采用ATtiny1627 MCU系列的PIR運(yùn)動(dòng)感應(yīng)

在科技領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)傳感設(shè)備變得越來越流行。這就是被動(dòng)紅外（PIR）運(yùn)動(dòng)傳感發(fā)揮作用的地方。PIR 傳感器是一種被動(dòng)吸收視野中的紅外 （IR） 輻射的傳感器。當(dāng)環(huán)境中的紅外量發(fā)生變化時(shí)，傳感器的輸出會(huì)發(fā)生變化。這表現(xiàn)為大直流共模電壓上的小交流信號(hào)。通過監(jiān)測(cè)差分電壓，從而抵消直流偏移，可以檢測(cè)環(huán)境的變化，例如人員進(jìn)入或退出。

ATtiny1627 系列微控制器包含一個(gè)帶可編程增益放大器 （PGA） 的差分模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC），可為該傳感器提供靈敏的模擬接口。ATtiny1627系列中的ADC可以通過過采樣達(dá)到17位的最大分辨率，但通常以12位分辨率使用。

模擬傳感器調(diào)節(jié)和接口

標(biāo)準(zhǔn)單端ADC無法可靠地直接測(cè)量PIR傳感器。交流信號(hào)（如果存在）非常小，而直流共模電壓非常大。PIR 傳感器輸出可以被視為差分信號(hào)，而不是相對(duì)于接地測(cè)量的信號(hào)。

在信號(hào)進(jìn)入ATtiny1627進(jìn)行差分放大和測(cè)量之前，使用兩個(gè)RC低通濾波器（在不同滾降頻率下）來創(chuàng)建差分信號(hào)的“正”和“負(fù)”分量。

正側(cè)RC濾波器由一個(gè)470kΩ歐姆電阻和一個(gè)100nF電容構(gòu)成，截止頻率為3.38Hz。該濾波器允許來自 PIR 傳感器的交流信號(hào)和直流偏置通過，同時(shí)阻擋高頻噪聲。

負(fù)側(cè)RC濾波器由一個(gè)470kΩ電阻和一個(gè)2.2μF電容構(gòu)成，截止頻率為0.154Hz。該濾波器設(shè)計(jì)用于通過直流偏置，同時(shí)抑制來自 PIR 傳感器的交流信號(hào)。

兩個(gè)低通濾波器產(chǎn)生一個(gè)有效的帶通濾波器——頻率低于兩個(gè)濾波器的截止頻率出現(xiàn)在兩個(gè)輸入端（減去濾波器的任何損耗）。由于ADC是差分的，因此減去這些信號(hào)。高于兩個(gè)截止頻率的信號(hào)會(huì)被RC濾波器嚴(yán)重衰減，從而將其影響降至最低。最后，被一個(gè)濾波器衰減并由另一個(gè)濾波器通過的信號(hào)將成為最強(qiáng)的輸入信號(hào)。下圖顯示了MPLAB? Mindi?模擬模擬器中濾波器響應(yīng)的模擬。

軟件操作

啟動(dòng)時(shí)，ATtiny1627 初始化正在使用的外設(shè)：

帶PGA的差分ADC

周期性中斷定時(shí)器 （PIT）

事件系統(tǒng)

通用同步和異步接收器和發(fā)射器 （USART）（用于串行通信，如果啟用）

然后微控制器進(jìn)入預(yù)熱階段，初始化設(shè)備上的 2 個(gè)數(shù)字濾波器——短期平均濾波器和長(zhǎng)期平均濾波器。這些濾波器用于檢測(cè)隨時(shí)間推移的運(yùn)動(dòng)。預(yù)熱期間，LED 以 1Hz 閃爍。

初始化外設(shè)和數(shù)字濾波器后，微控制器進(jìn)入睡眠狀態(tài)。在睡眠狀態(tài)下，微控制器的功耗非常低，從而延長(zhǎng)了電池壽命（有關(guān)各種設(shè)置的功耗的更多信息，請(qǐng)參閱應(yīng)用筆記）。ADC定期觸發(fā)，而不會(huì)通過事件系統(tǒng)中連接的PIT信號(hào)喚醒微控制器。

執(zhí)行轉(zhuǎn)換后，ADC通過觸發(fā)中斷來喚醒微控制器。微控制器使用ADC的值更新數(shù)字濾波器。為了確定是否發(fā)生了運(yùn)動(dòng)，微控制器比較長(zhǎng)期和短期濾波器之間的差異，以查看它是否超過了閾值。如果超過閾值，則檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，并將 LED I/O 線連接到來自 PIT 的 4 Hz 信號(hào)。

ATtiny1627 系列 AVR? MCU 配備快速差分 ADC 和基于硬件的內(nèi)核獨(dú)立外設(shè)，可在實(shí)時(shí)控制和傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)低功耗操作。要開始使用該系列進(jìn)行開發(fā)，可以使用ATtiny1627好奇號(hào)納米評(píng)估套件（DM080104）。這款緊湊型評(píng)估套件非常適合快速原型設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)、實(shí)時(shí)控制或其他應(yīng)用。

該板可與MPLAB? X、Microchip Studio和IAR嵌入式工作臺(tái)集成開發(fā)環(huán)境（IDE）無縫集成，以最適合您的工作方式。將其連接到面包板或?qū)⑵渑c用于點(diǎn)擊板?的好奇號(hào)納米底座 （AC164162） 結(jié)合使用，以添加 mikroBUS? 插座，以輕松地將傳感器、執(zhí)行器或通信接口集成到您的設(shè)計(jì)中。這只是 ATtiny1627 AVR MCU 系列產(chǎn)品靈活性的一個(gè)例子。

結(jié)論

本應(yīng)用展示了在ATtiny1627系列MCU中使用差分ADC的優(yōu)勢(shì)之一。

審核編輯：郭婷