【正文】 體的紅外信號(hào)經(jīng)熱釋電紅外傳感器處理，處理后的信號(hào)送到主控模塊單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)觸發(fā)信號(hào)控制語(yǔ)音模塊的語(yǔ)音播放。 該系統(tǒng)的主要選用其它器件有： 熱釋電紅外傳感器 它能以非接觸方式檢測(cè)出來(lái)自人體發(fā)出的紅外輻射，將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出，并可有效控制人體輻射以外的干擾輻射 ATmega16 它可以利用精簡(jiǎn)的機(jī)器級(jí)指令，而使運(yùn)行速度更快。優(yōu)化硬件控制意味著在 機(jī)器級(jí)指令集中提供了方便簡(jiǎn)捷的指令，使控制 I/O設(shè)備變的更簡(jiǎn)單，容易。 ISD1400 是一種采用 ChipCorder 專(zhuān)利技術(shù)的語(yǔ)音芯片。片內(nèi)集成了晶體振蕩器、麥克前置放大器、自動(dòng)增益控制等，只要很少的外圍器件，就可以構(gòu)成一個(gè)完整聲音錄放系統(tǒng)。 OT0001 傳感信號(hào)處理集成電路是對(duì)熱釋電傳感器的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 2 章 系統(tǒng) 方案設(shè)計(jì) 自動(dòng)語(yǔ)音歡迎 系統(tǒng) 主要 由 探測(cè) 模塊， 控制模塊 ，語(yǔ)音模塊 ，供電模塊 等四 部分組成， 探測(cè)模塊只要有 通過(guò)菲涅耳透鏡 和熱釋電 傳感器 完成，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體紅外的探測(cè)同 時(shí)執(zhí)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大，處理后的信號(hào)觸發(fā)以 AVR 控制模塊，這時(shí) AVR單片機(jī) 會(huì)產(chǎn)生中斷，根據(jù)相應(yīng)中斷 控制語(yǔ)音模塊的語(yǔ)音 ， 進(jìn)行門(mén)內(nèi)或門(mén)外語(yǔ)音回放。 系統(tǒng)的整體思路 如圖 21 給出系統(tǒng)的整體框圖 所示 ： 供 電 源紅 外 熱 釋 電（ 門(mén) 內(nèi) 門(mén) 外 ）A V R單 片 機(jī)語(yǔ) 音芯 片光 轉(zhuǎn) 電信 號(hào) 放 大錄 音喇 叭菲 涅 爾 透 鏡 圖 21 系統(tǒng)框圖 單片機(jī)選型 方案一 ：采用 AT89C51 單片機(jī)，其主要功能為， 8 位 CPU4kbytes 程序存儲(chǔ)器 (ROM) (52 為 8K)， 256bytes 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM) （ 52 有 384bytes 的 RAM，32 條 I/O 口線(xiàn) 111 條指令 ，大部分為單字節(jié)指令 ， 21 個(gè)專(zhuān)用寄存器 ， 2 個(gè)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ， 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)（ 52 有 6 個(gè)） ， 一個(gè)全雙工串行通信口 ， 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為 64kB， 外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為 64kB， 邏輯操作位尋址功能 雙列直插 40PinDIP 封裝 ， 單一 +5V 電源供電 ， CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器 ； RAM：用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及 要 顯示的數(shù)據(jù)； ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； I/O 口：四個(gè) 8 位并行 I/O 口，既可用作輸入，也可用作 輸出； T/C： 兩個(gè)定時(shí) /記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 12M。 方案二：采用 ATmega16 單片機(jī) ,其特點(diǎn)為， 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM，32 個(gè)通用 I/O 口線(xiàn)， 32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的 定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器 ，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò) 軟件 進(jìn)行選擇的省電模式 。 51單片機(jī)， ARM， DSP都是嵌入式系統(tǒng)的核心芯片的類(lèi)型，現(xiàn)在的嵌入式系統(tǒng)都是高度面向?qū)ο蟮?。?xiàng)目規(guī)模、對(duì)效率的要求以及成本問(wèn)題很大程度上決定了對(duì)單片機(jī)類(lèi)型的選用?；趯?duì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和硬件 資源的要求，電路設(shè)計(jì)中采用的微處理器電路相對(duì)模擬系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法，有一定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，靈活適應(yīng)性強(qiáng)，控制精度高，無(wú)零點(diǎn)漂移。可見(jiàn)普通的 51系列單片機(jī)因?yàn)橘Y源缺乏而無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 ARM系列處理器價(jià)格昂貴且在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用，會(huì)浪費(fèi)資源。 DSP系列往往注重?cái)?shù)字信號(hào)的處理也不適合。根據(jù)單片機(jī)的對(duì)比，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該選用 8位機(jī)中性能優(yōu)越的單片機(jī)。所以選擇由ATMEL公司制作 AVR系列芯片中的 ATmega16作為本次設(shè)計(jì)的處理單元。 語(yǔ)音模塊 方案一：選用 ISD2500 系列。 ISD2500 系列具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)在于片內(nèi) E2PROM 容量為 480K(1400 系列為 128K)，所以錄放時(shí)間長(zhǎng)；有 10 個(gè)地址輸入端（ 1400 系列僅為 8 個(gè)），尋址能力可達(dá) 1024位；最多能分 600 段；設(shè)有 OVF（溢出）端，便于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)。 方案二 ：選用 ISD1400。 ISD1400 系列是單片，高質(zhì)量，短周期的錄放音電路。采用 CMOS工藝，內(nèi)部包含片上時(shí)鐘，麥克前置放大器，自動(dòng)增益控制，帶通濾波器，平滑濾波器和功率放大器。 ISD1400 系列提供 取樣頻率，用戶(hù)可以根據(jù)語(yǔ)音質(zhì) 量加以選擇。取樣的語(yǔ)音直接存儲(chǔ)到片內(nèi)的不揮發(fā)存儲(chǔ)器內(nèi)部，不需要數(shù)字化和壓縮的其它手段。直接模擬存儲(chǔ)能提供真實(shí)自然的語(yǔ)音，音樂(lè)，聲音，不像其它的固態(tài)數(shù)字錄音質(zhì)量要受到影響。 考慮 語(yǔ)音芯片由于主要應(yīng)用到服務(wù)領(lǐng)域，由于酒店，賓館等高級(jí)場(chǎng)所需要有高質(zhì)量的服務(wù)，所以，要求能回放出度清晰度的語(yǔ)音，所以在語(yǔ)音芯片的選用方案二， 選擇采樣率高的語(yǔ)音芯片。由于 ISD1400 的特性，在語(yǔ)音模塊這部分ISD1420 采樣率在 － 8，有 20 秒錄音功能的 ISD1420 語(yǔ)音錄放芯片。選用該芯片語(yǔ)音回放的效果很好。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 傳感器 新技術(shù) 革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。 例如光感應(yīng)式傳感器、微波傳感器、光電是傳感器、熱釋電紅外線(xiàn)傳感器在我們的生活中都有著很重要的作用。 光感門(mén)鈴是利用人體反射光線(xiàn)，光敏 電阻得到足夠大變化的光線(xiàn)，電路產(chǎn)生變化電流觸發(fā)電路，靈敏度跟物體反射率有關(guān)。光感應(yīng)式的價(jià)格便宜，但是誤報(bào)率高， 微波傳感器是由發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射出微波將遇到的物體信號(hào)進(jìn)行吸收或反射，使功率發(fā)生變化。具有檢測(cè)速度快，靈敏度高環(huán)境能力強(qiáng)。主要應(yīng)用 于交通、工業(yè)及民用裝置中。 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。 熱釋電紅外傳感器是 用先進(jìn)微電腦制造技術(shù)， 熱釋電紅外傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量由于測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物直接接觸所以不存 在摩擦 ，同時(shí) 無(wú)論白天黑夜都可正常使用， 而且可以減少很多誤操作， 節(jié)能易用，靈敏度強(qiáng)，更適合市場(chǎng)的需要，更貼近消費(fèi)者的生活內(nèi)容 ，辦公寫(xiě)字樓、家居、商店、工廠(chǎng)等各種場(chǎng)合均可使用，帶來(lái)方便。 考慮到本設(shè)計(jì)是自動(dòng)語(yǔ)音歡迎系統(tǒng)，對(duì)原本設(shè)計(jì)最基本的要求是對(duì)人的歡迎和諸多方面所以選擇熱釋電紅外傳感器。 這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線(xiàn)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。 此傳感器具有 不需要用紅外線(xiàn)或電磁波等發(fā)射源 ； 靈敏度高、控制范圍大 ； 隱蔽性好，可流動(dòng)安裝 等特點(diǎn) 。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 3 章 系統(tǒng)模塊原理簡(jiǎn)介 ATmega16 單片機(jī)簡(jiǎn)介 芯片特點(diǎn) ATmega16 單片機(jī)具有以下特性： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash( 具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即 RWW) ， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM ， 32 個(gè)通用I/O 口線(xiàn)， 32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級(jí)可編程增 益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式 。 工作模式 工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線(xiàn)接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、 T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶(hù)保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和除 了異步定時(shí)器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有 快速啟動(dòng) 快速啟 動(dòng) 能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。 引腳 圖及 介紹 PB0 (XCK/T0)1PB1 (T1)2PB2 (INT2AIN0)3PB3 (OC0/AIN1)4PB4 (SS)5PB5 (MOSI)6PB6 (MISO)7PB7 (SCK)8RESET9PD0 (RXD)10PD1 (TXD)11PD2 (INT0)12PD3 (INT1)13PD4 (OC1B)14PD5 (OC1A)15PD6 (ICP)16PD7 (OC2)17XTAL218XTAL119GND20PC0(SCL)21PC1(SDA)22PC2(TCK)23PC3(TMS)24PC4(TDO)25PC5(TDI)26PC6 (TOSC1)27PC7 (TOSC2)28AREF31AVCC29PA7 (ADC7)32PA6 (ADC6)33PA5 (ADC5)34PA4 (ADC4)35PA3 (ADC3)36PA2 (ADC2)37PA1 (ADC1)38PA0 (ADC0)39VCC40GND30U1Atmega16 圖 313 ATmega16 引腳分布圖 端口 A 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi) 部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。 端口 B 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。 端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。 在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。如果 JTAG 接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。 端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。端口 D 也可以用做其他不同的特殊功能。 AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。不使用 ADC 時(shí)，該引腳應(yīng)直接與Vcc連 接。使用 ADC 時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與 Vcc連接。 XTAL1 是反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。 XTAL2 是反向振蕩放大器的輸出端。AREF 是 A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳 。 AVR 單片機(jī)的復(fù)位和中斷處理 ATmega16 具有 20 個(gè)中斷源和一個(gè)復(fù)位中斷，單片機(jī)的中斷源分為外部中斷源和內(nèi)部中斷源，有三個(gè)外部中斷源有 INT0,INT1,INT2,當(dāng)連接在單片機(jī)引腳的上的外部電平發(fā)生變化時(shí)，將產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。內(nèi)部中斷源由單片機(jī)內(nèi)部的功能單元如定時(shí)器，串行通訊產(chǎn)生的中斷。按是否可屏蔽可分為，非屏蔽中斷 ，和可屏蔽中斷，非屏蔽中斷有系統(tǒng)復(fù)位（ reset）中斷，可屏蔽中斷：屏蔽