【導(dǎo)讀】于2萬(wàn)字），A0圖紙。設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照進(jìn)度計(jì)劃完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。一直以來(lái)，公共交通系統(tǒng)在人們生活中扮演著極其重要的角色。城市化的飛速發(fā)展使得城市公交系統(tǒng)變得越來(lái)越繁忙。由此產(chǎn)生的超載現(xiàn)象。也成為一大安全隱患。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(yǔ)音提示系統(tǒng)。不同的其技術(shù)之間的優(yōu)劣。然后綜合考慮各項(xiàng)因素，選出適合的方法及傳感。器來(lái)做硬件模型，即使用紅外線反射式傳感器來(lái)做模型。其中單片機(jī)采用的型號(hào)為STM8S105，顯示部分采用TM1638模塊，語(yǔ)。這些模塊可以成功地實(shí)現(xiàn)本次課題設(shè)。最后根據(jù)實(shí)用性結(jié)合創(chuàng)新性，設(shè)計(jì)了GSM聯(lián)網(wǎng)報(bào)警模塊。車超載的情況實(shí)時(shí)上報(bào)交通管理系統(tǒng)。

　　

【正文】 起來(lái)成為一個(gè)系統(tǒng)。 如前所述，每個(gè)紅外傳感器有一個(gè) OUT 引腳需要與單片機(jī)連線來(lái)發(fā)出感應(yīng)信號(hào)；每個(gè) ISD1820 語(yǔ)音模塊都有一個(gè) PE 引腳需要與單片機(jī)連線來(lái)接受電平信號(hào)；同時(shí)， TM1638 模塊有三個(gè)引腳需要與單片機(jī)相連接，分別是 DIO 引腳、 CLK 引腳、 STB 引腳， DIO 引腳是數(shù)據(jù)輸入輸出引腳， CLK引腳是外部時(shí)鐘引腳， STB 是片選引腳 。以上引腳都可以與單片機(jī)的 GPIO引腳相連接，電源端和接地端與單片機(jī)的相同端相連接。 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)客車防超載智能語(yǔ)音提示的整體功能。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 程序流程圖 系統(tǒng)編程的程序流程圖如下： 圖 410 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖 本章小結(jié) 課題客車防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)需要各個(gè)功能模塊的分別實(shí)現(xiàn)。 信號(hào)檢測(cè)模塊部分采用紅外線反射式傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，紅外線傳感器是利以紅外線為介質(zhì) 的。 紅外線的工作原理是 ： 當(dāng)電源接通后，紅外線傳感器就開(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。 利用紅外線反射的原理，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。 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 ，很好地 確保了計(jì)數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性 [12]。 語(yǔ)音功能部分采用非常簡(jiǎn)單的 ISD1820 模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ISD1820 模塊 是一種 8 到 20 秒單段語(yǔ)音錄放電路 ，語(yǔ)音還原度高，有單遍播放、點(diǎn)動(dòng)播放以上車信號(hào) 下車信號(hào) 產(chǎn)生加一信號(hào) 產(chǎn)生減一信號(hào) 是否超載？ 單片機(jī)處理信號(hào) LED 顯示模塊 語(yǔ)音提示模塊 否 是 其他功能模塊 第 4 章 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 27 及循環(huán)播放三種播放方式， 操作簡(jiǎn)單， 用在客車防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中非常合適。 顯示部分采用 TM1638 的 LED 數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。 TM1638 的 LED 顯示屏的基本單元是共陰極八段數(shù)碼管。 完成各模塊的設(shè)計(jì)后，接下來(lái)的工作就是將各模塊的引腳與單片機(jī)的引腳連接起來(lái) 。紅外傳感器模塊輸出電平信號(hào)，語(yǔ)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。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。 最后，通過(guò)軟件平臺(tái)對(duì)單片機(jī)編寫(xiě)程序并下載至單片機(jī)上，即可完成客車防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的 硬件實(shí)物模型。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 第 5 章 聯(lián)網(wǎng) 功能的設(shè)計(jì) 前面所闡述的是客車防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的基本功能的設(shè)計(jì)，在完成了這些設(shè)計(jì)并調(diào)試成功后，還可以結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新功能的設(shè)計(jì)，如：加入聯(lián)網(wǎng)模塊，當(dāng)客車超載時(shí)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)模塊將客車超載信息及時(shí)發(fā)送給交通管理系統(tǒng)等。 GSM 聯(lián)網(wǎng)報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn) 無(wú)線通信包括微波通信、短波通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、 散射通信等多種方式。 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 通信報(bào)警。 GSM 模塊，是將 GSM 射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、 GSM 射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊 [16]。 本設(shè)計(jì)采用目前市面上比較流行的 SIM900A 模塊，這是 SIMCom 公司推出新款緊湊型產(chǎn)品 ， 它屬于雙頻 GSM/GPRS 模塊，完全采用 SMT 封裝形式， SIM900A 僅適用于中國(guó)市場(chǎng)，其性能穩(wěn)定，外觀精巧，性價(jià)比高。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(yǔ)音、 SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。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(jì)需求，尤其適用于緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 客車防超載智能語(yǔ)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。 SIM900A 芯片大部分指令都是以“ AT”作為開(kāi)頭，以回車（ CR）作為 結(jié)尾。 對(duì)于短消息的控制共有三種模式： Block Mode、基于 AT 指令的 Text Mode、基于 AT 指令的 PDU Mode。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。 Text Mode 只能用于發(fā)送 ANSI 范圍的字符，發(fā)送方式比較簡(jiǎn)單。本文通過(guò)文本模式發(fā)送短消息。 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(kāi)機(jī)線引出。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 。 串口電平為 TTL 電平，可直接與單片機(jī)相連 接。 模塊板子上有兩個(gè) LED 指示燈，一個(gè)是綠色，一個(gè)是紅色。綠色指示燈指示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，每秒閃一次表示沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)，三秒閃一次表示已經(jīng)注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)；紅色指示燈指示當(dāng)前工作狀態(tài)，工作時(shí)常亮。 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。通過(guò) USB 轉(zhuǎn) TTL 轉(zhuǎn)接線將PC 機(jī)與 SIM900A 模塊進(jìn)行連接，打開(kāi)串口調(diào)試軟件，設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)：波特率為 9600，校驗(yàn)位無(wú)，數(shù)據(jù)位 8 位，停止位 1 位。 設(shè)置完畢后，在 PC燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 端發(fā)送 AT+ENTER(回車換行 )，若設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將返回“ OK” 。 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(guò)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)。 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。 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(guó)移動(dòng)河北省短信中心號(hào)碼。 ④ 發(fā)送“ AT+CMGS=18713507543\r\n”：準(zhǔn)備向 手機(jī)號(hào) 18713507543發(fā)送短信，發(fā)送完此條指令返回內(nèi)容后即可發(fā)送短信內(nèi)容。 第 5 章 聯(lián)網(wǎng) 功能的設(shè)計(jì) 31 ⑤ 發(fā)送 HEX 格式“ 1A”： HEX 格式的“ 1A”相當(dāng)于進(jìn)行 CTRL+Z 操作，這是 SIM900A 發(fā)送完短信的固定要求。 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(guò)程序控制 SIM900A 模塊在滿 足條件后向特定的號(hào)碼發(fā)送特定的短信。 單片機(jī)通過(guò) 串口對(duì) SIM900A 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， STM8S105 可用串口UART2，可以調(diào)用庫(kù)函數(shù) 方便的完成數(shù)據(jù)串口傳輸?shù)牟僮?。過(guò)程中要注意的 一個(gè)問(wèn)題 是：在 PC 端調(diào)試的時(shí)候，模塊工作正常，完成了模塊的配置與短信的發(fā)送，但是當(dāng)把模塊接到單片機(jī)上利用串口傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，模塊無(wú)反應(yīng)或者有時(shí)發(fā)送一條空短信，而沒(méi)有指定的短信內(nèi)容，經(jīng)反復(fù)推敲調(diào)試，最終發(fā)現(xiàn)是由于指令發(fā)送后還未等到返回信息就立刻發(fā)送下一條指令所引發(fā)的錯(cuò)誤。解決方法很簡(jiǎn)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(zhǎng)。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)。 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?。划?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） 。 本章小結(jié) 在完成客車防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)基本功能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以發(fā)揮創(chuàng)造性思維，結(jié)合應(yīng)用實(shí)際，為系統(tǒng)添加一些功能，如 GSM 聯(lián)網(wǎng)報(bào)警的功能。 GSM 聯(lián)網(wǎng)報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)依靠比較成熟的 GSM 模塊，本次設(shè)計(jì)采用SIM900A 模塊 ，此模塊功能強(qiáng)大，可發(fā)送短信報(bào)警。當(dāng)客車超載時(shí)向交通管理系統(tǒng)發(fā)送一條警告消息，當(dāng)客車恢復(fù)正常時(shí)發(fā)送一條警告解除的消息。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 結(jié)論 按照前文所述的方法將各個(gè)模塊與單片機(jī)進(jìn)行連線，并通過(guò) IAR Embedded Workbench 軟件平臺(tái)對(duì) STM8S105 單片機(jī) 進(jìn)行編程，檢驗(yàn)客車防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的硬件模型是否實(shí)現(xiàn)了課題的要求。 連接硬件時(shí)，由于考慮到成本、模型尺寸、空間要求、演示方便等多方面因素，本設(shè)計(jì)在模型上設(shè)立兩個(gè)車門(mén)，分別提供乘客上車和下車，在每個(gè)車門(mén)處安裝一個(gè)紅外線反射式傳感器，此設(shè)計(jì)僅為了模型演示 考慮 ，在實(shí)際應(yīng)用 中為了提高計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性還是要采用并排雙紅外線反射式傳感器 。 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(yǔ)音提示系統(tǒng)的功能的實(shí)現(xiàn)。 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。開(kāi)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。 用模型進(jìn)行實(shí)物演示 時(shí) ， 將紅外線反射式傳感器的感應(yīng)范圍設(shè)置在20cm 左右，用手通過(guò)感應(yīng)區(qū)域模擬乘客上下車。結(jié)合實(shí)際， 為了提高計(jì)數(shù)的可靠性， 此處設(shè)計(jì)為： 300 毫 秒的感應(yīng)時(shí)間為有效時(shí)間，兩次有效感應(yīng)之間需要有 300 毫 秒的 間隔時(shí)間。 當(dāng)用手通過(guò)上車門(mén)傳感器的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，客車人數(shù)加 1。當(dāng)車載人數(shù)超過(guò) 20 人時(shí)， LED 數(shù)碼管閃爍顯示“ OL XX”，表示正在超載（ Overloding），XX 為當(dāng) 前車載實(shí)際人數(shù)。 語(yǔ)音模塊也會(huì)發(fā)出提前錄制好的語(yǔ)音提示。 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)受到警告用手通過(guò)下車門(mén)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。此時(shí)， LED 閃爍停止，正常顯示當(dāng)?shù)那败囕d人數(shù)，語(yǔ)音模塊播放一條恢復(fù)正常的語(yǔ)音提示，同時(shí) SIM900A 模塊向目標(biāo)號(hào)碼發(fā)送一條消息來(lái)解除警告，內(nèi)容為 ：“ Alarm Is Disabled.”（中文意思為：警告解除）。 結(jié)論 33 以上過(guò)程可以實(shí)時(shí)循環(huán)，充分體現(xiàn)了本文所設(shè)計(jì)的客車防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并取得了很好的效果，成功完成了本次設(shè)計(jì)的功能要求。 當(dāng)然， 沒(méi)有完美的設(shè)計(jì)，所有的系統(tǒng)都永遠(yuǎn)有提升的空間。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)數(shù)。隨著科技水平的提高，高新技術(shù)也會(huì)越來(lái)越成熟，其成本也會(huì)越來(lái)越低 。今后，多種技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合式檢測(cè)方法必然會(huì)成為檢測(cè)方法中的主流，檢測(cè)效果也會(huì)大大提升。 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(zhǎng) ． 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) [