基于单片机教室灯光智能控制系统
图3-4 光敏模块电路图
3.4 热释红外感应模块
热释红外感应模块用来检测教室内是否有红外线，判断教室内是否有人。通过判断教室内红外线的强弱，判断教室中人数，从而控制教室内的光照强度，是数据采集的核心模块之一。本系统采用的热释红外传感器主要采用热释红外传感器的原理，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，8-141Lm三个特定光吸收甚少，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的红外线，被动式红外探头就靠探测人体发射的红外线进行工作。人体发射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热释红外传感信号。
⑴ 这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对特定波长的红外辐射非常敏感。
⑵ 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射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。
⑶ 人体存在的探测，其传感器包含两个互相串联的热释电源，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，使其产生的释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
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⑷ 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件接收，但是两片热释电元件接收到的热量不同，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。
⑸ 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。
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。
热释红外传感器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：
⑴ 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；
⑵ 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；
⑶ 人体传感器工作电压宽为DC3V-DC24V；
⑷ 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；
⑸ 其静态电流小于50微安，功耗低；
⑹ 工作温度介于-15°和+700°之间，适应性强； ⑺ 灵敏度高，可靠性强。
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，增加一个三极管驱动人体存在传感器输出信号的可靠性，同时可以驱动一个LED充当指示作用。其电路原理图如图3-5所示：
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图3-5 人体传感器电路图
当教室有人员出入时，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。当人员在教室移动到红外传感器探测盲区时，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。
3.5 系统时钟电路
本系统采用美国DALLAS公司推出的具有充电能力的用于临时性存放数据的RAM寄存器的实时时钟芯片DS1302。此芯片采用的是串行通信方式，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。工作电压为2.5V-5. 5V。可为掉电保护电源提供可编程的充电功能的时钟芯片DS1302的引脚图如图3-6所示：
图2-9 DS1302引脚
图3-6 时钟芯片DS1302引脚图
其中Vcc2外接3.6V可充电的铿电池，为DS1302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
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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。Xl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P1.5引脚，进行时钟控制。数据输入/输出端I/O接单片机P1.6引脚，进行数据传输。
3.6 超时报警电路
在教室中，若采用手动方式控制时，可能会出现学生及管理人员的工作疏忽，教室里在没有人时候，导致教室灯工作超时，造成能源浪费，因此系统采用超时报警电路，以声音的方式来提醒管理人员是否关闭电源。另一方面由于学生学习紧张，在夜里忘了时间点，学习期间开灯时间过长，致使教室电灯工作超时，于是本系统超时报警电路就会发出声音，提醒学生应该休息或必需改用遥控器手动方式来控制灯了。这样，还可以更好地保护公共设施。系统采用超时报警的电路如图3-7的P3.4端口外加一个10K的上拉电阻，再经过限流电阻100欧与三极管C945的基极相连。当P3.4端口为低电平，即基极为低电平时，三极管导通，驱动蜂鸣器发出声音，以示教室灯工作超时。若P3. 4端口为高电平，即基极为高电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作，教室灯工作正常。本系统采用超时报警电路方便了管理人员对教室的管理，能够更好地、及时地管理教室。
图 3-7 超时报警的电路
3.7 显示电路设计
为了实现较好的人机交互界面，在本系统中采用1602液晶显示屏来显示用户的设定作息时间及用户所查询的信息。
点阵字符型液晶显示器是专门用于显示数字、字母、图形符号及少量自定义符号的显示器。这类显示器把LCD控制器/点阵驱动器/字符存贮器全做在一块印刷板上。系统
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选用日立公司的HD44780液晶显示。HD44780具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动/闪烁等功能。与MCU的传输可采用8位并行传输或4位并行传输2种方式。
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