客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文說(shuō)明

1、 . . . 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 / 96燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系 學(xué)號(hào)學(xué)生專(zhuān) 業(yè)班 級(jí)題目題目名稱(chēng)客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目性質(zhì)1.理工類(lèi)：工程設(shè)計(jì) （ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）2.管理類(lèi)（ ）；3.外語(yǔ)類(lèi)（ ）；4.藝術(shù)類(lèi)（ ）題目類(lèi)型1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ ） 2.論文（ ）題目來(lái)源科研課題（） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ ）主要容1.計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)2.語(yǔ)音提示模塊設(shè)計(jì)3.顯示模塊設(shè)計(jì)4.軟件設(shè)計(jì)基本要求1.按電氣工程學(xué)院本科生學(xué)位論文撰寫(xiě)規(guī)的要求

2、完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（不少于2萬(wàn)字），A0圖紙。2.說(shuō)明書(shū)與插圖一律打印，要求條理清晰、文筆流暢、圖形與文字符號(hào)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。3.按學(xué)院指定的地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照進(jìn)度計(jì)劃完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。參考資料1.參考書(shū)：傳感器 傳感器電路 GSM模塊單片機(jī) 微機(jī)原理與其應(yīng)用2.相關(guān)論文、期刊論文周 次第 1 4周第5 8周第 911周第1215周第1617周應(yīng)完成的容查閱理解資料了解工作原理確定設(shè)計(jì)主要容系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)完成各模塊硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)，撰寫(xiě)論文初稿畫(huà)圖，撰寫(xiě)論文準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：王娜職稱(chēng)： 講師 2014年6月 27日系級(jí)教學(xué)單位審批： 年月日摘要 一直以來(lái)，公共交通系統(tǒng)在人們生活中扮演著極其

3、重要的角色。然而，城市化的飛速發(fā)展使得城市公交系統(tǒng)變得越來(lái)越繁忙。由此產(chǎn)生的超載現(xiàn)象也成為一大安全隱患。本文正是以傳感器與單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一種客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)。本文對(duì)國(guó)外相關(guān)防超載技術(shù)進(jìn)行了整體性的介紹，并通過(guò)比較分析了不同的其技術(shù)之間的優(yōu)劣。然后綜合考慮各項(xiàng)因素，選出適合的方法與傳感器來(lái)做硬件模型，即使用紅外線反射式傳感器來(lái)做模型。設(shè)計(jì)先對(duì)系統(tǒng)要求的功能進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，然后對(duì)各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳盡的闡釋?zhuān)⑦x擇相應(yīng)的元器件建立客車(chē)防超載語(yǔ)音提示系統(tǒng)的硬件模型。其中單片機(jī)采用的型號(hào)為STM8S105，顯示部分采用TM1638模塊，語(yǔ)音實(shí)體部分采用ISD1820語(yǔ)音模塊。這些模塊

4、可以成功地實(shí)現(xiàn)本次課題設(shè)計(jì)的要求。最后根據(jù)實(shí)用性結(jié)合創(chuàng)新性，設(shè)計(jì)了GSM聯(lián)網(wǎng)報(bào)警模塊。可模擬將客車(chē)超載的情況實(shí)時(shí)上報(bào)交通管理系統(tǒng)。關(guān)鍵詞 紅外線傳感器；單片機(jī)；防超載AbstractAll along, the public transport system plays a very important role in people's lives. However, the rapid development of urbanization making urban transit systems become more and more busy. The resulting ov

5、erload phenomenon has become a major security risk. This article designs a intelligent voice prompt system for bus anti-overloading, based on the sensor and microcontroller core. In this paper, domestic and foreign anti-overloading holistic techniques were introduced, a comparative analysis of their

6、 advantages and disadvantages of different technologies. Considering all the factors and then elect appropriate method and sensor to do the hardware model,using the infrared reflection sensor to do the model. First the functionality of the system requirements for the overall is designed and the real

7、ization of various functions carried out a detailed explanation, and the appropriate components to build passenger overload proof hardware model voice prompt system is selected. The SCM adopts STM8S105 module, display part adopts TM1638 module, and voice entity part adopts ISD1820 voice module. Thes

8、e modules can successfully achieved the design requirements.Finally a GSM network alarm module based on practical innovation is designed. So the real-time situation reporting overloaded passenger traffic management system can be simulated.KeywordsInfrared sensor; SCM; anti-overload目 錄摘要IAbstractII第1

9、章緒論11.1 課題背景11.2 課題國(guó)外研究現(xiàn)狀21.3傳感器的基本原理與分類(lèi)31.4 論文的主要工作容4第2章系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)52.1有關(guān)信號(hào)的理論52.2 信號(hào)的轉(zhuǎn)化過(guò)程62.3 單片機(jī)原理72.4 本章小結(jié)7第3章客車(chē)防超載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)83.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)83.2計(jì)數(shù)方式的確定93.3發(fā)生信號(hào)的捕獲93.4控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的處理113.5語(yǔ)音功能的選擇123.6顯示功能的選擇133.7本章小結(jié)15第4章系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)164.1紅外線傳感器的實(shí)現(xiàn)164.2語(yǔ)音模塊的實(shí)現(xiàn)184.3顯示模塊的實(shí)現(xiàn)214.4各模塊與單片機(jī)的連接234.5 程序流程圖264.6 本章小結(jié)26第5章聯(lián)網(wǎng)功能

10、的設(shè)計(jì)285.1 GSM聯(lián)網(wǎng)報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)285.2 本章小結(jié)31結(jié)論32參考文獻(xiàn)34致35附錄1 開(kāi)題報(bào)告附錄2 文獻(xiàn)綜述附錄3 中期報(bào)告附錄4 外文翻譯附錄5 外文文獻(xiàn)第1章 緒論1.1課題背景隨著世界經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，各國(guó)城市化的進(jìn)程越來(lái)越快。城市交通漸漸成為各國(guó)研究的一大容。一直以來(lái)，公共交通系統(tǒng)作為城市交通的中堅(jiān)力量，發(fā)揮著不可替代的作用。然而，在城市化的飛速發(fā)展的同時(shí)，世界各地的城市的公共交通系統(tǒng)也變得越來(lái)越繁忙，而由此產(chǎn)生的公共交通乘客超載現(xiàn)象也屢禁不止。公交超載現(xiàn)象不僅對(duì)車(chē)輛本身與其乘客極其不負(fù)責(zé)任，同樣對(duì)其他車(chē)輛和行人也造成了威脅。近年來(lái)，我國(guó)地鐵、公共汽車(chē)等公共交通工具事故頻

11、發(fā)，人民的生命財(cái)產(chǎn)安全受到極大的威脅1。為了消除客車(chē)超載而產(chǎn)生的安全隱患，預(yù)防和治理客車(chē)超載成為公共交通系統(tǒng)安全的首要課題。當(dāng)今的世界是信息的時(shí)代。在我們使用信息時(shí)，最基本的一個(gè)問(wèn)題就是如何獲取準(zhǔn)確的信息，在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過(guò)程中，傳感器已成為獲取準(zhǔn)確信息的重要手段與常用手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，人們已經(jīng)使用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使生產(chǎn)設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，從而使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量要求。因此可以說(shuō)，眾多性能優(yōu)良的傳感器構(gòu)成了現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。傳感器具有突出的地位，是這個(gè)時(shí)代自動(dòng)化過(guò)程的不可或缺的重要環(huán)節(jié)2?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中起到控制作用的一種芯片

12、單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的體積小、成本低、性?xún)r(jià)比高，是人們生產(chǎn)、學(xué)習(xí)、工作、生活中很好的助手。單片機(jī)已遍布人們生活的各個(gè)角落，每個(gè)角落都可以發(fā)現(xiàn)單片機(jī)發(fā)揮作用的身影3。居家智能化電器的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)線上的控制系統(tǒng)，小孩玩具的控制系統(tǒng)，航空航天的通信系統(tǒng)，廣泛使用的各種智能卡，汽車(chē)部的安全保障系統(tǒng)，以與其他各種能用到智能化與自動(dòng)化技術(shù)的各種場(chǎng)所等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)高新科技領(lǐng)域的太空技術(shù)、海底探測(cè)技術(shù)、新的醫(yī)療設(shè)備以與各種智能化機(jī)器人了4。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，越是高新的領(lǐng)域單片機(jī)應(yīng)用得越廣泛，尤其是自動(dòng)化程度越來(lái)越高的生產(chǎn)領(lǐng)域中的自

13、動(dòng)管理和過(guò)程控制等，各式各樣的單片機(jī)為各種功能的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了極大的可能5。1.2 課題國(guó)外研究現(xiàn)狀公共交通系統(tǒng)是伴隨城市的發(fā)展而發(fā)展的，有著悠久的歷史。然而，公共交通工具的超載現(xiàn)象也普遍存在于世界各國(guó)的各個(gè)角落，并沒(méi)有得到有效的解決。目前，各國(guó)主要采集公交車(chē)輛的實(shí)時(shí)載客信息的方法有：人工計(jì)數(shù)技術(shù)、壓敏踏板式計(jì)數(shù)技術(shù)、被動(dòng)式紅外線傳感器計(jì)數(shù)技術(shù)、主動(dòng)式紅外線傳感器計(jì)數(shù)技術(shù)、主被動(dòng)復(fù)合式紅外線傳感器計(jì)數(shù)技術(shù)、測(cè)重計(jì)數(shù)技術(shù)、公交IC卡客流信息提取技術(shù)、壓敏踏板式計(jì)數(shù)技術(shù)、圖像處理計(jì)數(shù)技術(shù)以與其它計(jì)數(shù)技術(shù)6。人工計(jì)數(shù)技術(shù)是最古老也是最原始的計(jì)數(shù)方法，即乘務(wù)人員通過(guò)人工計(jì)數(shù)人數(shù)、估測(cè)人數(shù)等方式來(lái)確定

14、乘客人數(shù)。此方法無(wú)需任何設(shè)備，但計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，結(jié)果受乘務(wù)員主觀意識(shí)影響極大，因此不必考慮用此種方法來(lái)防止超載。被動(dòng)式紅外線傳感器是靠敏感元件接受來(lái)自目標(biāo)的紅外輻射，通過(guò)檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)的變化來(lái)判斷目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，而不需要主動(dòng)向外輻射紅外線，因此被稱(chēng)作被動(dòng)式。被動(dòng)式紅外線傳感器通常附帶一個(gè)配套的光學(xué)系統(tǒng)，它可以檢測(cè)一個(gè)立體空間的紅外線信號(hào)的變化。當(dāng)所檢測(cè)的區(qū)域沒(méi)有能產(chǎn)生紅外線輻射的運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)時(shí)，傳感器接收到的能量基本上是穩(wěn)定的，所有不能產(chǎn)生信號(hào)。當(dāng)有人體等可以產(chǎn)生紅外線的目標(biāo)在檢測(cè)區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生紅外線熱輻射能量的變化，傳感器即會(huì)感應(yīng)到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。被動(dòng)式紅外線傳感器雖然能耗低，器件少，但是它的精度容易

15、受到周?chē)h(huán)境以與乘客著裝的影響，并且當(dāng)環(huán)境溫度與人體溫接近時(shí)或者外界光照強(qiáng)烈時(shí)，準(zhǔn)確性會(huì)變得極差7。主動(dòng)式紅外線傳感器由兩部分構(gòu)成，分別為紅外線發(fā)射裝置和紅外線接收裝置。在發(fā)射裝置和接收裝置處都有相應(yīng)的光學(xué)透鏡，將無(wú)規(guī)則的紅外光束聚焦成較細(xì)的平行光束，這樣紅外線的能量就可以夠比較集中的傳送。當(dāng)有人通過(guò)感應(yīng)區(qū)域而遮擋住紅外光束時(shí)，接收裝置感應(yīng)到信號(hào)的變化，就會(huì)輸出變化的電信號(hào)，從而完成感應(yīng)傳遞。主動(dòng)式紅外線傳感器自身光源穩(wěn)定，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性可靠，一般不容易產(chǎn)生誤差8。還有一種技術(shù)是將以上兩種紅外技術(shù)結(jié)合，形成復(fù)合式紅外線技術(shù)，這樣的成本加大，但并計(jì)數(shù)誤差的減小程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于與成本對(duì)應(yīng)的期望，因此極少應(yīng)

16、用。當(dāng)今的測(cè)重技術(shù)是比較成熟的，有諸多方法可測(cè)各式各樣物體的重量。然而測(cè)重技術(shù)在公共交通工具防超載上的應(yīng)用卻比較少。其原因?yàn)閭鹘y(tǒng)技術(shù)雖然設(shè)備本身成本較低，但比較容易損壞；而用高新技術(shù)來(lái)測(cè)量則需要很好的成本，這顯然是不科學(xué)的。公交IC卡信息提取技術(shù)與傳感器技術(shù)不同，它沒(méi)有進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的過(guò)程，而是直接提取IC卡的信息，并對(duì)IC卡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可獲得完整、詳盡的公交客流信息。該技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟，成本較低，在很多城市已有一定基礎(chǔ)，但只有收費(fèi)的功能。目前多應(yīng)用于短途的城市主干道公交車(chē)，由于管理體系等原因不易普與9。壓敏踏板式計(jì)數(shù)技術(shù)是在公交車(chē)門(mén)處的臺(tái)階上安裝壓敏傳感器（通常為墊狀），當(dāng)乘客上下車(chē)出入

17、車(chē)門(mén)時(shí)即會(huì)踩踏在傳感器上，就會(huì)把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，從而判斷有無(wú)人上下車(chē)，再根據(jù)信號(hào)的變化順序就可判定乘客是在上車(chē)還是在下車(chē)。這種方法簡(jiǎn)單直接，并且通過(guò)加入一定的邏輯算法可以實(shí)現(xiàn)較高可靠性的計(jì)數(shù)，但是受環(huán)境和公交車(chē)自身設(shè)計(jì)等條件的限制比較大，墊子受潮可能會(huì)影響傳感器的準(zhǔn)確性。此外，乘客大量的踩踏也使壓敏踏板系統(tǒng)部件極易損壞，維護(hù)費(fèi)用較高。圖像處理技術(shù)的精度很大程度上取決于圖像質(zhì)量與分析軟件的水平，系統(tǒng)成本比較高，功耗大，不易推廣。1.3傳感器的基本原理與分類(lèi)傳感器（英文名稱(chēng)：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，它能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信

18、號(hào)或其他所需形式的信息輸出。它是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。按人類(lèi)的五種感覺(jué)，常見(jiàn)的傳感器可比作：光敏傳感器視覺(jué)；聲敏傳感器聽(tīng)覺(jué)；氣敏傳感器嗅覺(jué)；化學(xué)傳感器味覺(jué)；壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺(jué)。常見(jiàn)的傳感器有：稱(chēng)重傳感器，稱(chēng)重傳感器可以將重力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光敏傳感器，光敏傳感器可以將其所敏感的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其可探測(cè)的波長(zhǎng)包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。壓力傳感器，壓力傳感器可以將其感受的的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。常見(jiàn)的壓力傳感器大都是依靠壓電原理制造而成的，所以這樣制作而成的傳感器也稱(chēng)為壓電傳感器。紅外線傳感器，是用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，它的基本原理為熱輻射效應(yīng)，當(dāng)探測(cè)元件感應(yīng)到熱輻射的能

19、量后，由于溫度升高，探測(cè)器中依賴(lài)于溫度的指標(biāo)發(fā)生變化。檢測(cè)其中某一指標(biāo)的變化，便可探測(cè)出熱輻射。多數(shù)情況下，是通過(guò)熱電變化來(lái)探測(cè)輻射的。當(dāng)感應(yīng)器件感應(yīng)到熱輻射時(shí)，非電量產(chǎn)生物理變化，然后通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電量變化。1.4 論文的主要工作容結(jié)合之前對(duì)目前整理的客車(chē)防超載系統(tǒng)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索和閱讀，歸納整理較為流行實(shí)用的相關(guān)理論，重點(diǎn)整理與自身所學(xué)相關(guān)的技術(shù)方法，本文主要做了以下工作：（1）介紹了課題背景以與研究課題的意義，總結(jié)了客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)在國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀以與設(shè)計(jì)前景。（2）深入研究客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，比較各種實(shí)現(xiàn)方法的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際選擇最合適的課題實(shí)現(xiàn)

20、方法，并建立完整的理論模型。（3）結(jié)合所選擇的方法的特點(diǎn)，選擇合適的元器件并確定其型號(hào)，最終用各模塊與單片機(jī)進(jìn)行硬件連線，并利用軟件平臺(tái)編程，最終實(shí)現(xiàn)課題所要求的功能。（4）在原有課題要求的功能上進(jìn)行創(chuàng)新與完善，增加新的模塊，實(shí)現(xiàn)新的功能，提高系統(tǒng)的實(shí)用性與創(chuàng)新性。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)2.1有關(guān)信號(hào)的理論當(dāng)今的世界是信息的世界。人們得到的消息、情報(bào)或知識(shí)稱(chēng)為信息；而傳輸信息的載體或者說(shuō)信息的具體表現(xiàn)形式稱(chēng)作信號(hào)。從廣義上講，信號(hào)包含光信號(hào)、聲信號(hào)和電信號(hào)等。按照實(shí)際用途區(qū)分，信號(hào)包括電視信號(hào)、廣播信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)，通信信號(hào)等；按照所具有的時(shí)間特性區(qū)分，則有確定性信號(hào)和隨機(jī)性信號(hào)等10。不同

21、的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號(hào)才能進(jìn)行傳輸和運(yùn)算。通常信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。聲音、光線、壓力、溫度、電信號(hào)等都是模擬信號(hào)，在計(jì)算機(jī)部進(jìn)行運(yùn)算時(shí)使用數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間可以相互轉(zhuǎn)換，模擬信號(hào)和模擬信號(hào)之間也可以相互轉(zhuǎn)化。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程為：模擬信號(hào)一般通過(guò)PCM脈碼調(diào)制(Pulse Code Modulation)方法量化為數(shù)字信號(hào)，即讓模擬信號(hào)的不同幅度分別對(duì)應(yīng)不同的二進(jìn)制值，例如采用8位編碼可將模擬信號(hào)量化為256個(gè)量級(jí)，實(shí)用中常采取24位或30位編碼；數(shù)字信號(hào)一般通過(guò)對(duì)載波進(jìn)行移相(Phase Shift)的方法轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。 與計(jì)算機(jī)以與互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)的智能

22、系統(tǒng)都使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、運(yùn)算與處理，在互聯(lián)網(wǎng)中實(shí)際傳送的則既有二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，也有由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換而得的模擬信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)是用高低電平兩種物理狀態(tài)來(lái)表示0和1的，所以其有關(guān)抵抗材料本身干擾與環(huán)境干擾的能力都比模擬信號(hào)要好很多；在當(dāng)今技術(shù)水平的信號(hào)處理中，數(shù)字信號(hào)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，幾乎大量而復(fù)雜的信號(hào)處理都無(wú)法離開(kāi)數(shù)字信號(hào)而進(jìn)行；同時(shí)，只要能把解決問(wèn)題的辦法用數(shù)學(xué)公式表示，就能用計(jì)算機(jī)來(lái)處理從而解決相應(yīng)的問(wèn)題。顯而易見(jiàn)，數(shù)字信號(hào)在今后的應(yīng)用發(fā)展中更具前景。本次設(shè)計(jì)既涉與模擬信號(hào)也涉與數(shù)字信號(hào)，乘客產(chǎn)生的各種信號(hào)需要經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)化最終轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)所能處理的邏輯信號(hào)（數(shù)字信號(hào)

23、），這樣才能實(shí)現(xiàn)客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化。2.2 信號(hào)的轉(zhuǎn)化過(guò)程在了解了基本原理后，接下來(lái)我們就要討論光纖如前所述，客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)處處需要進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)化。首先，人數(shù)的測(cè)量通過(guò)重量、光線、壓力等信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是模擬信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，需要用到傳感器與相應(yīng)的電路；電信號(hào)在單片機(jī)部進(jìn)行邏輯處理要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；單片機(jī)處理后再將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)各模塊工作；最終電信號(hào)通過(guò)顯示模塊、語(yǔ)音模塊等形成光線以與聲音信號(hào)，這又是模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。整個(gè)過(guò)程的信號(hào)轉(zhuǎn)化過(guò)程如下圖所示：電信號(hào)（模擬信號(hào)）光線、聲音等信號(hào)（模擬信號(hào)）模塊電路傳感器電路邏輯信號(hào)

24、（數(shù)字信號(hào)）電信號(hào)（模擬信號(hào)）光線、聲音等信號(hào)（模擬信號(hào)） 圖2-1 信號(hào)轉(zhuǎn)化過(guò)程圖2.3 單片機(jī)原理單片機(jī)（MCU）是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。單片機(jī)不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。單片機(jī)是依靠程序的，通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是有特別要求的的一些功能，這是其他器件很不容易做到的，

25、有些則是根本無(wú)法做到的。單片機(jī)是指芯片本身，而單片機(jī)系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)某一個(gè)控制應(yīng)用需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而建立的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，這就是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是指單片機(jī)開(kāi)發(fā)調(diào)試的工具。單片機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，性能不斷提高和完善，其資源又能滿(mǎn)足很多應(yīng)用場(chǎng)合的需要，加之單片機(jī)具有高集成度、極快的運(yùn)行速度、極小的體積、十分強(qiáng)大的功能、極低的功耗、低廉的價(jià)格等有點(diǎn)，所以單片機(jī)正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。綜合以上特性不難發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)非常適合成為本次設(shè)計(jì)的中心邏輯處理芯片。2.4 本章小結(jié)客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的核心處理芯片適合采用單片機(jī)，來(lái)達(dá)到自動(dòng)化、智能化的功能要求。要進(jìn)行客車(chē)防

26、超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就要進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)化，將各種信號(hào)最終轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的邏輯信號(hào)（數(shù)字信號(hào)），這將會(huì)用到傳感器以與各種轉(zhuǎn)化電路。在了解了基本原理后，接下來(lái)我們就要討論客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)。第3章 客車(chē)防超載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由前面的分析容易知道，課題所要設(shè)計(jì)的客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)由把人產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的電路、電信號(hào)通過(guò)單片機(jī)處理的電路以與經(jīng)過(guò)處理后的信號(hào)最后轉(zhuǎn)化成聲音、光線等信號(hào)的電路三部分構(gòu)成。圖3-1是其原理框圖：乘客上下車(chē)顯示語(yǔ)音模塊轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化電路單片機(jī)處理圖3-1 系統(tǒng)總體方案示意圖基本設(shè)計(jì)思路為：乘客由于上下車(chē)的行為而產(chǎn)

27、生信號(hào)，信號(hào)被敏感器件捕獲然后經(jīng)由轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，處理過(guò)后的信號(hào)再轉(zhuǎn)化成電信號(hào)驅(qū)動(dòng)顯示模塊、語(yǔ)音模塊等外圍模塊，最終轉(zhuǎn)化為聲音、光線等易被人感知的信號(hào)，完成智能語(yǔ)音提示。3.2計(jì)數(shù)方式的確定綜合分析前述各種計(jì)數(shù)方法的特點(diǎn)，可知用紅外線傳感器來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)非常合適，既準(zhǔn)確又經(jīng)濟(jì)，可實(shí)現(xiàn)性好?？捎眉t外線傳感器分別對(duì)上車(chē)乘客和下車(chē)乘客的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)上車(chē)部分的紅外線傳感器捕獲到信號(hào)時(shí)，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送給單片機(jī)，利用單片機(jī)部邏輯進(jìn)行加一計(jì)數(shù)，即車(chē)載乘客數(shù)加一；當(dāng)下車(chē)部分的紅外線傳感器捕獲到信號(hào)時(shí)，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送給單片機(jī)，利用單片機(jī)部邏輯進(jìn)行減一計(jì)數(shù)，即車(chē)載乘

28、客數(shù)減一。由當(dāng)前車(chē)載人數(shù)和上下車(chē)乘客數(shù)量即可實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)載乘客數(shù)量的計(jì)數(shù)。3.3發(fā)生信號(hào)的捕獲作為整個(gè)客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，如何準(zhǔn)確、快速地捕獲由于乘客上下車(chē)而產(chǎn)生的信號(hào)是重中之重。前面已經(jīng)說(shuō)明要用紅外線傳感器來(lái)對(duì)上下車(chē)的乘客進(jìn)行計(jì)數(shù)，紅外線傳感器的作用過(guò)程為乘客通過(guò)傳感器前面的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，擋住紅外線，使原來(lái)的狀態(tài)發(fā)生變化，相應(yīng)的傳感器電路中電信號(hào)也發(fā)生變化，電信號(hào)再傳遞給單片機(jī)進(jìn)行邏輯處理。通常情況下，大部分客車(chē)有兩個(gè)門(mén)或三個(gè)門(mén)，分別為上車(chē)門(mén)與下車(chē)門(mén)，分門(mén)專(zhuān)用，既簡(jiǎn)單又方便。只要分別在上車(chē)門(mén)與下車(chē)門(mén)安置各自的紅外線傳感器即可對(duì)上車(chē)人數(shù)與下車(chē)人數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。然而，有些車(chē)兩門(mén)通用，既能

29、上車(chē)又能下車(chē)，如果還按照上述方法安置傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)，則將差生誤差，無(wú)法有效達(dá)成計(jì)數(shù)的目的。對(duì)于這種情況，可在同一門(mén)處安置兩個(gè)并排的紅外線傳感器，根據(jù)兩個(gè)傳感器捕獲到信號(hào)的順序即可判斷出乘客是上車(chē)還是下車(chē)，這樣大大提高了計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性和這種方法的適用性。并排雙傳感器作用過(guò)程如下圖所示：（紅外線接收器）（紅外線發(fā)射器）步驟2步驟1步驟3步驟4步驟5圖3-2并排雙傳感器示意圖假設(shè)紅外線傳感器未感應(yīng)到人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)為0，感應(yīng)到人體通過(guò)時(shí)的狀態(tài)為1，則上圖的乘客上車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程可表示為：（0，0）（1，0）（1，1）（0，1）（0，0） 步驟1 步驟2步驟3步驟4步驟5同理，乘客下車(chē)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可表示為：（0

30、，0）（0，1）（1，1）（1，0）（0，0）步驟1 步驟2步驟3步驟4步驟53.4控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的處理 在客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，中央控制單元是極其重要的部分。其性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。因此，如何選取合適的中央控制單元，如何正確使用控制單元也就變得尤為重要了。中央控制單元在客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)中的主要作用就是將傳感器傳遞過(guò)來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為邏輯信號(hào)，并依靠其部所儲(chǔ)存的程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，最終用處理好的信號(hào)驅(qū)動(dòng)外圍的模塊（如顯示模塊、語(yǔ)音模塊等）實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)所要求的功能11。如前所述，目前適合的中央控制單元是單片機(jī)。單片機(jī)具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜、功耗低、控制功

31、能強(qiáng)以與運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合用在客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)中作為中央控制單元。單片機(jī)在本次客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)中的作用是中央控制與處理，分析各個(gè)模塊傳遞來(lái)的信號(hào)，并將所有信號(hào)依據(jù)單片機(jī)所下載的程序進(jìn)行處理，最后返回給各個(gè)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)傳感器將外部由人體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的聲光等信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并傳遞給單片機(jī)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)I/O口與相關(guān)電路將信號(hào)轉(zhuǎn)化為以0和1表示的數(shù)字信號(hào)，并依靠單片機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算控制功能對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，得出所需要的結(jié)果后在轉(zhuǎn)化成電信號(hào)I/O口傳遞給相應(yīng)的外圍模塊，驅(qū)動(dòng)外圍模塊工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能。目前，比較常見(jiàn)常用的單片機(jī)有基于8051核的51單片

32、機(jī)、PIC系列單片機(jī)、飛思卡爾單片機(jī)、意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8/32位單片機(jī)（STM8系列、STM32系列）以與美國(guó)儀器（TI）推出的的MSP430系列單片機(jī)等。以上所述的單片機(jī)功能強(qiáng)大，技術(shù)成熟，對(duì)于客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)課題中所要求的功能完全可以勝任運(yùn)算控制單元，都是完成課題非常不錯(cuò)的選擇。要完成課題，可在其中任意選擇一種。3.5語(yǔ)音功能的選擇本設(shè)計(jì)為客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)，顧名思義，最終要用語(yǔ)音進(jìn)行提示，即當(dāng)滿(mǎn)足某一條件（客車(chē)超載）時(shí)播放相對(duì)應(yīng)的錄音，這就首先要對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行收集和記錄。將聲音信號(hào)記錄在媒質(zhì)上的過(guò)程稱(chēng)為錄音。將媒質(zhì)上記錄的信號(hào)重放出聲音來(lái)的過(guò)程稱(chēng)為放音。錄音的一般方法為

33、：發(fā)出聲音，使聲音通過(guò)傳聲器、放大器等電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后用不同的材料和工藝記錄下來(lái)。錄音方法分為機(jī)械錄音(唱片錄音)、磁性錄音、光學(xué)錄音等。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了激光錄音法，提高了錄音的音質(zhì)12。記錄聲音的方式常用的不外乎兩種，一種是模擬，一種是數(shù)字。模擬方式，就是將聲音在空氣中產(chǎn)生的震動(dòng)，變成大小強(qiáng)弱相對(duì)應(yīng)的連續(xù)的電信號(hào)，然后轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的磁信號(hào)，記錄在能被磁化的某些介質(zhì)上，如鋼絲錄音機(jī)（這是很早的設(shè)備），磁帶錄音機(jī)就是一用這個(gè)原理制作成的。被磁化的介質(zhì)以特定的速度通過(guò)線圈（磁頭）的時(shí)候，變化的磁場(chǎng)感生出變化的電場(chǎng)，然后形成對(duì)應(yīng)變化的電流，最后將這種電流通過(guò)某種方式放大，即可還原出原來(lái)

34、記錄的聲音。還有一種模擬方式是不用磁介質(zhì)的，那就是黑膠唱片，它的原理前面和磁介質(zhì)方法的原理是一樣的，也就是將空氣的震動(dòng)信號(hào)變成相應(yīng)電信號(hào)，但后面不同，是將電信號(hào)重新再轉(zhuǎn)換成一種機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)帶動(dòng)一根記錄針，將振動(dòng)的規(guī)律完整的記錄在黑膠母碟上，就是在母碟的表面上刻出一圈一圈的凹槽，這樣就制作出黑膠唱片的母版，再然后通過(guò)一定的技術(shù)手段進(jìn)行翻版，就能做出能實(shí)用的黑膠唱片。還原聲音的時(shí)候，則正好是上述記錄過(guò)程的逆向，將唱針?lè)旁诎疾劾?，轉(zhuǎn)動(dòng)唱片，這時(shí)唱針就會(huì)根據(jù)凹槽的深淺、彎曲而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)檢波和放大，就可以還原出記錄的聲音。數(shù)字方式，也就是先將聲音的空氣振動(dòng)轉(zhuǎn)變

35、為連續(xù)變化的電信號(hào)，然后對(duì)這種連續(xù)變化的信號(hào)進(jìn)行周期采樣（每隔一個(gè)時(shí)間段，采集得到電信號(hào)的一個(gè)值，中間間隔的時(shí)間越短，所得到的的電信號(hào)的值就越接近連續(xù)的波形值），將采樣得到的一系列數(shù)據(jù)通過(guò)一定的算法進(jìn)行變換、壓縮，最后得到代表原聲音信號(hào)的一組數(shù)據(jù)，然后以文件的形式記錄下來(lái)。放音則是錄音過(guò)程的逆向運(yùn)算，經(jīng)過(guò)一系列的電路轉(zhuǎn)化，最后得到一個(gè)變化的電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，將這種變化的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為空氣振動(dòng)，最終形成我們聽(tīng)到的聲音。對(duì)于本課題來(lái)說(shuō)，由于用元件搭建語(yǔ)音錄放電路比較復(fù)雜，可以采用集成的語(yǔ)音模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示的功能。語(yǔ)音模塊是一種集成的語(yǔ)音錄放電路，通常含話(huà)筒前置放大、振蕩器、防混淆濾波器、自動(dòng)增益

36、控制、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)以與FLASH陣列等?？梢苑奖愕剡M(jìn)行語(yǔ)音的錄制與播放。3.6顯示功能的選擇為了更加清楚直觀的表示當(dāng)前車(chē)載乘客數(shù)量，本設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中加入了顯示功能。這就要用到顯示器。顯示器是屬于計(jì)算機(jī)的I/O設(shè)備，即輸入輸出設(shè)備。它可以分為CRT、LCD、LED等多種。它是一種將一定的電子文件通過(guò)特定的傳輸設(shè)備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具。LED顯示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode，即發(fā)光二極管的英文縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)LED。它是一種通過(guò)半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示的屏幕，可以顯示文字、圖形、動(dòng)畫(huà)、視頻信號(hào)等各種信息的顯示屏幕13。隨著大規(guī)模集成電路與計(jì)算機(jī)

37、技術(shù)的不斷發(fā)展，LED顯示器正在迅速崛起。LED結(jié)構(gòu)：基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個(gè)條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的。可實(shí)現(xiàn)09的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有 “條形七段式”、“反射罩式”以與“單片集成多位數(shù)字式”等。反射罩式數(shù)碼管一般用白色塑料做成帶反射腔的七段式外殼，將單個(gè)LED貼在與反射罩的七個(gè)反射腔互相對(duì)位的印刷電路板上，每個(gè)反射腔底部的中心位置就是LED芯片。反射罩式數(shù)碼管有空封和實(shí)封兩種封裝方式。實(shí)封方式采用散射劑和染料的環(huán)氧樹(shù)脂，較多地用于一位或雙位器件。空封方式是在上方蓋上濾波片和勻光膜，在芯片和底板上涂以透明絕緣膠，可以器件的可靠性，還可以提高光效率。這種方式一般用于四位與以上的數(shù)字顯示（或符

38、號(hào)顯示）14。條形七段式數(shù)碼管與其他數(shù)碼管不同，它是屬于混合封裝形式。它先把用于管芯的磷化鎵或磷化鎵的圓片，劃成含一只或數(shù)只LED的發(fā)光條，然后把一模一樣的七條發(fā)光條粘在日字形框上，用壓焊工藝連好引線，然后再用環(huán)氧樹(shù)脂包封起來(lái)。單片集成多位數(shù)字顯示器是在發(fā)光材料的基片上（大圓片），利用集成電路的工藝制作出大量七段數(shù)字顯示圖形，再通過(guò)劃片把合格芯片選出，然后對(duì)位貼在印刷電路板上，最后用壓焊工藝引出引線，在上面蓋上“魚(yú)眼透鏡”外殼。它們適用于小型數(shù)字儀表中。符號(hào)管、米字管的制作方式與數(shù)碼管類(lèi)似。矩陣管（發(fā)光二極管點(diǎn)陣）也可以采用類(lèi)似單片集成多位數(shù)字顯示器的工藝方法制作。LED分類(lèi)：按字高分：筆畫(huà)顯

39、示器字高最小有1mm（單片集成式多位數(shù)碼管字高一般在23mm）。其他類(lèi)型筆畫(huà)顯示器最高可達(dá)12.7mm（0.5英寸）甚至達(dá)數(shù)百mm；按顏色分有紅、橙、黃、綠等數(shù)種；按結(jié)構(gòu)分，有反射罩式、單條七段式與單片集成式；從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽(yáng)極和共陰極兩種15。目前，市面上的顯示屏各式各樣，種類(lèi)繁多，可滿(mǎn)足不同特殊的的功能需求。本課題所要現(xiàn)的顯示容簡(jiǎn)潔明了，只需實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的車(chē)載乘客數(shù)量以與是否超載的狀態(tài)標(biāo)志即可，故可采用簡(jiǎn)單的LED顯示屏來(lái)完成本次設(shè)計(jì)。LED顯示屏中的八段數(shù)碼管顯示屏結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能實(shí)用，可以顯示數(shù)字，還可以形象地顯示英文字母，非常適合本次設(shè)此的需要，故本次設(shè)計(jì)擬采用LED八段

40、數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行顯示功能的實(shí)現(xiàn)。3.7本章小結(jié)信號(hào)是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。要收集、處理信息，就必須要了解信號(hào)的基本原理。信號(hào)通常分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，相對(duì)應(yīng)的信號(hào)才能進(jìn)行邏輯運(yùn)算等處理。防超載必然要通過(guò)計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)數(shù)的方式有很多，人工計(jì)數(shù)古老而簡(jiǎn)單，但不準(zhǔn)確，自動(dòng)化計(jì)數(shù)方法要用到傳感器，即把各種參量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化，然后通過(guò)單片機(jī)對(duì)電信號(hào)變化的處理進(jìn)行計(jì)數(shù)。如何準(zhǔn)確地從傳感器傳遞來(lái)的信號(hào)中對(duì)乘客上下車(chē)的行為進(jìn)行精確的判斷，這是客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的另一重要容。有些客車(chē)分上下門(mén)，這樣在上下車(chē)門(mén)處分別安裝傳感器來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)。而有些客車(chē)上下門(mén)通用，也就是說(shuō)一個(gè)門(mén)既可以上車(chē)也可以下

41、車(chē)。這樣就要安置并排雙傳感器，按照乘客通過(guò)時(shí)兩個(gè)傳感器信號(hào)發(fā)生變化的先后順序來(lái)判斷乘客的行為是上車(chē)還是下車(chē)。自然界和人們生活中的大部分信號(hào)均為模擬信號(hào)。本課題中乘客上車(chē)的行為所產(chǎn)生的信號(hào)也俱為模擬信號(hào)。要想將這些信號(hào)通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理，就必須首先將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)再進(jìn)而轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，這樣單片機(jī)才可以按照程序來(lái)處理，從而實(shí)現(xiàn)智能化與自動(dòng)化的功能要求。提示功能包含語(yǔ)音功能和顯示功能。語(yǔ)音功能采用集成的語(yǔ)音模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。語(yǔ)音模塊可以完成對(duì)聲音的錄制與播放，通過(guò)單片機(jī)的I/O口傳送電信號(hào)進(jìn)行控制。顯示功能采用LED顯示屏來(lái)實(shí)現(xiàn)，也是通過(guò)單片機(jī)的I/O口傳遞數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，達(dá)到直觀顯示的效果。本

42、章討論了客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)，從信號(hào)的收集、傳遞、轉(zhuǎn)化原理到系統(tǒng)整體的控制流程以與各功能模塊的實(shí)現(xiàn)，為客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)建立了理論模型。第4章 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)4.1紅外線傳感器的實(shí)現(xiàn)紅外線傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。紅外線又稱(chēng)紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類(lèi)。檢測(cè)元件按工作原理可分為

43、熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化（這種變化可能是變大也可能是變小，因?yàn)闊崦綦娮杩煞譃檎郎囟认禂?shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻），通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺與硅摻雜等材料制成。紅外線傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線圍的感度作為人體檢出用，紅外線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)而比電波短。紅外線讓人覺(jué)得只由熱的物體放射出來(lái)，可是事實(shí)上不是如此，凡是存在于自然界的物體，如人類(lèi)、火、冰等等全部都會(huì)射出紅外線，只是其波長(zhǎng)因其物體的溫度而有差異而已。人體的體溫約為3637，

44、所放射出峰值為910m的遠(yuǎn)紅外線，另外加熱至400700的物體，可放射出峰值為35m的中間紅外線。經(jīng)過(guò)理論研究以與對(duì)傳感器具體參數(shù)特性的比較，最終本次設(shè)此選用紅外線反射傳感器。紅外線反射傳感器是利用紅外線反射的原理，根據(jù)反射的強(qiáng)度來(lái)判定前方障礙的有無(wú)。這種傳感器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，靈敏度高，性能可靠，在距離適中的時(shí)候測(cè)量精度很高。由于使用的是紅外線，所以抗干擾能力很強(qiáng)。這樣做更加確保了計(jì)數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。大部分紅外線反射傳感器可以手動(dòng)調(diào)節(jié)感應(yīng)的圍。紅外線的工作原理是，當(dāng)電源接通后，紅外線傳感器就開(kāi)始工作了，若有人體經(jīng)過(guò)所設(shè)定的圍時(shí)，傳感器接收到反射回來(lái)的紅外線發(fā)生變化，達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)后，傳

45、感器部通過(guò)三極管放大作用，輸出相應(yīng)的信號(hào)電平，我們可以利用單片機(jī)判斷后，執(zhí)行相應(yīng)的程序，從而達(dá)到課題所要求的功能。本次設(shè)計(jì)采用的紅外線發(fā)射傳感器為菊輝電子科技生產(chǎn)的反射式紅外傳感器低功耗壁障模塊，其電路原理圖如下：圖4-1 紅外線反射式傳感器引腳圖紅外線反射式傳感器具體參數(shù)如下：輸入電壓圍：DC 3-5V。輸出信號(hào)：無(wú)信號(hào)輸出1，有信號(hào)輸出0。掃描周期：100ms。感應(yīng)距離調(diào)節(jié)圍：0到100厘米可調(diào)節(jié)，調(diào)整方式：電位器。指示燈：電路板上有一個(gè)紅色LED,探測(cè)到障礙時(shí)發(fā)光。 圖4-2 紅外線反射式傳感器模塊實(shí)物圖由上圖可知，此模塊共有三個(gè)引腳，圖中由上到下分別為OUT、GND、VCC。OUT是信

46、號(hào)輸出端，GND是接地端，VCC是供電端。左邊的部分為紅外線發(fā)射與接受部分，由這部分發(fā)出紅外線并接收返回的光線，當(dāng)在感應(yīng)區(qū)域遇到障礙物時(shí)，返回的信號(hào)發(fā)生變化，模塊產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，同時(shí)電路板上的紅色指示燈發(fā)光。圖中藍(lán)色部分為可調(diào)電位器，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)調(diào)節(jié)所需要的感應(yīng)距離，圍是0到100厘米。4.2語(yǔ)音模塊的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音模塊模塊是一種具有錄音和放音作用的模塊，一般用于家用電器、錄音、會(huì)議錄音、監(jiān)控設(shè)備、高級(jí)趣味玩具、教學(xué)設(shè)備等部分產(chǎn)品。語(yǔ)音模塊通常由麥克風(fēng)差分輸入電路、語(yǔ)音芯片、后置音頻放大電路、揚(yáng)聲器等部分構(gòu)成?？蓪⒛M數(shù)據(jù)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器EEPROM/FLASH ROM中儲(chǔ)存，還包括其它功能塊如部時(shí)

47、鐘、前置放大器、濾波器、自動(dòng)增益控制器（AGC）、功率放大器、控制邏輯等。本次設(shè)計(jì)選用的語(yǔ)音模塊為美國(guó)ISD公司生產(chǎn)的ISD1820，這是一種8到20秒的單段語(yǔ)音錄放電路，采用CMOS計(jì)數(shù)，含振蕩器，話(huà)筒前置放大，自動(dòng)增益控制，防混淆濾波器，揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)與FLASH 陣列。圖4-3 ISD1820電路原理圖ISD1820的主要特點(diǎn)有： 高質(zhì)量的語(yǔ)音還原；帶循環(huán)播放、點(diǎn)動(dòng)播放、單遍播放三種功能；既可用單片機(jī)控制也可用板子上的按鍵控制；可直接驅(qū)動(dòng)8歐0.5W小喇叭。ISD1820的主要技術(shù)參數(shù)有：尺寸：42MM*38MM；工作電壓：直流35V。接喇叭短接循環(huán)工作指示燈點(diǎn)動(dòng)單遍錄音短接直通電源接單片機(jī)

48、咪頭圖4-4 ISD1820語(yǔ)音模塊說(shuō)明圖如圖4-3中所示，在模塊工作情況錄放模式下，按住REC按鍵即可進(jìn)行錄音，松開(kāi)按鍵或存寫(xiě)滿(mǎn)錄音結(jié)束；按一次PLAYE按鍵可進(jìn)行一次全段放音，斷電或放完錄音則放音結(jié)束；按住PLAYL按鍵可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)放音，即按住不松的時(shí)候放音，松開(kāi)按鍵或播放完畢結(jié)束放音。左邊的引腳中，VCC為電源端，GND為接地端，F(xiàn)T為直通電平控制引腳，P-L為點(diǎn)動(dòng)播放電平控制引腳，P-E為單遍播放電平控制引腳，REC為錄音電平控制引腳。錄好音頻后，在錄放模式下，當(dāng)檢測(cè)到乘客上下車(chē)行為產(chǎn)生的信號(hào)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)I/O口對(duì)P-E引腳發(fā)出電平信號(hào)，從而控制語(yǔ)音模塊來(lái)發(fā)出相應(yīng)的音頻，達(dá)到課題所要求

49、的語(yǔ)音提示。4.3顯示模塊的實(shí)現(xiàn)客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)所需要顯示的容簡(jiǎn)單，非常適合用LED顯示屏來(lái)進(jìn)行顯示。目前大部分LED顯示模塊原理大致一樣，大多都是通過(guò)串口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。本次設(shè)計(jì)采用市天微電子研發(fā)的TM1638模塊，該模塊是一種是帶鍵盤(pán)掃描接口的LED驅(qū)動(dòng)控制專(zhuān)用電路，部集成有MCU數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED高壓驅(qū)動(dòng)、鍵盤(pán)掃描等電路。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用其中的LED顯示部分，其基本單元為八段LED共陰極數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字

50、段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出需要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a、b、c、d、e

51、、f、g、dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制決定哪個(gè)亮，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1到2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象與發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口

52、，而且功耗更低。本次涉與所采用的TM1638模塊的主要特性有：采用功率CMOS工藝；顯示模式 10段×8位；輝度調(diào)節(jié)電路(占空比8級(jí)可調(diào))；串行接口(CLK、STB、DIO)；震蕩方式為RC振蕩(450KHz，浮動(dòng)5%)；置上電復(fù)位電路； 圖4-5 TM1638引腳圖圖4-6 TM1638共陰極顯示原理圖TM1638模塊的數(shù)據(jù)命令設(shè)置如下所示：表4-1 TM1638模塊的數(shù)據(jù)命令設(shè)置表B7B6B5B4B3B2B1B0功能說(shuō)明01無(wú)關(guān)項(xiàng)，填000數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模式寫(xiě)顯示寄存器0110讀鍵掃描數(shù)據(jù)010地址增加模式自動(dòng)地址增加011固定地址010部測(cè)試模式普通模式011測(cè)試模式圖4-7 TM1

53、638寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖4.4各模塊與單片機(jī)的連接在完成各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)后，就要通過(guò)單片機(jī)將各個(gè)模塊連接起來(lái)，最終完成課題所要求的客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示的功能。本設(shè)計(jì)采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8位的單片機(jī)STM8，具體型號(hào)為S105。圖4-8 STM8S105板子實(shí)物圖ST的8位微控制器平臺(tái)是具有3級(jí)流水線的哈佛結(jié)構(gòu)，基于高性能8位核，配有先進(jìn)的成套外設(shè)。該平臺(tái)采用ST的130 nm嵌入式非易性存儲(chǔ)器專(zhuān)有技術(shù)。STM8通過(guò)增強(qiáng)型堆棧指針運(yùn)算、先進(jìn)的尋址模式和新指令實(shí)現(xiàn)快速、安全的開(kāi)發(fā)。STM8S平臺(tái)打造8位微控制器的全新世代，高達(dá)20 MIPS的CPU性能和2.95-5.5V的電壓圍，有助于現(xiàn)有的8

54、位系統(tǒng)向電壓更低的電源過(guò)渡。提供真正的EEPROM數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作，可達(dá)30萬(wàn)次擦寫(xiě)極限。功能包括10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最多有16條通道，轉(zhuǎn)換用時(shí)小于3微秒；先進(jìn)的16位控制定時(shí)器可用于馬達(dá)控制、捕獲/比較和PWM功能。其它外設(shè)包括一個(gè)CAN2.0B接口、兩個(gè)UART接口、一個(gè)I2C端口、一個(gè)SPI端口。STM8S105的引腳圖如下：圖4-9 STM8S105引腳圖選好了單片機(jī)，就要把單片機(jī)與各模塊連接起來(lái)成為一個(gè)系統(tǒng)。如前所述，每個(gè)紅外傳感器有一個(gè)OUT引腳需要與單片機(jī)連線來(lái)發(fā)出感應(yīng)信號(hào)；每個(gè)ISD1820語(yǔ)音模塊都有一個(gè)P-E引腳需要與單片機(jī)連線來(lái)接受電平信號(hào)；同時(shí)，TM1638模塊有三個(gè)引腳需要

55、與單片機(jī)相連接，分別是DIO引腳、CLK引腳、STB引腳，DIO引腳是數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，CLK引腳是外部時(shí)鐘引腳，STB是片選引腳。以上引腳都可以與單片機(jī)的GPIO引腳相連接，電源端和接地端與單片機(jī)的一樣端相連接。連接好單片機(jī)與各模塊后，通過(guò)相應(yīng)的平臺(tái)進(jìn)行編程并下載到單片機(jī)上，即可實(shí)現(xiàn)客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示的整體功能。4.5程序流程圖系統(tǒng)編程的程序流程圖如下：上車(chē)信號(hào)產(chǎn)生加一信號(hào)LED顯示模塊是否超載？單片機(jī)處理信號(hào)其他功能模塊是語(yǔ)音提示模塊下車(chē)信號(hào)產(chǎn)生減一信號(hào)否圖4-10 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖4.6本章小結(jié)課題客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)需要各個(gè)功能模塊的分別實(shí)現(xiàn)。信號(hào)檢測(cè)模塊部分采用紅外線反射式傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，紅外線傳感器是利以紅外線為介質(zhì)的。紅外線的工作原理是：當(dāng)電源接通后，紅外線傳感器就開(kāi)始工作了，若有人體經(jīng)過(guò)所設(shè)定的圍時(shí)，傳感器接收到反射回來(lái)的紅外線發(fā)生變化，達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)后，傳感器部通過(guò)三極管放大作用，輸出相應(yīng)的信號(hào)電平。利用紅外線反射的原理，根據(jù)反射的強(qiáng)度來(lái)判定前方有無(wú)人體通過(guò)的傳感器。這種傳感器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，靈敏度高，性能可靠，在距離適中的時(shí)候測(cè)量精度很高，很好地確保了計(jì)數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性12。語(yǔ)音功能部分采用非常簡(jiǎn)單