【正文】 ，經(jīng)過 熱釋電紅外線傳感信號處理器對信號進(jìn)行兩次放大，產(chǎn)生對 AVR 單片機(jī)的觸發(fā)信號，使 AVR 單片機(jī)產(chǎn)生中斷，控制 ISD1400 語音芯片實(shí)現(xiàn)語音回放。近年來，西方發(fā)達(dá)國家運(yùn)用電子技術(shù)研制出各類，廣泛 歡迎系統(tǒng)， 用于家庭，辦公室 和工廠，成為有效的 歡迎器 件。 適 合在 家庭、賓館、商店、倉庫、辦公室及其它機(jī)關(guān)部門 等 使用 的 新穎感應(yīng) 歡 迎器 [5]。 近年來 歡迎系統(tǒng) 有 光感應(yīng)式 ，它 原理是： 利用人體反射光線，光敏電阻得到足夠大變化的光線， 使 電路產(chǎn)生變化電流觸發(fā)電路， 其 靈敏度跟物體反射率有關(guān) 。 目前 熱釋電 紅外 傳感器 是應(yīng)用在歡迎系統(tǒng)中最普遍的 ，在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長范圍為 7～10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由 濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器 。 這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 紅外輻射拒之門外，它已迅速成為 現(xiàn)代歡迎系統(tǒng) 的主流。而在應(yīng)用市場上，它將朝更細(xì)化的方向前進(jìn) ── 針對不同市場，推出不同產(chǎn)品。而除 了 商店，家庭，辦公室等，室外應(yīng)用更是具有廣闊的拓展空間 本文主要內(nèi)容 自動歡迎系統(tǒng) 的實(shí)現(xiàn)主要是 通 過探測人體的紅外信號經(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(jī)，單片機(jī)根據(jù)觸發(fā)信號控制語音模塊的語音播放。優(yōu)化硬件控制意味著在機(jī)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。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(gè)完整聲音錄放系統(tǒng)。 長春理工大學(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(shí)現(xiàn)對人體紅外的探測同時(shí)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(shí) AVR 單片機(jī) 會產(chǎn)生中斷，根據(jù)相應(yīng)中斷 控制語音模塊的語音 ， 進(jìn)行門內(nèi)或門外語音回放。4kbytes 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 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。 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)讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM，32 個(gè)通用 I/O 口線， 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(shí)器 ，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過 軟件 進(jìn)行選擇的省電模式 。項(xiàng)目規(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(jī)類型的選用?？梢娖胀ǖ?51系列單片機(jī)因?yàn)橘Y源缺乏而無法滿足設(shè)計(jì)要求。 DSP系列往往注重?cái)?shù)字信號的處理也不適合。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。 ISD2500 系列具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 方案二 ：選用 ISD1400。采用 CMOS 工藝，內(nèi)部包含片上時(shí)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。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。 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。選用該芯片語音回放的效果很好。在利用信息的過程中，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。 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)。具有檢測速度快，靈敏度高環(huán)境能力強(qiáng)。 光電式傳感器是以光電器件作為 轉(zhuǎn)換元件的傳感器。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)自動化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。 考慮到本設(shè)計(jì)是自動語音歡迎系統(tǒng)，對原本設(shè)計(jì)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。 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(diǎn) 。 工作模式 工作于空閑模式時(shí) 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(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 快速啟 動 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。端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。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。 端口 B 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。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。 端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。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。 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。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。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。 AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。使用 ADC 時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與 Vcc連接。 XTAL2 是反向振蕩放大器的輸出端。 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。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：屏蔽指的的是中斷可由軟件編程控制是否允許中斷，或禁止中斷，大部分都是可屏蔽中斷。外部中斷可 選擇采用上升沿觸發(fā)、下降沿觸發(fā)和 低電平觸發(fā) (INT2 中斷只能采用沿觸 發(fā)方式，在下文中將著重介紹 INT0 和 INT1 中斷 )，具體選用什么方式由 MCU 控制寄存器MCUCR 以及 MCU 控制和狀態(tài)寄存器 MCUCSR 的設(shè)置決定。其作用分別是： 3 個(gè)外部中斷中斷標(biāo)志位， 3 個(gè)中斷允許控制位 , 用于定義外部中斷的觸發(fā)類型。 （ 2）控制和狀態(tài)寄存器 ——MCUCSR 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 （ 3）通用中斷控制寄存器 ——GICR （ 4）通用中斷標(biāo)志寄存器 ——GIFR 當(dāng) INTx 引腳上的有效事件滿足中斷觸發(fā)條件后， INTFx 位會變成 “ 1” 。 用戶可以使 用指令將 INTFn 清除，清除的方式是寫邏輯 “ 1” 到 INTFn，將標(biāo)志清零。在低電平觸發(fā)方式時(shí)，中斷請求將一直保持到引腳上的低電平消失為止 。 DDxn 位于 DDRx 寄存器， PORTxn 位于 PORTx 寄存器 ， PINxn 位于 PINx 寄存器。 DDxn 為 1“ 時(shí) ， Pxn 配置為輸出，否則配置為輸入。如果需要關(guān)閉這個(gè)上拉電阻，可以將 PORTxn 清零，或者將這個(gè)引腳配置為輸出。 當(dāng)引腳配置為輸出時(shí)，若 PORTxn 為 1“，引腳輸出高電平 (1“ ) ，否則輸出低電平 (“ 0―) 。通常，上拉電阻使能是完全可以接受的，因?yàn)楦咦璀h(huán)境不在意是強(qiáng)高電平輸出還是上拉輸出。 端口引腳配置 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 表 2 端口引腳配置 DDxn PORTxn PUD I/O 上拉電阻 說明 0 0 X Input NO 高阻太（ HiZ） 0 1 0 Input YES 被外部拉低時(shí)將輸出電流 0 1 1 Input NO 高阻太（ HiZ） 1 0 X Output NO 輸出低電平（吸收電流） 1 1 X Output NO 輸出高電平（輸出電流） 熱釋電傳感器介紹 菲涅爾透鏡 菲涅爾透鏡多是由 聚烯烴 材料注壓而成的薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心 圓。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用；二是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在 PIR（被動紅外線探測器）上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。 另外一種理解就是，透鏡連續(xù)表面部分 ―坍陷 ‖到一個(gè)平面上。每個(gè)凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點(diǎn)，也就是透鏡的焦點(diǎn)。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。 熱釋電傳感器是一個(gè)以熱電晶體為電介質(zhì)的平板電容器。熱電探測器件大致分為溫差電阻型，熱敏電阻型，氣動型和熱釋電型四類。自然狀態(tài)下，在某個(gè)方向上正負(fù)電荷中心不對稱，在某個(gè)方向上存在著一定的變化電荷，稱為自發(fā)極化。 熱釋電紅外線傳感器利用的是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。 熱釋電傳感器是一種高阻抗 (10 ～ l0 Q)的器件，容易引入噪聲，所以與它相連的前置放大器的第一級必須采用高輸人阻抗 (R 10 n)、低噪聲的場效應(yīng)晶體管，并把它封裝在熱釋電探測器管殼內(nèi)。 人體都有恒定的體溫，一般在 37176。紅外線通過菲涅耳濾光片增強(qiáng)后聚集到熱釋電元件，并且只允許 814um波長的紅外線通過，其視角可以達(dá)到 120 度，這樣去除了環(huán)境因素帶來的影響，這種元件在接收到人體紅外輻射變化時(shí)就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后經(jīng)檢測處理。長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 熱釋電紅外傳感器通常采用 3 引腳金屬封裝，各引腳功能分別為 :電源供電端 (內(nèi)部開關(guān)管 D 極， DRAIN)、信號輸出端 (開關(guān)管 S 極， SOURCE)、接地端(GROUND)。 ② 工作波長 :通常為 ～ 14 μ m。 ④ 輸出信號電壓 :通常大于 。 ； ⑦ 工作溫度范圍 :－ 10℃ ～＋40℃ 。人體溫度和探測區(qū)域背景的溫差越大，離傳感器越近，輸出電信號的幅值將越大。 對于雙敏感元傳感器，標(biāo) 準(zhǔn)尺寸為 2（ mm） *1（ mm），人體移動速度范圍為 （ m/s）～ 5（ m/s），常用探測器上使用的菲涅爾透鏡焦距為 25（ mm），我們可計(jì)算出傳感器輸出信號的頻率范圍為 ～ 8Hz[24]。 其缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源及射頻輻射的干擾；被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；當(dāng)環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度下降，有時(shí)還會短時(shí)失靈 [8]。熱釋電的 1腳連接到芯片的 8 交及電源端，熱釋電的信號出去端 2 腳送至 14 腳， 3 腳接地之后就由 0T0001進(jìn)行一系列相應(yīng)處理。它和 BISS0001 芯片完全兼容，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。 OT0001 芯片 特點(diǎn) CMOS 工藝 數(shù)模混合 具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器 內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器 采用 16 腳 DIP 封裝 OT0001 引腳 圖 332 OT0001 引腳圖 內(nèi)部框圖 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 333 0T001 內(nèi)部框圖 工作原理 OT0001 是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰Ｈ缓篑詈辖o運(yùn)算放大器 OP2，再進(jìn)行第二級放大，同時(shí)將直流電位抬高為 VM(≈)后，將輸出信號 V2 送到由