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

1.1核心控制模塊的設(shè)計(jì)

核心控制器件選用了單片機(jī)，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(dāng)紅外感應(yīng)系統(tǒng)感應(yīng)到人體，會(huì)送出中斷信號(hào)，單片機(jī)得到信號(hào)后執(zhí)行中斷，通過(guò)串口通信讀取氣體濃度，然后到語(yǔ)音芯片尋址，并控制語(yǔ)音模塊把氣體濃度報(bào)告出來(lái)。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(jī)通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)通信，然后由單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)接受紅外信號(hào)后，控制語(yǔ)音芯片工作，播放相應(yīng)的語(yǔ)音信息?？蛇x的單片機(jī)較多，如AVR、AT89C51等。采用單獨(dú)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(jī)。AVR是基于RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR單片機(jī)，該系列單片機(jī)在吸收PIC及8051單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了重大改進(jìn)。與普通的51系列單片機(jī)相比，AVR單片機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)。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(huì)造成以往仿真通過(guò)而脫機(jī)不行的現(xiàn)象。

1.2紅外感應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)

該模塊相對(duì)簡(jiǎn)單，核心用了紅外傳感器，只把信號(hào)進(jìn)行了簡(jiǎn)單處理，送給單片機(jī)的中斷即可，見圖3。

1.3數(shù)據(jù)讀取方式的設(shè)計(jì)

對(duì)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(jìn)制數(shù)據(jù)讀取過(guò)來(lái)，進(jìn)行整理還原；另一種是通過(guò)串口通信，把已經(jīng)由上位機(jī)整理好的數(shù)據(jù)，通過(guò)RS-232協(xié)議讀取過(guò)來(lái)。顯然，較第1種方法，通過(guò)串口的方式避免了對(duì)數(shù)據(jù)重復(fù)整理，編程更簡(jiǎn)單。對(duì)整個(gè)項(xiàng)目而言，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)證明這種通信方式簡(jiǎn)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(jī)和主機(jī)控制器雙方都具有獨(dú)立的發(fā)送和接收能力。

接收／發(fā)送時(shí)鐘用來(lái)控制通信設(shè)備接收／發(fā)送字符數(shù)據(jù)速度，該時(shí)鐘信號(hào)通常由微機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路產(chǎn)生。接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收器在接收時(shí)鐘的上升沿對(duì)接收數(shù)據(jù)采樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)位檢測(cè)。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器在發(fā)送時(shí)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(shí)鐘頻率與波特率有如下關(guān)系：

式中：Fe為接收／發(fā)送時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)同步的過(guò)程如下：接收器在每一個(gè)接收時(shí)鐘的上升沿采樣接收數(shù)據(jù)線，當(dāng)發(fā)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)線出現(xiàn)低電平時(shí)就認(rèn)為是起始位的開始，以后若在連續(xù)的8個(gè)時(shí)鐘周期(因n=16，故Td=16Tc)內(nèi)檢測(cè)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(hào))。通過(guò)這種方法，不僅能夠排除接收線上的噪聲干擾，識(shí)別假起始位，而且能夠相當(dāng)精確地確定起始位的中間點(diǎn)，從而提供一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)。從這個(gè)基準(zhǔn)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(lái)說(shuō)，從接收數(shù)據(jù)線上檢測(cè)到一個(gè)下降沿開始，若其低電平能保持nTc／2(半位時(shí)間)，則確定為起始位，其后每間隔nTc時(shí)間(一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)間)在每個(gè)數(shù)據(jù)位的中間點(diǎn)采樣。