā)送應(yīng)答信息，然后再置P1.0為低電平接收控制指令，繼續(xù)保持P1.0為低電平，使串行收發(fā)器處于接收狀態(tài)；若不是本機(jī)地址，使P1.0為

37、低電平，使串行收發(fā)器處于接收偵聽狀態(tài)。2.6 光信號(hào)取樣電路光信號(hào)取樣電路如圖2-7所示，圖中主要由光信號(hào)采集電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換是電路的核心。信號(hào)經(jīng)過采集送入A/D轉(zhuǎn)換電路，通過單片機(jī)處理后，最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行開關(guān)燈判斷的依據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)根據(jù)信號(hào)的測(cè)量范圍和精度來選擇，使其有足夠的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，保證最大量化誤差在設(shè)計(jì)要求的精度范圍內(nèi)。本系統(tǒng)中，信號(hào)的測(cè)量范圍的電壓：0.009.99V，精度0.01V。在本次設(shè)計(jì)中選用了帶串行控制的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549，它是由德州儀器（Texas Instruments簡(jiǎn)寫為TI）公司生產(chǎn)的，它采用CMOS工藝，具有

38、自動(dòng)采樣和保持，采用差分基準(zhǔn)電壓高阻抗輸入，抗干擾性能好，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達(dá)到(±)1LSB Max，芯片體積小等特點(diǎn)。同時(shí)它采用了Microwire串行接口方式，故引腳少，接口方便靈活。與傳統(tǒng)的并行方式接口A/D轉(zhuǎn)換器（例ADC0809/0808）相比，其單片機(jī)的接口電路簡(jiǎn)單，占用I/O口資源少。圖2-7 光信號(hào)取樣電路2.6.1 Microwire串行總線性能介紹Microwire總線是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體（NS）公司推出的三線同步串行總線。這種總線由一根數(shù)據(jù)輸出線（SO）、一根數(shù)據(jù)輸入線（SI）和一根時(shí)鐘線（SK）組成 （但每個(gè)器件還要接一根片選線）。原始的M

39、icrowire總線上只能連接一片單片機(jī)作為主機(jī)，總線上的其它設(shè)備都是從機(jī)。此后，NS公司推出了8位的COP800單片機(jī)系列，仍采用原來的Microwire總線，但單片機(jī)上的總線接口改成既可由自身發(fā)出時(shí)鐘，也可由外部輸入時(shí)鐘信號(hào)，也就是說，連接到總線上的單片機(jī)既可以是主機(jī)，也可以是從機(jī)。為了區(qū)別于原有的Microwire總線，稱這種新產(chǎn)品為增強(qiáng)型的MicrowirePLUS總線。增強(qiáng)型的MicrowirePLUS總線上允許連接多片單片機(jī)和外圍器件，因此，總線具有更大的靈活性和可變性，非常適用于分布式、多處理器的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。要改變一個(gè)系統(tǒng)，只需改變連接到總線上的單片機(jī)及外圍器件的數(shù)量和型號(hào)。

40、Microwire總線系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。圖 2-8 Microwire總線系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)2.6.2 TLC1549的接口設(shè)計(jì)2-9 TLC1549引腳及與A/D接口電路TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口時(shí)序如圖2-9所示，在芯片選擇（CS）無效情況下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT處于高阻狀態(tài)。當(dāng)串行接口把CS拉至有效時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)序開始允許I/O CLOCK工作并使DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供給I/O CLOCK并從DATA OUT接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。I/O CLOCK從主機(jī)串行接口接收長(zhǎng)度在10和16個(gè)時(shí)

41、鐘之間的輸入序列。開始10個(gè)I/O 時(shí)鐘提供采樣模擬輸入的控制時(shí)序。在CS的下降沿，前次轉(zhuǎn)換的MSB出現(xiàn)在DATA OUT端。10位數(shù)據(jù)通過DATA OUT 被發(fā)送到主機(jī)串行接口。為了開始轉(zhuǎn)換，最少需要10個(gè)時(shí)鐘脈沖。如果I/O CLOCK 傳送大于10個(gè)時(shí)鐘長(zhǎng)度，那么在的10個(gè)時(shí)鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把DATA OUT拉至低電平以確保其余位的值為零。在正常進(jìn)行的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，規(guī)定時(shí)間內(nèi)CS端高電平至低電平的跳變可終止該周期，器件返回初始狀態(tài)（輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容保持為前次轉(zhuǎn)換結(jié)果）。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時(shí)要小心防止CS被拉至低電平。時(shí)序圖如圖2-10。圖2-10 TLC154

42、9方式1時(shí)序圖2.6.3 TCL1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)/*- AetAD()TLC1549數(shù)據(jù)采集-*/sbit ADCLK=P10;sbit ADOUT=P11;sbit ADCS=P12;/*-*/Void AetAD()uchar i=1,w,PickCount;uint vol;for(w=1;w<=PickCount;w+)ADCLK=ADOUT=0;vol=0;ADCS=0;/開啟控制電路，使能DATA OUT和I/O CLOCKfor(i=1;i<=10;i+)/采集10位串行數(shù)據(jù)/給一個(gè)脈沖ADCLK=1;vol<<=1;if(ADOUT)vol|=

43、0x01;ADCLK=0;ADCS=1;delay(21);/兩次轉(zhuǎn)換間隔大于21usP0=0xff;/P0口置初始輸入狀態(tài)2.7 人體信號(hào)采集電路人體信號(hào)采集由人體紅外檢測(cè)探頭和比較電路組成。2.7.1 人體紅外探頭熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí),在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡,這樣可大大提高接收靈敏度,增加檢測(cè)距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明,熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡,則其檢測(cè)距離僅為2 m 左右;而配上菲涅爾透鏡后,其檢測(cè)距離可增加到10 m 以上2.

44、7.1.1 熱釋紅外傳感器熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已得到越來越廣泛的應(yīng)用，從原理上分析，它主要有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。圖2-11 傳感器頂圖2-12 傳感器低圖2-13 傳感器側(cè)熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基與熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器（以下簡(jiǎn)稱：傳感器）由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。圖2-11為它們的頂視圖，其中較大的矩形部分為濾光窗，圖2-12為底視圖，圖2-13為側(cè)視圖， P1、P2為兩個(gè)敏感單元，面積約2×1mm2，間距1mm。 （1）敏感單元當(dāng)傳感器沒有檢測(cè)到人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，由于P1

45、、P2自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負(fù)電荷，而這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負(fù)電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。當(dāng)人體靜止在傳感器的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，照射到P1、P2上的紅外線光能能量相等，且達(dá)到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消。傳感器仍然沒有信號(hào)輸出。同理，在燈光或陽光下，因陽光移動(dòng)的速度非常緩慢，P1、P2上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上傳感器的響 應(yīng)頻率很低（一般為0.110Hz），即傳感器對(duì)紅外光的波長(zhǎng)的敏感范圍很窄（一般為515um），因此，傳感器對(duì)它們不敏感。從原理上講，任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生紅外線

46、，熱釋電人體紅外線傳感器對(duì)紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所發(fā)生的變化，而溫度的變化導(dǎo)致電信號(hào)的產(chǎn)生。環(huán)境與自身的溫度變化由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它不向外輸出信號(hào)；而傳感器的低頻響應(yīng)（一般為0.110Hz）和對(duì)特定波長(zhǎng)紅外線（一般為 515um）的響應(yīng)決定了傳感器只對(duì)外界的紅外線的輻射而引起傳感器的溫度的變化而敏感，而這種變化對(duì)人體而言就是移動(dòng)。所以，傳感器對(duì)人體的移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)敏感，對(duì)靜止或移動(dòng)很緩慢的人體不敏感；它可以抗可見光和大部分紅外線的干擾。（2）濾光窗 制造熱釋電紅外探測(cè)元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測(cè)波長(zhǎng)范圍為0.220m。為了對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射有較高的敏感度，通

47、常在傳感器上加裝了一塊干涉濾光窗。濾光窗是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，濾光窗能有效地濾除7.014um波長(zhǎng)以外的紅外線。例如，SCA02-1對(duì) 7.514um波長(zhǎng)的紅外線的穿透量為70%，在6.5um處時(shí)下降為65%，而在5.0um處時(shí)陡降為0.1%；P2288的響應(yīng)波長(zhǎng)為 614um，中心波長(zhǎng)為10um。物體發(fā)射出的紅外線輻射能，最強(qiáng)波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系滿足m*T=2989（um.k）（其中m為最大波長(zhǎng)，T為絕對(duì)溫度）。人體的正常體溫為 3637.5，即309310.5K，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長(zhǎng)為m=2989/（309310.5）=9.679.64um，中心波長(zhǎng)為9.65um。因

48、此，人體輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長(zhǎng)正好落在濾光窗的響應(yīng)波長(zhǎng)（714um）的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽 光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾。 2.7.1.2 菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)。 當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個(gè)段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕啵t外光正好被探頭接收，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)

49、送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測(cè)器。鏡片主要有三種顏色，一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易變形。二、白色主要用于適配外殼顏色。三、黑色用于防強(qiáng)光干擾。鏡片還可以結(jié)合產(chǎn)品外觀注色，使產(chǎn)品整體更美觀。每一種鏡片有一型號(hào)（以年號(hào)+系列號(hào)命名），鏡片主要參數(shù)：一、外觀描述外觀形狀（長(zhǎng)、方、圓）、尺寸（直徑）。以毫米為單位。二、探測(cè)范圍指鏡片能探測(cè)的有效距離（米）和角度。三、焦距指鏡片與探頭窗口的距離，精確度以毫米的小數(shù)點(diǎn)為單位。長(zhǎng)形和方形鏡片要呈弧形以焦距為單位對(duì)準(zhǔn)探頭窗口。鏡片與探頭的配合應(yīng)用我們常用的是雙源式探頭，揭開濾光玻璃片，其內(nèi)部有兩點(diǎn)

50、對(duì)714um的紅外波長(zhǎng)特別敏感的TO5材料連接著場(chǎng)效管。圖2-14 信號(hào)產(chǎn)生輸出示意圖靜態(tài)情況下空間存在紅外光線，由于雙源式探頭采用互補(bǔ)技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)輸出。動(dòng)態(tài)情況下，人體經(jīng)過探頭先后被A源或被B源感應(yīng)，Sa<Sb或Sa>Sb產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號(hào)輸出，見圖2-14。當(dāng)人對(duì)著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號(hào)輸出。因此，探測(cè)器安裝的位置與人行走方向呈平行為宜。由于熱釋電傳感器輸出的信號(hào)變化緩慢、幅值小(小于1 mV) ,不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號(hào),因此傳感器的輸出信號(hào)必須經(jīng)過一個(gè)專門的信號(hào)處理電路,使得傳感器輸出信號(hào)的不規(guī)

51、則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。根據(jù)以上要求,人體熱釋電檢測(cè)電路組成框圖如圖2-15所示。2-15 熱釋電檢測(cè)電路組成框圖2.7.2 信號(hào)處理電路本設(shè)計(jì)采用BIS0001 來完成對(duì)熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。BIS0001 是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號(hào)處理集成電路,它主要由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成。由BIS0001 構(gòu)成的信號(hào)處理電路如圖4所示。圖2-16 中,熱釋電傳感器S 極輸出信號(hào)送入BIS0001的14 腳,經(jīng)內(nèi)部第一級(jí)運(yùn)算放大器放大后,由C3 耦合從12 腳輸入至內(nèi)部第二級(jí)運(yùn)算放大器放大,再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理

52、后,檢出有效觸發(fā)信號(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器,最后從12 腳輸出信號(hào)(Vo ) 送入單片機(jī)進(jìn)行照明控制。實(shí)驗(yàn)所得,當(dāng)傳感器檢測(cè)室內(nèi)有人時(shí),Vo 4 V ;無人時(shí)Vo 0. 4 V。BIS0001 的1 腳接高電平,使芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出Vo (高電平) 的延遲時(shí)間Tx 由外部R8和C7 的大小調(diào)整;觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti 由外部R9 和C6 的大小調(diào)整。圖2-16 熱釋電傳感器信號(hào)處理電路圖2.7.3 比較電路比較電路如圖2-17所示，由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，輸入信號(hào)來自于紅外人體探頭輸出。比較電路中的基準(zhǔn)電壓分別由兩個(gè)獨(dú)立的分壓電路得到，供電路比較所用。即運(yùn)算放大器D1的6腳和D2的1腳電壓

53、分別為0.45V和2.0V。圖2-17 人體信號(hào)比較電路通過比較電路將相應(yīng)的電壓比較結(jié)果以數(shù)字信號(hào)輸出。當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在有效范圍內(nèi)感應(yīng)到人體信號(hào)后，運(yùn)算放大器的“2腳”或“5腳”的電壓降為3.0V；當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒有感應(yīng)人體紅外信號(hào)時(shí)，“2腳”或“5腳”的電壓降為1.0V。探頭故障斷路時(shí)，則“2腳”或“5腳”的電壓降為0V。1.探頭工作正常 “1腳”的電壓恒定為2.0V，“2腳”的電壓有1V或是3.0V兩種狀態(tài)，“6腳”的電壓恒定為0.45V，“5腳”的電壓與“2腳”的電壓保持一致。探頭將會(huì)根據(jù)有無人體信號(hào)在“2腳”產(chǎn)生1.0V或3.0V兩種電壓信號(hào)。2.探頭工作不正常（由于故障或

54、沒有安裝探頭）“1腳”的電壓恒定為2.0V，“2腳”的電壓為0V，“6腳”的電壓恒定為0.45V，“5腳”的電壓為0V。探頭將只會(huì)產(chǎn)生一種電壓信號(hào)0V。具體的比較結(jié)果如下表2-1所示。表2-1 探頭采集信號(hào)輸出狀態(tài)表探頭工作狀態(tài)“1腳”電壓“2腳”或“5腳”電壓“6腳”電壓P2.6P2.5正常工作無人狀態(tài)2.0V1.0V0.45V11有人狀態(tài)2.0V3.0V0.45V01斷路或故障2.0V0V0.45V10通過比較電路，不僅解決了不同工作狀態(tài)時(shí)被動(dòng)紅外探頭的對(duì)外界人體紅外信號(hào)的采集，而且也實(shí)現(xiàn)了僅通過被動(dòng)紅外探頭的兩根電源線同時(shí)也傳輸了所采集的周圍環(huán)境的紅外信號(hào)，一舉兩得。2.8 DS1288

55、7時(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，燈光設(shè)計(jì)有以時(shí)間作為基準(zhǔn)信號(hào)，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。DS12887為DALLAS公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，除具有實(shí)時(shí)鐘功能外，它還具有114字節(jié)的通用RAM，采用CMOS技術(shù)制成，具有內(nèi)部晶振和時(shí)鐘芯片備份鋰電池，而且它與目前應(yīng)用廣泛的時(shí)鐘芯片MC146818B和DS1287管腳兼容。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機(jī)接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡(jiǎn)單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)中。圖2-18 DS12887芯片管腳圖2.8.1 DS12887的原理及管腳說明圖2-18 顯示了DS12887管腳排列圖，并分別說明管腳功能：VCC：直流電源+5V電壓。當(dāng)5V電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng)VCC低于4.25V，讀寫被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng)VCC下降到3V以