【正文】 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) [M。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 。 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。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）。 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)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)。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。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。 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)。 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。 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。 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） 。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)。 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)牟僮鳌? 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。 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。 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)。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。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。 串口電平為 TTL 電平，可直接與單片機(jī)相連 接。 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。 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。 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。 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 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。 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]。 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。 最后，通過(guò)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(yǔ)音提示系統(tǒng)的 硬件實(shí)物模型。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。 TM1638 的 LED 顯示屏的基本單元是共陰極八段數(shù)碼管。 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。 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]。 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。 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)。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。 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(lái)成為一個(gè)系統(tǒng)。 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。 STM8S 平臺(tái)打造 8 位微控制器的全新世代，高達(dá)20 MIPS 的 CPU 性能和 的電壓范圍，有助于現(xiàn)有的 8 位系統(tǒng)向電壓更低的電源過(guò)渡。該平臺(tái)采用 ST 的 130 nm 嵌入式非易性存儲(chǔ)器專有技術(shù)。 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。 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。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) ： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。 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(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 本次設(shè)計(jì)采用 深圳市天微電子有限公司研發(fā)的 TM1638 模塊，該模塊是 一種是帶鍵盤掃描接口的 LED 驅(qū)動(dòng)控制專用電路，內(nèi)部集成有 MCU 數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、 LED 高壓驅(qū)動(dòng)、鍵盤掃描等電路。 咪頭 電源 接單片機(jī) 短接直通 短接循環(huán) 錄音 單遍 點(diǎn)動(dòng) 接喇叭 工作指示燈 第 4 章 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 21 顯示模塊的實(shí)現(xiàn) 客車防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng) 所 需要顯示的內(nèi)容簡(jiǎn)單，非常適合用 LED顯示屏來(lái)進(jìn)行顯示。 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。 ISD1820 的主要技術(shù)參數(shù)有： 尺寸： 42MM*38MM； 工作電壓：直流 3~5V。 第 4 章 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 19 本次設(shè)計(jì)選用的語(yǔ)音模塊為 美國(guó) ISD 公司 生產(chǎn)的 ISD1820，這是一種 8到 20 秒的單段語(yǔ)音錄放電路，采用 CMOS 計(jì)數(shù)，內(nèi)含振蕩器， 話筒前置放大，自動(dòng)增益控制，防混淆濾波器，揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及 FLASH 陣列。 語(yǔ)音模塊通常由麥克風(fēng)差分輸入電路、語(yǔ)音芯片、后置音頻放大電路、揚(yáng)聲器等部分構(gòu)成。 圖中藍(lán)色部分 為可調(diào)電位器，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)調(diào)節(jié)所需要的感應(yīng)距離，范圍是 0 到 100 厘米 。 OUT 是信號(hào)輸出端， GND 是接地端， VCC 是供電端。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 指示燈： 電路板上有一個(gè)紅色 LED,探 測(cè)到障礙時(shí)發(fā)光 。 掃描周期： 100ms。 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。 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 。由于使用的是紅外線，所以抗干擾能力很強(qiáng)。 紅外線反射傳感器 是利用紅外線反射的原理，根據(jù)反射的強(qiáng)度來(lái)判定前方障礙的有無(wú)。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。 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(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)而比電波短。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化（這種變化可能是變大也可能是變小，因?yàn)闊崦綦娮杩煞譃檎郎囟认禂?shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻），通過(guò) 轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。 紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。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。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 4 章 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 紅外線傳感器 的實(shí)現(xiàn) 紅外線傳感器是 利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。 顯示功能采用 LED 顯示屏來(lái)實(shí)現(xiàn)，也是通過(guò) 單片機(jī)的 I/O 口 傳遞數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，達(dá)到直觀顯示的效果。 語(yǔ)音 功能采用集成的語(yǔ)音模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。要想將這些信號(hào)通過(guò)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(lái)處理，從而實(shí)現(xiàn)智能化與自動(dòng)化的功能要求。 自然界和人們生活中的大部分信號(hào)均為模擬信號(hào)。而有些客車上下門通用，也就是說(shuō)一個(gè)門既可以上車也可以下車 。 如何準(zhǔn)確地從傳感器傳遞來(lái)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(yǔ)音提示系統(tǒng)的另一重要內(nèi)容。 防超載必然要通過(guò)計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 要收集、處理信息，就必須要了解信號(hào)的基本原理。 LED 顯示屏中的八段數(shù)碼管顯示屏結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 功能 實(shí)用 ，可以顯示數(shù)字，還可以形象