【正文】 了 威脅。在 我們使用信息時 ， 最基本的一個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 。 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。 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 能化與自動化技術(shù)的各種場所 等等，這些都離不開單片機(jī)。然而，公共交通工具的超載現(xiàn)象也普遍存在于世界各國的各個角落 ，并沒有得到有效的解決。 被動式 紅外線傳感器 是靠敏感元件接受來自目標(biāo) 的紅外輻射，通過檢測目標(biāo)信號的變化來判斷目標(biāo)的運(yùn)動，而 不需要 主動向外輻射紅外線 ，因此 被稱作被動式 。被動式 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 或者 外界光照強(qiáng)烈時，準(zhǔn)確性 會 變 得極 差 [7]。主動式 紅外線傳感器 自身光源穩(wěn)定，計數(shù) 準(zhǔn)確性可靠 ， 一般不容易 產(chǎn)生誤差 [8]。其原因為傳統(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)來測量則需要很好的成本，這顯然是不科學(xué)的。 壓敏踏板式計數(shù) 技術(shù) 是在 公交 車門 處 的臺階上安裝 壓敏傳感器（通常為墊狀） ，當(dāng)乘客 上下車 出入車門 時即會 踩踏在 傳感器 上，就會把壓力信號轉(zhuǎn)變成電信號， 從 而判斷 有無人上下車 ，再根據(jù) 信號 的變化順序就可判定乘客是在上車還是在下車。 傳感器的基本原理與分類 傳感器（英文名稱： transducer/sensor）是一種檢測裝置， 它 能感受到被測量的信息，并能將 感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出 。 光敏傳感器 ， 光敏傳感器可以將 其所敏感的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，其 可探測的 波長 包括紅外線波長和紫外線波長 。檢測其中某一 指標(biāo) 的變化，便可探測出 熱 輻射。 （ 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)， 比較各種實現(xiàn)方法的特點，結(jié)合實際 選擇 最 合適的課題實現(xiàn)方法， 并 建立完整的理論模型。 人們得到的消息、情報或知識稱為信息；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。 通常 信號 分為模擬信號和數(shù)字信號。 與計算機(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 來進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存、運(yùn)算與處理 ，在 互聯(lián)網(wǎng) 中實際傳送的則既有二進(jìn)制數(shù)字信號，也有由數(shù)字信號轉(zhuǎn)換而得的模擬信號。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 信號的 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)的實現(xiàn)處處需要進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)化。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是指單片機(jī)開發(fā)調(diào)試的工具。 要進(jìn)行客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的設(shè)計，就要進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)化，將各種信號最終轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的邏輯信號（數(shù)字信號），這將會用到傳感器以及各種轉(zhuǎn)化電路。 乘客上下車 轉(zhuǎn)化電路 單片機(jī)處理 轉(zhuǎn)化電路 顯示語音模塊 第 3 章 客車防超載系統(tǒng)的設(shè)計 9 計數(shù)方式的確定 綜合分析前述各種計數(shù)方法的特點，可知用 紅外線傳感器 來進(jìn)行計數(shù)非常合適，既準(zhǔn)確又經(jīng)濟(jì)，可實現(xiàn)性好。 發(fā)生信號的捕獲 作為 整個客車防超載智能語音提示系統(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而產(chǎn)生的信號是重中之重。 然而， 有些車兩門 通 用，既能上車又能下車，如果還按照上述方法安置傳感器進(jìn)行計數(shù) ，則 將差生誤差，無法有效達(dá)成計數(shù)的目的。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。 單片機(jī)在本次客車防超載智能語音提示系統(tǒng)中的作用是中央控制與處理，分析各個模塊傳遞來的信號，并將所有信號依據(jù)單片機(jī)所下載的程序進(jìn)行處理，最后返回給各個模塊，驅(qū)動模塊實現(xiàn)功能。要完成課題，可在其中任意選擇一種。 錄音的一般方法為：發(fā)出聲音， 使聲音通過傳聲器、放大器 等電路 轉(zhuǎn)換為電信號， 然后 用不同的材料和工藝記錄下來。 模擬方式，就是將聲音 在 空氣 中產(chǎn)生的 震動，變成大小強(qiáng)弱 相對應(yīng)的連續(xù)的電信號，然后轉(zhuǎn)變 為連續(xù)的磁信號，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 這個原理 制作成的 。 數(shù)字方式，也就是 先將 聲音的空氣振動轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)變化的電信號，然后對這種連續(xù)變化的信號進(jìn)行 周期 采樣（每隔一個時間段， 采集 得到電信號的第 3 章 客車防超載系統(tǒng)的設(shè)計 13 一個值， 中間 間隔的時間越短， 所 得到的的電信號 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)通過一定的算法進(jìn)行 變換 、壓縮，最后得到代表原 聲音信號的 一組 數(shù)據(jù)，然后以文件的形式記錄下來?？梢苑奖愕剡M(jìn)行語音的錄制與播放。它可以分為 CRT、LCD、 LED 等多種。隨著大規(guī)模集成電路 與 計算機(jī)技術(shù)的不斷 發(fā)展 ， LED 顯示器正在迅速崛起 。 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LED 貼在與反射罩的七個反射腔 互相對位的印刷電路板上，每個反射腔底部的中心位置就是 LED 芯片。這種方式一般用于四位 及 以上的數(shù)字顯示（或符號顯示） [14]。它們適用于小型數(shù)字儀表中。其他類型筆畫顯示器最高可達(dá) （ 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、單條七段式及單片集成式； 從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種 [15]。 第 3 章 客車防超載系統(tǒng)的設(shè)計 15 本章小結(jié) 信號是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。計數(shù)的方式有很多 ，人工計數(shù)古老而簡單，但不準(zhǔn)確，自動化計數(shù)方法要用到傳感器，即把各種參量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕淖兓?，然后通過單片機(jī)對電信號變化的處理進(jìn)行計數(shù)。這樣就要安置并排雙傳感器，按照乘客通過時兩個傳感器信號發(fā)生變化的先后順序來判斷乘客的行為是上車還是下車。 提示功能包含語音功能和顯示功能。 本章 討論了 客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的實現(xiàn)的理論基礎(chǔ)，從信號的收集、傳遞、轉(zhuǎn)化原理到系統(tǒng)整體的控制流程以及各功能模塊的實現(xiàn)，為 客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的實現(xiàn) 建立了理論模型。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應(yīng)快等優(yōu)點。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。紅外線讓人覺得只由熱的物體放射出來，可是事實上不是如此，凡是存在于自然界的物體，如人類、火、冰等等全部都會射出紅外線，只是其波長因其物體的溫度而有差異而已。 這種傳感器電路結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，靈敏度高，性能可靠，在距離適中的時候測量精度很高。 紅外線的工作原理第 4 章 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn) 17 是，當(dāng)電源接通后，紅外線傳感器就開始工作了， 若有人體經(jīng)過 所設(shè)定的范圍時，傳感器接收到反射回來的紅外線 發(fā)生變化， 達(dá)到 某一標(biāo)準(zhǔn) 后 ，傳感器內(nèi)部通過三極管放大作用，輸出 相應(yīng)的信號 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 。 感應(yīng)距離調(diào)節(jié)范圍： 0 到 100 厘米可調(diào)節(jié)，調(diào)整方式 ： 電位器。左邊的部分為紅外線發(fā)射及接受部分，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)域內(nèi)遇到障礙物時，返回的信號發(fā)生變化，模塊產(chǎn)生感應(yīng)信號，同時電路板上的紅色指示燈發(fā)光。可將 模擬數(shù)據(jù)在半導(dǎo)體存儲器 EEPROM/FLASH ROM中 儲存 ，還包括 其它功能塊 如 內(nèi)部時鐘、前置放大器、濾波器、自動增益控制器（ AGC） 、功率放大器、控制邏輯等 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 44 ISD1820 語音模塊 說明 圖 如 圖 43 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，松開按鍵或內(nèi)存寫滿錄音結(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)行點動放音，即按住不松的時候放音， 松開按鍵或播放完畢結(jié)束放音。目前大部分 LED 顯示 模塊原理大致相同， 大多 都是通過串口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出 需 要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 動態(tài)顯示驅(qū)動 ： 數(shù)碼管動態(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，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，單片機(jī)對位選通 COM 端電路的控制 決定哪個亮 ，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 本次涉及所采用的 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 級可調(diào) )； 串行接口 (CLK、STB、 DIO)； 震蕩方式為 RC 振蕩 (450KHz，浮動 5%)； 內(nèi)置上電復(fù)位電路 ； 圖 45 TM1638 引腳圖 圖 46 TM1638 共陰極顯示原理圖 第 4 章 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn) 23 TM1638 模塊的數(shù)據(jù)命令設(shè)置 如下所示： 表 41 TM1638 模塊的數(shù)據(jù)命令設(shè)置表 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 功能 說明 0 1 無關(guān)項， 填 0 0 0 數(shù)據(jù)讀寫模式 寫顯示寄存器 0 1 1 0 讀鍵掃描數(shù)據(jù) 0 1 0 地址增加模式 自動地址增加 0 1 1 固定地址 0 1 0 內(nèi)部測試模式 普通模式 0 1 1 測試模式 圖 47 TM1638 寫數(shù)據(jù)時序圖 各模塊與單片機(jī)的連接 在完成各個功能模塊的設(shè)計后，就要通過單片機(jī)將各個模塊連接起來，最終完成課題所要求的客車防超載智能語音提示的功能。 STM8 通過增強(qiáng)型堆棧指針運(yùn)算、先進(jìn)的尋址模式和新指令實現(xiàn)快速、安全的開發(fā) 。其它外設(shè)包括一個 接口、兩個 UART 接口、一個 I2C 端口、一個 SPI 端口。 連接好 單片機(jī)與各模塊后， 通過 相應(yīng)的平臺進(jìn)行編程 并下載到單片機(jī)上 ， 即可實 現(xiàn)客車防超載智能語音提示的整體功能。 利用紅外線反射的原理，根據(jù)反射的強(qiáng)度來判定前方有無 人體通過的傳感器。 顯示部分采用 TM1638 的 LED 數(shù)碼管來實現(xiàn)。顯示模塊相比較稍微復(fù)雜一點，不僅有 DIO（數(shù)據(jù)輸入輸出接口），還有 CLK（外部時鐘接口）和 STB（片選端），三個引腳分別與單片機(jī)的三個 GPIO 引腳連接即可。 本設(shè)計采用 GSM（ Global System for Mobile munication，即 全球移動通信系統(tǒng) ）模塊來實現(xiàn)無線 通信報警。另外， SIM900A 的尺寸大小為 24x24x3mm，能適用于 M2M 應(yīng)用中的各類設(shè)計需求，尤其適用于緊湊型產(chǎn)品設(shè)計。目前手機(jī)中默認(rèn)使用 PDU Mode，通過第 5 章 聯(lián)網(wǎng) 功能的設(shè)計 29 PDU 編碼的短消息內(nèi)容可以是文字、聲音或者圖像。模塊 板子 的 供電范圍 為 4~5V電壓， 2A 電流 ， 如果電流達(dá)不到可以并聯(lián) 1000uf 以上 的 電容 來 解決 。 下面是 圓版 SIM900A 模塊實物講解 圖： 圖 51 圓版 SIM900A 模塊 實物講解 可先用 PC 機(jī)對 SIM900A 模塊進(jìn)行調(diào)試。 ② 發(fā)送“ AT+CMGF=1\r\n”：設(shè)置短消息模式，參數(shù)“ 1”表示進(jìn)入文本模式，其中“ \r\n”是回車換行的轉(zhuǎn)義符。 調(diào)試完畢后，就要把 SIM900A 模塊與單片機(jī)連線，使單片機(jī)通過程序控制 SIM900A 模塊在滿 足條件后向特定的號碼發(fā)送特定的短信。經(jīng)實驗，此處大概延時 900ms 左右合適，具體時間與所發(fā)送短信的長度有關(guān)，短信內(nèi)容越長，延時越長。當(dāng)客車超載時向交通管理系統(tǒng)發(fā)送一條警告消息，當(dāng)客車恢復(fù)正常時發(fā)送一條警告解除的消息。 為了方便演示，初始車載乘客數(shù)量設(shè) 置為 18 人，最大載客量為 20 人。 當(dāng)用手通過上車門傳感器的感應(yīng)區(qū)域時，客車人數(shù)加 1。 當(dāng)受到警告用手通過下車門傳感器的感應(yīng)區(qū)域，表示乘客下車，將乘客數(shù)量減少到 20（含）人 以下。本文所設(shè)計的系統(tǒng)也是如此，在實際應(yīng)用中，即使設(shè)計精良的 并排雙傳感器也無法做到準(zhǔn)確的人數(shù)計