盧美璇

（東北師范大學(xué)附屬中學(xué)，吉林長(zhǎng)春，130021）

0 前言

目前住戶的門上大多安有門鏡（俗稱貓眼），它是由兩塊透鏡組合而成。當(dāng)我們從門內(nèi)向外看時(shí)，物鏡是凹透鏡，目鏡是凸透鏡，物鏡的焦距極短，它將室外的人或物縮成一個(gè)很小的正立虛像落在目鏡的第一焦點(diǎn)之內(nèi)，目鏡起著放大鏡的作用，最后得到一個(gè)放大的正立虛像。其成像位置是固定的，需要觀察者趴上去看，而且門鏡的圓直徑太小，為12mm～35mm之間，有眼疾的人（近視、遠(yuǎn)視）和視力不好的老年人，是看不清門鏡所顯示的圖像的。

隨著智能手機(jī)的性能變化，更新?lián)Q代速度也在加快，但手機(jī)的照相系統(tǒng)相對(duì)變化不大，扔掉非?？上?。在手機(jī)的照相程序中把鏡頭放在室內(nèi)門鏡的后面，利用手機(jī)屏幕的放大功能，看到的圖像可達(dá)手機(jī)屏幕的大小，比原來的影像放大2-5倍以上，還可以利用智能用手機(jī)的照相功能自動(dòng)拍照，供事后查詢。舊手機(jī)的再利用能節(jié)約資源，減少了環(huán)境保護(hù)的壓力。

工作過程是從有人按門鈴開始，門鈴響的同時(shí)啟動(dòng)手機(jī)的開屏電路，手機(jī)屏幕點(diǎn)亮進(jìn)入照相頁(yè)面，屏幕上顯示門外的圖像，室內(nèi)的人從不遠(yuǎn)處可以看到室外的圖像，門鈴信號(hào)經(jīng)延遲后啟動(dòng)拍照電路，無(wú)論家中是否有人都會(huì)自動(dòng)拍照，拍照完成后過一段時(shí)間手機(jī)關(guān)閉屏幕。以后手機(jī)一直處于待機(jī)狀態(tài)，直到下次有人按門鈴，重復(fù)以上過程。室內(nèi)的人認(rèn)為有必要，按動(dòng)室內(nèi)的按鍵也可重復(fù)上述過程，只是門鈴不響。

1 智能手機(jī)操作系統(tǒng)和軟件的選擇

智能手機(jī)優(yōu)選安卓系統(tǒng)手機(jī)，因?yàn)榘沧肯到y(tǒng)手機(jī)存量大，而且是開放的系統(tǒng)，有很多第三方軟件可供選擇。需是Android5.0以上系統(tǒng)，舊手機(jī)要升級(jí)到Androd5.0以上。

智能手機(jī)設(shè)置為不鎖屏，要關(guān)閉與鎖屏有關(guān)的軟件，并下載第三方軟件，“Boonny自動(dòng)解鎖”（版本1.3），使開屏后能直接進(jìn)入前次關(guān)屏前的頁(yè)面。第三方照相軟件中優(yōu)選 “Pro Capture相機(jī)”（版本2.0.6），需要下載到手機(jī)中，它具有音量鍵拍照和觸屏拍照功能，此照相軟件如無(wú)人操作，5分鐘后會(huì)自動(dòng)關(guān)屏。智能手機(jī)每次關(guān)機(jī)或充電后再次開機(jī)時(shí)要人工啟動(dòng)該照相機(jī)軟件。

2 脈沖電壓的開屏原理

手機(jī)的開屏方式很多，現(xiàn)介紹一種通過Micro USB口加脈沖電壓開屏的方法。手機(jī)的Micro USB口共5條線，依次為VBUS、D-、D+、ID和GND。D-、D+為數(shù)據(jù)信號(hào)線；ID為檢測(cè)信號(hào)線；VBUS、GND為電源的兩條線，在手機(jī)充電或向外設(shè)供電時(shí)使用。智能手機(jī)在待機(jī)時(shí)屏幕是關(guān)閉的（黑屏），當(dāng)USB接口插入數(shù)據(jù)線充電時(shí)，手機(jī)屏幕會(huì)自動(dòng)開屏（點(diǎn)亮屏幕稱開屏），但手機(jī)要判斷是充電器充電還是UBS數(shù)據(jù)線傳輸(或UBS數(shù)據(jù)線充電)[1]，需等待一段時(shí)間，這段時(shí)內(nèi)屏幕顯示分二種情況，如果鎖屏則顯示鎖屏的頁(yè)面，如果已解鎖則顯示關(guān)屏前的頁(yè)面，過了這段時(shí)間才能真正進(jìn)入充電程序。利用智能手機(jī)的這一特點(diǎn)，把某一脈沖電壓接入智能手機(jī)接口的VBUS和GND端，智能手機(jī)認(rèn)為充電開始，便會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮屏幕，如果智能手機(jī)已經(jīng)解鎖，程序便停留在上次關(guān)屏前的頁(yè)面。如上次關(guān)屏前是照相頁(yè)面，這時(shí)手機(jī)屏幕就會(huì)直接顯示鏡頭外的圖像。在程序沒有離開關(guān)屏前的頁(yè)面前，讓脈沖電壓的高電平消失，則不會(huì)進(jìn)入充電程序。巧妙的實(shí)現(xiàn)了手機(jī)自動(dòng)開屏。加入電壓脈沖的寬度很重要，脈寬太窄，不足以啟動(dòng)開屏；脈寬太寬，程序?qū)㈦x開關(guān)屏前頁(yè)面而進(jìn)入充電器程序。

3 線控開屏及拍照電路

利用手機(jī)的耳麥插孔接入電路完成拍照稱為線控拍照，其開屏利用在Micro USB口加脈沖電壓來實(shí)現(xiàn)，電路框圖如圖1所示，包括脈沖電壓開屏電路(01單元)、拍照信號(hào)形成電路(02單元)、防止再觸發(fā)電路(03單元)，下面分別介紹這幾個(gè)電路。

■3.1 脈沖電壓開屏電路

圖1 電壓脈沖開屏電路、拍照信號(hào)形成電路以及防止再觸發(fā)電路框圖

01單元電路如圖2所示，由 1/2CMOS雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路4098[2]和1/4四模擬開關(guān)4066組成。4098構(gòu)成可調(diào)單穩(wěn)態(tài)電路，R2C2為上電清零電路，保證初始狀態(tài)Q為低電平。當(dāng)TR-為高電平時(shí)，TR+有門鈴信號(hào)Y1上升沿時(shí)，可調(diào)單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，輸出端Q變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間由接入1腳、2腳的電阻（R1+Rw）和電容C1決定，時(shí)間T1=0.69（R1+Rw）C1，按圖2中的數(shù)據(jù)，T1=0.7-4.1s，電位器Rw調(diào)節(jié)脈沖寬度，時(shí)間一到單穩(wěn)態(tài)電路自動(dòng)翻回穩(wěn)態(tài)，輸出Q變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)電路輸出一個(gè)脈沖信號(hào)X1，即為開屏信號(hào)，當(dāng)X1來到4066的13腳時(shí)，1腳和2腳導(dǎo)通，K1把電源電壓和智能手機(jī)的VBUS腳接通，導(dǎo)通的時(shí)間和開屏信號(hào)X1的脈寬相同，脈寬合適，智能手機(jī)屏幕就會(huì)點(diǎn)亮，并進(jìn)入關(guān)屏前頁(yè)面。

圖2 脈沖電壓開屏電路

■3.2 拍照信號(hào)形成電路

02單元電路如圖3所示，由二個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，第1個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路是延時(shí)電路，它的輸入來自可調(diào)單穩(wěn)態(tài)電路輸出，單穩(wěn)態(tài)電路輸出Q產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)X2，此信號(hào)即為拍照信號(hào)。X2的前沿比開屏信號(hào)X1后沿落后，落后的時(shí)間為延時(shí)電路輸出脈沖的脈寬。延時(shí)電路輸出的脈寬T3取決 R3C3，R3=500k，C3=10μF，T3為 3.5s。單穩(wěn)態(tài)電路輸出X2的脈寬取決于R4C4，R4=100k， C4=10μF，T4為0.7s。R2C2為上電清零電路(可以和可調(diào)單穩(wěn)態(tài)電路共用)，保證兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路初始狀態(tài)均為低電平。

圖3 拍照信號(hào)形成電路

■3.3 防止再觸發(fā)電路

由于4098是一個(gè)可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，即4098在暫穩(wěn)態(tài)(高電平)時(shí)有脈沖上升沿再觸發(fā)時(shí)，輸出脈沖寬度會(huì)展寬。輸出信號(hào)X1的前沿到輸出信號(hào)X2的前沿，這段時(shí)間應(yīng)當(dāng)禁止來自門鈴按鈕的任何信號(hào)Y輸入（如有人連續(xù)按門鈴按鈕），否則會(huì)產(chǎn)生可調(diào)單穩(wěn)態(tài)電路的再觸發(fā)，展寬開屏脈沖的寬度，使手機(jī)開屏失敗。

03單元電路如圖4所示，由1/2雙D觸發(fā)器4013和1/4四模擬開關(guān)4066組成。利用其中一個(gè)D觸發(fā)器的直接0端R和直接置1端S以及Q端組成一個(gè)RS觸發(fā)器，高電平有效，D端CP端不用接地。R端的R5、C5是上電時(shí)RS觸發(fā)器置零電路，保證初始狀態(tài)為低電平。在RS觸發(fā)器Q為低電平時(shí)，模擬開關(guān)的11腳和10腳是斷開的，這段時(shí)間門鈴按鈕的信號(hào)不能輸入。

圖4 防止再觸發(fā)電路

■3.4 圖1電路中各主要輸出波形及時(shí)序

輸出波形如圖5所示，波形1為可調(diào)單穩(wěn)態(tài)電路的輸出端X1的信號(hào)，T1時(shí)間可調(diào)為0.7-4.2s，觸發(fā)信號(hào)為門鈴信號(hào)的前沿。波形2是延時(shí)電路的輸出，觸發(fā)信號(hào)為可調(diào)單穩(wěn)態(tài)電路輸出Q的上升沿，時(shí)間T2為5.3s左右。波形3是單穩(wěn)態(tài)電路輸出端信號(hào)X2，觸發(fā)信號(hào)為延時(shí)電路輸出的上升沿，時(shí)間為0.7s，波形4為RS觸發(fā)器端的輸出信號(hào)即K2上的信號(hào)，變?yōu)榈碗娖绞鞘艿捷敵鲂盘?hào)X1高電平觸發(fā)，變?yōu)楦唠娖綍r(shí)是受輸出信號(hào)X2的高電平觸發(fā)。

圖5 電路中各部分的波形圖

■3.5 線控拍照電路

線控拍照電路如圖6所示，主要由專用線控自拍芯片ASC0202B和模擬開關(guān)(1/4 4066) K3構(gòu)成，該電路是對(duì)一種線控自拍捍電路的改進(jìn)。原來的手動(dòng)按鍵現(xiàn)在用模擬開關(guān)K3代替，K3的控制信號(hào)來自圖1(圖3)中的X2。把該電路接到4極3.5mm插頭的麥克和地之間，再把插頭插入智能手機(jī)的耳麥插孔。了解其工作原理[3]要了解手機(jī)內(nèi)部相關(guān)電路，如圖6虛線左部分所示，麥克通過上拉電阻Rc由手機(jī)內(nèi)電壓Vc供電，只有耳麥插頭插入才接能接通Rc，電壓通過手機(jī)的A/D變換測(cè)得。該電路接入的工作過程和耳麥接入的工作過程相似，當(dāng)電路沒接入時(shí)，Rc是斷開的，測(cè)得的電壓為零，認(rèn)為耳麥沒有接入；當(dāng)電路接入時(shí)而模擬開關(guān)K3沒接通時(shí)，它的輸入電阻很大，約為15k左右（實(shí)測(cè)值），測(cè)得的電壓很大，手機(jī)認(rèn)為耳麥接入但接聽鍵沒按下；當(dāng)模擬開關(guān)K3接通時(shí)，它的輸入電阻為220Ω左右，測(cè)得的電壓很小，手機(jī)認(rèn)為耳麥接入且接聽鍵己按下，因此將手機(jī)的音量鍵接通，如果手機(jī)工作在照相程序，照相軟件音量鍵又設(shè)置為快門，就能完成一次拍照。

圖6 線控拍照電路

■ 3.6 電源

現(xiàn)在手機(jī)電池多為鋰離子電池，標(biāo)準(zhǔn)放電電壓為3.7V，充電截止電壓為4.2V，放電截止電壓為2.75V。電源電壓的選擇應(yīng)當(dāng)和手機(jī)的電池相匹配，電壓不能高于5V，過高會(huì)影響手機(jī)電池的性能，電壓不能過低，過低將不能使手機(jī)有效開屏。有二種方案可供選擇，一種是三節(jié)1.5V的電池，當(dāng)開屏?xí)r由于電池的內(nèi)阻和模擬開關(guān)導(dǎo)通電阻的影響，其脈沖的峰值電流為幾mA，對(duì)手機(jī)電池不會(huì)產(chǎn)生影響；另外一種是利用手機(jī)原裝的充電電源作為電源。

4 OTG方式開屏和拍照電路

OTG是On To Go的縮寫，是近幾年發(fā)展起來的新技術(shù)，主要用于不同設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。具有OTG功能的手機(jī)可直接聯(lián)接鼠標(biāo)、鍵盤、U盤等外部設(shè)備。Micro USB接口中的ID接地時(shí)，手機(jī)即工作于OTG方式，有專門的OTG數(shù)據(jù)線可供使用。

OTG方式的開屏和拍照片電路如圖7所示，主要由OTG數(shù)據(jù)線、三鍵鼠標(biāo)集成電路CS8732和模擬開關(guān)（1/2 4066)K3、K4構(gòu)成。兩個(gè)開關(guān)接于同一位置1腳和4腳，而1腳和4腳和鼠標(biāo)的左鍵相對(duì)應(yīng)，開關(guān)K3、K4構(gòu)成了“或”的關(guān)系。它的兩個(gè)控制信號(hào)來源于圖1中的X1和X2。

其工作過程是：OTG數(shù)據(jù)線接入Micro USB口，手機(jī)通過VBUS向整體電路包括鼠標(biāo)集成芯片CS8732提供電源。通過D+、D-交換數(shù)據(jù)，在手機(jī)屏幕上形成的光標(biāo)箭頭，指示被操作的內(nèi)容，按動(dòng)左鍵是“向前執(zhí)行”命令(按動(dòng)右鍵是“后退執(zhí)行”命令)，接通模擬開關(guān)K3或者K4相當(dāng)于發(fā)出“向前執(zhí)行”命令。信號(hào)X1首先使模擬開關(guān)K3接通，“向前執(zhí)行”命令使智能手機(jī)開屏，在手機(jī)屏幕上顯示一個(gè)光標(biāo)箭頭（箭頭停留一段時(shí)間后上消失），經(jīng)過延時(shí)信號(hào)X2接通模擬開關(guān)K4，“向前執(zhí)行”命令又在手機(jī)屏幕上再次顯示一個(gè)箭頭，相當(dāng)于箭頭觸屏一次，如果手機(jī)工作在照相程序而且軟件設(shè)為觸屏拍照，就能完成一次拍照。CS8732背后有個(gè)進(jìn)光孔，應(yīng)當(dāng)封密，以保證光標(biāo)的位置恒定。

圖7 OTG開屏和拍照電路

因?yàn)樽箧I和右鍵功能是鼠標(biāo)芯片最基夲的功能，而右鍵、中鍵、滾輪以及光標(biāo)移動(dòng)等功能都沒應(yīng)用，鼠標(biāo)芯片有好多管腳都懸空沒有。因此幾乎所有的有線鼠標(biāo)芯片都適用。但應(yīng)選擇功能少價(jià)格便宜的芯片。