【文章內(nèi)容簡介】 7。1 ℃ 3) LCD 字符顯示 4) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 5) 語音報(bào)站 6) 使用電源：直流： 12V 7) 使用環(huán)境：溫度：－ 40℃ ～＋ 50℃ 采用的研究方案 根據(jù)公交車無線自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的功能要求及技術(shù)要求，為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)報(bào)站，將本系統(tǒng)分成兩個(gè)子系統(tǒng)：站臺(tái)系統(tǒng)和車載系統(tǒng)。兩個(gè)子系統(tǒng)的信息交換通過無線數(shù)據(jù)模塊來完成，進(jìn)而完成自動(dòng)報(bào)站。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。站臺(tái)系統(tǒng)上電自檢后，自動(dòng)處于休眠狀態(tài)。當(dāng)車輛駛進(jìn)入到無線數(shù)據(jù)模塊收發(fā)的距離范圍（具體可參考下一章）之內(nèi)，站臺(tái)系統(tǒng)接收到車載系統(tǒng)發(fā)來的正確命令數(shù)據(jù)后（具體數(shù)據(jù)協(xié)議參考下一章），將本站的站臺(tái)信息回發(fā)到車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)接收到站臺(tái)系統(tǒng)回發(fā)的數(shù)據(jù)后，根 據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議，解析數(shù)據(jù)查表得到本站信息，然后通過語音芯片進(jìn)行語音輸出，并利用 LCD 進(jìn)行文本滾動(dòng)提示乘客。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 無 線 數(shù) 據(jù) 模 塊 無 線 數(shù) 據(jù) 模 塊 車 載 系 統(tǒng) 站臺(tái)系統(tǒng) 圖 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)上述的整個(gè)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)圖，以及市場的調(diào)研和相關(guān)資料的查詢，確定整個(gè)系統(tǒng)硬件框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)硬件框圖 如圖 所示 ,整個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)子系統(tǒng)組成 ,車載系統(tǒng)和站臺(tái)系統(tǒng)。站臺(tái)系統(tǒng)功能比較簡單，主要完成 TTL 電平與 RS232 電平的轉(zhuǎn)換及串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。為此，該子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)較簡單。 公交車無線自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)主要的功能主要集中在車載系統(tǒng)，為此，車載系統(tǒng)以單片機(jī) 89C52 為核心，利用 DALLAS 公司的 DS18B20 溫度傳感器和 DS12887 時(shí)鐘芯片，完成車內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)檢測和時(shí)間西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 數(shù)據(jù)的讀取，最終將溫度和時(shí)間數(shù)據(jù)送至 LCD 實(shí)時(shí)顯示。另外通過無線數(shù)據(jù)模塊和電平轉(zhuǎn)換電路完成車載系統(tǒng)與站臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)語音報(bào)站。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是完成公交車無線自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)，而車載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是本設(shè)計(jì)最核心的部分。3 系統(tǒng)接口電路的分析與設(shè)計(jì) 7 3 系統(tǒng)接口電路的分析與設(shè)計(jì) 系統(tǒng)接口電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最重要的 部分，在確定系統(tǒng)功能要求及系統(tǒng)硬件方案后，選定芯片，查閱芯片的使用手冊及其引腳的定義的后，根據(jù) CPU 總線與 I/O 設(shè)備之間信號(hào)要求及時(shí)序進(jìn)行相應(yīng)的接口設(shè)計(jì)，通常設(shè)計(jì)接口時(shí)應(yīng)對完成的功能所需要的硬件和軟件作統(tǒng)籌考慮，確定那些功能由硬件完成，哪些功能由軟件實(shí)現(xiàn)，兩者之間做出合理的接口電路設(shè)計(jì)思路。在此基礎(chǔ)上，合理的選用 I/O接口芯片，進(jìn)行硬件接口電路設(shè)計(jì)及如何與 CPU 的連接是至關(guān)重要的。 微處理器是公交車無線自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的核心部件，它的結(jié)構(gòu)、特性對所研制的系統(tǒng)的性能有很大影響。因此，對微處理器的選擇尤為重要。我們 通過選取和對比各種型號(hào)的微處理器芯片的功能特性和價(jià)格，發(fā)現(xiàn) AT98C5X 以其低廉的價(jià)格、強(qiáng)大的功能，完全符合經(jīng)濟(jì)的原則并且完全滿足本系統(tǒng)的功能要求。所以，在兩個(gè)子系統(tǒng)中我們分別選用 AT89C51 和 AT89C52 作為 CPU 芯片。 單片機(jī)的介紹 單片機(jī)小系統(tǒng)選擇的是 ATMEL 公司的低功耗，高性能的 CMOS8 位單片機(jī)AT89C52 芯片，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ,器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容 標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C52 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能參數(shù)： a. 與 MCS51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 b. 8k 字節(jié)可重復(fù)擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器 c. 1000 次擦寫周期 d. 全靜態(tài)操作： 0Hz24Hz e. 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 f. 256 乘 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM g. 32 個(gè)可編程 I/O 口線 h. 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 i. 8 個(gè)中斷源 j. 可編程串行 UART 通道 k. 低功耗空閑和掉電模西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 AT89C52 的引腳排列如 圖所示 圖 AT89C52 的引腳排列 系統(tǒng)電源部分的設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中所涉及的兩個(gè)子系統(tǒng)均需要用到電源，電源是系統(tǒng)的能量來源，另外電源電壓的要求及其穩(wěn)定性和可靠性將是系統(tǒng)首要考慮的問題。兩個(gè)子系統(tǒng)的 CPU 及外圍芯片的供電均需要穩(wěn)定的 5V 電源，因此兩個(gè)子系統(tǒng)的電源電路的設(shè)計(jì)類似，因此在本設(shè)計(jì)中以車載系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)為例，必須給 CPU 提供一個(gè)比較穩(wěn)定的＋ 5V 電源電壓。在此本次設(shè)計(jì)中采用了三端集成穩(wěn)壓 LM7805CV來穩(wěn)壓。 集成穩(wěn)壓器 LM7805CV 是將非穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定的直流電壓的 IC芯 片。 LM7805CV 集成穩(wěn)壓器有輸入端、輸出端及公共端三個(gè)引腳。芯片內(nèi)部設(shè)有過流保護(hù)、過熱保護(hù)及調(diào)整管安全保護(hù)電路，其所需外接元件少，使用方便、可靠。廣泛地用于各種電子設(shè)備中。 LM7805CV 最大的輸入電壓為 35V，最小輸入電壓為 ，其輸出電壓為 +5V。具體電路圖 如下： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 電源電路 LM7805CV 輸入端 1 腳接 VS， VS 是＋ 12V 直流電壓，符合 LM7805CV 的電壓范圍，管腳 2 接地，這樣管腳 3 就可輸出＋ 5V的穩(wěn)定電壓。為了濾除輸入和輸出電壓上的紋波，分別在 LM7805CV 的輸入和輸出 管腳分別接以電解電容和陶瓷電容，使其得到較穩(wěn)定的電源電壓 。 其他外圍電路設(shè)計(jì) 看門狗電路的設(shè)計(jì) 看門狗就是在程序飛跑或死機(jī)時(shí) ,對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位重新置位 ,以使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的一種專用電路?，F(xiàn)在常用的看門狗主要有兩種：軟件狗和硬件狗。軟件狗實(shí)際上就是通常說的軟件指令 ,一旦程序跑飛 ,只要程序指針指向這些地址 ,便立即被強(qiáng)行跳轉(zhuǎn)至程序的開頭或其他指定地址處 ,從而使程序繼續(xù)正常執(zhí)行。 硬件狗現(xiàn)在更多的被采用。所謂硬件狗，就是一個(gè)能夠發(fā)送 “復(fù)位 ”信號(hào)的計(jì)數(shù)器或定時(shí)器電路。以前常用的硬件狗由脈沖計(jì)數(shù)器 和一些外圍電路組成，計(jì)數(shù)清零和溢出端分別和單片機(jī)的 I/O 與 RST 相連接。其工作原理是：由脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生脈沖，計(jì)數(shù)器對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。程序正常運(yùn)行時(shí)， CPU 在計(jì)數(shù)器溢出之前通過 I/O 口對計(jì)數(shù)器清零，使計(jì)數(shù)器不能溢出，此時(shí)由于溢出端與 CPU 的RST 端相連接，所以使單片機(jī)系統(tǒng) “復(fù)位 ”，使其能重新正常運(yùn)行。 單片機(jī)系統(tǒng)的供電電源有時(shí)候因?yàn)楦鞣N不同原因而不穩(wěn)定，發(fā)生電壓波動(dòng)或瞬時(shí)掉電的現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的正常工作和數(shù)據(jù)保存。如果能對電源電壓進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)電源電壓下降到某一特定值時(shí)，發(fā)生一個(gè)信號(hào)給單片機(jī)和電源切換電路，那 么就使 CPU 及時(shí)進(jìn)行必要的操作和維持工作電源的穩(wěn)定。 MAX813 能夠完全滿足要求。 所以本系統(tǒng)采用 MAX813作為電源監(jiān)視和看門狗芯片。電路圖如圖 。將第 7 腳接 CPU 的復(fù)位腳，第 1 腳與第 8 腳相連，第 6 腳與 CPU 的 相連。在軟件設(shè)計(jì)中， 不斷輸出脈沖信號(hào)。如系統(tǒng)死機(jī)導(dǎo)致 無脈沖信號(hào)輸出，則 秒后在 MAX813 的第 8 腳輸出低電平。該低電平加到第 1 腳，使 MAX813西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 產(chǎn)生復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度的典型值為 200ms，使 CPU 有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。 看門狗復(fù)位電路如圖 所示：如果 在 秒內(nèi)沒有觸發(fā)該電路 (即第 6 腳無脈沖輸入 )則第 8 腳輸出一個(gè)低電平，是單片機(jī)復(fù)位 MR1P F I4W D O 8R E S 7W D I 6P F O 5U6M A X 8 13R S T 1DOG 圖 看門狗電路 電路連接圖如圖所示。在這個(gè)系統(tǒng)中， P16 作為看門狗的 “喂狗 ”信號(hào)； REST和單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)連接。 時(shí)鐘電路 在單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為單片機(jī)的 XTAL1，其出端為單片機(jī)的 XTAL2。而在芯片的外部， XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和兩個(gè) 33PF 微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在此我們采用 即可滿足兩個(gè)子系統(tǒng)的要求。 Y11 1 . 0 5 9 2 MC 2 13 3 P FC 2 23 3 P FX 1 1X 1 2 圖 晶振電路 電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 車載系統(tǒng)與站臺(tái)系統(tǒng)均采用無線數(shù)據(jù)模塊傳輸數(shù)據(jù)，其接口是 RS232 串口，電平是 RS232 電平，而單片機(jī)的串口是 TTL 電平，為此在車載系統(tǒng)和站臺(tái)系統(tǒng)均需要設(shè)計(jì) RS232 電平轉(zhuǎn)換電路。 RS232 標(biāo)準(zhǔn) RS232C 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是 EIARS232C 標(biāo)準(zhǔn)，其中 EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)， RS（ emeded standard）代西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 表推薦標(biāo)準(zhǔn)， 232 是標(biāo)識(shí)號(hào)， C 代表 RS232 的最新一次修改 （ 1969），在這之前，有 RS232B、 RS232A。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有 EIA； RS232C、 EIA。RS422A、 EIA； RS42 EIA； RS485。 我們這里用的是 EIA； RS232C（簡稱 232， RS232）。 EI RS232C 與 TTL 轉(zhuǎn)換： EIARS232C 是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL 以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的 TTL 器件連接，必須在 EIARS232C 與 TTL 電路之間進(jìn) 行電平和邏輯關(guān)系的變換。 MAX232 芯片可完成 TTL←→EIA 雙向電平轉(zhuǎn)換。 這里我們選用 DB9 連接器，在 AT 機(jī)及以后，不支持 20mA 電流環(huán)接口，使用 DB9 連接器，作為提供多功能 I/O 卡或主板上 COM1 和 COM2 兩個(gè)串行接口的連接器。它只提供異步通信的 9 個(gè)信號(hào)。 DB25 型連接器的引腳分配與DB25 型引腳信號(hào)完全不同。因此，若與配接 DB25 型連接器的 DCE 設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。 電纜長度：在通信速率低于 20kb/s 時(shí)， RS232C 所直接連接的最大物理距離為 15m（ 50 英尺）。傳輸電纜長度 由 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為 50 英尺，其實(shí)這個(gè) 4%的碼元畸變是很保守的，在實(shí)際應(yīng)用中，約有 99%的用戶是按碼元畸變 1020%的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過 50 英尺，在 9600 的時(shí)候可以達(dá)到 250 英尺，即 75 米。 電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇 在兩個(gè)系統(tǒng)中均采用 MAX232APE，它是一種雙組驅(qū)動(dòng)器 /接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V 電源供電時(shí)提供 EIA/TIA232E 電平。每個(gè)接收器將 EIA/TIA232E 電平輸入轉(zhuǎn)換為 5V TTL/CMOS 電平。這些接收器具有 的典型門限值及 的典型遲滯，而且可以接收 15? V 的輸入。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將 TTL/CMOS 輸入電平轉(zhuǎn)換為 EIA/TIA232E 電平。 MAX232 的工作溫度范圍為 0℃ 至 70℃ 。 MAX232APE 的特點(diǎn) 1) 單 5V 電源工作 2) LinBiCMOS 工藝技術(shù) 3) 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器 4) 15? V 的輸入電平 5) 低電源電流 :典型值是 8mA 6) 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標(biāo)準(zhǔn) 7) 可與 Maxim公司的 MAX232 互換 8) ESD 保護(hù)大于 MILSTD883(方法 3015)標(biāo)準(zhǔn)的 20xxV 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 引腳排列 圖 MAX232 芯片引腳圖 無線數(shù)據(jù)模塊的工作介紹 本設(shè)計(jì)采用采用 LAC－ UP 型微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其特點(diǎn)如下： a. 微功率發(fā)射：最大發(fā)射功率為 10MW b. 工作頻率在 1SM 頻段，無需申請頻點(diǎn)。載頻頻率 430MHZ－ 434MHZ，也可提供 315/868/915MHZ 載頻。 c. 高抗干擾能力和低誤碼率：基于 FSK 的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī) 干擾的能力，在信道誤碼率為 102時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率 105～ 106。 d. 傳輸距離遠(yuǎn)：在視距情況下，天線高度＞ 3M，可靠傳輸距離＞ 300M（ BER=103/1200Bit/s） e. 透明的數(shù)據(jù)傳輸：提供透明的數(shù)據(jù)接口，能使用任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。自動(dòng)過濾空中產(chǎn)生的噪音信號(hào)及假數(shù)據(jù)。 f. 多信道，多速率： LAC－ UP 型模塊標(biāo)準(zhǔn)配置提供 8 個(gè)信道，根據(jù)用戶需要，可擴(kuò)展到 16/32