基于单片机控制的教室灯光自动控制器的研究
P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 TXD（串行输出口） INT0（外中断0） INT1（外中断1） T0（定时/计数器0外部输入） T1（定时/计数器1外部输入） AT89C2051的P3口只有7个引脚，P3.6没有引出。P3口的P3.0-P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口写入“1”时，它们内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。
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。
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图 3-2 A\\D模块
图 3-3 A/D转换器
3.2.3 红外线热释电传感器
3.2.3.1红外线热释电传感器
红外线热释电传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等
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份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
被动式热释电红外探头的工作原理及特性： 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM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。红外感应源通常采用热释电元件，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报警信号。
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10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。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)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，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，经信号处理而报警。
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。 被动式热释电红外探头的优缺点： 优点：
本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。 缺点：
◆容易受各种热源、光源干扰
◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。 ◆易受射频辐射的干扰。
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◆环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
抗干扰性能： 1。防小动物干扰
探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。
2。抗电磁干扰
探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 3。抗灯光干扰
探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。
红外线热释电传感器的安装要求：
红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系.。正确的安装应满足下列条件： 1。红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。
2。红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。
3。红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
4。红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。
红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。
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
传统的时钟芯片，如MCL46818、MC68H68T、LM8365等，这些芯片的引脚
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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的时钟芯片DS1202的引脚图如图3-7所示
图3-7 时钟芯片DS1202的引脚图
DS1302与单片机接口电路连接原理图如图3-8，其中Vcc2：外接3.6V可充电的锂电池，为DS1032的备用电源。Vcc1外接系统供电模块的输出稳定电压+5V，为DS1302 的主电源。DS1302由Vcc1和Vcc2两者中较大者供电。系统正常运行时，Vcc1大于Vcc2， 因此由Vcc1给DS1302供电，在主电源关闭的情况下，则由Vcc2给DS1302供电，保持 时钟的连续运行。X和X2是振荡源，外接32.768KHz晶振。RST是复位/片选线，通 过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送，与单片机的复位信号相连。时钟 输入端ＳＣＬＫ接单片机
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