MSP430单片机自动风门用热释电探测控制器研制(2)
本课题研制的热释电探测控制器用于检测要通过风门的行人，热释电探测器对人体或接近人体体温的物体特别敏感，当行人通过时，人体热量产生的红外辐射经过透镜的汇聚，被红外接收器接收，经热释电信号处理芯片BISS0001处理后，送出触发信号，再由单片机根据检测结果自动控制风门的开启和关闭。通过对本课题的研究，我可以了解风门自动控制的原理，掌握热释电处理芯片BISS0001、热释电接收芯片RE200B的使用方法和MSP430单片机的应用开发技术。
1.2 热释电效应的国内外研究现状
1.3 课题研究的重要内容介绍
针对本次课题，我利用热释电接收芯片RE200B以及热释电处理芯片BISS0001结合MSP430单片机，设计出矿井下自动风门的主要控制电路。电路的主要功能是通过对巷道内靠近风门人员的检测，自动控制风门开和关。
热释电材料是一种具有自发极化特质的电介质，它所处于的环境温度将会影响它自身的自发极化的强度。在不变的温度下，材料极化所产生的电荷与它自身内部的电荷中和，所以对外显示为电中性。然而，当材料的表面接收到红外辐射时，因吸收辐射材料的温度会上升，造成自身极化强度改变。紧接着，就在材料的两个表面之间会产生电势差也就是瞬态的电压。如果在材料的两个表面之间接入外部电路，储存的电荷被释放就会产生电流信号。热释电红外传感器正是运用这一原理，将人体热量产生的红外辐射转变为了电流信号，以便后续电路加以利用。
下面介绍课题中所要设计的主要内容。首先，控制电路的前端需要有红外信号采集模块，这一模块的功能由热释电接收芯片RE200B实现。这种芯片是一种被动式红外探测器，英文简称PIR。在探测器的前端安置有菲涅尔透镜，它是一面光滑另一面刻录着等距同心圆齿纹的透镜。其作用是将入射到透镜的红外光辐射聚焦到焦点位置，以便于探测器的灵敏面接收信号。配有菲涅尔透镜的接收芯片将会更加灵敏，当人体进入探测器的感知范围内时，假设人走近透镜的视场范围，红外辐射聚焦后被探测器接收，探测器会收到一个上跳变的有效触发信号。这样一来光信号就被转化为了电信号。
其次，接收芯片再将转换好的电信号传送给BISS0001。BISS0001处理芯片是一种内含运算放大器、电压比较器、状态控制器、延时定时器及参考电压源的混合数模集成电路。它可以和热释电红外传感器以及少量外接元器件便可构成被动式热释电红外延时开关。其工作方式的选择由相关引脚的输入信号控制，可选择不可重复触发和可重复触发两种工作方式中的一种，不同的工作方式下各控制信号的输出也有差别。因此， BISS0001实现的功能就是对传感器发送的电信号进行判断及处理，再通过运算放大器放大信号进而输出。
最后，经由BISS0001放大的信号将通过I/O口被送入MSP430单片机。单片机中下载了我为控制电路编写的程序，当触发信号送入单片机时，将会在输出引脚给出控制信号，来控制自动风门的开关。在控制电路程序中，我适当地加入了快慢工作方式转换、步进电机控制、液晶显示屏静态显示等等内容，让课题研究的自动风门控制电路功能更加丰富，更加符合人性化的设计要求。
其中所用到的MSP430系列单片机是美国德州仪器的一种16位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器。之所以称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上。该系列单片机处理能力极强，寻址方式丰富，有27条内核指令，工作高效；指令周期相当短，仅仅为40纳秒；片内资源极其丰富，ADC、定时器等不胜枚举；并且功耗极低，电源电压极低，运行时钟独特。由于这一系列的单片机广为人知，并且在本课题中我只需要利用其I/O口作为外设电路的输入输出口，故不再赘述。