舊智能手機的一種新用途

盧美璇

（東北師范大學附屬中學，吉林長春，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。當我們從門內向外看時，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很小的正立虛像落在目鏡的第一焦點之內，目鏡起著放大鏡的作用，最后得到一個放大的正立虛像。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。

隨著智能手機的性能變化，更新換代速度也在加快，但手機的照相系統相對變化不大，扔掉非常可惜。在手機的照相程序中把鏡頭放在室內門鏡的后面，利用手機屏幕的放大功能，看到的圖像可達手機屏幕的大小，比原來的影像放大2-5倍以上，還可以利用智能用手機的照相功能自動拍照，供事后查詢。舊手機的再利用能節約資源，減少了環境保護的壓力。

工作過程是從有人按門鈴開始，門鈴響的同時啟動手機的開屏電路，手機屏幕點亮進入照相頁面，屏幕上顯示門外的圖像，室內的人從不遠處可以看到室外的圖像，門鈴信號經延遲后啟動拍照電路，無論家中是否有人都會自動拍照，拍照完成后過一段時間手機關閉屏幕。以后手機一直處于待機狀態，直到下次有人按門鈴，重復以上過程。室內的人認為有必要，按動室內的按鍵也可重復上述過程，只是門鈴不響。

1 智能手機操作系統和軟件的選擇

智能手機優選安卓系統手機，因為安卓系統手機存量大，而且是開放的系統，有很多第三方軟件可供選擇。需是Android5.0以上系統，舊手機要升級到Androd5.0以上。

智能手機設置為不鎖屏，要關閉與鎖屏有關的軟件，并下載第三方軟件，“Boonny自動解鎖”（版本1.3），使開屏后能直接進入前次關屏前的頁面。第三方照相軟件中優選 “Pro Capture相機”（版本2.0.6），需要下載到手機中，它具有音量鍵拍照和觸屏拍照功能，此照相軟件如無人操作，5分鐘后會自動關屏。智能手機每次關機或充電后再次開機時要人工啟動該照相機軟件。

2 脈沖電壓的開屏原理

手機的開屏方式很多，現介紹一種通過Micro USB口加脈沖電壓開屏的方法。手機的Micro USB口共5條線，依次為VBUS、D-、D+、ID和GND。D-、D+為數據信號線；ID為檢測信號線；VBUS、GND為電源的兩條線，在手機充電或向外設供電時使用。智能手機在待機時屏幕是關閉的（黑屏），當USB接口插入數據線充電時，手機屏幕會自動開屏（點亮屏幕稱開屏），但手機要判斷是充電器充電還是UBS數據線傳輸(或UBS數據線充電)[1]，需等待一段時間，這段時內屏幕顯示分二種情況，如果鎖屏則顯示鎖屏的頁面，如果已解鎖則顯示關屏前的頁面，過了這段時間才能真正進入充電程序。利用智能手機的這一特點，把某一脈沖電壓接入智能手機接口的VBUS和GND端，智能手機認為充電開始，便會自動點亮屏幕，如果智能手機已經解鎖，程序便停留在上次關屏前的頁面。如上次關屏前是照相頁面，這時手機屏幕就會直接顯示鏡頭外的圖像。在程序沒有離開關屏前的頁面前，讓脈沖電壓的高電平消失，則不會進入充電程序。巧妙的實現了手機自動開屏。加入電壓脈沖的寬度很重要，脈寬太窄，不足以啟動開屏；脈寬太寬，程序將離開關屏前頁面而進入充電器程序。

3 線控開屏及拍照電路

利用手機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口加脈沖電壓來實現，電路框圖如圖1所示，包括脈沖電壓開屏電路(01單元)、拍照信號形成電路(02單元)、防止再觸發電路(03單元)，下面分別介紹這幾個電路。

■3.1 脈沖電壓開屏電路

圖1 電壓脈沖開屏電路、拍照信號形成電路以及防止再觸發電路框圖

01單元電路如圖2所示，由 1/2CMOS雙可再觸發單穩態電路4098[2]和1/4四模擬開關4066組成。4098構成可調單穩態電路，R2C2為上電清零電路，保證初始狀態Q為低電平。當TR-為高電平時，TR+有門鈴信號Y1上升沿時，可調單穩態電路翻轉，輸出端Q變為高電平，電路進入暫穩態，暫穩態的時間由接入1腳、2腳的電阻（R1+Rw）和電容C1決定，時間T1=0.69（R1+Rw）C1，按圖2中的數據，T1=0.7-4.1s，電位器Rw調節脈沖寬度，時間一到單穩態電路自動翻回穩態，輸出Q變為低電平，此時電路輸出一個脈沖信號X1，即為開屏信號，當X1來到4066的13腳時，1腳和2腳導通，K1把電源電壓和智能手機的VBUS腳接通，導通的時間和開屏信號X1的脈寬相同，脈寬合適，智能手機屏幕就會點亮，并進入關屏前頁面。

圖2 脈沖電壓開屏電路

■3.2 拍照信號形成電路

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

圖3 拍照信號形成電路

■3.3 防止再觸發電路

由于4098是一個可再觸發單穩態電路，即4098在暫穩態(高電平)時有脈沖上升沿再觸發時，輸出脈沖寬度會展寬。輸出信號X1的前沿到輸出信號X2的前沿，這段時間應當禁止來自門鈴按鈕的任何信號Y輸入（如有人連續按門鈴按鈕），否則會產生可調單穩態電路的再觸發，展寬開屏脈沖的寬度，使手機開屏失敗。

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

圖4 防止再觸發電路

■3.4 圖1電路中各主要輸出波形及時序

輸出波形如圖5所示，波形1為可調單穩態電路的輸出端X1的信號，T1時間可調為0.7-4.2s，觸發信號為門鈴信號的前沿。波形2是延時電路的輸出，觸發信號為可調單穩態電路輸出Q的上升沿，時間T2為5.3s左右。波形3是單穩態電路輸出端信號X2，觸發信號為延時電路輸出的上升沿，時間為0.7s，波形4為RS觸發器端的輸出信號即K2上的信號，變為低電平是受到輸出信號X1高電平觸發，變為高電平時是受輸出信號X2的高電平觸發。

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(1/4 4066) K3構成，該電路是對一種線控自拍捍電路的改進。原來的手動按鍵現在用模擬開關K3代替，K3的控制信號來自圖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的耳麥插孔。了解其工作原理[3]要了解手機內部相關電路，如圖6虛線左部分所示，麥克通過上拉電阻Rc由手機內電壓Vc供電，只有耳麥插頭插入才接能接通Rc，電壓通過手機的A/D變換測得。該電路接入的工作過程和耳麥接入的工作過程相似，當電路沒接入時，Rc是斷開的，測得的電壓為零，認為耳麥沒有接入；當電路接入時而模擬開關K3沒接通時，它的輸入電阻很大，約為15k左右（實測值），測得的電壓很大，手機認為耳麥接入但接聽鍵沒按下；當模擬開關K3接通時，它的輸入電阻為220Ω左右，測得的電壓很小，手機認為耳麥接入且接聽鍵己按下，因此將手機的音量鍵接通，如果手機工作在照相程序，照相軟件音量鍵又設置為快門，就能完成一次拍照。

圖6 線控拍照電路

■ 3.6 電源

現在手機電池多為鋰離子電池，標準放電電壓為3.7V，充電截止電壓為4.2V，放電截止電壓為2.75V。電源電壓的選擇應當和手機的電池相匹配，電壓不能高于5V，過高會影響手機電池的性能，電壓不能過低，過低將不能使手機有效開屏。有二種方案可供選擇，一種是三節1.5V的電池，當開屏時由于電池的內阻和模擬開關導通電阻的影響，其脈沖的峰值電流為幾mA，對手機電池不會產生影響；另外一種是利用手機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，是近幾年發展起來的新技術，主要用于不同設備或移動設備之間的連接，進行數據交換。具有OTG功能的手機可直接聯接鼠標、鍵盤、U盤等外部設備。Micro USB接口中的ID接地時，手機即工作于OTG方式，有專門的OTG數據線可供使用。

OTG方式的開屏和拍照片電路如圖7所示，主要由OTG數據線、三鍵鼠標集成電路CS8732和模擬開關（1/2 4066)K3、K4構成。兩個開關接于同一位置1腳和4腳，而1腳和4腳和鼠標的左鍵相對應，開關K3、K4構成了“或”的關系。它的兩個控制信號來源于圖1中的X1和X2。

其工作過程是：OTG數據線接入Micro USB口，手機通過VBUS向整體電路包括鼠標集成芯片CS8732提供電源。通過D+、D-交換數據，在手機屏幕上形成的光標箭頭，指示被操作的內容，按動左鍵是“向前執行”命令(按動右鍵是“后退執行”命令)，接通模擬開關K3或者K4相當于發出“向前執行”命令。信號X1首先使模擬開關K3接通，“向前執行”命令使智能手機開屏，在手機屏幕上顯示一個光標箭頭（箭頭停留一段時間后上消失），經過延時信號X2接通模擬開關K4，“向前執行”命令又在手機屏幕上再次顯示一個箭頭，相當于箭頭觸屏一次，如果手機工作在照相程序而且軟件設為觸屏拍照，就能完成一次拍照。CS8732背后有個進光孔，應當封密，以保證光標的位置恒定。

圖7 OTG開屏和拍照電路

因為左鍵和右鍵功能是鼠標芯片最基夲的功能，而右鍵、中鍵、滾輪以及光標移動等功能都沒應用，鼠標芯片有好多管腳都懸空沒有。因此幾乎所有的有線鼠標芯片都適用。但應選擇功能少價格便宜的芯片。