1、11 引言在日新月异的 21 世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有 CPU 控制器或者是单片机。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。用单片机来控制的小型家电产品具有便携实用，操作简单的特点。本文设计的电子万年历属于小型智能家用电子产品。利用单片机进行控制，实时时钟芯片进行记时，外加掉电存储电路和显示电路
2、，可实现时间的调整和显示。电子万年历既可广泛应用于家庭,也可应用于银行、邮电、宾馆、医院、学校、企业、商店等相关行业的大厅，以及单位会议室、门卫等场所。因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。2 系统概述本设计以 AT89S52 单片机为核心，构成单片机控制电路，结合 DS1302 时钟芯片和 24C02FLASH 存储器，显示阳历年、月、日、星期、时、分、秒和阴历年、月、日，在显示阴历时间时，能标明是否闰月，同时完成对它们的自动调整和掉电保护，全部信息用液晶显示。人机接口由三个按键来实现，用这三个按键对时间、日期可调，并可对闹铃开关进行设置。软件控制程序实现所有的功能。整机电路使用+5
3、V 稳压电源，可稳定工作。系统框图如图 2-1 所示，其软硬件设计简单，时间记录准确，可广泛应用于长时间连续显示的系统中。图 2-1 系统框图3 方案选择由于电子万年历的种类比较多，因此方案选择在设计中是至关重要的。正确地选择方案可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。3.1 方案 1基于 AT89S52 单片机的建筑防盗系统设计不使用时钟芯片，而直接用 AT89S52 单片机来实现建筑防盗系统设计。AT89S52是一种带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理人机接口显示电路软件控制程序电源电路单片机控制电路2器，俗称单片机。单片
4、机的可擦除只读存储器可以反复擦写 1000 余次。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S52 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。若采用单片机计时，利用它的一个 16 位定时器/计数器每 50ms 产生一个中断信号，中断 20 次后产生一个秒信号，然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。这样就实现了直接用单片机来实现建筑防盗系统设计。用单片机来实现建筑防盗系统设计，无须外接其他芯片，充分利用了单片机的资源。但是精度不够高，误差较大，掉电后丢失所有数据，软件编程较复杂。3.2 方案 2应用电子、继
5、电线路设计4 系统硬件电路的设计4.1 系统核心部分BISS00011 BISS0001 的结构和工作原理：11 BISs0001 引脚功能说明引脚 1(A)：可重复触发和不可重复触发选择端当设为“l”时，允许重复触发；反之，不可重复触发引脚 2(VO )：控制信号输出端由有效触发的上跳变沿触发，使 输出从低电平跳变到高电平视为有效触发在输出延迟时间外和无有效触发时，保持低电平引脚 3、4(RR1、RC1)：输出延迟时间 TX 调节端， TX49152R1C 13引脚 5、6(RC1、RR2)：触发封锁时间 Ti 调节端Ti =24R2C2引脚 11、7(VDD VSS )：工作电源正、负端引
6、脚 8(VRFRESET)：参考电压及复位输入端通常接 VDD，当接“0”时，可使定时器复位引脚 9(Vc)：触发禁止端当 V VR 时，COP3 输出为高电平，进入延时周期当 A 端接“0”电平时，在 TX 时间内任何 V2 的变化都被忽略，直至 TX 时间结束，即所谓不可重复触发工作方式当 TX 时间结束时，VO 下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期在 Ti 时间内，任何 V2 的变化都不能使 VO 跳变为有效状态( 高电平)，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰.可重复触发方式工作原理图见图5可重复触发工作方式下的波形在 VC=“0”、A=“0”期间，信号 VS 不能触发
7、, VS 为有效状态在 Vc=“1”、A=“1”时，Vs 可重复触发 Vo 为有效状态并可促使 Vo 在 TX 周期内一直保持有效状态在 TX 时间内，只要Vs 发生上跳变，则 Vo 将从 Vs 上跳变时刻起继续延长一个 TX 周期；若Vs 保持为“1”状态，则一直保持有效状态；若 Vs 保持为“0”状态，则在TX 周期结束后 Vo 恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间 Ti 内，任何Vs 的变化都不能触发 Vo 为有效状态2 BISS0001 在热释电红外开关上的应用实例图中为电位器61 热释电传感器是一种近十几年发展起来的新型红外传感器，在红外检测领域中占有越来越重要的地位，已广泛应用于红
8、外测温、红外报警、工业过程自动监控、激光测量、光谱分析、气体分析、红外摄像和空间技术等诸多方面。与其它红外传感器相比，突出的优点之一是可在室温条件下工作，无需致冷。尽管如此，对于它的温度稳定性仍有必要研究。这是因为这种传感器的应用场合不同，环境温度可能差别很大。2 响应率与温度的关系由热平衡理论可以证得，红外热释电传感器的电流响应率和电压响应率分别为式中：A为传感器的极板面积；A为热释电系数；叩为传感器受辐照的吸收率；H，G为传感器的热容量和等效热导； 为调制频率；r ， 为传感器的热时间常数和电时间常数；C为热释电薄片的等效电容与前放输入电容之和。在式(1)和式(2)中，H和G分别为L2J式
9、中：C 为定容比热；lD，d为热释电材料的密度和厚度；T为环境温度； 为斯特藩一玻耳兹曼常数。由热释电系数定义式式中：K， 为居里一韦斯常数和极化系数； 为传感器材料的居里温度。通常，热释电传感器的等效电容远大于前放的输入电容，故有式中：0，为传感器材料的真空介电常数和相对介电常数；d为热释电薄片的厚度。7至此，得到热释电传感器的流响应率和电压响应率与温度的函数关系式。应该指出的是，式(9)中C 也与温度有关，即电流响应率通过C 隐含与温度的关系。式(10)中电时间常数 也随温度变化。因此式(9)和式(10)表示的响应率与温度的关系是一个较复杂的函数关系。通常研究响应率与温度的关系用一个实验公
10、式。3 测试结果分析用国产KTL系列hTaO3传感器和KAT系列3F,S传感器，并按常规，即黑体温度取500 K，黑体与传感器距离为30 cm，调制频率为125 Hz，分别进行测试，得出2组数据。见图1。由测试结果可见，LiTa 传感器具有较好的温度稳定性。在一10+50范围内，电压相对响应值变化平缓，而在这范围之外，传感器的温度稳定性变差，但应该指出的是，hTaO材料本身的温度稳定性比构成传感器之后的温度稳定性好得多。在一40+75范围内，材料参数随温度变化值甚小l4J。实验中，前放的有源器件采3DJ4F型结型场效应管。在低于一10，高于+50时，这种电路的工作点变化较大，不能正常工作，使温
11、度稳定性变坏。80 60 -40 -20 0 20 4U 叫80 lUU代热释电传感器温度特性曲线TGS传感器与LiTaO传感器相比，温度稳定性较差。在一10+45范围内，电压相对响应值随温度变化不大，故此种传感器可工作在这个温度区。当温度偏离这个范围，传感器的输出电压明显下降。应该指出，产生这样的结果在一定程度上取决于 材料自身的性能。由于实验中所用TGS的居里温度为52，如前面指出c 与温度有关，在居里点附近比热有突变，所以这种传感器使用范围高温只能小于45，不会有较温度稳定性。尽管TGS传感器的最佳工作温度区比LXaO传感器的小，且稳定性差，但在这个区域内，前者的归一化探测率比后者高12
12、倍。上述结果与理论推证是吻合的。对式(9)和式(1O)求偏微分可以看出，工作温度越接近居里温度，R 和R 的变化率越大，但符号相反，前者的变化率是负的，后者的变化率是正的。可见，不同的热释电晶体，由于居里温度不同，材料参数随温度的变化情况也不同，由此构成的传感器也就具有不同的温度特性。要使传感器受工作温度的影响小，温度稳定性好，应该选52 Instnunent Technique and Sensor Jtm 2O04用居里温度比工作温度高很多的热释电材料。理论和实验表明：两种典型的热释电传感器的温度稳定性差别较大。TGS器件的居里点低，器件本身的温度稳定性较差。8而LiTa 器件温度稳定性较
13、好，但由于受前放的制约，这种器件的温度稳定性不能完全发挥出来。此外，两种器件又别具特色：rIGS器件的探测率比较高，而LiTaO3器件不易潮解。仿真，保证了其正确性。另外，使用这种方法还大大减小了电路板的面积，适用于微型化仪器中。当然，使用哪种设计方法还取决于具体的应用要求，需要从整体上考虑。由于载玻片的存在，导致在棱镜载玻片、载玻片金膜两个表面的反射光发生干涉，干涉条纹在SPR曲线上产生了周期性的明暗条纹变化。通过计算干涉条纹周期随入射角度的变化，发现干涉条纹周期在原SPR谐振角附近，存在着一个奇异的尖锐的突起，把这个尖突称为SPR干涉谐振峰，相应的峰顶对应的入射角称为干涉谐振角 ntsPR
14、讨论了干涉谐振角Oint-s陬与生物膜厚度d3和生物膜折射率n，的关系。计算表明：干涉谐振角0 一sPR在厚度d3或者折射率n 分别变化时，与变化的参量(d 或7,3)有着良好的线性关系，与SPR谐振角0spa的线性具有相同的量级，这说明有可能通过测定干涉谐振角0int-sPR来检测生物样品的细微变化，从而提出了一种确定SPR峰值移动的全新的方法。_为了提高对 32 个地址的寻址能力（地址/命令位 15逻辑 1） ，可以把时钟/日历或 RAM 寄存器规定为多字节（burst）方式。位 6 规定时钟或 RAM，而位 0 规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址 931 或 RAM 寄存器中的地址
15、31 不能存储数据。在多字节方式中，读或写从地址 0 的位 0 开始。必须按数据传送的次序写最先的 8 个寄存器。但是，当以多字节方式写 RAM 时，为了传送数据不必写所有 31 字节。不管是否写了全部 31 字节，所写的每一字节都将传送至 RAM。数据读写程序如图 4-6 所示。图 4-6 数据读写程序采用热释电红外传感器及专用芯片构成的被动式人体红外探测器，具有监测范围宽、探测距离远、可靠性高等优点，在安全防范及自动控制领域已得到广泛应用。本文介绍的热释电红外探测器是由热释电红外传感器RE200B、红外专用芯片BISS0001及其外围电路组成，热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波
16、长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度、距离、方向等有关的低频电信号，经过后级状态控制器即可产生相应输出信号，从而达到探测移动目标的目的。1 热释电效应在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PTR)， R能将红外信号转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。另一个是菲涅尔透镜，用来配合热释电红外线传感器，以达到提高接收灵敏度。热释电传感器具有自极化效应，晶体处于低于Curie温度的恒温环境时，其自极化强度保持不变 SCLKSCLK KI/O5 0 0 0 7 0 0 0 1 3 0 0 0 5 0 0 0 7 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0
17、 2 4 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 R/CA2 A3A0 A1R/W A4 1DATA I/O BYTE DATA I/O BYTERST9，即极化电荷面密度保持不变。这些极化电荷被空气中的带电粒子中和，如图1所示，当红外辐射入射晶体，被晶体吸收后，晶体温度升高， 自极化强度变小，即电荷面度变小。这样，晶体表面存在多余的中和电荷，这些电荷以电压或电流的形式输出，该输出信号可用来探测辐射。相反，当截断该辐射时，晶体温度降低，自极化强度增大由相反方向的电流或电压输出。3 热释电红外探测器电路设计由电压响应度表达式可知，传感器的电压响应度与入射光辐射
18、变化的频率成反比，因此物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阈值电平时，探测器电路才会有电压信号输出。利用热释电探测器PSPICE等效电路模型设计实用探测器电路原理框图如图3所示。当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，采集的电信号触发外围电路，最终实现报警。10热释电红外探测器外电路采用的器件包括红外探测器专用芯片红外传感信号处理BISSO001、热释电红外探头RE200B (传感器)及一些外围元件(电阻电容)。检测元件BISS0001是CMOS数模混合
19、专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。管脚各点波形如图4所示。当A端等于“0” 时，为不可重复触发工作方式，即在 时间内，任何，c，的变化都被忽略，直至延迟时间 结束。当 时间结束时， 下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期 。在 周期内，任何 的变化都不能使 为有效状态。本电路中由于BISSO001的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态，所以在延时周期内，路不会被重复触发，直到延时周期结束。这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰
20、。图5所示为探测器分立元件电路图。当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，输出一个微弱的低频电信号到BISSO001芯片对信号进行放大预处理，同时将直流电位抬高到 。再经内部双向鉴幅检出有效触发信号 去启动延迟时间定时器(只要有触发信号 的上跳沿则可启动延迟时间定时器)。由于 315 V， 135 V，所以当VCC为+45 V电压时，可有效地抑制4-09 V ( 一，)的噪声干扰，提高系统的可靠性。，c 为一条件比较器，当输入电压Vc时，c 输出为高电平，则打开与门，c ，此时，如果有触发信号 的上跳变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时 脚输出高电平信号，可实现信号的检测或报警。此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时间可调。
