旧智能手机的一种新用途

2018-07-27卢美璇

电子制作 2018年13期

卢美璇

（东北师范大学附属中学，吉林长春，130021）

0 前言

目前住户的门上大多安有门镜（俗称猫眼），它是由两块透镜组合而成。当我们从门内向外看时，物镜是凹透镜，目镜是凸透镜，物镜的焦距极短，它将室外的人或物缩成一个很小的正立虚像落在目镜的第一焦点之内，目镜起着放大镜的作用，最后得到一个放大的正立虚像。其成像位置是固定的，需要观察者趴上去看，而且门镜的圆直径太小，为12mm～35mm之间，有眼疾的人（近视、远视）和视力不好的老年人，是看不清门镜所显示的图像的。

随着智能手机的性能变化，更新换代速度也在加快，但手机的照相系统相对变化不大，扔掉非常可惜。在手机的照相程序中把镜头放在室内门镜的后面，利用手机屏幕的放大功能，看到的图像可达手机屏幕的大小，比原来的影像放大2-5倍以上，还可以利用智能用手机的照相功能自动拍照，供事后查询。旧手机的再利用能节约资源，减少了环境保护的压力。

工作过程是从有人按门铃开始，门铃响的同时启动手机的开屏电路，手机屏幕点亮进入照相页面，屏幕上显示门外的图像，室内的人从不远处可以看到室外的图像，门铃信号经延迟后启动拍照电路，无论家中是否有人都会自动拍照，拍照完成后过一段时间手机关闭屏幕。以后手机一直处于待机状态，直到下次有人按门铃，重复以上过程。室内的人认为有必要，按动室内的按键也可重复上述过程，只是门铃不响。

1 智能手机操作系统和软件的选择

智能手机优选安卓系统手机，因为安卓系统手机存量大，而且是开放的系统，有很多第三方软件可供选择。需是Android5.0以上系统，旧手机要升级到Androd5.0以上。

智能手机设置为不锁屏，要关闭与锁屏有关的软件，并下载第三方软件，“Boonny自动解锁”（版本1.3），使开屏后能直接进入前次关屏前的页面。第三方照相软件中优选 “Pro Capture相机”（版本2.0.6），需要下载到手机中，它具有音量键拍照和触屏拍照功能，此照相软件如无人操作，5分钟后会自动关屏。智能手机每次关机或充电后再次开机时要人工启动该照相机软件。

2 脉冲电压的开屏原理

手机的开屏方式很多，现介绍一种通过Micro USB口加脉冲电压开屏的方法。手机的Micro USB口共5条线，依次为VBUS、D-、D+、ID和GND。D-、D+为数据信号线；ID为检测信号线；VBUS、GND为电源的两条线，在手机充电或向外设供电时使用。智能手机在待机时屏幕是关闭的（黑屏），当USB接口插入数据线充电时，手机屏幕会自动开屏（点亮屏幕称开屏），但手机要判断是充电器充电还是UBS数据线传输(或UBS数据线充电)[1]，需等待一段时间，这段时内屏幕显示分二种情况，如果锁屏则显示锁屏的页面，如果已解锁则显示关屏前的页面，过了这段时间才能真正进入充电程序。利用智能手机的这一特点，把某一脉冲电压接入智能手机接口的VBUS和GND端，智能手机认为充电开始，便会自动点亮屏幕，如果智能手机已经解锁，程序便停留在上次关屏前的页面。如上次关屏前是照相页面，这时手机屏幕就会直接显示镜头外的图像。在程序没有离开关屏前的页面前，让脉冲电压的高电平消失，则不会进入充电程序。巧妙的实现了手机自动开屏。加入电压脉冲的宽度很重要，脉宽太窄，不足以启动开屏；脉宽太宽，程序将离开关屏前页面而进入充电器程序。

3 线控开屏及拍照电路

利用手机的耳麦插孔接入电路完成拍照称为线控拍照，其开屏利用在Micro USB口加脉冲电压来实现，电路框图如图1所示，包括脉冲电压开屏电路(01单元)、拍照信号形成电路(02单元)、防止再触发电路(03单元)，下面分别介绍这几个电路。

■3.1 脉冲电压开屏电路

图1 电压脉冲开屏电路、拍照信号形成电路以及防止再触发电路框图

01单元电路如图2所示，由 1/2CMOS双可再触发单稳态电路4098[2]和1/4四模拟开关4066组成。4098构成可调单稳态电路，R2C2为上电清零电路，保证初始状态Q为低电平。当TR-为高电平时，TR+有门铃信号Y1上升沿时，可调单稳态电路翻转，输出端Q变为高电平，电路进入暂稳态，暂稳态的时间由接入1脚、2脚的电阻（R1+Rw）和电容C1决定，时间T1=0.69（R1+Rw）C1，按图2中的数据，T1=0.7-4.1s，电位器Rw调节脉冲宽度，时间一到单稳态电路自动翻回稳态，输出Q变为低电平，此时电路输出一个脉冲信号X1，即为开屏信号，当X1来到4066的13脚时，1脚和2脚导通，K1把电源电压和智能手机的VBUS脚接通，导通的时间和开屏信号X1的脉宽相同，脉宽合适，智能手机屏幕就会点亮，并进入关屏前页面。

图2 脉冲电压开屏电路

■3.2 拍照信号形成电路

02单元电路如图3所示，由二个单稳态电路构成，第1个单稳态电路是延时电路，它的输入来自可调单稳态电路输出，单稳态电路输出Q产生一个脉冲信号X2，此信号即为拍照信号。X2的前沿比开屏信号X1后沿落后，落后的时间为延时电路输出脉冲的脉宽。延时电路输出的脉宽T3取决 R3C3，R3=500k，C3=10μF，T3为 3.5s。单稳态电路输出X2的脉宽取决于R4C4，R4=100k， C4=10μF，T4为0.7s。R2C2为上电清零电路(可以和可调单稳态电路共用)，保证两个单稳态电路初始状态均为低电平。

图3 拍照信号形成电路

■3.3 防止再触发电路

由于4098是一个可再触发单稳态电路，即4098在暂稳态(高电平)时有脉冲上升沿再触发时，输出脉冲宽度会展宽。输出信号X1的前沿到输出信号X2的前沿，这段时间应当禁止来自门铃按钮的任何信号Y输入（如有人连续按门铃按钮），否则会产生可调单稳态电路的再触发，展宽开屏脉冲的宽度，使手机开屏失败。

03单元电路如图4所示，由1/2双D触发器4013和1/4四模拟开关4066组成。利用其中一个D触发器的直接0端R和直接置1端S以及Q端组成一个RS触发器，高电平有效，D端CP端不用接地。R端的R5、C5是上电时RS触发器置零电路，保证初始状态为低电平。在RS触发器Q为低电平时，模拟开关的11脚和10脚是断开的，这段时间门铃按钮的信号不能输入。

图4 防止再触发电路

■3.4 图1电路中各主要输出波形及时序

输出波形如图5所示，波形1为可调单稳态电路的输出端X1的信号，T1时间可调为0.7-4.2s，触发信号为门铃信号的前沿。波形2是延时电路的输出，触发信号为可调单稳态电路输出Q的上升沿，时间T2为5.3s左右。波形3是单稳态电路输出端信号X2，触发信号为延时电路输出的上升沿，时间为0.7s，波形4为RS触发器端的输出信号即K2上的信号，变为低电平是受到输出信号X1高电平触发，变为高电平时是受输出信号X2的高电平触发。

图5 电路中各部分的波形图

■3.5 线控拍照电路

线控拍照电路如图6所示，主要由专用线控自拍芯片ASC0202B和模拟开关(1/4 4066) K3构成，该电路是对一种线控自拍扞电路的改进。原来的手动按键现在用模拟开关K3代替，K3的控制信号来自图1(图3)中的X2。把该电路接到4极3.5mm插头的麦克和地之间，再把插头插入智能手机的耳麦插孔。了解其工作原理[3]要了解手机内部相关电路，如图6虚线左部分所示，麦克通过上拉电阻Rc由手机内电压Vc供电，只有耳麦插头插入才接能接通Rc，电压通过手机的A/D变換测得。该电路接入的工作过程和耳麦接入的工作过程相似，当电路没接入时，Rc是断开的，测得的电压为零，认为耳麦没有接入；当电路接入时而模拟开关K3没接通时，它的输入电阻很大，约为15k左右（实测值），测得的电压很大，手机认为耳麦接入但接听键没按下；当模拟开关K3接通时，它的输入电阻为220Ω左右，测得的电压很小，手机认为耳麦接入且接听键己按下，因此将手机的音量键接通，如果手机工作在照相程序，照相软件音量键又设置为快门，就能完成一次拍照。

图6 线控拍照电路

■ 3.6 电源

现在手机电池多为锂离子电池，标准放电电压为3.7V，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.75V。电源电压的选择应当和手机的电池相匹配，电压不能高于5V，过高会影响手机电池的性能，电压不能过低，过低将不能使手机有效开屏。有二种方案可供选择，一种是三节1.5V的电池，当开屏时由于电池的内阻和模拟开关导通电阻的影响，其脉冲的峰值电流为几mA，对手机电池不会产生影响；另外一种是利用手机原装的充电电源作为电源。

4 OTG方式开屏和拍照电路

OTG是On To Go的缩写，是近几年发展起来的新技术，主要用于不同设备或移动设备之间的连接，进行数据交换。具有OTG功能的手机可直接联接鼠标、键盘、U盘等外部设备。Micro USB接口中的ID接地时，手机即工作于OTG方式，有专门的OTG数据线可供使用。

OTG方式的开屏和拍照片电路如图7所示，主要由OTG数据线、三键鼠标集成电路CS8732和模拟开关（1/2 4066)K3、K4构成。两个开关接于同一位置1脚和4脚，而1脚和4脚和鼠标的左键相对应，开关K3、K4构成了“或”的关系。它的两个控制信号来源于图1中的X1和X2。

其工作过程是：OTG数据线接入Micro USB口，手机通过VBUS向整体电路包括鼠标集成芯片CS8732提供电源。通过D+、D-交换数据，在手机屏幕上形成的光标箭头，指示被操作的内容，按动左键是“向前执行”命令(按动右键是“后退执行”命令)，接通模拟开关K3或者K4相当于发出“向前执行”命令。信号X1首先使模拟开关K3接通，“向前执行”命令使智能手机开屏，在手机屏幕上显示一个光标箭头（箭头停留一段时间后上消失），经过延时信号X2接通模拟开关K4，“向前执行”命令又在手机屏幕上再次显示一个箭头，相当于箭头触屏一次，如果手机工作在照相程序而且软件设为触屏拍照，就能完成一次拍照。CS8732背后有个进光孔，应当封密，以保证光标的位置恒定。