【正文】 當做 IIC 總線的時鐘端和數據段，實現(xiàn)單片機與模塊的 IIC 通信，將采集到的數字量數據經過串行傳輸傳遞給單片機。 圖 語音模塊實物圖 關于各個 引腳的功能描述，如表 所示。 TF 卡語音模塊可應用在汽車電子（防盜報警器、倒車雷達、 GPS 導航儀、電子狗等）、智能家居系統(tǒng)、家庭防盜報警系統(tǒng)、理療器人聲提示、音樂播放、家電（電磁爐、電飯煲、微波爐）、娛樂設備、學習模型（早教機、兒童有聲讀物）、智能交通設備（收費站、停車場）、通信設備（電話）、工業(yè)控制領域（電梯、工業(yè)設備）、玩具等。由于語音報警需要預先存儲一段音頻報警文件，為了盡可能的不占用單片機有限并且寶貴的內存資源，設計中用到了具有 128Mb 存儲容量的 SD 卡，存儲支持播放的 4Bit ADPCM 格式文件。具體的電路原理如圖 所示。 語音報 警模塊 根據設計要求，當超限小于 20%時，需要燈光報警。 OLED 屏與單片機間的接口電路原理圖如圖 所示。 14 圖 龍丘 OLED 屏 該 OLED 模塊有 7 個引腳，用于與單片機間的通信。自 2020 年后，其壽命得到很大提高，具備了許多 LCD 不可比擬的優(yōu)勢。 OLED 顯示部分 在液晶顯示上采用了由北京龍丘公司生產的 OLED 液晶顯示屏。 圖 按鍵輸入電路 其中 Ka1， Ka2， Ka3， Ka4， Ka5， Ka6 分別接單片機的 PH3， PH2， PH1， PH0，PE3， PE2 引腳。一個作為翻頁鍵，一個作為換行鍵，剩余四個用于設置報警閾值，實現(xiàn) +1， 1， +10， 10 的功能。 SDA、 SCL 分別作為 IIC 總線的數據端和時鐘端，與單片機的兩個具有輸入 /輸出功能的 I/O 引腳相連，實現(xiàn)數據的串行傳輸功能。 A0~A2 與 GND 相連并接地，從而確定了芯片的硬件地址。 圖 芯片內部結構圖 PCF8591T 芯片從霍爾傳感器處采集模擬電壓信號，并通過 IIC 總線實現(xiàn)與單片機間的雙向通信，其電路原理如圖 所示。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和數據信號都是通過雙線雙向 IIC 總線以串行的方式進行傳輸 [9]。 PCF8591 12 具有 4 個模擬輸入、一個模擬輸出和一個串行 IIC 總線接口。其硬件電路如圖 所示。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達 55℃ ~+150℃ [8]。 圖 霍爾效應原理 霍爾器件具有很多優(yōu)點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達 1MHZ），耐振動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染獲腐蝕。利用它們可以檢測磁場及其變化，可在 11 各種與磁場有關的場合中使用。 速度檢測模塊 霍爾傳感器 霍爾器件是一種磁傳感器，是半導體材料制成的一種薄片，它是一種磁敏感器件，當它處于磁場中時，會產生電動勢。手動復位時，按下上圖中的手動復位按鈕 RESET 端保持低電平；松開手動復位按鈕后， RESET 端變成高電平，也能達到復位的目的。 復位電路與 BDM 接口 復位電路與 BDM 接口的電路原理圖如圖 所示。為了給單片機提供一個可設定頻率并且穩(wěn)定的工作時鐘，單片機需要外接一個石英或陶瓷振子，產生一個頻率穩(wěn)定的時鐘信號，再通過片內的鎖相環(huán)電路（ PLL）將時鐘頻率鎖定 [7]。 10 時鐘部分 對于 S12X 系列單片機，雖然單片機內部集成有 RC 震蕩電路產生的時鐘，但 RC時鐘的頻率不夠穩(wěn)定，會隨溫度變化，頻率在 之間，主要用來在檢測到主時鐘電路故障時起作用，靠自有時鐘單片機就能正常運行，這種運行模式被稱為自時鐘模式。這些電源端、地端最終還是連接在一起的，即外部提供的 +5V 電源。分多個電源、地引腳給片內不同模塊供電，可減小模塊間的相互干擾。 1 組 供CPU 內核使用；另一組 供時鐘電路的鎖相環(huán)使用，由于鎖相環(huán)電路的高頻噪聲高，故和 CPU 分開供電； 的一組是為閃存供電的。由于 S12 單片機內部集成了電壓調整器模塊，電壓調整器模塊產生單片機內部需要的其他電壓，因此， S12 單片機的供電電壓范圍較大（ +~+）。所設計的最小系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖 所示。 MC9S12XS128 單片機最小系統(tǒng)設計 “麻雀雖小，五臟俱全”，要想使其有優(yōu)異的表現(xiàn)，也同樣要保證它具有一個健全的系統(tǒng)， 作為整個超速報警器系統(tǒng)的核心控制單元， MCU 的穩(wěn)定性決定了整個系統(tǒng)能否穩(wěn)定、持續(xù)的工作。而由于語音報警模塊的音頻解碼芯片的供電電壓為 ，所以在設計中將 5V電壓再次經過降壓得到 的穩(wěn)定輸出電壓。 8 圖 主板電源 考慮到系統(tǒng)實際的功耗很低（ 1W）以及 ASM1117 芯片的負載能力，設計用到了ASM1117 與 ASM1117 共兩片穩(wěn)壓芯片。因此，電源模塊的設計顯得尤為重要，需具備較強的抗干擾能力和穩(wěn)定性以滿足系統(tǒng)長時間、持續(xù)性的工作要求。 圖 整體電路設計實物圖 電源模塊的設計 作為整個汽車超速報警器系統(tǒng)的能量供給站，電源模塊發(fā)揮的作用就如同人的心臟一樣，持續(xù)不斷地給其四肢和大腦供應著能量。 系統(tǒng)整體結構框圖 根據本次畢業(yè)設計的需求分析以及對各個模塊選型的最終確定，系統(tǒng)整體結構框架如圖 所示。當確認有按鍵按下時， OLED 屏上的顯示內容自動切換到人工設置報警閾值的界面，完成相應三個閾值的設置。當超限 20%時，控制紅色的小 LED 燈以一定的頻率閃爍；當超限 20%時，驅動語音模塊的音頻解 碼芯片，播放語音提示“超速危險，請減速行駛。接著允許中斷，打開定時器。模塊結構如圖 所示。語音報警的過程需要揚聲器不斷的發(fā)出聲音來，因此需要對播報內容進行一個事先的存儲，即將其存放在 SD 卡中。 語音報警原理 語音報警模塊由揚聲器、 SD 卡及音頻解碼芯片構成。 所用模塊的尺寸約 *，具有 128*64 的較高分辨率。其原理是用 ITO 透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極，在一定電壓驅動下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經過電子和空穴傳輸層遷移到發(fā)光層，并在發(fā)光層中相遇，形成激子并使發(fā) 光分子激發(fā)，后者經過輻射弛豫而發(fā)出可見光。 顯示部分采用龍丘公司生產的 12864 OLED 顯示屏。利用單片機的不斷查詢方式，判斷有無按鍵按下。 圖 碼盤輸出波形 根據設計要求，需要信號的前級處理具有 A/D 轉換功能，考慮到霍爾傳感器的輸出電壓為模擬信號而單片機從光電碼盤處直接獲取的為數字信號，因此本次設計采用了方案一。光敏元件把此光信號轉換成電脈沖信號，通過信號處理電路后，向數控系統(tǒng)輸出脈沖信 號，也可由數碼管直接顯示位移量 [4]。管目。主碼盤每轉過一個刻線周期，光電變換器將輸出一個近似的正弦波電壓，且光電變換器 A、 B 的輸出電壓相位差為 900，光電編碼器結構如圖 所示。工作時，鑒向盤靜止不動，主碼盤與轉軸一起轉動，光源發(fā)出的光投射到主碼盤與鑒向盤上。在圖形的主碼盤 (光電盤 )周邊上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，形成均勻分布的透明區(qū)和不透明區(qū)。 方案二（光電編碼器） 增量式編碼器的工作原理如圖 所示。圓盤每轉動一圈，霍爾傳感器便輸出一個脈沖。 圖 檢測模型 磁場由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用。由此可見，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關系。 超速報警器的工作原理 車輪轉速檢測原理 方案一（磁鋼 +霍爾傳感器） 當有一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產生電位差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。 傳統(tǒng)的 51 系列單片機，價格低廉，性能穩(wěn)定，深受廣大電子設 計愛好者所喜歡。 MC9S12XS128 具有 91 個獨立的數字 I/O 口，其中某些數字 I/O 口具有中斷和喚醒功能。 MC9S12XS128 是一個 16 位器件，由 16 位中央處理單元（ CPU12X）、 128KB 程序 Flash（ PFlash）、 8KB RAM、 8KB 數據 Flash（ DFlash）組成片內存儲器。 MC9S12XS128 是 S12X 家族中的一個成員。 主控芯片的選擇 目前世界上的單片機或則微控制器的種類繁多，單片機供應商也有很多，例如Freescale、 ATMEL、 NXP、 ST、 Microchip、 Infineon、 TI、 NEC 等，其中， Freescale（飛思卡爾）公司的 8 位、 16 位、 32 位單片機性能穩(wěn)定 、品種齊全，針對不同的應用領域可以選擇不同性能、型號的單片機。而當超限 20%時，可由語音報警來實現(xiàn)，及時的提醒司機減速行駛，語音報警電路由揚聲 器、 SD 卡及語音解碼芯片組成 [1]。為了能夠直觀的顯示汽車的當前運行速度和調節(jié)汽車超速報警器的報警閾值，需要設計人機交互界面，由按鍵輸入和液晶顯示部分組成?？紤]到系統(tǒng)的運行場所是在汽車上，而汽車又時刻處于高速的動態(tài)運動過程中，需適應各種惡 劣多變的環(huán)境，因此在單片機的選型上要注重其數據的快速處理性能、穩(wěn)定性和芯片成本。 最后總結所設計的超速報警器系統(tǒng)的實用性和性能指標，并指出其中的不足和值得改進的地方。 第四章 系統(tǒng)軟件設計：概述了超速報警器 系統(tǒng)的控制思想，各模塊功能的具體實現(xiàn)。 第二章 系統(tǒng)總體方案設計：概要敘述了超速報警器的設計原理，將控制系統(tǒng)分解為具體的模塊，分別分析在各個模塊中所設計的原理知識以及采取的大致方案。該系統(tǒng)可以有效預防和杜絕汽車超速行駛，避免或減少道路交通事故的發(fā)生，培養(yǎng)駕駛員遵章守法駕駛的良好習慣，減少車輛管理壓力，把人、車和安全三者有機的結合起來，對落實“兩部一局”的 通告要求，保障道路交通安全有重要意義。 汽車超速報警器是在汽車行駛過程中，通過速度傳感器測出當前車速，當超過駕駛者設計的最高時速時，發(fā)出報警信號，提醒司機減速行駛。 盡管汽車上都安裝了速度表盤，司機可以通過速度表盤知道當前汽車的速度，但是汽車的駕駛有時候是一個長時間、高強度的工作，很長時間的連續(xù)駕駛可能會使司機因疲憊而麻痹超速問題。 voice。 LCD panel。 該系統(tǒng)結構簡單，可靠性高，操作方便，可廣泛應用于摩托車、汽車等各種機動車輛，為人們的安全出行提供有力保障。該系統(tǒng)采用 16 位單片機 MC9S12XS128 為控制核心，可通過按鍵在液晶屏上設定報警閾值和顯示汽車實際速度，利用 8 位 A/D 轉換芯片和霍爾傳感器采集車輪轉速，通過 IIC總線實現(xiàn)與單片機的雙向通信，具有燈光閃爍報警和語音提示報警這兩種預警機制，對可能的突發(fā)事件做到防患于未然。針對這種情形，開發(fā)具有智能超速報警功能的車載系統(tǒng)具有重要意義。 本科畢業(yè)設計 題目 ： 基于單片機的超速報警器的設計 學 院 : 信息科學與工程學院 專 業(yè) : 自動化 學 號 : 202004134143 學生姓名 : 指導教師 : 日 期 : 二〇一 四 年 六 月 I 摘 要 隨著汽車工業(yè)和高速公路建設的發(fā)展，每年由各種交通事故造成的人員傷亡數目驚人，造成了巨大的經濟損失。據統(tǒng)計，造成各種交通事故的主要原因是車輛的超載和超速行駛，而后者隨機性很大，糾章困難，并且由于中國公路條件復雜，不同等級的公路允許的最高速度不同，現(xiàn)有的限速裝置難以適應這種情況。 本文從駕駛員自身安全角度出發(fā)，設計了一種可設定閾值的汽車超速報警系統(tǒng)。 根據目的和要求，本次設計利用萬用板搭建了各個模塊的硬 件電路，并且通過編寫代碼實現(xiàn)了系統(tǒng)的具體功能，該系統(tǒng)能夠長時間穩(wěn)定的運行，達到了設計要求。 關鍵詞： 單片機； 液晶屏； IIC 總線； 語音； 超速報警 II Abstract With the development of auto industry and highway construction, each year the number of casualties caused by all kinds of traffic accidents is amazing, caused a great economic loss. According to statistics, the main causes of traffic accidents is the vehicle overloading and speeding, the latter is very random correcting formidably, and because of Chinese road condition is plex, the allowed highest speed of different grade highways are different, the curre