【正文】 體的紅外信號經(jīng)熱釋電紅外傳感器處理，處理后的信號送到主控模塊單片機，單片機根據(jù)觸發(fā)信號控制語音模塊的語音播放。 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出來自人體發(fā)出的紅外輻射，將其轉(zhuǎn)化成電信號輸出，并可有效控制人體輻射以外的干擾輻射 ATmega16 它可以利用精簡的機器級指令，而使運行速度更快。優(yōu)化硬件控制意味著在 機器級指令集中提供了方便簡捷的指令，使控制 I/O設(shè)備變的更簡單，容易。 ISD1400 是一種采用 ChipCorder 專利技術(shù)的語音芯片。片內(nèi)集成了晶體振蕩器、麥克前置放大器、自動增益控制等，只要很少的外圍器件，就可以構(gòu)成一個完整聲音錄放系統(tǒng)。 OT0001 傳感信號處理集成電路是對熱釋電傳感器的感應(yīng)信號進行二級放大。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 第 2 章 系統(tǒng) 方案設(shè)計 自動語音歡迎 系統(tǒng) 主要 由 探測 模塊， 控制模塊 ，語音模塊 ，供電模塊 等四 部分組成， 探測模塊只要有 通過菲涅耳透鏡 和熱釋電 傳感器 完成，實現(xiàn)對人體紅外的探測同 時執(zhí)行光電信號轉(zhuǎn)換和信號放大，處理后的信號觸發(fā)以 AVR 控制模塊，這時 AVR單片機 會產(chǎn)生中斷，根據(jù)相應(yīng)中斷 控制語音模塊的語音 ， 進行門內(nèi)或門外語音回放。 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 內(nèi) 門 外 ）A V R單 片 機語 音芯 片光 轉(zhuǎn) 電信 號 放 大錄 音喇 叭菲 涅 爾 透 鏡 圖 21 系統(tǒng)框圖 單片機選型 方案一 ：采用 AT89C51 單片機，其主要功能為， 8 位 CPU4kbytes 程序存儲器 (ROM) (52 為 8K)， 256bytes 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) （ 52 有 384bytes 的 RAM，32 條 I/O 口線 111 條指令 ，大部分為單字節(jié)指令 ， 21 個專用寄存器 ， 2 個可編程定時 /計數(shù)器 ， 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級（ 52 有 6 個） ， 一個全雙工串行通信口 ， 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為 64kB， 外部程序存儲器尋址空間為 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：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器 ； RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(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 8 位并行 I/O 口，既可用作輸入，也可用作 輸出； T/C： 兩個定時 /記數(shù)器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 12M。 方案二：采用 ATmega16 單片機 ,其特點為， 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM，32 個通用 I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的 定時器 / 計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器 ，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過 軟件 進行選擇的省電模式 。 51單片機， ARM， DSP都是嵌入式系統(tǒng)的核心芯片的類型，現(xiàn)在的嵌入式系統(tǒng)都是高度面向?qū)ο蟮?。項目?guī)模、對效率的要求以及成本問題很大程度上決定了對單片機類型的選用?；趯ο到y(tǒng)的整體設(shè)計和硬件 資源的要求，電路設(shè)計中采用的微處理器電路相對模擬系統(tǒng)更為簡單，可實現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法，有一定的數(shù)據(jù)存儲空間，靈活適應(yīng)性強，控制精度高，無零點漂移?？梢娖胀ǖ?51系列單片機因為資源缺乏而無法滿足設(shè)計要求。 ARM系列處理器價格昂貴且在本系統(tǒng)設(shè)計中使用，會浪費資源。 DSP系列往往注重數(shù)字信號的處理也不適合。根據(jù)單片機的對比，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該選用 8位機中性能優(yōu)越的單片機。所以選擇由ATMEL公司制作 AVR系列芯片中的 ATmega16作為本次設(shè)計的處理單元。 語音模塊 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。它的最大特點在于片內(nèi) E2PROM 容量為 480K(1400 系列為 128K)，所以錄放時間長；有 10 個地址輸入端（ 1400 系列僅為 8 個），尋址能力可達 1024位；最多能分 600 段；設(shè)有 OVF（溢出）端，便于多個器件級聯(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)部包含片上時鐘，麥克前置放大器，自動增益控制，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，用戶可以根據(jù)語音質(zhì) 量加以選擇。取樣的語音直接存儲到片內(nèi)的不揮發(fā)存儲器內(nèi)部，不需要數(shù)字化和壓縮的其它手段。直接模擬存儲能提供真實自然的語音，音樂，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，賓館等高級場所需要有高質(zhì)量的服務(wù)，所以，要求能回放出度清晰度的語音，所以在語音芯片的選用方案二， 選擇采樣率高的語音芯片。由于 ISD1400 的特性，在語音模塊這部分ISD1420 采樣率在 － 8，有 20 秒錄音功能的 ISD1420 語音錄放芯片。選用該芯片語音回放的效果很好。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 傳感器 新技術(shù) 革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，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、熱釋電紅外線傳感器在我們的生活中都有著很重要的作用。 光感門鈴是利用人體反射光線，光敏 電阻得到足夠大變化的光線，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)式的價格便宜，但是誤報率高， 微波傳感器是由發(fā)射天線發(fā)射出微波將遇到的物體信號進行吸收或反射，使功率發(fā)生變化。具有檢測速度快，靈敏度高環(huán)境能力強。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。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(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、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應(yīng)用。 熱釋電紅外傳感器是 用先進微電腦制造技術(shù)， 熱釋電紅外傳感器常用于無接觸溫度測量，可以進行遠距離測量由于測量時不與被測物直接接觸所以不存 在摩擦 ，同時 無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，更適合市場的需要，更貼近消費者的生活內(nèi)容 ，辦公寫字樓、家居、商店、工廠等各種場合均可使用，帶來方便。 考慮到本設(shè)計是自動語音歡迎系統(tǒng)，對原本設(shè)計最基本的要求是對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出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時，它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。 此傳感器具有 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源 ； 靈敏度高、控制范圍大 ； 隱蔽性好，可流動安裝 等特點 。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 第 3 章 系統(tǒng)模塊原理簡介 ATmega16 單片機簡介 芯片特點 ATmega16 單片機具有以下特性： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash( 具有同時讀寫的能力，即 RWW) ， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM ， 32 個通用I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 / 計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級可編程增 益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式 。 工作模式 工作于空閑模式時 CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 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，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時終止 CPU 和除 了異步定時器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，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，同時具有 快速啟動 快速啟 動 能力；擴展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(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稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 流。作為輸入使用時，若內(nèi) 部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，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稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，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稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。 在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，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稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，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，該引腳應(yīng)直接與Vcc連 接。使用 ADC 時應(yīng)通過一個低通濾波器與 Vcc連接。 XTAL1 是反向振蕩放大器與片內(nèi)時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 的模擬基準輸入引腳 。 AVR 單片機的復(fù)位和中斷處理 ATmega16 具有 20 個中斷源和一個復(fù)位中斷，單片機的中斷源分為外部中斷源和內(nèi)部中斷源，有三個外部中斷源有 INT0,INT1,INT2,當連接在單片機引腳的上的外部電平發(fā)生變化時，將產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。內(nèi)部中斷源由單片機內(nèi)部的功能單元如定時器，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