基于A(yíng)VR單片機的有害氣體紅外感應及語(yǔ)音警示控制系統
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1.1核心控制模塊的設計
該模塊是系統的核心，當紅外感應系統感應到人體，會(huì )送出中斷信號，單片機得到信號后執行中斷，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告出來(lái)。除了基本的外圍電路，核心控制模塊外主要應用了中斷、串行通信和基本的輸入、輸出功能。
本系統中上位機通過(guò)串口實(shí)現與單片機通信，然后由單片機進(jìn)行處理，單片機接受紅外信號后，控制語(yǔ)音芯片工作，播放相應的語(yǔ)音信息?？蛇x的單片機較多，如AVR、AT89C51等。采用單獨的控制芯片的好處是減少主控芯片(CPLD)的工作量，提高系統的性能。我們選用了AVR單片機。AVR是基于RISC(精簡(jiǎn)指令集計算機)結構的單片機，簡(jiǎn)稱(chēng)AVR單片機，該系列單片機在吸收PIC及8051單片機優(yōu)點(diǎn)的基礎上，進(jìn)行了重大改進(jìn)。與普通的51系列單片機相比，AVR單片機有很多優(yōu)點(diǎn)。首先給人最直觀(guān)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)而脫機不行的現象。
該模塊相對簡(jiǎn)單，核心用了紅外傳感器，只把信號進(jìn)行了簡(jiǎn)單處理，送給單片機的中斷即可，見(jiàn)圖3。
1.3數據讀取方式的設計
對數據的讀取有兩種方法：一種是直接與硬件電路結合，16位二進(jìn)制數據讀取過(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)由上位機整理好的數據，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數據重復整理，編程更簡(jiǎn)單。對整個(gè)項目而言，設計更合理，縮短了開(kāi)發(fā)周期。
本系統采用的是串行數據通信方式，接口為RS-232串口，實(shí)驗證明這種通信方式簡(jiǎn)單易行，符合本系統要求。本系統采用的是半雙工配置，它要求下位機和主機控制器雙方都具有獨立的發(fā)送和接收能力。
接收／發(fā)送時(shí)鐘用來(lái)控制通信設備接收／發(fā)送字符數據速度，該時(shí)鐘信號通常由微機內部的時(shí)鐘電路產(chǎn)生。接收數據時(shí)，接收器在接收時(shí)鐘的上升沿對接收數據采樣，進(jìn)行數據位檢測。發(fā)送數據時(shí)，發(fā)送器在發(fā)送時(shí)鐘的下降沿將移位寄存器的數據串行移位輸出。
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，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)送的數據位寬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據實(shí)現同步的過(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據線(xiàn)，當發(fā)現接收數據線(xiàn)出現低電平時(shí)就認為是起始位的開(kāi)始，以后若在連續的8個(gè)時(shí)鐘周期(因n=16，故Td=16Tc)內檢測到接收數據線(xiàn)仍保持為低電平，則確定它為起始位(不是干擾信號)。通過(guò)這種方法，不僅能夠排除接收線(xiàn)上的噪聲干擾，識別假起始位，而且能夠相當精確地確定起始位的中間點(diǎn)，從而提供一個(gè)準確的時(shí)間基準。從這個(gè)基準算起，每隔16Tc采樣一次數據線(xiàn)，作為輸入數據。一般來(lái)說(shuō)，從接收數據線(xiàn)上檢測到一個(gè)下降沿開(kāi)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)數據位時(shí)間)在每個(gè)數據位的中間點(diǎn)采樣。
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