基于AVR單片機的有害氣體紅外感應及語音警示控制系統

1.1核心控制模塊的設計

核心控制器件選用了單片機，其最小系統構成如圖2所示。

該模塊是系統的核心，當紅外感應系統感應到人體，會送出中斷信號，單片機得到信號后執行中斷，通過串口通信讀取氣體濃度，然后到語音芯片尋址，并控制語音模塊把氣體濃度報告出來。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串口實現與單片機通信，然后由單片機進行處理，單片機接受紅外信號后，控制語音芯片工作，播放相應的語音信息。可選的單片機較多，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(精簡指令集計算機)結構的單片機，簡稱AVR單片機，該系列單片機在吸收PIC及8051單片機優點的基礎上，進行了重大改進。與普通的51系列單片機相比，AVR單片機有很多優點。首先給人最直觀的就是具有JTAG邊界掃描、仿真、編程功能，不會造成以往仿真通過而脫機不行的現象。

1.2紅外感應模塊的設計

該模塊相對簡單，核心用了紅外傳感器，只把信號進行了簡單處理，送給單片機的中斷即可，見圖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位二進制數據讀取過來，進行整理還原；另一種是通過串口通信，把已經由上位機整理好的數據，通過RS-232協議讀取過來。顯然，較第1種方法，通過串口的方式避免了對數據重復整理，編程更簡單。對整個項目而言，設計更合理，縮短了開發周期。

本系統采用的是串行數據通信方式，接口為RS-232串口，實驗證明這種通信方式簡單易行，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送和接收能力。

接收／發送時鐘用來控制通信設備接收／發送字符數據速度，該時鐘信號通常由微機內部的時鐘電路產生。接收數據時，接收器在接收時鐘的上升沿對接收數據采樣，進行數據位檢測。發送數據時，發送器在發送時鐘的下降沿將移位寄存器的數據串行移位輸出。

接收／發送時鐘頻率與波特率有如下關系：

式中：Fe為接收／發送時鐘頻率；n為頻率系數，n=1，16，64；vc為收／發波特率。

接收／發送時鐘的周期Tc與發送的數據位寬Td之間的關系是：

式中：n=1，16，64。

若取n=16，那么異步傳送接收數據實現同步的過程如下：接收器在每一個接收時鐘的上升沿采樣接收數據線，當發現接收數據線出現低電平時就認為是起始位的開始，以后若在連續的8個時鐘周期(因n=16，故Td=16Tc)內檢測到接收數據線仍保持為低電平，則確定它為起始位(不是干擾信號)。通過這種方法，不僅能夠排除接收線上的噪聲干擾，識別假起始位，而且能夠相當精確地確定起始位的中間點，從而提供一個準確的時間基準。從這個基準算起，每隔16Tc采樣一次數據線，作為輸入數據。一般來說，從接收數據線上檢測到一個下降沿開始，若其低電平能保持nTc／2(半位時間)，則確定為起始位，其后每間隔nTc時間(一個數據位時間)在每個數據位的中間點采樣。