【正文】 塊輸出電平信號，語音模塊接收電平信號，這兩個模塊只需與單片機的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秒單段語音錄放電路，語音還原度高，有單遍播放、點動播放以及循環(huán)播放三種播放方式，操作簡單，用在客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的設(shè)計中非常合適。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，在距離適中的時候測量精度很高，很好地確保了計數(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，紅外線傳感器就開始工作了，若有人體經(jīng)過所設(shè)定的范圍時，傳感器接收到反射回來的紅外線發(fā)生變化，達到某一標(biāo)準(zhǔn)后，傳感器內(nèi)部通過三極管放大作用，輸出相應(yīng)的信號電平。 程序流程圖系統(tǒng)編程的程序流程圖如下：上車信號產(chǎn)生加一信號LED顯示模塊是否超載？單片機處理信號 其他功能模塊是語音提示模塊下車信號產(chǎn)生減一信號否圖410 系統(tǒng)實現(xiàn)流程圖 本章小結(jié)課題客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)需要各個功能模塊的分別實現(xiàn)。以上引腳都可以與單片機的GPIO引腳相連接，電源端和接地端與單片機的相同端相連接。STM8S105的引腳圖如下：圖49 STM8S105引腳圖選好了單片機，就要把單片機與各模塊連接起來成為一個系統(tǒng)。功能包括10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最多有16條通道，轉(zhuǎn)換用時小于3微秒；先進的16位控制定時器可用于馬達控制、捕獲/比較和PWM功能。STM8S平臺打造8位微控制器的全新世代，高達20 ，有助于現(xiàn)有的8位系統(tǒng)向電壓更低的電源過渡。該平臺采用ST的130 nm嵌入式非易性存儲器專有技術(shù)。本設(shè)計采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8位的單片機——STM8，具體型號為S105。動態(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。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。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，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。本次設(shè)計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、鍵盤掃描等電路?？蛙嚪莱d智能語音提示系統(tǒng)所需要顯示的內(nèi)容簡單，非常適合用LED顯示屏來進行顯示。左邊的引腳中，VCC為電源端，GND為接地端，F(xiàn)T為直通電平控制引腳，PL為點動播放電平控制引腳，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。本次設(shè)計選用的語音模塊為美國ISD公司生產(chǎn)的ISD1820，這是一種8到20秒的單段語音錄放電路，采用CMOS計數(shù)，內(nèi)含振蕩器，話筒前置放大，自動增益控制，防混淆濾波器，揚聲器驅(qū)動及FLASH 陣列。語音模塊通常由麥克風(fēng)差分輸入電路、語音芯片、后置音頻放大電路、揚聲器等部分構(gòu)成。圖中藍色部分為可調(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。OUT是信號輸出端，GND是接地端，VCC是供電端。指示燈：電路板上有一個紅色LED,探測到障礙時發(fā)光。掃描周期：100ms。本次設(shè)計采用的紅外線發(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。紅外線反射傳感器是利用紅外線反射的原理，根據(jù)反射的強度來判定前方障礙的有無。人體的體溫約為36～37℃，所放射出峰值為9～10μm的遠紅外線，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。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發(fā)生變化（這種變化可能是變大也可能是變小，因為熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻），通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對零度），都能輻射紅外線。第4章 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn) 第4章 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)紅外線傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來進行測量的傳感器。顯示功能采用LED顯示屏來實現(xiàn)，也是通過單片機的I/O口傳遞數(shù)據(jù)來進行實時顯示，達到直觀顯示的效果。語音功能采用集成的語音模塊來實現(xiàn)。要想將這些信號通過單片機進行處理，就必須首先將這些信號轉(zhuǎn)化成電信號再進而轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，這樣單片機才可以按照程序來處理，從而實現(xiàn)智能化與自動化的功能要求。自然界和人們生活中的大部分信號均為模擬信號。而有些客車上下門通用，也就是說一個門既可以上車也可以下車。如何準(zhǔn)確地從傳感器傳遞來的信號中對乘客上下車的行為進行精確的判斷，這是客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的另一重要內(nèi)容。防超載必然要通過計數(shù)來實現(xiàn)。要收集、處理信息，就必須要了解信號的基本原理。LED顯示屏中的八段數(shù)碼管顯示屏結(jié)構(gòu)簡單，功能實用，可以顯示數(shù)字，還可以形象地顯示英文字母，非常適合本次設(shè)此的需要，故本次設(shè)計擬采用LED八段數(shù)碼管來進行顯示功能的實現(xiàn)。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。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）。符號管、米字管的制作方式與數(shù)碼管類似。單片集成多位數(shù)字顯示器是在發(fā)光材料的基片上（大圓片），利用集成電路的工藝制作出大量七段數(shù)字顯示圖形，再通過劃片把合格芯片選出，然后對位貼在印刷電路板上，最后用壓焊工藝引出引線，在上面蓋上“魚眼透鏡”外殼。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。空封方式是在上方蓋上濾波片和勻光膜，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。反射罩式數(shù)碼管有空封和實封兩種封裝方式。其具體結(jié)構(gòu)有 “條形七段式”、“反射罩式”以及“單片集成多位數(shù)字式”等。LED結(jié)構(gòu)：基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的。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、動畫、視頻信號等各種信息的顯示屏幕[13]。它是一種將一定的電子文件通過特定的傳輸設(shè)備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具。顯示器是屬于計算機的I/O設(shè)備，即輸入輸出設(shè)備。為了更加清楚直觀的表示當(dāng)前車載乘客數(shù)量，本設(shè)計在整個系統(tǒng)中加入了顯示功能。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、自動增益控制、揚聲器驅(qū)動以及FLASH陣列等。放音則是錄音過程的逆向運算，經(jīng)過一系列的電路轉(zhuǎn)化，最后得到一個變化的電信號，驅(qū)動揚聲器，將這種變化的電信號轉(zhuǎn)換為空氣振動，最終形成我們聽到的聲音。還原聲音的時候，則正好是上述記錄過程的逆向，將唱針放在凹槽里，轉(zhuǎn)動唱片，這時唱針就會根據(jù)凹槽的深淺、彎曲而產(chǎn)生對應(yīng)的機械振動，這種機械振動再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過檢波和放大，就可以還原出記錄的聲音。被磁化的介質(zhì)以特定的速度通過線圈（磁頭）的時候，變化的磁場感生出變化的電場，然后形成對應(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。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。錄音方法分為機械錄音(唱片錄音)、磁性錄音、光學(xué)錄音等。將媒質(zhì)上記錄的信號重放出聲音來的過程稱為放音。本設(shè)計為客車防超載智能語音提示系統(tǒng)，顧名思義，最終要用語音進行提示，即當(dāng)滿足某一條件（客車超載）時播放相對應(yīng)的錄音，這就首先要對語音進行收集和記錄。以上所述的單片機功能強大，技術(shù)成熟，對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算控制單元，都是完成課題非常不錯的選擇。當(dāng)傳感器將外部由人體運動所產(chǎn)生的聲光等信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳遞給單片機時，單片機通過I/O口及相關(guān)電路將信號轉(zhuǎn)化為以0和1表示的數(shù)字信號，并依靠單片機強大的運算控制功能對信號進行分析處理，得出所需要的結(jié)果后在轉(zhuǎn)化成電信號I/O口傳遞給相應(yīng)的外圍模塊，驅(qū)動外圍模塊工作，實現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能。單片機具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強以及運算速度快等優(yōu)點，因此非常適合用在客車防超載智能語音提示系統(tǒng)中作為中央控制單元。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轉(zhuǎn)化為邏輯信號，并依靠其內(nèi)部所儲存的程序?qū)π盘栠M行運算處理，最終用處理好的信號驅(qū)動外圍的模塊（如顯示模塊、語音模塊等）實現(xiàn)在系統(tǒng)所要求的功能[11]。其性能直接影響到整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)。對于這種情況，可在同一門處安置兩個并排的紅外線傳感器，根據(jù)兩個傳感器捕獲到信號的順序即可判斷出乘客是上車還是下車，這樣大大提高了計數(shù)的準(zhǔn)確性和這種方法的適用性。只要分別在上車門與下車門安置各自的紅外線傳感器即可對上車人數(shù)與下車人數(shù)進行計數(shù)。前面已經(jīng)說明要用紅外線傳感器來對上下車的乘客進行計數(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，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也發(fā)生變化，電信號再傳遞給單片機進行邏輯處理。由當(dāng)前車載人數(shù)和上下車乘客數(shù)量即可實現(xiàn)對車載乘客數(shù)量的計數(shù)。可用紅外線傳感器分別對上車乘客和下車乘客的數(shù)量進行計數(shù)。圖31是其原理框圖：乘客上下車顯示語音模塊轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化電路單片機處理圖31 系統(tǒng)總體方案示意圖基本設(shè)計思路為：乘客由于上下車的行為而產(chǎn)生信號，信號被敏感器件捕獲然后經(jīng)由轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化為電信號，然后單片機對信號進行處理，處理過后的信號再轉(zhuǎn)化成電信號驅(qū)動顯示模塊、語音模塊等外圍模塊，最終轉(zhuǎn)化為聲音、光線等易被人感知的信號，完成智能語音提示。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)各個部分的設(shè)計。 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，來達到自動化、智能化的功能要求。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應(yīng)用場合的需要，加之單片機具有高集成度、極快的運行速度、極小的體積、十分強大的功能、極低的功耗、低廉的價格等有點，所以單片機正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機應(yīng)用系統(tǒng)。單片機是指芯片本身，而單片機系統(tǒng)是為實現(xiàn)某一個控制應(yīng)用需要專門設(shè)計的，是一個圍繞單片機芯片而建立的計算機應(yīng)用系統(tǒng)，這就是單片機應(yīng)用系統(tǒng)。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。單片機不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。首先，人數(shù)的測量通過重量、光線、壓力等信號轉(zhuǎn)換為電信號來實現(xiàn)，這是模擬信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，需要用到傳感器及相應(yīng)的電路；電信號在單片機內(nèi)部進行邏輯處理要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；單片機處理后再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電信號，來驅(qū)動各模塊工作；最終電信號通過顯示模塊、語音模塊等形成光線以及聲音信號，這又是模擬信號之間的轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計既涉及模擬信號也涉及數(shù)字信號，乘客產(chǎn)生的各種信號需要經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化最終轉(zhuǎn)化成計算機所能處理的邏輯信號（數(shù)字信號），這樣才能實現(xiàn)客車防超載智能語音提示系統(tǒng)的自動化與智能化。由于數(shù)字信號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要好很多；在當(dāng)今技術(shù)水平的信號處理中，數(shù)字信號發(fā)揮著越來越大的作用，幾乎大量而復(fù)雜的信號處理都無法離開數(shù)字信號而進行；同時，只要能把解決問題的辦法用數(shù)學(xué)公式表示，就能用計算機來處理從而解決相應(yīng)的問題。模擬信號和數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換過程為：模擬信號一般通過PCM脈碼調(diào)制(Pulse Code Modulation)方法量化為數(shù)字信號，即讓模擬信號的不同幅度分別對應(yīng)不同的二進制值，例如采用8位編碼可將模擬信號量化為256個量級，實用中常采取24位或30位編碼；數(shù)字信號一般通過對載波進行移相(Phase Shift)的方法轉(zhuǎn)換為模擬信號。聲音、光線、壓力、溫度、電信號等都是模擬信號，在計算機內(nèi)部進行運算時使用數(shù)字信號。不同的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號才能進行傳輸和運算。從廣義上講，信號包含光信號、聲信號和電信號等。5第2章 系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ) 第2章 系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)當(dāng)今的世界是信息的世界。（3）結(jié)合所選擇的方法的特點，選擇合適的元器件并確定其型號，最終用各模塊與單片機進行硬件連線，并利用軟件平臺編程，最終實現(xiàn)課題所要求的功能。 論文的主要工作內(nèi)容結(jié)合之前對目前整理的客車防超載系統(tǒng)相關(guān)文獻進行檢索和閱讀，歸納整理較為流行實用的相關(guān)理論，重點整理與自身所學(xué)相關(guān)的技術(shù)方法，本文主要做了以下工作：（1）介紹了課題背景以及研究課題的意義，總結(jié)了客車防超載智能語音提示系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及設(shè)計前景。多數(shù)情況下，是通過熱電變化來探測輻射的。紅外線傳感器，是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，它的基本原理為熱輻射效應(yīng)，當(dāng)探測元件感應(yīng)到熱輻射的能量后，由于溫度升高，探測器中依賴于溫度的指標(biāo)發(fā)生變化。壓力傳感器，壓力傳感器可以將其感受的的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號。常見的傳感器有：稱重傳感器，稱重傳感器可以將重力信號轉(zhuǎn)換為電信號。它是實現(xiàn)檢測和自動