基于AVR單片機的有害氣體紅外感應(yīng)及語音警示控制系統(tǒng)

1.1核心控制模塊的設(shè)計

核心控制器件選用了單片機，其最小系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

該模塊是系統(tǒng)的核心，當紅外感應(yīng)系統(tǒng)感應(yīng)到人體，會送出中斷信號，單片機得到信號后執(zhí)行中斷，通過串口通信讀取氣體濃度，然后到語音芯片尋址，并控制語音模塊把氣體濃度報告出來。除了基本的外圍電路，核心控制模塊外主要應(yīng)用了中斷、串行通信和基本的輸入、輸出功能。

本系統(tǒng)中上位機通過串口實現(xiàn)與單片機通信，然后由單片機進行處理，單片機接受紅外信號后，控制語音芯片工作，播放相應(yīng)的語音信息?？蛇x的單片機較多，如AVR、AT89C51等。采用單獨的控制芯片的好處是減少主控芯片(CPLD)的工作量，提高系統(tǒng)的性能。我們選用了AVR單片機。AVR是基于RISC(精簡指令集計算機)結(jié)構(gòu)的單片機，簡稱AVR單片機，該系列單片機在吸收PIC及8051單片機優(yōu)點的基礎(chǔ)上，進行了重大改進。與普通的51系列單片機相比，AVR單片機有很多優(yōu)點。首先給人最直觀的就是具有JTAG邊界掃描、仿真、編程功能，不會造成以往仿真通過而脫機不行的現(xiàn)象。

1.2紅外感應(yīng)模塊的設(shè)計

該模塊相對簡單，核心用了紅外傳感器，只把信號進行了簡單處理，送給單片機的中斷即可，見圖3。

1.3數(shù)據(jù)讀取方式的設(shè)計

對數(shù)據(jù)的讀取有兩種方法：一種是直接與硬件電路結(jié)合，16位二進制數(shù)據(jù)讀取過來，進行整理還原；另一種是通過串口通信，把已經(jīng)由上位機整理好的數(shù)據(jù)，通過RS-232協(xié)議讀取過來。顯然，較第1種方法，通過串口的方式避免了對數(shù)據(jù)重復整理，編程更簡單。對整個項目而言，設(shè)計更合理，縮短了開發(fā)周期。

本系統(tǒng)采用的是串行數(shù)據(jù)通信方式，接口為RS-232串口，實驗證明這種通信方式簡單易行，符合本系統(tǒng)要求。本系統(tǒng)采用的是半雙工配置，它要求下位機和主機控制器雙方都具有獨立的發(fā)送和接收能力。

接收／發(fā)送時鐘用來控制通信設(shè)備接收／發(fā)送字符數(shù)據(jù)速度，該時鐘信號通常由微機內(nèi)部的時鐘電路產(chǎn)生。接收數(shù)據(jù)時，接收器在接收時鐘的上升沿對接收數(shù)據(jù)采樣，進行數(shù)據(jù)位檢測。發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器在發(fā)送時鐘的下降沿將移位寄存器的數(shù)據(jù)串行移位輸出。

接收／發(fā)送時鐘頻率與波特率有如下關(guān)系：

式中：Fe為接收／發(fā)送時鐘頻率；n為頻率系數(shù)，n=1，16，64；vc為收／發(fā)波特率。

接收／發(fā)送時鐘的周期Tc與發(fā)送的數(shù)據(jù)位寬Td之間的關(guān)系是：

式中：n=1，16，64。

若取n=16，那么異步傳送接收數(shù)據(jù)實現(xiàn)同步的過程如下：接收器在每一個接收時鐘的上升沿采樣接收數(shù)據(jù)線，當發(fā)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)線出現(xiàn)低電平時就認為是起始位的開始，以后若在連續(xù)的8個時鐘周期(因n=16，故Td=16Tc)內(nèi)檢測到接收數(shù)據(jù)線仍保持為低電平，則確定它為起始位(不是干擾信號)。通過這種方法，不僅能夠排除接收線上的噪聲干擾，識別假起始位，而且能夠相當精確地確定起始位的中間點，從而提供一個準確的時間基準。從這個基準算起，每隔16Tc采樣一次數(shù)據(jù)線，作為輸入數(shù)據(jù)。一般來說，從接收數(shù)據(jù)線上檢測到一個下降沿開始，若其低電平能保持nTc／2(半位時間)，則確定為起始位，其后每間隔nTc時間(一個數(shù)據(jù)位時間)在每個數(shù)據(jù)位的中間點采樣。