【正文】 了 威脅。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 。 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中起到控制作用的一種芯片 —— 單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 居家智能化電器的控制系統(tǒng) ， 生產(chǎn)線(xiàn)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)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(kāi)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(guó)的各個(gè)角落 ，并沒(méi)有得到有效的解決。 被動(dòng)式 紅外線(xiàn)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(xiàn) ，因此 被稱(chēng)作被動(dòng)式 。被動(dòng)式 紅外線(xiàn)傳感器 雖然能耗低，器件少，但是它 的精度 容 易受到 周?chē)h(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(xiàn)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]。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。 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)。 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)律變換成為電信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其 可探測(cè)的 波長(zhǎng) 包括紅外線(xiàn)波長(zhǎng)和紫外線(xiàn)波長(zhǎng) 。檢測(cè)其中某一 指標(biāo) 的變化，便可探測(cè)出 熱 輻射。 （ 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)方法， 并 建立完整的理論模型。 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)。 通常 信號(hào) 分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(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(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)。 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(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。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。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。 要進(jìn)行客車(chē)防超載智能語(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)用到傳感器以及各種轉(zhuǎn)化電路。 乘客上下車(chē) 轉(zhuǎn)化電路 單片機(jī)處理 轉(zhuǎn)化電路 顯示語(yǔ)音模塊 第 3 章 客車(chē)防超載系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 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(xiàn)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。 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。 然而， 有些車(chē)兩門(mén) 通 用，既能上車(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。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(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。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(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)。 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 為連續(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 。 數(shù)字方式，也就是 先將 聲音的空氣振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B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)的第 3 章 客車(chē)防超載系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 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)?？梢苑奖愕剡M(jìn)行語(yǔ)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(jì)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(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。這種方式一般用于四位 及 以上的數(shù)字顯示（或符號(hào)顯示） [14]。它們適用于小型數(shù)字儀表中。其他類(lèi)型筆畫(huà)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(yáng)極和共陰極兩種 [15]。 第 3 章 客車(chē)防超載系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 本章小結(jié) 信號(hào)是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。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)。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)。 提示功能包含語(yǔ)音功能和顯示功能。 本章 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)整體的控制流程以及各功能模塊的實(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。紅外線(xiàn)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)。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。紅外線(xiàn)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(xiàn)，只是其波長(zhǎng)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(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。 紅外線(xiàn)的工作原理第 4 章 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 17 是，當(dāng)電源接通后，紅外線(xiàn)傳感器就開(kāi)始工作了， 若有人體經(jīng)過(guò) 所設(shè)定的范圍時(shí)，傳感器接收到反射回來(lái)的紅外線(xiàn) 發(fā)生變化， 達(dá)到 某一標(biāo)準(zhǔn) 后 ，傳感器內(nèi)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 。 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(xiàn)發(fā)射及接受部分，由這部分發(fā)出紅外線(xiàn)并接收返回的光線(xiàn)，當(dāng)在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)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。可將 模擬數(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 內(nèi)部時(shí)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 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 44 ISD1820 語(yǔ)音模塊 說(shuō)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(kāi)按鍵或內(nèi)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。目前大部分 LED 顯示 模塊原理大致相同， 大多 都是通過(guò)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(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)。 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、 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(xiàn)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。 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(jí)可調(diào) )； 串行接口 (CLK、STB、 DIO)； 震蕩方式為 RC 振蕩 (450KHz，浮動(dòng) 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(shí)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(shuō)明 0 1 無(wú)關(guān)項(xiàng)， 填 0 0 0 數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模式 寫(xiě)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(dòng)地址增加 0 1 1 固定地址 0 1 0 內(nèi)部測(cè)試模式 普通模式 0 1 1 測(cè)試模式 圖 47 TM1638 寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖 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。 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) 。其它外設(shè)包括一個(gè) 接口、兩個(gè) UART 接口、一個(gè) I2C 端口、一個(gè) SPI 端口。 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。 利用紅外線(xiàn)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。 顯示部分采用 TM1638 的 LED 數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。顯示模塊相比較稍微復(fù)雜一點(diǎn)，不僅有 DIO（數(shù)據(jù)輸入輸出接口），還有 CLK（外部時(shí)鐘接口）和 STB（片選端），三個(gè)引腳分別與單片機(jī)的三個(gè) GPIO 引腳連接即可。 本設(shè)計(jì)采用 GSM（ Global System for Mobile munication，即 全球移動(dòng)通信系統(tǒng) ）模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn) 通信報(bào)警。另外， SIM900A 的尺寸大小為 24x24x3mm，能適用于 M2M 應(yīng)用中的各類(lèi)設(shè)計(jì)需求，尤其適用于緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。目前手機(jī)中默認(rèn)使用 PDU Mode，通過(guò)第 5 章 聯(lián)網(wǎng) 功能的設(shè)計(jì) 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(lái) 解決 。 下面是 圓版 SIM900A 模塊實(shí)物講解 圖： 圖 51 圓版 SIM900A 模塊 實(shí)物講解 可先用 PC 機(jī)對(duì) 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(chē)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(xiàn)，使單片機(jī)通過(guò)程序控制 SIM900A 模塊在滿(mǎn) 足條件后向特定的號(hào)碼發(fā)送特定的短信。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，此處大概延時(shí) 900ms 左右合適，具體時(shí)間與所發(fā)送短信的長(zhǎng)度有關(guān)，短信內(nèi)容越長(zhǎng)，延時(shí)越長(zhǎng)。當(dāng)客車(chē)超載時(shí)向交通管理系統(tǒng)發(fā)送一條警告消息，當(dāng)客車(chē)恢復(fù)正常時(shí)發(fā)送一條警告解除的消息。 為了方便演示，初始車(chē)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(guò)上車(chē)門(mén)傳感器的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，客車(chē)人數(shù)加 1。 當(dāng)受到警告用手通過(guò)下車(chē)門(mén)傳感器的感應(yīng)區(qū)域，表示乘客下車(chē)，將乘客數(shù)量減少到 20（含）人 以下。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也是如此，在實(shí)際應(yīng)用中，即使設(shè)計(jì)精良的 并排雙傳感器也無(wú)法做到準(zhǔn)確的人數(shù)計(jì)