江西财经大学.docx
《江西财经大学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江西财经大学.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
江西财经大学
江西财经大学
软件与通信工程学院
综
合
电
子
设
计
项目名称：
电视机防近视预警系统
项目成员：
张庆阳学号：
0083016
2011年7月27日
摘要
文章描述了一套基于热释电红外传感器RE200B、BISS0001芯片、AT89C51单片机、ARP9600语音芯片和1602液晶屏的电视机防近视预警系统。
该系统是集信号采集、有线传输和信号处理于一体的高性能检测系统。
系统主要运用红外线检测、信号传输、单片机控制等技术,具有检测灵敏度高、抗干扰能力强、信号处理能力强等特点。
关键词：
热释电红外传感器BISS0001语音报警电视机防近视
Abstract
A systemusedtopreventmyopiawhenSb.iswatchingTVsetbasedonpyroelectricinfraredsensorRE200B,BISS0001,AT89C51,ARP9600andLCD1602..Thesystemgatheredacquisitionofsignal,wiredtransmissionandsignalprocessingtointegralwholeofthehigh-performanceexaminesystem.Thesystemmainlymakesuseofinfraredraysexamination,signaltransmission,MCUcontroletc.technique,havetoexaminesensitivityhigher,theantijammingcapabilityisstrong,signalprocessingabilitystrongetc.Characteristics.
KeyWord:
pyroelectricinfraredsensorBISS0001soundthebuglepreventmyopiawhenSb.iswatchingTVset
1设计任务与要求
1.1设计任务
设计一个利用红外热释传感器探测距离的电视机防近视预警系统。
1.2技术指标
1、实现人在看电视时，可以实时看到自己离电视机屏幕的距离，以便调整观看位置。
2、人离电视机的报警距离可以设置。
3、当发现人离电视机屏幕小于设定值时，发出报警声，报警声使用语音。
4、断电后自动保存设置数据。
5、其他。
1.3题目评析
该系统通过提醒人们与电视机保持一定的距离，来达到预防近视的目的，有一定的不足。
比如，倘若一人在报警距离以外躺着看电视的话该系统就不报警，不能很好的达到防近视的效果。
该系统的难点在于如何通过红外传感器得到人与电视机的距离。
2．方案比较与论证
2.1方案比较
方案一：
采用发射与接收于一体的光电组件ST178。
它的特点是采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，检测距离可调整范围为4-10mm，采用非接触检测方式。
方案二：
采用被动式红外传感器RE200B。
它的特点是采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。
本次设计采用方案二。
人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，故不需要主动发射红外线进行探测。
且方案一中，检测距离为4-10mm,而人与电视机的距离不可能那么短，若用方案一的话无法检测到人的存在。
2.2方案论证
利用被动式热释电红外传感器RE200B检测到有变化的红外线时，产生高低变化的电压信号，经BISS0001电路的放大等处理后，输出一个平，并保持一段时间。
再由单片机完成对信号的处理传输功能，发出触发信号，打开报警开关。
3.系统硬件设计
3.1系统总体设计
系统的原理框图如图3-1所示，其主要有传感器、传感器信号处理电路、单片机AT89C52主控电路、语音报警电路和液晶显示电路组成。
LCD1602液晶显示
语音报警电路
单片机AT89c52
传感器信号处理电路
传感器RE200B
图3-1
3.2单元电路的功能及其工作原理的分析
3.2.1主控电路的设计
主控电路如图3-2所示
图3-2AT89C52主控电路
其中P0口外接LCD1602液晶显示器的D0~D7，P2.0~P2.3分别接LED1602的RS、RW、E，P3.0和P3.1用来控制语音报警电路。
从上图可知，主控电路包含两个部分，如下所述：
1.复位电路。
复位是使单片机处于某种确定的初始状态。
单片机工作从复位开始，单片机RESET引入高电平并保持2个机器周期，就执行复位操作。
复位操作有两种基本方式：
一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。
图中采用讲上电复位和按键复位整合在一起的复合复位做法。
2.晶振电路
单片机的时钟信号通常有两种产生方式：
内部时钟方式和外部时钟方式。
内部始终
方式是利用单片机内部的振荡电路产生时钟信号。
外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引
入到单片机内。
本系统采用内部时钟方式。
在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶振，作为
单片机内部振荡电路的负载，构成自激振荡器，可在单片机内部产生时钟脉冲信号。
C11和
C22可以稳定振荡频率，并使快速起振。
本电路选用11.0592MHZ，C11、C22为30PF。
3.2.2显示电路的设计
显示电路如图3-3所示。
其中P3为排阻，由于LCD1602接的是P0口，因而需要使用上拉电阻。
显示内容通过单片机对其进行控制。
图3-3LCD1602显示电路
3.2.3传感器及传感器信号处理电路的设计
传感器信号处理芯片BISS0001内部结构如图3-4所示
图3-4BISS0001内部结构图
各引脚功能定义如下：
各引脚的定义和功能如下：
VDD—工作电源正端。
范围为3~5V。
Vss—工作电源负端。
一般接0V。
IB—运算放大器偏置电流设置端。
经RB接VSS端，RB取值为1M左右。
1IN-—第一级运放放大器的反相输入端。
1IN+—第一级运放放大器的同相输入端。
1OUT—第一级运算放大器的输出端。
2IN-—第二级运算放大器的反相输出端。
2OUT—第二级运算放大器的输出端。
Vc—触发禁止端。
当Vc＜VR时禁止触发；当VC＞VR时允许触发。
VR≈0.2VDD。
VRF—参考电压及复位输入端。
一般接VDD。
接“0”时可使定时器复位。
A—可重复触发和不可重复触发控制端。
当A=“1”时，允许重复触发，当A=“0”时，不可重复触发。
Vo—控制信号输出端。
由Vs上跳边沿触发使Vo从低电平跳变到高电平时为有效触发。
在输出延时间Tx之外和无Vs上跳变时Vo为低电平状态。
RR1RC1—输出延迟时间Tx的调节端。
Tx≈49152R1C1。
RR2RC2—触发封销时间Ti的调节端。
Tx≈24R2C2。
传感器及传感器信号处理电路如图3-5所示
图3-5传感器及传感器信号处理电路
上图中BISS0001的VO口通过一个电阻接AT89C52的P3.3口。
R5是一个滑动变阻器，通过调节其阻值，可以是的9脚得到高电平还是低电平，从而决定BISS0001是否允许触发。
SW1是工作方式选择开关，当SW1上端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与下端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。
3.2.4语音电路的设计
语音电路采用语音芯片ARP9600，APR9600语音录放芯片是继美国ISD公司以后采用模拟存储技术的又一款音质好、噪音低、不怕断电、可反复录放的新型语音电路，单片电路可录放32-60秒，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。
与ISD同类芯片相比它具有：
价格便宜，有多种手动控制方式，分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点，同时保留了ISD2500芯片的一些特点，都是DIP28双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同。
其各引脚功能如表3-1所示
表3-1ARP9600各引脚功能定义
管脚
功能
管脚
功能
1、/M1
第一段控制或连续录放控制（低电平有效）
15、SP-
外接喇叭负端
2、/M2
第二段控制或快进选段控制（低电平有效）
16、VCCA
模拟电路正电源
3、/M3
第三段控制（低电平有效）
17、MICIN
话筒输入端
续表
管脚
功能
管脚
功能
4、/M4
第四段控制（低电平有效）
18、MINREF
话筒输入基准端
5、/M5
第五段控制（低电平有效）
19、AGC
自动增益控制端
6、/M6
第六段控制（低电平有效）
20、ANA-IN
线路输入端
7、OSCR
振荡电阻
21、ANA-OUT
线路输出端（话筒放大器输出端）
8、/M7
第七段控制及片溢出指示（低电平有效）
22、STROBE
工作期间闪烁指示灯输出端（低电平有效）
9、/M8
第八段控制（低电平有效）及操作模式选项
23、CE
复位/停止键或启动/停止键（高电平有效）
10/BUSY
忙信号输出（工作时输出0，平时为1）
24、MSEL1
模式设置端
11、BE
键声选择（接1为有键声，0则无）
25、MSEL2
模式设置端
12、VSSD
数字电路电源地
26、EXTCLK
外接振荡频率端（用内部始终时接地）
13、VSSA
模拟电路电源地
27、/RE
录放选择端（0为录音，1为放音）
14、SP+
外接喇叭正端
28、VCCD
数字电路正电源
在APR9600芯片的内部，录音时外部音频信号通过话筒输入和线路输入方式进入，话筒可采用普通的驻极体话筒，在芯片内话筒放大器（Pre-Amp）中自带自动增益调节（AGC），可由外接阻容件设定响应速度和增益范围。
如果信号幅度在100mV左右即可直接进入线路输入端，音频信号由内部滤波器、采样电路处理后以模拟量方式存入专用快闪存储器FLASHRAM中。
由于FLASHRAM是非易失器件，断电等因素不会使存储的语音丢失。
放音时芯片内读逻辑电路从FLASHRAM中取出信号，经过一个低通滤波器送到功率放大器中，然后直接推动外部的喇叭放音。
厂家要求外接喇叭为16欧姆，实际试验用8-16欧姆均可，一般音量下输出功率12.2mW（16欧）。
APR9600的录放控制有多种操作模式，为普通用户使用提供了极大的方便。
总的来说分为串行控制和并行控制两种，由芯片MSEL1（24脚）、MSEL2（25脚）、/M8（9脚）的设置来实现，功能表如表
（二）。
其中每种操作模式都有对应的有效键，而且同一个键在不同操作模式下可能有不同的功能。
因此在芯片设计、使用前用户应详尽了解芯片的各种操作模式，选择最合适自己的方式设计，电路也会变得非常简单。
表3-2ARP9600操作模式表
MSEL1
（24脚）
MSEL2
（25脚）
/M8
（9脚）
有效键
/M1-8为段控制键，/CE多位停止复位键
功能
（以60秒计）
0
1
0/1
/M1、/M2、CE
并行控制，分二段，每段最大30秒
1
0
0/1
/M1、/M2、/M3、/M4、CE
并行控制，分四段，每段最大15秒
1
1
1
/M1~/M8、CE
并行控制，分八段，每段最大7.5秒
1
1
0
CE
单键控制，单端7.5秒循环。
CE为启动/停止键
0
0
1
/M1、CE
串行顺序控制，可分一至任意多段
0
0
0
/M1、/M2、CE
串行选段控制，/M2系选段快捷键。
（录音时/M8=1可录任意多段，为0只能录两段
注1、RE=0（置低电平）为录音状态；RE=1（置高电平）为放音状态。
注2、/M1～/M8键在有效段控放音时，按一下键即开始放音一段，放音期间再按一下即停止；如按键不放即循环放音。
注3、/M1～/M8键在有效段控录音时，按住不放为录音，松键即停止。
ARP两种控制模式的简单说明：
一、并行控制模式：
在ISD芯片中要实现某键对某段的多段并行控制是十分复杂的，
一般需要大量的二极管译码阵或单片机来辅助实现，另外在分段录音时也存在很多困难。
而在APR9300芯片中却十分简单，每段都有对应的键控制，按哪一键就录、放哪一段，而
且可以方便地对任意一段重新录音不影响其它段、对任意一段循环放音等。
只是每段录音
的最大时间是等分的，而且最多只能分八段。
下面以需要分四段为例说明：
行四段控制需要将芯片的MSEL1端置1（高电平）、MSEL2端置0（低电平）、/M8端任意。
模式置好后开始录音，置RE端为0，压住/M1即听到“嘀”一声BUSY指示灯亮起即开始
录音第一段，松键时又听到“嘀”一声BUSY指示灯熄灭即录音停止。
/M2、/M3、/M4分
别录其他三段。
录音时可以不按顺序，先录任意一段均可，不满意可重新录音。
每段的最大
时间为15秒（以全片60秒录音计），录满时指示灯熄灭并响“嘀嘀”两声，当然实际每
段录音可以长短不一。
置RE端为1即是放音状态，按一下/M1即放音第一段，放音期间
再按一下/M1即停止放音，如果压住/M1键不放即循环放音第一段直到松键。
/M2、/M3、/M4
均分别控制第二、三、四段。
/CE键为停止键，放音期间按一下它也能停止放音。
其它并行二段、八段的控制使用方式相同。
二、串行控制模式：
串行控制方式用到的键要少得多，它仅需要一、二个键来控制所有
的语音段录放，而且段数可以足够多，每段也没有时间限制。
只是在选段上没有并行控制模式方便。
置MSEL1、MSEL2均为0，在录音时/M8置1。
置/RE端为0为录音状态，按住/M1即
开始录第一段，松键即停止。
再按住/M1即录第二段，如此一直分段录音，直到芯片溢出。
放音时（/RE=1）有两种状态，/M8置1为串行顺序控制方式，按一下/M1即放音第
一段，再按一下即放第二段，如此顺序逐段放音，到最后一段结束时即停止放音，必须按
一下CE键复位，然后再按/M1键就可以又从第一段放音。
这种方式下的段不可选择只能
按录音的顺序播放，适合走马灯、流程控制等电路使用；/M8置0为串行选段控制方式，
按一下/M1只能放音第一段，再按还是放音第一段。
这时的/M2有效成为快进选段键，每
按一下/M2即向后移动一段，例如现在按了三下/M2，再按/M1就放音第四段。
因此可以实现选段放音。
按/CE键复位为第一段。
根据ARP9600的性能，结合系统要求，设计如图3-6所示的语音报警电路。
从图中可以看出，MSEL1、MSEL2、/M8分别接了1、0、1，即选用了并行控制方式，可分两段，每段最大30秒。
有效键为/M1、/M2、CE。
按住/M1不放能循环播放第一段，按住/M2不放能循环播放第二段。
图中P1的1、2脚分别接AT89C52的P30和P31口，当单片机使对应的口输出低电平是既能触发语音报警电路。
图中的按键功能分别为S1控制第一段的录放，S2录音/放音控制键，S3控制第二段的录放，S4为复位/停止键或启动/停止键（高电平有效）。
图3-6语音报警电路
4.系统软件设计
4.1系统软件设计流程图
开始先对LCD1602进行初始化，然后检测传感器急传感器信号处理电路是否有信号输入，根据检测到的不同的信号做出相应的处理。
程序流程图4-1所示。
开始
对LCD1602进行初始化
检测是否有信号输入？
无，继续检测
重新检测
有
做出相应处理
图4-1软件设计流程图
4.2程序清单
#include"reg52.h"
#defineucharunsignedchar
sbitRW=P2^1;
sbitRS=P2^0;
sbitE=P2^2;
sbitBJ=P3^2;
sbitBJ0=P3^0;
sbitBJ1=P3^1;
ucharcodeshen[]={"KEEPSUITABLE"};
ucharcodezhen[]={"DISTANCEFROMTV"};
voiddelay（）
{
uchari;
for（i=0;i<255;i++）;
}
voiddelayms（unsignedinti）
{
unsignedintj,k;
for（j=0;jfor（k=0;k<24000;k++）;
}
/*******写命令**********/
voidlcd_wmc（uchari）
{
P0=i;
RS=0;
RW=0;
E=0;
delay（）;
E=1;
}
/*******写数据***********/
voidlcd_wmd（uchari）
{
P0=i;
RS=1;
RW=0;
E=0;
delay（）;
E=1;
}
/*******初始化液晶*******/
voidlcd_init（）
{
uchari;
lcd_wmc（0x01）;
lcd_wmc（0x38）;
lcd_wmc（0x0c）;
lcd_wmc（0x06）;
lcd_wmc（0x81）;
for（i=0;i<13;i++）
lcd_wmd（shen[i]）;
lcd_wmc（0xc0）;
for（i=0;i<16;i++）
lcd_wmd（zhen[i]）;
}
/***************************主程序************************/
voidmain（void）
{
lcd_init（）;
while
（1）
{
BJ0=1;
BJ1=1;
if（BJ==0）
{
BJ0=0;
delayms（50）;
BJ0=1;
while（BJ==0）;
}
else
{
BJ1=0;
delayms（50）;
BJ1=1;
while（BJ==1）;
}
}
}
注：
由于题目要求使用的是热释电红外传感器，而本次设计中，采用的热释电红外传感器RE200B产生的传感器信号经与之搭配使用的的传感器信号处理芯片BISS0001处理后，输出的是一个开关量，由于我们水平有限，无法从这个高低电平中得出感应到的人体与传感器之间的距离，故无法通过LCD1602液晶屏显示该距离，因此我们使液晶屏显示了字符串“KEEPSUITABLEDISTANCEFROMTV”，起到提醒人们注意观看距离的作用。
5.系统的组装
5.1PCB板图
语音模块PCB板图如图5-1所示，传感器、传感器信号处理电路、单片机主控电路及液晶显示电路PCB板图如图5-2所示。
图5-1语音模块PCB板图
图5-2其余模块PCB板图
6．系统调试
6.1测试方案：
语音模块测试方案
用按键代替单片机来进行控制放音
用麦克风进行录音
其余部分测试方案：
用示波器，万用表等检测传感器、单片机等的输入与输出
程序烧录以后上电，用手在传感器四周挥动
6.2测试结果
语音模块测试结果：
语音模块能够正常的录放，电路工作正常。
其余部分测试结果：
LCD1602液晶显示屏工作正常，主控部分工作正常，传感器工作异常，当人手在其四周挥动时，其输出无变化，故而无法知道传感器信号处理芯片BISS0001是否工作正常。
7.系统存在的不足和改进的方向
由于设计水平有限，在本次设计之中存在某些不足之处。
不知是所购买的传感器已坏还是电路设计有问题，本次设计中传感器工作不正常，有一定的输出量，但是当人手在其四周挥动时，其输出量保持不变，没有起到检测人体的效果，以至本次设计没有实现预期的电视机防近视预警的功能。
但语音模块与LCD液晶显示部分是工作正常，总体来说本次设计还是比较成功的。
参考文献：
[1]徐维祥、刘旭敏.单片微型机原理及应用.大连：
大连理工大学出版社，1996
[2]李光飞、楼然苗、胡佳文、谢象佐.单片机课程设计与实例指导.北京：
北京航空航天大学出版社，2004
[3]楼然苗、李光飞.51系列单片机设计实例.北京:
北京航空航天大学出版社,2003
[4]程卫东、董永贵.利用热释电红外传感器探测人体运动特征.仪器仪表学报，2008，（05）
[5]张佳一.热释电红外传感器放大电路的设计及其应用.广西通信技术，2010，（03）
[6]LCD1602液晶完整中文资料
[7]ARP9600中文资料及英文资料
[8]周亮平.人体热释电红外传感器简介.电子报/2006年/11月/5日/第017版
[9]赵玉安.热释电红外传感器中菲涅尔镜原理与应用
升级会员 