畢業(yè)設(shè)計(jì)----基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書</p><p>　題目：基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　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)

2、，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。同時(shí)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)。</p><p>　　本文介紹了基于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)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。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)

3、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單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了通信、控制與顯示等功能。文中詳細(xì)地描述了控制電路的設(shè)計(jì)過程，包括：鍵盤與LED顯示電路、RS485通信電路、照明燈控制電路以及看門狗電路等。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)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：燈光控制系統(tǒng)；AT89C51

4、；單片機(jī)；節(jié)能；采集電路</p><p>　　The Control System for Lighting Based on Single–chip Microcomputer</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of electronic techn

5、ology, the system of control 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

6、 system of control, replaces the traditional system—electronic circuit. At the same time, the development and maturation of the intelligent building have established the substantial foundation for the popularization and

7、application of</p><p>　　In this paper,the Indoor Lighting Control System Based on AT89C51 and its principle are introduced. Some effective and energy saving control strategys of lighting system are brought f

8、orward. The current system uses a relatively mature sensor technology and computer control technology ，using multi-parameter to achieve the school classroom indoor lighting control. </p><p>　　The system incl

9、udes hardware and software 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 AT89c51. The system can do many jo

10、bs, such as wired communication, wireless data transmitting, controlling and display. The paper describes the designing process of the circuit at length, including: keyboard and LED display circuit, RS485 communication c

11、ircuit, wireless transmitting circuit, contro</p><p>　　Key words:lighting control system;AT89C51; Single-chip microcomputer；energy saving;acquisition of signal</p><p><b>　　第一章 概述4</b&

12、gt;</p><p>　　1.1課題研究背景4</p><p>　　1.2課題研究的目的與意義4</p><p>　　1.2.1良好的節(jié)能效果和延長(zhǎng)燈具壽命4</p><p>　　1.2.2改善工作環(huán)境，提高工作效率4</p><p>　　1.2.3提高管理水平5</p><p>　

13、　1.2.4較好的投資收益效果5</p><p><b>　　1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)5</b></p><p>　　1.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)5</p><p>　　1.3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路5</p><p>　　第二章 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件總述9</p

14、><p>　　2.2 CPU性能介紹9</p><p>　　2.3 主控制機(jī)電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.3.1鍵盤的接口設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.3.2 LED數(shù)碼顯示的接口設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.3.3 看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.4 分

15、控制器的電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.5RS485通信電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.6 光信號(hào)取樣電路15</p><p>　　2.6.1 Microwire串行總線性能介紹15</p><p>　　2.6.2 TLC1549的接口設(shè)計(jì)16</p><p>　　2.6.3 TCL1549的

16、數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)17</p><p>　　2.7人體信號(hào)采集電路17</p><p>　　2.7.1 人體紅外探頭18</p><p>　　2.7.2 比較電路20</p><p>　　2.8 DS12887時(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　2.8.1 DS12887接口設(shè)計(jì)及初始化程序24&l

17、t;/p><p>　　2.9輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)28</p><p>　　3.1人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.1.1鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.1.2LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.2 照

18、明啟停控制程序設(shè)計(jì)31</p><p>　　3.2.1全部啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)31</p><p>　　3.2.2單獨(dú)啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)33</p><p>　　3.3照明控制程序設(shè)計(jì)35</p><p>　　3.3.1全部定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)35</p><p>　　3.3.2單獨(dú)定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)36</p&

19、gt;<p>　　3.4 RS485通信程序設(shè)計(jì)38</p><p>　　3.4.1 主機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)39</p><p>　　3.4.2從機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)40</p><p>　　第四章 系統(tǒng)可靠性技術(shù)41</p><p>　　4.1干擾產(chǎn)生的后果41</p><p>　　4.2單片機(jī)應(yīng)

20、用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)41</p><p>　　4.3軟件抗干擾技術(shù)43</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)44</b></p><p><b>　　致 謝45</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)

21、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)模也隨著受教育者的數(shù)量增加而不斷擴(kuò)大，教室的數(shù)量也大幅度增加。為使師生有舒適的教學(xué)和學(xué)習(xí)的環(huán)境，無論是教室的面積、設(shè)施和照度，校方在力所能及的范圍內(nèi)，都付出了十分的努力。但由于學(xué)校開放型的管理模式，以及全員的節(jié)能意識(shí)的淡薄，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。夜間許多教室，即使僅有幾個(gè)學(xué)生在教室自習(xí)，

22、但室內(nèi)照明全部開啟，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1／4—1／5，電費(fèi)支出占據(jù)較重比例。其中主要能耗浪費(fèi)較大的是：教室照明和空調(diào)的使用。而教室照明的浪費(fèi)源自予長(zhǎng)明燈、白天亮燈、不合理使用照明以及舊燈管的不及時(shí)更換。</p><p>　　能源短缺是21世紀(jì)國(guó)際面臨的新課題。在尋

23、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，高校教室照明的節(jié)電問題不得不提到重要的議事日程上來。</p><p>　　單片機(jī)的出現(xiàn)至今已經(jīng)有30多年的歷史了。微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)微型計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到廣泛滲

24、透到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、軍事、交通、通信等相關(guān)行業(yè)，而且也深入到家電、娛樂、藝術(shù)、社會(huì)文化等各個(gè)領(lǐng)域，并掀起了一場(chǎng)數(shù)字化技術(shù)革命。單片微型計(jì)算機(jī)就是將中央處理單元、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)。</p><p>　　本篇論文介紹了就是基于單片機(jī)AT89C51的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)的

25、研究和開發(fā)。本系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制器的核心，其中上位機(jī)和下位機(jī)都是以AT89C51為基礎(chǔ)，再連接外圍電路，通過現(xiàn)場(chǎng)總線RS485通信方式實(shí)現(xiàn)照明燈具的智能控制。系統(tǒng)通過人體信號(hào)采集電路對(duì)人體信號(hào)采集和光信號(hào)采集電路對(duì)光信號(hào)采集以及相應(yīng)的處理并輸入給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)判斷并輸出信號(hào)來控制學(xué)校教室內(nèi)燈光的開關(guān)和亮度。</p><p><b>　　第一章 概述</b></p>

26、<p><b>　　1.1課題研究背景</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、控制等技術(shù)的發(fā)展,智能建筑的發(fā)展越來越迅猛。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)智能建筑存在效率低、能耗高的現(xiàn)象。就智能建筑的照明系統(tǒng)來說，許多地方的燈經(jīng)常是從早到晚開著的，不管這些房間或樓道是否有人，也不管有多少人。或者，當(dāng)自然光照度很好時(shí)，燈不能及時(shí)關(guān)閉；反之，當(dāng)自然光照度難以滿足人的需求時(shí)，又不能及時(shí)打開

27、燈光。這種照明方式，不僅造成能源的浪費(fèi)，而且不能滿足人對(duì)照明的基本需求，同時(shí)也給人的視力造成了很大的影響?，F(xiàn)代照明除了滿足人的基本生活、學(xué)習(xí)要求之外，將更注重能量的節(jié)省和使用上的便利，以及滿足人類工程學(xué)的個(gè)性方面的要求。特別是近年來大廈內(nèi)利用計(jì)算機(jī)工作的人員比例上升，不同視覺要求的工作的數(shù)量和復(fù)雜程度大大增加。所以要做到合理、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，首先應(yīng)采用先進(jìn)成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，如電光源、燈具、照明控制系統(tǒng)。因此，適應(yīng)不同個(gè)人和工作需要，結(jié)合自動(dòng)

28、調(diào)節(jié)與手動(dòng)調(diào)節(jié)的智能化照明系統(tǒng)已經(jīng)成為必不可少了。</p><p>　　而在大學(xué)校園的建設(shè)熱潮中，各大高校和他們的建設(shè)者也意識(shí)到了智能照明的重要性。相對(duì)商業(yè)樓宇而言，大學(xué)校園里的大功率動(dòng)力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對(duì)比重更多，所以控制教室照明是節(jié)能的關(guān)鍵。使用照明控制系統(tǒng)，更能體現(xiàn)其在節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢(shì)，提高學(xué)校的科學(xué)管理水平，而且還能節(jié)省開支。</p><p>　　1.2課題研究

29、的目的與意義</p><p>　　1.2.1良好的節(jié)能效果和延長(zhǎng)燈具壽命</p><p>　　節(jié)能是照明控制系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的樓宇公共區(qū)域照明工作模式，只能是白天關(guān)燈，晚上開燈。而采用了智能照明控制系統(tǒng)后，可以根據(jù)不同場(chǎng)合、不同的人流量，進(jìn)行時(shí)間段、工作模式的細(xì)分，把不必要的照明關(guān)掉，在需要時(shí)自動(dòng)開啟。同時(shí)，系統(tǒng)還能充分利用自然光，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)照度?？刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同工作場(chǎng)合的多種照明

30、工作模式，在保證必要照明的同時(shí)，有效減少了燈具的工作時(shí)間，節(jié)省了不必要的能源開支，也延長(zhǎng)了燈具的壽命。 </p><p>　　1.2.2改善工作環(huán)境，提高工作效率 </p><p>　　良好的工作環(huán)境是提高工作效率的一個(gè)必要條件。合理地選用光源、燈具及性能優(yōu)越的照明控制系統(tǒng)，都能提高照明質(zhì)量。智能照明控制系統(tǒng)具有開關(guān)和調(diào)光兩種控制方法，可以有效地控制各種照明場(chǎng)所的平均照度值，從而提高照度均

31、勻性。同時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)不同的時(shí)間段，人們的不同需要，自動(dòng)調(diào)節(jié)照度。 </p><p>　　1.2.3提高管理水平 </p><p>　　智能照明控制系統(tǒng)是以自動(dòng)控制為主、人工控制為輔的系統(tǒng)。在一般的情況下，不需要有人的參與，照明系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)和調(diào)光功能，既大大減少了管理人員的數(shù)量，也排除了由于人為因素而出現(xiàn)的不定時(shí)開關(guān)，影響學(xué)校的正常教學(xué)、生活秩序的情況。 </p><

32、;p>　　1.2.4較好的投資收益效果 </p><p>　　智能照明控制系統(tǒng)在節(jié)能和節(jié)省燈具使用的同時(shí)，有效節(jié)省了電費(fèi)與管理費(fèi)用的支出。根據(jù)一般的辦公大樓運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)來看，節(jié)能效果能達(dá)到40％以上，一般的商場(chǎng)、酒店、地鐵站等節(jié)能效果也能達(dá)到25％～30％。 </p><p><b>　　1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.3.

33、1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)</p><p>　　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)。</p><p>　　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

34、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，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。</p><p>　　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(yǔ)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。軟件設(shè)計(jì)

35、的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機(jī)。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。</p><p>　　1.3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路</p><p>　　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

36、換，達(dá)到控制照明燈具的目的。有線通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。</p><p><b>　　1．通信系統(tǒng)</b></p><p>　　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)。</p><p>　　圖1-1 有線通

37、信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　2．上位機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　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2.3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)

38、行定時(shí)開關(guān)控制。</p><p>　　圖1-2 主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　3.下位機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖2.4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

39、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。</p><p>　　圖1-3 分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　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）、

40、無限燈（休息時(shí)間開燈），從而達(dá)到節(jié)電目的。</p><p>　　根據(jù)上述要求，可以畫出控制系統(tǒng)邏輯功能表，如表1-1所示。</p><p>　　表1-1 系統(tǒng)邏輯關(guān)系表</p><p>　　如果假設(shè)：室內(nèi)光線強(qiáng)度為A：光線弱時(shí)A=1，光線強(qiáng)時(shí)A=0；</p><p>　　人體信號(hào)為B：有人時(shí)B=1，無人時(shí)B=0；</p><

41、;p>　　作息時(shí)間為C：上課時(shí)C=1，休息時(shí)C=0；</p><p>　　電燈開關(guān)狀態(tài)為D：合時(shí)D=1，斷開時(shí)D=0。</p><p>　　則表1-1可以轉(zhuǎn)化為表1-2。</p><p>　　表1-2 系統(tǒng)邏輯真值表</p><p>　　由上述的真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達(dá)式為：D=A·B·C</p>

42、<p>　　第二章 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件總述</p><p>　　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。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)硬件總述圖</p&

43、gt;<p>　　2.2 CPU性能介紹</p><p>　　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)I／O口線，兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，—個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口。</p><p>　　2.3 主控制機(jī)電路設(shè)計(jì)</p&g

44、t;<p>　　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。</p><p

45、>　　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。</p><p>　　圖2-2 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖</p><p>　　2.3.1鍵盤的接口設(shè)計(jì)</p><p>　　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

46、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

47、掃描，以識(shí)別被按鍵的行、列位置。</p><p>　　2.3.2 LED數(shù)碼顯示的接口設(shè)計(jì)</p><p>　　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P0.0～P0.3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。

48、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(yáng)極方式。</p><p>　　2.3.3 看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　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，與AT89C51的接口電路如圖3.1所示。MR與WD

49、O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：</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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

50、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。</p><p>　　（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1．6s內(nèi)給出“喂狗”信號(hào)，WDO跳變?yōu)榈碗娖剑捎贛R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。</p><p&

51、gt;　　（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。</p><p>　　2.4 分控制器的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2-3 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖</p><p>　　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

52、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)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比較高等特點(diǎn)。</p><p>　　RS485通信電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　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)

53、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。</p><p>　　圖2-4 單片機(jī)多機(jī)通信連線圖</p><p>　　多機(jī)通信時(shí)，為了保證通信的可靠性，在點(diǎn)到點(diǎn)通信時(shí)，采用了尋址技術(shù)，即主機(jī)先發(fā)送一幀地址信

54、息給各個(gè)從機(jī)，各從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)來的地址信息后，便與本機(jī)的地址號(hào)相比較。若相同，則開始與主機(jī)的通信；若不同，則不理睬主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，也不向主機(jī)發(fā)送信息。</p><p>　　多機(jī)通信時(shí)，單片機(jī)的串行口只能工作在方式2、3。此時(shí)單片機(jī)發(fā)送或接收的一幀信息都是11位，1位起始位、9位數(shù)據(jù)位、1位停止位，其中第9位數(shù)據(jù)發(fā)送或接收是通過TB8或RB8實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)主機(jī)發(fā)送地址信息時(shí)，使TB8=1，所有SM2=1的從機(jī)都將

55、產(chǎn)生中斷，接收此地址信息進(jìn)行比較，其中被主機(jī)呼叫的從機(jī)的SM2位被清“0”；主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息時(shí)，使TB8=0，僅有SM2=0的從機(jī)才將產(chǎn)生中斷，接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)信息，其余從機(jī)不予理睬。</p><p>　　針對(duì)RS232的不足，出現(xiàn)了新的串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)RS-422，它采用平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收的方法，從根本上消除了地波和共模電磁波的干擾。發(fā)送端相當(dāng)于兩個(gè)單端驅(qū)動(dòng)器，發(fā)送同一個(gè)信號(hào)時(shí)，其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸出永遠(yuǎn)

56、是另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的反相信號(hào)。于是兩條線上傳送的信號(hào)電平，當(dāng)一條表示邏輯“1”時(shí)，另一條為邏輯“0”。在干擾信號(hào)作為共模信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，接收器接收差分輸入電壓，只要接收器有足夠的抗共模電壓工作范圍，就能從地線的干擾中分離出有效信號(hào)，正確接收傳送的信息，其最小可區(qū)分0.20V的電位差值。由于平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，RS422在1200米距離內(nèi)能把速率提高到100Kb/s；在較短距離內(nèi)，其傳輸速率可高達(dá)10Mb/s，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離、高速率下

57、傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　采用RS-422實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間遠(yuǎn)程通信時(shí)，需要兩對(duì)平衡差分電路形成全雙工傳輸電路。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，往往有多點(diǎn)互連而不是兩點(diǎn)直連，而且大多數(shù)情況下，在任一時(shí)刻只有一個(gè)主控模塊（點(diǎn)）發(fā)送數(shù)據(jù)，其他模塊（點(diǎn)）處在接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，于是便產(chǎn)生了主從結(jié)構(gòu)形式的RS-485標(biāo)準(zhǔn)。RS485只能按半雙工方式工作，因此發(fā)送電路必須由使能信號(hào)加以控制，但它只需要一對(duì)雙絞線即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)半雙工通訊。<

58、;/p><p>　　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

59、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。</p><p>　　圖2-5 主機(jī)通信電路圖</p><p>　　圖2-6 從機(jī)通信電路圖</p><p>　　主機(jī)與從機(jī)選用的RS485通信收發(fā)器芯片為MAX485，它是MAXIM公司生產(chǎn)的用于

60、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 μA，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

61、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120Ω的電阻。 </p><p>　　為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用光電耦合器TLP521

62、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為低電平，使串行收發(fā)器處于接收偵聽狀態(tài)。</p><p>　　2.6 光信號(hào)取樣

63、電路</p><p>　　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)。</p><p>　　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：

64、0.00—9.99V，精度0.01V。</p><p>　　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

65、，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。</p><p>　　圖2-7 光信號(hào)取樣電路</p><p>　　2.6.1 Microwire串行總線性能介紹</p><p>　　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

66、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Microwire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)

67、品為增強(qiáng)型的Microwire／PLUS總線。增強(qiáng)型的Microwire／PLUS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)。Microwire總線系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。</p><p>　　圖 2-8 Microwire總線系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)</p><

68、;p>　　2.6.2 TLC1549的接口設(shè)計(jì)</p><p>　　圖 2-9 TLC1549引腳及與A/D接口電路</p><p>　　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

69、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)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。</p><p>　　圖2-10 TLC1549方式1時(shí)序圖</p><p>　　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)

70、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。

71、</p><p>　　2.6.3 TCL1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)</p><p>　　/*--------------- AetAD()TLC1549數(shù)據(jù)采集--------------------------*/</p><p>　　sbit ADCLK=P1^0;</p><p>　　sbit ADOUT=P1^1;</p>

72、<p>　　sbit ADCS=P1^2;</p><p>　　/*-----------------------------------------------------------------*/</p><p>　　Void AetAD()</p><p><b>　　{</b></p><p>　

73、　uchar i=1,w,PickCount;</p><p><b>　　uint vol;</b></p><p>　　for(w=1;w<=PickCount;w++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ADCLK=ADOUT=0;</p><

74、;p><b>　　vol=0;</b></p><p>　　ADCS=0;//開啟控制電路，使能DATA OUT和I/O CLOCK</p><p>　　for(i=1;i<=10;i++)//采集10位串行數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>

75、　　//給一個(gè)脈沖</b></p><p><b>　　ADCLK=1;</b></p><p><b>　　vol<<=1;</b></p><p>　　if(ADOUT)vol|=0x01;</p><p><b>　　ADCLK=0;</b><

76、;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　ADCS=1;</b></p><p>　　delay(21);//兩次轉(zhuǎn)換間隔大于21us</p><p>　　P0=0xff;//P0口置初始輸入狀態(tài)</p><p><b>　　}</b&g

77、t;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　2.7人體信號(hào)采集電路</p><p>　　人體信號(hào)采集由人體紅外檢測(cè)探頭和比較電路組成。</p><p>　　2.7.1 人體紅外探頭</p><p>　　人體紅外檢測(cè)探頭由菲涅爾透鏡、熱釋紅外傳感器P2288組成。</p&

78、gt;<p><b>　　1．菲涅爾透鏡</b></p><p>　　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)。 </p><p>　　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

79、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?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)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。</p><p>　　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。</p>

80、<p>　　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)：</p><p>　　一、外觀描述——外觀形狀（長(zhǎng)、方、圓）、尺寸（直徑）。以毫米為單位。</p><p>　　二、探測(cè)范圍——指鏡片能探測(cè)的有效距離（米）和角度。</p><p>　　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

81、頭窗口。</p><p>　　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)對(duì)7—14um的紅外波長(zhǎng)特別敏感的TO—5材料連接著場(chǎng)效管。</p><p>　　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

82、號(hào)輸出，見圖2-11。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。</p><p><b>　　2熱釋紅外傳感器</b></p><p>　　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。</p>

83、;<p>　　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2-12為它們的頂視圖，其中較大的矩形部分為濾光窗，圖2-13為底視圖，圖2-14為側(cè)視圖， P1、P2為兩個(gè)敏感單元，面積約2×1mm2，間距1mm。 </p><p><b>　?。?）敏感單元</b>&

84、lt;/p><p>　　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、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。</p><p>　　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

85、信號(hào)輸出。同理，在燈光或陽(yáng)光下，因陽(yáng)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0.1~10Hz），即傳感器對(duì)紅外光的波長(zhǎng)的敏感范圍很窄（一般為5~15um），因此，傳感器對(duì)它們不敏感。</p><p>　　從原理上講，任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生紅外線，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

86、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0.1~10Hz）和對(duì)特定波長(zhǎng)紅外線（一般為 5~15um）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。</p><p><b>　　

87、（2）濾光窗 </b></p><p>　　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0.2～20μm。為了對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射有較高的敏感度，通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7.0~14um波長(zhǎng)以外的紅外線。例如，SCA02-1對(duì) 7.5~14um波長(zhǎng)的紅外線的穿透量為70%，在6.5um處時(shí)下降為65

88、%，而在5.0um處時(shí)陡降為0.1%；P2288的響應(yīng)波長(zhǎng)為 6~14um，中心波長(zhǎng)為10um。</p><p>　　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λm*T=2989（um.k）（其中λm為最大波長(zhǎng)，T為絕對(duì)溫度）。人體的正常體溫為 36~37.5℃，即309~310.5K，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長(zhǎng)為λm=2989/（309~310.5）=9.67~9.64um，中心波長(zhǎng)為9.65um。因此

89、，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)（7~14um）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(yáng) 光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾。 </p><p>　　2.7.2 比較電路</p><p>　　比較電路如圖2-15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

90、比較所用。即運(yùn)算放大器D1的6腳和D2的1腳電壓分別為0.45V和2.0V。</p><p>　　圖2-15 人體信號(hào)比較電路</p><p>　　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)

91、，則“2腳”或“5腳”的電壓降為0V。</p><p><b>　　1.探頭工作正常 </b></p><p>　　“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)，</p><p>　　“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。</p><p>　　探頭將會(huì)根據(jù)有無人

92、體信號(hào)在“2腳”產(chǎn)生1.0V或3.0V兩種電壓信號(hào)。</p><p>　　2.探頭工作不正常（由于故障或沒有安裝探頭）</p><p>　　“1腳”的電壓恒定為2.0V，“2腳”的電壓為0V，</p><p>　　“6腳”的電壓恒定為0.45V，“5腳”的電壓為0V。</p><p>　　探頭將只會(huì)產(chǎn)生一種電壓信號(hào)0V。</p>

93、<p>　　具體的比較結(jié)果如下表2-1所示。</p><p>　　表2-1 探頭采集信號(hào)輸出狀態(tài)表</p><p>　　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。</p><p>　　2.8 DS12887時(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)&

94、lt;/p><p>　　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

95、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。</p><p>　　1.DS12887的原理及管腳說明</p><p>　　圖2-16 顯示了DS12887管腳排列圖，并分別說明管腳功能：</p><p>　　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

96、4.25V，讀寫被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng)VCC下降到3V以下時(shí)，RAM和計(jì)時(shí)器被切換到內(nèi)部鋰電池。</p><p>　　MOT(模式選擇)：MOT管腳接到VCC時(shí)，選擇MOTOROLA時(shí)序，當(dāng)接到AFND時(shí)，選擇INTEL時(shí)序。</p><p>　　SQW(方波信號(hào)輸出)：SQW管腳能從實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)部15級(jí)分頻器的13個(gè)抽頭中選擇一個(gè)作為輸出信號(hào)，其輸出頻率可通過對(duì)寄存器A編程改變。<

97、;/p><p>　　AD0～AD7(雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線)：總線接口，可與MOTOROLA微機(jī)系列和INTEL微機(jī)系列接口。</p><p>　　AS(地址選通輸入)：用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。</p><p>　　DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入)：DS/RD客腳有兩種操作模式，取決于MOT管腳的電平，當(dāng)使用MOTOROLA時(shí)序時(shí)，DS是

98、一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期，DS指示DS12887驅(qū)動(dòng)雙向總的時(shí)刻，在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇INTEL時(shí)序時(shí)，DS稱作(RD)，RD與典型存貯器的允許信號(hào)(OE)的定義相同。</p><p>　　R/W(讀/寫輸入)：R/W管腳也有兩種操作模式。選MOTOROLA時(shí)序時(shí)，R/W是一電平信號(hào)，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷?，DSO為高電平時(shí)，R/W高電平指示讀周期，

99、R/W低電平指示寫周期；選INTEL時(shí)序，R/W信號(hào)是一低電平信號(hào)，稱為WR。在此模式下，R/W管腳與通用RAM的寫允許信號(hào)(WE)的含義相同。</p><p>　　CS(片選輸入)：在訪問DS12887的總線周期內(nèi)，片選信號(hào)必須保持為低。</p><p>　　IRQ(中斷申請(qǐng)輸入)：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷條件滿足時(shí)，IRQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開路輸入，要求外接上

100、接電阻。</p><p>　　RESET(復(fù)位輸出)：當(dāng)該腳保持低電平時(shí)間大于200ms，保證DS12887有效復(fù)位。</p><p>　　2. 地址分配表及時(shí)間、日歷和鬧鐘的數(shù)據(jù)格式</p><p>　　表2-2 時(shí)間、日歷和鬧鐘的數(shù)據(jù)格式</p><p>　　DS12887內(nèi)部有128B的非易失RAM，其中地址0~9為時(shí)間、日歷、鬧鐘信

101、息存放單元，具體見表-12，地址10~13依次為寄存器A、B、C、D的地址，而剩下的114B則作為通用的RAM。其中寄存器C、D為只讀，寄存器A的D7位為只讀 ；114字節(jié)的非易失性通用RAM沒有特殊功能，可以在任何時(shí)候讀寫。0xc0、0xff為特殊的數(shù)。如果小時(shí)鬧鐘為0xc0、0xff，表示每小時(shí)中斷一次；如果小時(shí)鬧鐘和分鐘鬧鐘都是0xc0、0xff，表示每分鐘中斷一次；如果小時(shí)鬧鐘、分鐘鬧鐘和秒鬧鐘都是0xc0、0xff，表示每秒中

102、斷一次。</p><p>　　3.DS12887狀態(tài)控制寄存器</p><p>　　DS12887有4個(gè)控制寄存器，它們?cè)谌魏螘r(shí)間都可訪問，即使更新周期也不例外。</p><p><b>　　寄存器A</b></p><p>　　表2-3 寄存器A的功能表</p><p>　　UIP：更新周期正在

103、進(jìn)行位。當(dāng)UIP為1，更新轉(zhuǎn)換將很快發(fā)生，當(dāng)UIP為0，更新轉(zhuǎn)換至少在244µs內(nèi)不會(huì)發(fā)生。</p><p>　　DV0，DV1，DV2：用于開關(guān)晶振和復(fù)位分頻鏈。這些位的010唯一組合將打開晶振并允許RTC計(jì)時(shí)。</p><p>　　RS3，RS2，RS1，RS0：頻率選擇位，從15級(jí)頻率器13個(gè)抽頭中選一個(gè)，或禁止分頻器輸入，選擇好的抽頭用于產(chǎn)生方波(SQW管腳)輸出和周期中

104、斷，用戶可以：用PIE位允許中斷；用SQWE位允許SQAW輸出；二者同時(shí)允許并用相同的頻率；都不允許。</p><p><b>　?。?）寄存器B</b></p><p>　　表2-4 寄存器B的功能表</p><p>　　SET：SET置0時(shí)，時(shí)間更新正常進(jìn)行，每秒計(jì)數(shù)走時(shí)一次，當(dāng)SET位寫入1，時(shí)間更新被禁止，程序可初始化時(shí)間和日歷字節(jié)。&

105、lt;/p><p>　　PIE：周期中斷允許位，PIE為1時(shí)，則允許中斷；PIE為0時(shí)，則禁止中斷。</p><p>　　AIE：定鬧中斷允許位，PIE為1，允許中斷，否則禁止中斷。</p><p>　　SQWE：方波允許位，置1時(shí)選定頻率方波從SQW腳輸出；置0時(shí)，SQW腳為低電平。</p><p>　　DM：數(shù)據(jù)模式位，置“1”時(shí)，時(shí)間、日歷

106、和警報(bào)的數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制形式，置“0”時(shí)采用BCD碼。</p><p>　　24/12：小時(shí)格式位，置“1”采用24小時(shí)模式，置“0”則采用12小時(shí)模式。</p><p>　　DSE：P夏令時(shí)允許位，當(dāng)DSE置1時(shí)允許兩個(gè)特殊的更新，在四月份的第一個(gè)星期日，時(shí)間從1：59：59AM時(shí)改變?yōu)?：00：00AM，當(dāng)DSE位為0，這種特殊修正不發(fā)生。</p><p><

107、;b>　?。?）寄存器C</b></p><p>　　表2-5 寄存器C的功能表</p><p>　　IRQF：中斷申請(qǐng)標(biāo)志位。當(dāng)下列表達(dá)式中一個(gè)或多個(gè)為真時(shí)，置1。</p><p>　　PF=PIE=1；AF=AIE=1；</p><p><b>　　UF=UIE=1；</b></p>

108、<p>　　即：IRQF=PF·PIE+AF·AIE+UF·UIE</p><p>　　只要IRQF為1，IRQ管腳輸出低電平。寄存器C是只讀寄存器，所有標(biāo)志位都是芯片內(nèi)部時(shí)鐘在運(yùn)行中產(chǎn)生中斷時(shí)置位，程序讀寄存器C以后或RESET管腳為低后，所有標(biāo)志位清零。</p><p>　　AF：定鬧中斷標(biāo)志位，只讀，AF為1表明現(xiàn)在時(shí)間與定鬧時(shí)間匹配。<

109、/p><p>　　UF：更新周期結(jié)束標(biāo)志位。UF為1表明更新周期結(jié)束。</p><p>　　BIAT0～BIT3：寄存器C未用狀態(tài)位，讀出總為0，不能寫入。</p><p><b>　?。?）寄存器D</b></p><p>　　表2-6 寄存器D功能表</p><p>　　VRT：內(nèi)部鋰電池狀態(tài)位，

110、平時(shí)應(yīng)總讀出1，如出現(xiàn)0，表明內(nèi)部鋰電池耗盡。</p><p>　　BIT0～BIT6：寄存器D未用狀態(tài)位，讀出總為0，不能寫入。</p><p>　　2.8.1 DS12887接口設(shè)計(jì)及初始化程序</p><p>　　圖2—17 DS12887接口設(shè)計(jì)</p><p>　　#define uchar unsigned char#defin