基于单片机的智能教室照明系统(3)

3.2.2 日光强度检测模块电路

日光强度检测模块采用单片机作为控制处理核心，具有价格低、体积小等特点，满足实际需求。传感器选择光敏电阻，用精密电阻与之串联分压得到一电压信号送给A／D 如图3-2。为了减小模块体积和降低成本，选择低功耗、串行方式工作的TLC549作为A／D转换器，其原理如图3-3所示。

TLC549是采用IinCMOSTM技术并以开关电容逐次逼近原理工作的8位串行A／D芯片，可与通用微处理器、控制器通过I／O CLOCK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。TLC549具有4MHz的片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长为17μs，允许的最高转换速率为40000次/s。总失调误差最大为±0．5LSB，典型功耗值为6 mW。TLC549采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，由于其VREF-接地时，(VREF+)-(VREF-)≥1 V，故可用于较小信号的采样，此外，该芯片还单电源3～6v的供电范围。总之，TLC549具有控制口线少，时序简单，转换速度快，功耗低，价格便宜等特点，适用于低功耗袖珍仪器上的单路A/D采样，也可将多个器件并联使用。它的工作原理是TLC549带有片内系统时钟，该时钟与I／O CLOCK是独立工作的，无需特殊的速度或相位匹配。当CS为高时，数据输DATA OUT端处于高阻状态，此时I／O CLOCK不起作用。这种CS控制作用允许在同时使用多片TLc549时，共用I／OcLOCK，以减少多路(片)A／D使用时的I／O控制端口。

基于单片机的智能教室照明系统毕业设计论文

图 3-2 A\D模块

图 3-3 A/D转换器

3.2.3 热释电红外人体检测模块电路

3.2.3.1人体存在传感器的工作原理

自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型 和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子 型相比，响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型 的特点相反，而且要求冷却条件。本系统采用的是热释电红

基于单片机的智能教室照明系统毕业设计论文

外传感器，人体存在传感 器主要采用了红外传感器的原理，它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水 龙头、自动电梯、自动照明等场合，及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。 其原因为：①被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；②大气对2-2.61LM、3-51LM、8-1411M三个被称为“大气窗口”的特定光通量的红外线吸收甚少，可非 常容易被检测；③中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。

人体存在传感器的热释电红外探头的工作原理及特性如下：

人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μM左右的红外线，被动式红外探头就靠探测人体发射的10μM左右的红外线而进行工作的。人体发射的 10μM叫左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源采用 热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生由人体存在的信号。

1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μM左右的 红外辐射非常敏感。

2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面覆盖有特殊的菲泥尔滤光 片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。

3) 人体存在的探测，其传感器包含两个互相串联的热释电元，而且制成的两个电 极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释 电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

4) 一旦有人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦。并被人体存在传 感器的热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵 消，经信号处理而输出有人体存在的信号。

5) 菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

人体传感器透镜的信号采集敏感区示意图如图3-4，

基于单片机的智能教室照明系统毕业设计论文

图 3-4 信号采集敏感区

有人进入时，移动人体发出的红外线被红外传感器接收，则人体存在被感应，并输出 高电平。若人体进入最不敏感移动方向时，则人体传感器所体现的信号就会不理想，有时还会产生误动作，所以要特别注意人体传感器的安装方向。

3.2.3.2人体存在信号采集电路

人体传感器HP-208是深圳市浩博特电子有限公司研发和生产的基于红外线技术的智能产品，它的主要特性如下：

(1) 感应为全自动方式，人进入感应范围时输出高电平(高3.3V），人离开感 应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平(低0.3V)，其高低电平利于采集；

(2) 采用可重复触发方式。即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有 人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时8秒 -15秒后将高电平变为低电平；

(3) 人体传感器工作电压宽为DC3V-DC24V；

(4) 人体传感器制作成锥面形状，感应范围大，小于140度锥角，感应距离 为7米以内；

(5) 其静态电流小于50微安，功耗低；

(6) 工作温度介于-15°和+700°之间，适应性强；

(7) 灵敏度高，可靠性强。

人体传感器HP-208型号的正视图如图3-5所示：

基于单片机的智能教室照明系统毕业设计论文

图 3-5 人体传感器HP-208型号

人体传感器的1号引脚为电源信号端，3号引脚为地信号端，2号引脚为采集信号输出端。在电路设计中，为了使人体传感器的工作更加可靠，介于人体传感器的信号引脚2与地信号引脚3之间加一个6800PF的电容，另外人体存在传感器的信号引脚2与单片机的P3.3引脚相连，P3.3引脚再接一个100ＫＱ的上拉电阻，增加人体存在传感器输出信号的可靠性。其电路原理图如图3-6

.

图3-6 人体传感器电路图

3.2.4 系统时钟电路

根据教室灯光使用特性，该系统还应受到时间的控制，控制系统的时间应符合学校的作息时闯。比如晚间休息、假期等时闻段应该关掉教室灯光控制系统，以节约 能源，因此本研究还加入硬件时钟电路以保证系统的智能化运行。

3.2.4.1 硬件时钟芯片的选取极其接口电路

基于单片机的智能教室照明系统毕业设计论文

传统的时钟芯片，如MCL46818、MC68H68T、LM8365等，这些芯片的引脚太多，体积大，占用的口线多。而现在流行的串行时钟芯片很多，如DSL302、DSL305、DSL307、PCF8485等，这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛的使用。考虑到 本系统停电时只需对时钟电路提供电源、且不需要占用太多单片杌资源，本系统采用美国DALLAS有充电能力的低功耗1×8的用于临时性存放数据的RAM 寄存器的实时时钟芯片OS1302的是串行通信方式，还可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。它可以对年、月、日、周日、时、 分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V-5V,DL302 的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源／后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。而且本系统采用的DS1202只需三根线即可与单片机进行通信，体积小，使用简单，时钟精度较高，满足系统的要求，

可为掉电保护电源提供可编程的充电功能 …… 此处隐藏：2779字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……