热释电的运动识别设计
基于热释电的运动识别设计 在当今这样一个高速发展的时代，青少年的健康成长的问题是社会普遍所关注的。经过相关的调查，家长们对与自己孩子是否能够独自一人认真做作业这一问题有着更深的思考与关心。 这上面所述的前提下，本课题的研究目标是利用近几年新兴的热释电红外传感器，配合选择合适的菲尼尔透镜，在Arduino单片机的基础上，输入合适的程序要求，让最后的结果能够基本探测并判断孩子做作业时候是否认真，再进行适当提醒。本文对热释电红外传感器进行了研究，来使其能够基本检测并判断孩子的认真程度。在ATMega328单片机的基础上对设计进行模拟，已得到相应的目的要求。关键词 热释电红外探测器，菲尼尔透镜，运动识别，信号采集，识别目 录
1 引言 1
1.1 选题背景 1
1.2 研究目标和意义 1
1.3 研究的主要内容 1
2 Arduino UNO的结构 2
2.1 处理器 2
2.2 插座接口 3
3 整体方案设计思路 5
4 系统硬件设计 6
4.1 传感器 6
4.2 定时器和计数器 8
4.3 外部中断 9
4.4 Led模块与蜂鸣器模块结构设计 10
4.5 连线与电路图设计 10
5 系统软件设计 11
5.1 Arduino 集成开发环境的软件 11
5.2 库函数的应用 13
5.3 程序信号处理设计 13
6 系统的组装与总体调试 18
6.1 端口调试 20
6.2 程序调试 21
总 结 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录：主机源代码 26
1 引言
1.1 选题背景
青年儿童是祖国的未来和希望，所以与儿童相关的问题一直以来被社会非常关心。众所周知，每位青少年都有着做作业的必要“任务” ，相应的每位家长便会对自己孩子是否专心做作业有所担忧。如果亲自陪同孩子做作业，对于大多数人来说时
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/> 致 谢 24
参 考 文 献 25
附录：主机源代码 26
1 引言
1.1 选题背景
青年儿童是祖国的未来和希望，所以与儿童相关的问题一直以来被社会非常关心。众所周知，每位青少年都有着做作业的必要“任务” ，相应的每位家长便会对自己孩子是否专心做作业有所担忧。如果亲自陪同孩子做作业，对于大多数人来说时间成本难以承受；如果利用常见的摄像头间接地“监视”孩子，久而久之会让孩子产生不信任感，与家长的关系变得疏远。
在以上的矛盾日益加深的前提，家长对于能够在孩子独自做作业不认真的情况下进行适当提醒的程序或设施有着强烈的需要。
1.2 研究目标和意义
本课题的研究目标是利用近几年新兴的热释电红外传感器，配合选择合适的菲尼尔透镜，在Arduino单片机的基础上，输入合适的程序要求，让最后的结果能够基本探测并判断孩子做作业时候是否认真，再进行适当提醒。
本课题的意义在于，热释电红外传感器的能耗较低，制作成本低廉能够满足大众的要求，最重要的是热释电传感器只是探测人体辐射信号，并不是如传统视频传感器对孩子活动过程有一个监视类的副作用，不会让孩子在一个人的时候有心理压力。因此，既能够起到提醒孩子认真做作业的作用，也能对培养孩子专注力有着积极影响。
1.3 研究的主要内容
本课题主要包涵四个研究方面：孩子专注度的判断、Arduino单片机的使用、Arduino语言的编程和提醒方式的确定。
1.3.1 传感器的选择
传感器是一种能感受到被测量的信息，之后通过将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以便满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。我们通过选用不同的传感器来满足判定孩子是否认真的条件。
1.3.2 Arduino单片机
作为一个使用便捷，操作简单易于上手的单片机种类，Arduino能够满足各种要求。它能够提供丰富的接口，并且能利用各种各样的传感器来感知环境，并能通过控制系统，来对外在的环境做出相应的反馈。相对于一般的单片机来说，Arduino没有复杂的底层代码，也没用难懂的汇编程序，它所具有仅仅只是简单并且实用的函数。高度的自由度和能够间接的编程，以及非常高的可拓展性都是Arduino所具有出色特点。同时，又因为使用的是标准化的接口模式，所以它的发展前景很广阔。
1.3.3 Arduino编程语言
Arduino编程语言是由Processing语言改编而来，首先我们在程序将代码完成，在上传至Arduino时之前，程序会自动把写的代码转换成C语言，再传给avr-gcc编译器，最后将代码进行编译，使得其能够成为微处理器能明白的指令。从这一很重要的部分，可以看出，Arduino通过将复杂的编译过程不给普通用户看的方式，来达到用简单的方法来控制微处理器的功能。
1.3.4 提醒方式
作为独立做作业的孩子来说，适当的提醒是有益的，我们采取温柔的声音加亮灯的方式进行简单地提醒。
2 Arduino UNO的结构
Arduino是一套较为完整的开源硬件开发平台。它的处理器在最初是8KB程序存储器的ATmega8，之后变成了16KB的ATmega168，到现在是最新的32KB的ATmega328,尽管Arduino多次升级，但其机构都保持了芯片引脚的兼容。
2.1 处理器
AtmelAVR ATmega328是Arduino UNO的最重要的主体,从外观上来看，它就是一个黑色的长方形两侧各有一排引脚的塑料块。它实质就是单芯片的计算机，封装了cpu，内存阵列，时钟和外围设备。ATmega328处理器供电电压的范围幅度很大，能够从1.8v到5.5v，因此其适用于电池供电的应用程序。在最低的电压下，处理器最高只能工作在4MHz的时钟频率下。如果想要以最高时钟频率为20MHz，芯片至少需要4.5v的电压，该ArduinoI/O电路板供给ATmega328芯片的是5v，因此他可以工作在最高20MHz以内任何时钟频率上。
图2.1 处理器
2.2 插座接口
Arduino UNO电路板上提供了4组扩展插座，以便于链接Arduino到外部电路。
2.2.1 电源部分
从理论上来说，电路板的外部供电电压是可以达到6~20V。但是在实际情况中，如果供电电压小于7V时，板上的5V引脚输出的电压值可能会小于5V，这样
1 引言 1
1.1 选题背景 1
1.2 研究目标和意义 1
1.3 研究的主要内容 1
2 Arduino UNO的结构 2
2.1 处理器 2
2.2 插座接口 3
3 整体方案设计思路 5
4 系统硬件设计 6
4.1 传感器 6
4.2 定时器和计数器 8
4.3 外部中断 9
4.4 Led模块与蜂鸣器模块结构设计 10
4.5 连线与电路图设计 10
5 系统软件设计 11
5.1 Arduino 集成开发环境的软件 11
5.2 库函数的应用 13
5.3 程序信号处理设计 13
6 系统的组装与总体调试 18
6.1 端口调试 20
6.2 程序调试 21
总 结 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录：主机源代码 26
1 引言
1.1 选题背景
青年儿童是祖国的未来和希望，所以与儿童相关的问题一直以来被社会非常关心。众所周知，每位青少年都有着做作业的必要“任务” ，相应的每位家长便会对自己孩子是否专心做作业有所担忧。如果亲自陪同孩子做作业，对于大多数人来说时
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/> 致 谢 24
参 考 文 献 25
附录：主机源代码 26
1 引言
1.1 选题背景
青年儿童是祖国的未来和希望，所以与儿童相关的问题一直以来被社会非常关心。众所周知，每位青少年都有着做作业的必要“任务” ，相应的每位家长便会对自己孩子是否专心做作业有所担忧。如果亲自陪同孩子做作业，对于大多数人来说时间成本难以承受；如果利用常见的摄像头间接地“监视”孩子，久而久之会让孩子产生不信任感，与家长的关系变得疏远。
在以上的矛盾日益加深的前提，家长对于能够在孩子独自做作业不认真的情况下进行适当提醒的程序或设施有着强烈的需要。
1.2 研究目标和意义
本课题的研究目标是利用近几年新兴的热释电红外传感器，配合选择合适的菲尼尔透镜，在Arduino单片机的基础上，输入合适的程序要求，让最后的结果能够基本探测并判断孩子做作业时候是否认真，再进行适当提醒。
本课题的意义在于，热释电红外传感器的能耗较低，制作成本低廉能够满足大众的要求，最重要的是热释电传感器只是探测人体辐射信号，并不是如传统视频传感器对孩子活动过程有一个监视类的副作用，不会让孩子在一个人的时候有心理压力。因此，既能够起到提醒孩子认真做作业的作用，也能对培养孩子专注力有着积极影响。
1.3 研究的主要内容
本课题主要包涵四个研究方面：孩子专注度的判断、Arduino单片机的使用、Arduino语言的编程和提醒方式的确定。
1.3.1 传感器的选择
传感器是一种能感受到被测量的信息，之后通过将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以便满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。我们通过选用不同的传感器来满足判定孩子是否认真的条件。
1.3.2 Arduino单片机
作为一个使用便捷，操作简单易于上手的单片机种类，Arduino能够满足各种要求。它能够提供丰富的接口，并且能利用各种各样的传感器来感知环境，并能通过控制系统，来对外在的环境做出相应的反馈。相对于一般的单片机来说，Arduino没有复杂的底层代码，也没用难懂的汇编程序，它所具有仅仅只是简单并且实用的函数。高度的自由度和能够间接的编程，以及非常高的可拓展性都是Arduino所具有出色特点。同时，又因为使用的是标准化的接口模式，所以它的发展前景很广阔。
1.3.3 Arduino编程语言
Arduino编程语言是由Processing语言改编而来，首先我们在程序将代码完成，在上传至Arduino时之前，程序会自动把写的代码转换成C语言，再传给avr-gcc编译器，最后将代码进行编译，使得其能够成为微处理器能明白的指令。从这一很重要的部分，可以看出，Arduino通过将复杂的编译过程不给普通用户看的方式，来达到用简单的方法来控制微处理器的功能。
1.3.4 提醒方式
作为独立做作业的孩子来说，适当的提醒是有益的，我们采取温柔的声音加亮灯的方式进行简单地提醒。
2 Arduino UNO的结构
Arduino是一套较为完整的开源硬件开发平台。它的处理器在最初是8KB程序存储器的ATmega8，之后变成了16KB的ATmega168，到现在是最新的32KB的ATmega328,尽管Arduino多次升级，但其机构都保持了芯片引脚的兼容。
2.1 处理器
AtmelAVR ATmega328是Arduino UNO的最重要的主体,从外观上来看，它就是一个黑色的长方形两侧各有一排引脚的塑料块。它实质就是单芯片的计算机，封装了cpu，内存阵列，时钟和外围设备。ATmega328处理器供电电压的范围幅度很大，能够从1.8v到5.5v，因此其适用于电池供电的应用程序。在最低的电压下，处理器最高只能工作在4MHz的时钟频率下。如果想要以最高时钟频率为20MHz，芯片至少需要4.5v的电压，该ArduinoI/O电路板供给ATmega328芯片的是5v，因此他可以工作在最高20MHz以内任何时钟频率上。
图2.1 处理器
2.2 插座接口
Arduino UNO电路板上提供了4组扩展插座，以便于链接Arduino到外部电路。
2.2.1 电源部分
从理论上来说，电路板的外部供电电压是可以达到6~20V。但是在实际情况中，如果供电电压小于7V时，板上的5V引脚输出的电压值可能会小于5V，这样
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