【正文】 .............. 31 結(jié)論 ..................................................................................................................... 32 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 34 致謝 ..................................................................................................................... 35 附錄 1 開題報(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 第 1 章 緒論 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)程越來越快。 城市交通漸漸成為各國(guó)研究的一大內(nèi)容。 一直以來 ， 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)車輛本身及其乘客 極其 不負(fù)責(zé)任，同樣對(duì)其他車輛和行人也造成了 威脅。 近年來， 我國(guó) 地鐵、公共汽車等公共交通工具事故頻發(fā)， 人民的生命財(cái)產(chǎn)安全受到極大的威脅 [1]。 為了消除客車超載而產(chǎn)生的安全隱患，預(yù)防和治理客車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)問題就是如何獲取準(zhǔn)確的信息 ， 在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程中，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)過程中， 人們已經(jīng)使 用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(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， 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)化過程的 不可或缺的重要 環(huán)節(jié) [2]。 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中起到控制作用的一種芯片 —— 單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。 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 、 性價(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， 汽車內(nèi)部的安全保障系統(tǒng) ， 以及其他各種能用到智 能化與自動(dòng)化技術(shù)的各種場(chǎng)所 等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說 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 以及各種智能 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)化程度越來越高的生產(chǎn)領(lǐng)域中的自動(dòng) 管理 和 過燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 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]。 課題國(guó)內(nèi)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 ，并沒有得到有效的解決。 目前，各 國(guó)主要采集公交車輛的實(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)以及其它計(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 人工 計(jì)數(shù)人數(shù)、估測(cè)人數(shù)等方式來確定乘客人數(shù)。此方法無需任何設(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防止超載。 被動(dòng)式 紅外線傳感器 是靠敏感元件接受來自目標(biāo) 的紅外輻射，通過檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)的變化來判斷目標(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)立體空間內(nèi)的 紅外線信號(hào) 的變化。當(dāng) 所檢測(cè)的 區(qū)域內(nèi)沒有 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)域內(nèi) 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 易受到 周圍環(huán)境以及 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)?shù)?1 章 緒論 3 有人通過 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)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，它沒有進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 采集的過程，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 的城市內(nèi)主干道公交車，由于管理體系等原因不易普及 [9]。 壓敏踏板式計(jì)數(shù) 技術(shù) 是在 公交 車門 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 出入車門 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 有無人上下車 ，再根據(jù) 信號(hào) 的變化順序就可判定乘客是在上車還是在下車。 這種方法 簡(jiǎn)單直接， 并且 通過加入 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)量及分析軟件的水平，系統(tǒng)成本 比 較高 ，功耗大，不易推廣 。 傳感器的基本原理與分類 傳感器（英文名稱： 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 人類的五種感覺 ，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 常見的傳感器可比作： 光敏傳感器 —— 視覺 ； 聲敏傳感器 —— 聽覺 ； 氣敏傳感器 —— 嗅覺 ； 化學(xué)傳感器 —— 味覺 ； 壓敏、溫敏、流體傳感器 —— 觸覺 。 常見的傳感器有： 稱重傳感器 ， 稱重傳感器可以 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 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 量 后 ，由于 溫度升高，探測(cè)器中依賴于溫度的 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 ， 是通過熱電變化來探測(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 通過適當(dāng)?shù)淖儞Q后 轉(zhuǎn)化為 相應(yīng)的電量變化。 論文的主要工作內(nèi)容 結(jié)合之前對(duì) 目前整理的客車防超載系統(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）介紹了課題背景以及研究 課題 的意義，總結(jié)了 客車防超載智能語音提示系統(tǒng) 在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及 設(shè)計(jì) 前景。 （ 2） 深入 研究 客車防超載智能語音提示系統(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)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) 5 第 2 章 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 的理論基礎(chǔ) 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)稱為信息；而傳輸信息的載體或者說信息的具體表現(xiàn)形式稱作信號(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)內(nèi)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)換過程為：模擬信號(hào)一般通過 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)以及互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)的智能系統(tǒng)都 使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào) 來進(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 越來越大 的 作用，幾乎 大量而 復(fù)雜的信號(hào)處理都 無法離開 數(shù)字信號(hào) 而進(jìn)行 ； 同時(shí) ，只要能 把解決問題的 辦法 用數(shù)學(xué)公式表示，就能用計(jì)算機(jī)來處理 從而解決相應(yīng)的問題 。 顯而易見，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)既涉及模擬信號(hào)也涉及數(shù)字信號(hào)，乘客產(chǎn)生的各種信號(hào)需要經(jīng)過一系列轉(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)），這樣才能實(shí)現(xiàn)客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 信號(hào)的 轉(zhuǎn)化過程 在了解了基本原理后，接下來我們就要討論光纖如前所述，客車防超載智能語音提示系統(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)量通過重量、光線、壓力等信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，這是模擬信號(hào)到模擬 信號(hào)的轉(zhuǎn)換，需要用到傳感器及相應(yīng)的電路；電信號(hào)在單片機(jī)內(nèi)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)，來驅(qū)動(dòng)各模塊工作；最終電信號(hào)通過顯示模塊、語音模塊等形成光線以及聲音信號(hào)，這又是模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。 整個(gè)過程的信號(hào)轉(zhuǎn)化過程如下圖所示： 圖 21 信號(hào) 轉(zhuǎn)化過程圖 光線、聲音等信號(hào)（模擬信號(hào)） 電信號(hào)（模擬信號(hào)） 邏輯信號(hào)（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)） 傳感器 電路 電路 模塊 第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基 礎(chǔ) 7 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