【文章內容簡介】 通過發(fā)射紅外信號，再根據(jù)接收到的脈沖信號變化情況判斷檢測物體狀態(tài)的變化。 A、K 之間是發(fā)光二極管，C、E 之間是光敏三極管 [13]。 圖 36 ST188 管腳圖及實物圖15 74HC595 芯片介紹 74HC595 內含 8 位三態(tài)輸出鎖存器和 8 位串入并出移位寄存器。鎖存器和寄存器分別有獨自的時鐘輸入(SH_CP 和 ST_CP ) ，并且都是上升沿有效。當 SH_CP 從低電平到高電平跳變時, 串行輸入數(shù)據(jù)移入寄存器；當 ST_CP 從低電平到高電平跳變時，寄存器的數(shù)據(jù)進入鎖存器。當輸出允許控制(EN) 為高電平時, 并行輸出( Q0~ Q7) 為高阻態(tài), 而串行輸出( QS) 不受影響。清除端( CLR) 的低電平只對寄存器復位(QS 為低電平) ，而對鎖存器無影響 [14]。74HC595 芯片管腳排列如圖 37 所示。圖 37 74HC595 的管腳排列圖 LM324 芯片介紹LM324 被廣泛應用于控制和一般信號放大處理之中，是由于他具有使用方便、價格低廉、可單電源使用、靜態(tài)功耗小等優(yōu)點。LM324 有相位補償電路，內部有 4 個運算放大器。工作電壓范圍比較大，可用177。～+15 V 的正負雙電源，或者 3～30 V 的正電源。它有 0～V cc 輸出電壓范圍，可以達到地電位輸入電壓 [15]。LM324 的引腳排列圖如圖 38 所示。16 圖 38 LM324 引腳排列圖 LM324 電路符號如圖 39 所示．它有 5 個引出腳，其中兩個信號輸入端分別為“+”、 “一” ，正、負電源端分別為“V+ ”、 “V，輸出端為“Vo ”[15]。圖 39 LM324 電路符號 單片機外圍電路的設計 本設計是以單片機為核心的，所有的外圍電路都以單片機結構能夠滿足其要求而進行可實施設計。單片機外圍電路主要包括液晶顯示電路設計、LED 點陣顯示電路設計、防瞌睡模塊電路設計、轉數(shù)檢測模塊電路設計等。17 液晶顯示電路的設計 LCD 液晶顯示模塊是通過脈沖檢測進行在 LCD1602 上顯示計價信息的，LCD1602的數(shù)據(jù)口與單片機的 P1 口進行連接， LCD1602 的 RS、R/W、E 管腳分別與單片機、 相連接。在這里定時/計數(shù)器 1 是通過檢測紅外傳感器 ST188 發(fā)送過來的脈沖進行計數(shù)，所以用脈沖信號源代替即可具體的液晶顯示模塊電路設計如圖 310所示。圖 310 液晶顯示模塊的電路設計 點陣顯示電路的設計 LED 點陣設計是通過 4 個 88LED 點陣組合成點陣屏來進行顯示有無乘客和報警信息。在這里用 5 個 74HC595 進行驅動 LED 點陣電路，只占用了單片機的、 口節(jié)省了單片機管腳資源。具體點陣顯示電路設計如圖 311 所示。18圖 311 點陣顯示電路設計 防瞌睡模塊的電路設計 防瞌睡模塊具體使用小水泵進行實施的，而小水泵的實質就是直流電機，所以在Proteus 仿真中采用直流電機仿真。同時用蜂鳴器進行防瞌睡模塊的報警。在這里蜂鳴器用單片機 口進行控制，小水泵的通電用 口進行控制。利用軟件編程將小水泵和蜂鳴器進行整合，便可以達到防瞌睡的效果。具體的防瞌睡模塊的電路設計如圖 312所示。19圖 312 防瞌睡模塊的電路設計 紅外線傳感器檢測電路設計 ST188 的內部結構組成是高靈敏度光電晶體管和高發(fā)射功率紅外光電二極管，采用非接觸方式，具有 4—13mm 的檢測距離可調整范圍。主要應用于檢測傳真機紙張采集，集中抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采樣 IC 卡電度表脈沖數(shù)據(jù)等領域。由于其具有信號穩(wěn)定、反應快和高靈敏度等特點，固本次設計采用了紅外傳感器 ST188 來實現(xiàn)檢測里程。具體的紅外轉數(shù)檢測電路設計如圖 313 所示。20313 紅外轉數(shù)檢測電路設計 本章小結本章主要講解了單片機、顯示模塊、傳感器和寄存器的選擇的幾種不同的方案，通過各個方面對比選擇最合適的方案進行研究設計。以及單片機、液晶顯示LCD160LED 點陣、光電傳感器、 74HC595 芯片功能和內部結構，并介紹了單片機外部電路的顯示模塊、防瞌睡模塊、檢測轉數(shù)模塊等。21第 4章 軟件程序設計 概述 一個研究設計要將軟件設計和硬件設計結合起來才能實施。軟件設計要在硬件的基礎上進行設計。本設計的軟件程序設計采用模塊化設計，通過主程序調用各個模塊的子程序來實現(xiàn)計價及安全檢測的功能。主要的程序有：主程序、LCD1602 的液晶顯示子程序、LED 點陣顯示的子程序、防瞌睡模塊子程序、轉數(shù)檢測子程序、汽車車燈模塊子程序等。 總體程序設計 該課題研究的總體設計要將每一個模塊都要要囊括里面。只有將軟件程序的總體設計要和硬件的總體設計有效的結合起來才能達到所要達到的要求和目標。在主程序中首先要對定時/計數(shù)器、液晶顯示 LCD160LED 點陣和串行口等初始化，然后還要對各個子程序和外部中斷程序進行檢測，并完成相應的功能。單片機引腳、 分別被設置成 KEYKEY2 、KEY3 、KEY4 按鈕。其中按鍵模塊連接圖如圖 41 所示。圖 41 按鍵模塊連接圖KEY1 按鈕是用來檢測是否進行計價，若按鈕 KEY1 為低電平時，此時代表出租車上沒有乘客，總價為 0 元，里程可以進行檢測，與此同時 LED 點陣上滾動顯示‘TAXI 空車’ ；若按鈕 KEY1 為高電平時，此時代表出租車上有乘客上車，總價和里程可以進22行檢測，與此同時 LED 點陣上滾動顯示 ‘TAXI 有人’ 。當出租車司機被劫持或是其他危險而自己卻不能報警時，按下 KEY2 按鈕即 KEY2 為高電平，車身上方的點陣會顯示尋求幫助的信息，這里設置成了滾動的‘HELP 打 110’。若司機感到疲勞困乏時，按下KEY3 按鈕啟動房瞌睡模塊。具體的主流程圖如圖 42 所示。 開 始初 始 化K E Y 1 是 否 按 下 ？L E D 點 陣 顯 示 ‘ T A X I 空 車 ’L E D 點 陣 顯 示 ‘ T A X I 有 人 ’載 客 計 價 處 理 空 車 計 價 處 理K E Y 2 是 否 按 下 ？L E D 點 陣 顯 示 ‘ H E L P 打 1 1 0 ’K E Y 3 是 否 按 下 ？啟 動 防 瞌 睡 模 塊YNNYYN圖 42 主流程圖23 LCD1602 液晶顯示模塊的設計LCD1602 顯示模塊的流程圖設計如圖 43 所示。R S = 0 , R W = 0 , E N = 0向 P 0 口 寫 入 第 一 行 地 址R S = 1 , R W = 0 , E N = 0向 P 0 口 寫 入 第 一 行 數(shù) 據(jù)R S = 0 , R W = 0 , E N = 0向 P 0 口 寫 入 第 二 行 地 址R S = 1 , R W = 0 , E N = 0向 P 0 口 寫 入 第 二 行 數(shù) 據(jù)第 二 行 內 容 是 否 寫 完 ？開 始返 回L C D 初 始 化NYYN第 一 行 內 容 是 否 寫 完 ？圖 43 LCD1602 顯示流程圖 LCD1602 屬于點陣字符型液晶顯示器?？梢燥@示兩行字符，每行最多 16 個字符。將單片機引腳 ~ 與液晶顯示器 LCD1602 的數(shù)據(jù)總線 D0~D7 相連接。引腳、 分別與液晶顯示的寄存器選擇引腳 RS、讀/ 寫控制引腳 R/W、使能引24腳 EN 相連接。 LCD1602 顯示的程序設計，首先要對設置顯示模式、清屏、開關顯示、模式設置進行初始化。然后控制引腳寫入數(shù)據(jù)。當為寫指令狀態(tài)的時候，讀/寫控制引腳 R/W 處于低電平，寄存器選擇信號 RS 處于低電平，使能引腳 EN 由低電平跳變成高電平時，將D0~D7 的指令碼寫入；當寫數(shù)據(jù)的時候，讀/寫控制引腳 R/W 處于低電平，寄存器選擇信號 RS 處于高電平，使能引腳 EN 由低電平跳變變成高電平時，將 D0~D7 的數(shù)據(jù)寫入。第一行的 DDRAM 地址是從 0x80 起始，而第二行的 DDRAM 地址是從 0xc0 起始的。在第一行寫入內容時，要先寫入命令地址，然后寫入數(shù)據(jù)內容即可。寫入第二行的道理和第一行一樣。 88LED 點陣顯示模塊的設計 點陣顯示模塊采用了 4 個 88LED 點陣，由于每個 LED 點陣都有 16 個引腳接入，共 4 個需要 64 個管腳，而單片機沒有這么多引腳可以用，所以采用 5 片 74HC595 驅動顯示解決了引腳的問題。單片機引腳 （RXD 串行口輸入） 、引腳 （TXD 串行口輸出） 、引腳 分別與芯片 74HC595 的串行數(shù)據(jù)輸入引腳 Ds、輸入移動數(shù)據(jù)時鐘脈引腳 SH－ CP、提供鎖存脈沖引腳 ST－ CP。 LED 點陣有靜態(tài)和動態(tài)兩種掃描方式，而本設計采用動態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式是根據(jù)人的眼睛視覺暫留效應，若幾幀畫面高速連續(xù)的循環(huán)顯示，只要此時屏幕滾動的速率高于人眼分辨率，看起來就像連續(xù)滾動的畫面。LED 點陣模塊的軟件設計需要配置單片機串口工作方式為“模式 0”，即“同步移位寄存器”模式，RXD 串行輸出數(shù)據(jù)，TXD 串行輸出移位脈沖，鎖存顯示由引腳 控制。負責刷新顯示的定時器中斷函數(shù)每次中斷時輸出 5 個字節(jié)，由于最后一片 74HC595 的 8 位并行輸出同時控制著 4片 LED 點陣的列碼，且該芯片的數(shù)據(jù)是在 5 字節(jié)中最后收到的，所以每次輸出 5 個字節(jié)時，總是最先發(fā)送列碼。在列碼字節(jié)之后串行輸出的 4 個字節(jié)為 74HC595 的行碼字節(jié)，由于每行共有 32 個像素點，共需 4 個字節(jié)，第 4 個的行碼要先發(fā)送，第 1 個的行碼要后發(fā)送 [17]。具體的 LED 點陣顯示流程圖如圖 44 所示。25開 始L E D 點 陣 初 始 化設 置 串 口 工 作 模 式開 啟 定 時 器 0 中 斷設 置 定 時 器 0 定 時 1 m s串 口 發(fā) 送 列 碼串 口 發(fā) 送 第 四 個 字 節(jié) 行 碼串 口 發(fā) 送 第 三 個 字 節(jié) 行 碼串 口 發(fā) 送 第 二 個 字 節(jié) 行 碼串 口 發(fā) 送 第 一 個 字 節(jié) 行 碼點 陣 是 否 滾 動 3 2 次 ？延 時 5 0 m s點 陣 偏 移 量 加 1返 回是 否 關 閉 點 陣 顯 示 ？NYNY 圖44 LED 點陣顯示流程圖 檢測轉數(shù)模塊的設計轉數(shù)檢測模塊是通過直流電機模擬車輪的轉動，通再過紅外光電傳感器 ST188 進行26電脈沖檢測。轉數(shù)檢測流程圖如圖 45 所示。開 始定 時 器 1 設 置 為 計 數(shù) 模 式允 許 定 時 器 1 中 斷 （ E T 1 = 1 ）打 開 計 數(shù) 器 1 （ T R 1 = 1 ）邊 沿 觸 發(fā) 方 式 （ I T 0 = 1 ）T H 1 = 2 5 5 ？Z = C o u n t * 6 5 5 3 6 + T H 1 * 2 5 6 + T L 1中 斷 返 回T H 1 = 0 , T L 1 = 0T H 1 = 0 , T L 1 = 0NYYC o u n t 自 加 1圖 45 轉數(shù)檢測流程圖 單片機引腳 （定時 /計數(shù)器 1）對紅外傳感器 ST188 發(fā)送過來的脈沖的下降沿進行計數(shù)。每當旋轉一周時，定時/計數(shù)器 1 就會接收一個下降沿，將定時 /計數(shù)器 1 設置成計數(shù)模式（TMOD=0x05）即 16 位計數(shù)器模式，此時若檢測到的脈沖將會存儲在 T1寄存器的高 8 位（TH1）和低 8 位（TL1） 。初始化時將定時/ 計數(shù)器 1 的高 8 位和低 8位設置為 TH1=0T、L1=0；每當檢測當一個脈沖時， T1 寄存器的低 8 位（TL1）將會自動加 1，當 TL1 溢出時將會向 TH1 進一。若檢測到 TH1=255 時,程序將會 TH1 和 TL1清零，此時設置一個寄存器 Count 會自增一。最后通過公式27Z=count65536+TH1256+TL1 運算可以得到總轉數(shù) Z。 轉數(shù)的檢測是為了計算里程和總價的。在實際生活中，出租車車輪有固定的周長L，通過周長和轉數(shù)則可以計算出里程 S=LZ。也就是轉數(shù) Z 也是固定的，在這里為演示方便，設置 Z 為 100 轉的時候為一公里。在按照實際情況，知道出租車起始價和里程數(shù)也就知道總價錢數(shù)。最后將總價和里程在液晶顯示屏 LCD1602 上進行顯示即可，司機和乘客便可一目了然。 防瞌睡模塊的設計防瞌睡模塊是本研究的一個特色之處。防瞌睡模塊流程圖如圖 46 所示。開 始關 閉 蜂 鳴 器 和 小 水 泵K E Y 3 = 1 ？延 時 1 0 s蜂 鳴 器 報 警K E Y 4 是 否 按 下 ？小 水 泵 噴 水返 回YNNY延 時 1 0 s延 時 3 s圖 46 防瞌睡模塊流程圖 防瞌睡模塊其功能就是當司機感到困乏瞌睡時，為防止出現(xiàn)交通事故而采取的一種措施。在此處將單片機的引腳 設置為啟動防瞌睡模塊的按鈕 KEY3，引腳 設置為輔助防瞌睡模塊的按鈕 KEY4，引腳 設置為蜂鳴器報警的啟動端，引腳 28設置為小水泵控制端。其中蜂鳴器時利用三極管 P