【正文】 ，經(jīng)過 熱釋電紅外線傳感信號處理器對信號進行兩次放大，產(chǎn)生對 AVR 單片機的觸發(fā)信號，使 AVR 單片機產(chǎn)生中斷，控制 ISD1400 語音芯片實現(xiàn)語音回放。近年來，西方發(fā)達 國家運用電子技術研制出各類，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、辦公室及其它機關部門 等 使用 的 新穎感應 歡 迎器 [5]。 近年來 歡迎系統(tǒng) 有 光感應式 ，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 。 目前 熱釋電 紅外 傳感器 是應用在歡迎系統(tǒng)中最普遍的 ，在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個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本科畢業(yè)設計 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。而在應用市場上，它將朝更細化的方向前進 ── 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，單片機根據(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 機器級指令集中提供了方便簡捷的指令，使控制 I/O設備變的更簡單，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，就可以構成一個完整聲音錄放系統(tǒng)。 長春理工大學本科畢業(yè)設計 3 第 2 章 系統(tǒng) 方案設計 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)相應中斷 控制語音模塊的語音 ， 進行門內(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)，如運算的中間結果、最終結果以及 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。 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 。項目規(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類型的選用?？梢娖胀ǖ?51系列單片機因為資源缺乏而無法滿足設計要求。 DSP系列往往注重數(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作為本次設計的處理單元。 ISD2500 系列具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點。 方案二 ：選用 ISD1400。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。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用到服務領域，由于酒店，賓館等高級場所需要有高質(zhì)量的服務，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確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領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。具有檢測速度快，靈敏度高環(huán)境能力強。 光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。光電式傳感器具有非接觸、響應快、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用。 考慮到本設計是自動語音歡迎系統(tǒng)，對原本設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。 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 。 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 轉換時的開關噪聲； 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。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，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。 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，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。 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，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。如果 JTAG 接口使能，即使復位出現(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動特性，可以輸出和吸收大電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。 AVCC 是端口 A 與 A/D 轉換器的電源。使用 ADC 時應通過一個低通濾波器與 Vcc連接。 XTAL2 是反向振蕩放大器的輸出端。 AVR 單片機的復位和中斷處理 ATmega16 具有 20 個中斷源和一個復位中斷，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 的設置決定。其作用分別是： 3 個外部中斷中斷標志位， 3 個中斷允許控制位 , 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 長春理工大學本科畢業(yè)設計 9 （ 3）通用中斷控制寄存器 ——GICR （ 4）通用中斷標志寄存器 ——GIFR 當 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，將標志清零。在低電平觸發(fā)方式時，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 ， Pxn 配置為輸出，否則配置為輸入。如果需要關閉這個上拉電阻，可以將 PORTxn 清零，或者將這個引腳配置為輸出。 當引腳配置為輸出時，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，因為高阻環(huán)境不在意是強高電平輸出還是上拉輸出。 端口引腳配置 長春理工大學本科畢業(yè)設計 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：一是聚焦作用；二是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(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 ‖到一個平面上。每個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，也就是透鏡的焦點。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。 熱釋電傳感器是一個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，在某個方向上正負電荷中心不對稱，在某個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，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。長春理工大學本科畢業(yè)設計 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)部開關管 D 極， DRAIN)、信號輸出端 (開關管 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，標準尺寸為 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），我們可計算出傳感器輸出信號的頻率范圍為 ～ 8Hz[24]。 其缺點是容易受各種熱源、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；當環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度下降，有時還會短時失靈 [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進行一系列相應處理。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成被動式的熱釋電紅外開關。 OT0001 芯片 特點 CMOS 工藝 數(shù)模混合 具有獨 立的高輸入阻抗運算放大器 內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 內(nèi)設延遲時間定時器和封鎖時間定時器 采用 16 腳 DIP 封裝 OT0001 引腳 圖 332 OT0001 引腳圖 內(nèi)部框圖 長春理工大學本科畢業(yè)設計 14 圖 333 0T001 內(nèi)部框圖 工作原理 OT0001 是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰Ｈ缓篑詈辖o運算放大器 OP2，再進行第二級 放大，同時將直流電位抬高為 VM(≈)后，將輸出信號 V2 送到由比較器