1.1核心控制模块的设计

核心控制器件选用了单片机，其最小系统构成如图2所示。

  该模块是系统的核心，当红外感应系统感应到人体，会送出中断信号，单片机得到信号后执行中断，通过串口通信读取气体浓度，然后到语音芯片寻址，并控制语音模块把气体浓度报告出来。除了基本的外围电路，核心控制模块外主要应用了中断、串行通信和基本的输入、输出功能。

  本系统中上位机通过串口实现与单片机通信，然后由单片机进行处理，单片机接受红外信号后，控制语音芯片工作，播放相应的语音信息。可选的单片机较多，如AVR、AT89C51等。采用单独的控制芯片的好处是减少主控芯片(CPLD)的工作量，提高系统的性能。我们选用了AVR单片机。AVR是基于RISC(精简指令集计算机)结构的单片机，简称AVR单片机，该系列单片机在吸收PIC及8051单片机优点的基础上，进行了重大改进。与普通的51系列单片机相比，AVR单片机有很多优点。首先给人最直观的就是具有JTAG边界扫描、仿真、编程功能，不会造成以往仿真通过而脱机不行的现象。

1.2红外感应模块的设计

该模块相对简单，核心用了红外传感器，只把信号进行了简单处理，送给单片机的中断即可，见图3。

1.3数据读取方式的设计

  对数据的读取有两种方法：一种是直接与硬件电路结合，16位二进制数据读取过来，进行整理还原；另一种是通过串口通信，把已经由上位机整理好的数据，通过RS-232协议读取过来。显然，较第1种方法，通过串口的方式避免了对数据重复整理，编程更简单。对整个项目而言，设计更合理，缩短了开发周期。

  本系统采用的是串行数据通信方式，接口为RS-232串口，实验证明这种通信方式简单易行，符合本系统要求。本系统采用的是半双工配置，它要求下位机和主机控制器双方都具有独立的发送和接收能力。

  接收／发送时钟用来控制通信设备接收／发送字符数据速度，该时钟信号通常由微机内部的时钟电路产生。接收数据时，接收器在接收时钟的上升沿对接收数据采样，进行数据位检测。发送数据时，发送器在发送时钟的下降沿将移位寄存器的数据串行移位输出。

接收／发送时钟频率与波特率有如下关系：

式中：Fe为接收／发送时钟频率；n为频率系数，n=1，16，64；vc为收／发波特率。

接收／发送时钟的周期Tc与发送的数据位宽Td之间的关系是：

式中：n=1，16，64。

  若取n=16，那么异步传送接收数据实现同步的过程如下：接收器在每一个接收时钟的上升沿采样接收数据线，当发现接收数据线出现低电平时就认为是起始位的开始，以后若在连续的8个时钟周期(因n=16，故Td=16Tc)内检测到接收数据线仍保持为低电平，则确定它为起始位(不是干扰信号)。通过这种方法，不仅能够排除接收线上的噪声干扰，识别假起始位，而且能够相当精确地确定起始位的中间点，从而提供一个准确的时间基准。从这个基准算起，每隔16Tc采样一次数据线，作为输入数据。一般来说，从接收数据线上检测到一个下降沿开始，若其低电平能保持nTc／2(半位时间)，则确定为起始位，其后每间隔nTc时间(一个数据位时间)在每个数据位的中间点采样。