【正文】 .................................................................................. 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，各國城市化的進(jìn)程越來越快。 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，并 選擇相應(yīng)的 元器件建立 客車防超載語音提示系統(tǒng)的硬件 模型。 ，要求條理清晰、文筆流暢、圖形及文字符號(hào)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。 本文正是以傳感器 及單片機(jī) 為 核心 ， 設(shè)計(jì)了一種客車防超載智能語音提示系統(tǒng) 。 關(guān)鍵詞 紅外線傳感器 ；單片機(jī) ； 防超載 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract All along, the public transport system plays a very important role in people39。 近年來， 我國 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]。 一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。 目前，各 國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]。 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 。 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 。它是實(shí)現(xiàn)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。多數(shù)情況下 ， 是通過熱電變化來探測輻射的。 從廣義上講， 信號(hào) 包含光信號(hào)、聲信號(hào)和電信號(hào)等。 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 。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。 在了解了基本原理后，接下來我們就要討論 客車防超載智能語音提示系統(tǒng) 各個(gè)部分的設(shè)計(jì)。 前面已經(jīng)說明要用 紅外線傳感器 來對(duì)上下車的 乘客進(jìn)行計(jì)數(shù)， 紅外線傳感器 的作用過程為乘客通過傳感器前面的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，擋住紅外線，使原來的狀態(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。 中央控制單元 在 客車防超載智能語音提示系統(tǒng) 中的主要作用就是將 傳感器傳遞過來的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為邏輯信號(hào) ， 并依靠其內(nèi)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、語音模塊等） 實(shí)現(xiàn)在 系統(tǒng)所要求的功能 [11]。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 語音功能的選擇 本設(shè)計(jì)為客車防超載智能語音提示系統(tǒng)，顧名思義，最終要用語音進(jìn)行提示，即當(dāng)滿足某一條件（客車超載）時(shí)播放相對(duì)應(yīng)的錄音，這就首先要對(duì)語音進(jìn)行收集和記錄。被磁化的介質(zhì)以 特 定的速度通過線圈（磁頭） 的 時(shí) 候 ，變化的磁場感生出變化的電場， 然后 形成對(duì)應(yīng)變化的電流， 最后 將這種電流通過 某種方式 放大，即 可 還原出原來 記錄的聲音 。 顯示功能的選擇 為了更加清楚直觀的表示當(dāng)前車載乘客數(shù)量，本設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中加入了顯示功能。 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。 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。 目前，市面上的 顯示屏各式各樣，種類繁多，可滿足不同特殊的的功能需求。 如何準(zhǔn)確地從傳感器傳遞來的信號(hào)中對(duì)乘客上下車的行為進(jìn)行精確的判斷，這是客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的另一重要內(nèi)容。 語音 功能采用集成的語音模塊來實(shí)現(xiàn)。 紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。人體的體溫約為36～ 37℃ ，所放射出峰值為 9～ 10μm的遠(yuǎn)紅外線，另外加熱至 400～ 700℃的物體， 可放射出峰值為 3～ 5μm的中間紅外 線。 本次設(shè)計(jì)采用的紅外線發(fā)射傳感器為上海菊輝電子科技有限公司生產(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 41 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： 輸入電壓范圍： DC 35V。 圖中藍(lán)色部分 為可調(diào)電位器，通過調(diào)節(jié)電位器來調(diào)節(jié)所需要的感應(yīng)距離，范圍是 0 到 100 厘米 。 左邊的引腳中， VCC 為電源端， GND 為接地端， FT為直通電平控制引腳， PL 為點(diǎn)動(dòng)播放電平控制引腳， PE 為 單遍播放電平控制引腳 ， REC 為錄音電平控制引腳。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) ： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。 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。 STM8S105 的 引腳圖 如下： 第 4 章 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 25 圖 49 STM8S105 引腳圖 選好了單片機(jī)，就 要把單片機(jī)與各模塊連接起來成為一個(gè)系統(tǒng)。 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(shí)候測量精度很高 ，很好地 確保了計(jì)數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性 [12]。 最后，通過軟件平臺(tái)對(duì)單片機(jī)編寫程序并下載至單片機(jī)上，即可完成客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的 硬件實(shí)物模型。 客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)報(bào)警采用 SMS(Short Messaging Service，即 短信服務(wù) )， 它是在手機(jī)之間發(fā)送文字信息或從個(gè)人計(jì)算機(jī)或手持設(shè)備向手機(jī)發(fā)送信息的一種方式，其文本信息的最大發(fā)送量為 160 個(gè)字符（字母、數(shù)字或者拉丁字母中的字符），對(duì)于中文一般最大發(fā)送量為 70 個(gè)字符。 串口電平為 TTL 電平，可直接與單片機(jī)相連 接。 ③ 發(fā)送“ AT+CSCA=+8613800311500\r\n”：設(shè)置短信中心號(hào)碼，此號(hào)為中國移動(dòng)河北省短信中心號(hào)碼。 本設(shè)計(jì)設(shè)定：客車標(biāo)準(zhǔn)載客量為 20 人，當(dāng)乘客人數(shù)由 20 人增加到 21人或以上時(shí)， SIM900A 模塊發(fā)送一條內(nèi)容為“ Warning: 49 Is Overloading!”的短信（中文意思為：警告： 20xx9 號(hào)車正在超載?。?；當(dāng)乘客人數(shù)由 21 人減少到 20 人或以下時(shí)，發(fā)送一條內(nèi)容為：“ Alarm Is Disabled.”的短信（中文意思為：警告解除） 。開機(jī)后系統(tǒng)運(yùn)作， LED 數(shù)碼管 顯示“ PSG 18”，表示當(dāng)前乘客（ Passenger）有 18 人。此時(shí)， LED 閃爍停止，正常顯示當(dāng)?shù)那败囕d人數(shù)，語音模塊播放一條恢復(fù)正常的語音提示，同時(shí) SIM900A 模塊向目標(biāo)號(hào)碼發(fā)送一條消息來解除警告，內(nèi)容為 ：“ Alarm Is Disabled.”（中文意思為：警告解除）。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 參考文獻(xiàn) [1] Zhu Xiaohong． Study on passenger data collection in public transport[J]． Urban Public Transport， 20xx(7)： 1619． [2] 肖佳 ， 楊波 ． 基于熱釋電紅外傳感技術(shù)的目標(biāo)定位研究 [J]． 紅外 ： 20xx， 32(12)：1722． [3] 馮育長 ． 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例分析 [M]． 西安 ： 西安電子科技大學(xué)出版社 ， 20xx：12． [4] 何立民 ， 張俊謨 ． 單片機(jī)中級(jí)教程 [M]． 北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社 ， 20xx：34． [5] 李全利 ． 單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M。 同時(shí)SIM900A 模塊 工作，目標(biāo)號(hào)碼會(huì)收到一條報(bào)警短信，內(nèi)容為 ： “ Warning: 49 Is Overloading!”（中文意思為：警告： 249 號(hào)車正在超載！） 。 當(dāng)硬件連接完畢并且將程序下載到單片機(jī)后，在 SIM900A 模塊 的卡槽中插入一張可以使用的電話卡，即可完成模型對(duì)客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的功能的實(shí)現(xiàn)。解決方法很簡單，在單片機(jī)程序中每條短信指令后面加一個(gè)延時(shí)函 數(shù)，尤其是“ AT+CMGS=18713507543\r\n”這條指令后面，延時(shí)稍長。 如下圖所示： 圖 52 PC 調(diào)試 SIM900A 模擬發(fā)送短信 由上圖可以看出， 利用 SIM900A 模塊發(fā)送短信的一般命令過程 如下 ： ① 發(fā)送“ AT”：自動(dòng)匹配波特率并驗(yàn)證連接狀態(tài)。 本次設(shè)計(jì)采用的是一種圓版 SIM900A 模塊，此模塊尺寸極小，直徑僅33mm，電源引出，串口引出，開機(jī)線引出。SIM900A 采 用 工 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 接 口 ， 工 作 頻 率 為 GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語音、 SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。紅外傳感器模塊輸出電平信號(hào)，語音模塊接收電平信號(hào)，這兩個(gè)模塊只需與單片機(jī)的 GPIO（通用輸入輸出接口）連接即可。 紅外線的工作原理是 ： 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(shí)，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(hào)電平。 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。 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，而且功耗更低。 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)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 ISD1820 的主要技術(shù)參數(shù)有： 尺寸： 42MM*38MM； 工作電壓：直流 3~5V。 OUT 是信號(hào)輸出端， GND 是接地端， VCC 是供電端。 大部分 紅外線反射傳感器 可以手動(dòng)調(diào)節(jié) 感應(yīng) 的范圍 。 紅外線傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線范圍的感度 作為 人體檢出用，紅外線的波長比可見光長而比電波短。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。要想將這些信號(hào)通過單片機(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)才可以按照程序來處理，從而實(shí)現(xiàn)智能化與自動(dòng)化的功能要求。 防超載必然要通過計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 LED 分類： 按字高分：筆畫顯示器字高最小有 1mm（單片集成式多位數(shù)碼管字高一般在 2～ 3mm）?？辗夥绞绞窃谏戏缴w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。它是一種通過半導(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、視頻信號(hào)等各種信息的顯示屏幕 [13]。 語音模塊是一種集成的語音錄放電路， 通常內(nèi)含話筒前置放大、 振蕩器、防混淆濾波器、 自動(dòng)增益控制、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)以及 FLASH 陣列等。 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 。 以上所述的 單片機(jī)功能強(qiáng)大，技術(shù)成熟，對(duì)于客車防超載智能語音提示系統(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。其性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 由當(dāng)前車載人數(shù)和上下車乘客數(shù)量即可實(shí)現(xiàn)對(duì)車載乘客數(shù)量的計(jì)數(shù)。 本章小結(jié) 客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的核心處理芯片適合采用單片機(jī)，來達(dá) 到自動(dòng)化、智能化的功能要求。 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。 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