【正文】 關(guān)鍵字 ： AT89S52 單片 機(jī)、 GSM、 MQ ISD1820 語(yǔ)音模塊 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 GSM 的高速公路超速警示裝置 II Abstract In order to ensure that the free enough from congestion, drivers and pedestrians safety in life and the safety of transportation facilities,Reduce the incidence of accidents caused by ,the alarm system in car faults is that don39。汽車測(cè)速可以保障道路交通的安全運(yùn)行，同時(shí)也能保障道路運(yùn)輸?shù)耐〞?，?duì)生命安全、道路設(shè)施也是一種保障。由此可見，汽車測(cè)速是非常有必要的。本設(shè)計(jì)的意義在于，完成對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，間接地對(duì)汽車的速度進(jìn)行了測(cè)量，達(dá)到了汽車測(cè)速的目的，通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)給駕駛員相應(yīng)的提醒，達(dá)到了保證駕駛安全的目的，同時(shí)提高駕駛員的危機(jī)感，不至于忽視此系統(tǒng)的功能，達(dá)到更有效的限速與保障生命安全。以有不同的處理核心或以不同的測(cè)速方法就可以實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)速系統(tǒng)。 基于 GSM短消息的 GPS車輛監(jiān)控移動(dòng)單元設(shè)計(jì) [2]，此系統(tǒng)將 GSM與 GPS一起運(yùn)用，可以實(shí)時(shí)定位汽車位置和將相關(guān)信息通過(guò) GSM以 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸方式傳輸至目的地。 總之現(xiàn)今汽車測(cè)速已經(jīng)很成熟了，根據(jù)不同的運(yùn)用場(chǎng)合選用 相應(yīng)的測(cè)速裝置，是完全可以完成系統(tǒng)要求的。 汽車測(cè)速發(fā)展至今，種類也有很多，根據(jù)采集數(shù)據(jù)所使用的傳感器的不同，可分為環(huán)形線圈測(cè)速、超聲波測(cè)速、激光測(cè)速、雷達(dá)測(cè)速、視頻測(cè)速等。 此系統(tǒng)旨在將速度信息采集到后送入單片機(jī)處理，由于是做畢業(yè)設(shè)計(jì)，又由于經(jīng)費(fèi)原因，故選擇價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單方便的紅外對(duì)管方式，如需考慮實(shí)際運(yùn)用，可以運(yùn)用 KD2446 電渦流轉(zhuǎn)速傳感器 ，此傳感器以汽車齒輪耦合的方式，故精度相 當(dāng)高，且易于安裝。 測(cè)速方法 環(huán)形線圈測(cè)速 環(huán)形線圈測(cè)速所使用的線圈主要由環(huán)形線圈、調(diào)諧回路以及相應(yīng)的檢測(cè)電路組成。當(dāng)車輛通過(guò)環(huán)形線圈時(shí) , 車體將切割磁感線 , 在車體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生渦流 , 渦流會(huì)產(chǎn)生與原磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng)，這樣對(duì)原環(huán)形線圈的磁場(chǎng)就有去磁作用 ,從而使環(huán)形線圈的電感量減少 , LC 諧振的頻率被改變。 環(huán)形線圈檢測(cè)器具有成本低、檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好、能實(shí)時(shí)工作、抗干擾能力強(qiáng)，是目前應(yīng)用最廣泛的車輛檢測(cè)器。 超聲波測(cè)速 超聲波測(cè)速電路主要由超聲波接收電路、超聲波 發(fā)射電路、放大電路、鎖相環(huán)檢波電路、數(shù)據(jù)處理芯片電路、顯示器等組成。 超聲波具有方向性好，能量消耗低，穿透力相比其他的光而言比較強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，因此可以做遠(yuǎn)距離測(cè)距使用，超聲波在測(cè)速方面應(yīng)用時(shí)，成本低，重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 GSM 的高速公路超速警示裝置 4 簡(jiǎn)單易操作，操作安全性高，但抗干擾能力低，易受外部環(huán) 境影響。 常采用差頻法測(cè)量多普勒頻移。 激光的方向性比較好，發(fā)射頻率高，激光所含能量高故有不易受外部環(huán)境影響，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，測(cè)量速度快，監(jiān)測(cè)目標(biāo)準(zhǔn)確。此外，由于激光二極管發(fā)射率很窄，其偵測(cè)器極易接收到精確的波長(zhǎng)，因此在日間有強(qiáng)烈陽(yáng)光時(shí)仍能正常操作。相對(duì)于雷達(dá)，激光測(cè)速產(chǎn)品價(jià)格較高。當(dāng)目標(biāo)向 雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線方向而去時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射機(jī)頻率。時(shí)，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響不大于 1km/h，通?？梢院雎圆挥?jì)；否則，應(yīng)對(duì)角度帶來(lái)的Cosine 效應(yīng)進(jìn)行修正，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。這些技術(shù)原來(lái)主要用于航天領(lǐng)域。正確建模是該技術(shù)的關(guān)鍵。該系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)動(dòng)車測(cè)速方面，應(yīng)保證在 60m距離內(nèi)不丟失機(jī)動(dòng)車目標(biāo)。 反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二極管發(fā)出的光的頻率較集中，不容易被干擾，但傳感器只能接收很窄的頻率范圍的光， 且價(jià)格較貴。采用對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。 圖 1 紅外發(fā)射接收原理 圖 2 光強(qiáng)度相應(yīng)曲線 反射回來(lái)的光強(qiáng)輸出電壓 Vout 與反射物表面與接收處距離 X 成函數(shù)關(guān)系，相同的單一物質(zhì)的反射面， x 與 Vout 的響應(yīng)曲線是非線性的，如圖 2 所示。這兩種相反的狀態(tài)表現(xiàn)在電路中，就是高低電平組成的脈沖信號(hào)。 單片機(jī)設(shè)計(jì) 單片機(jī)的特點(diǎn) 與一般的微型計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)具有以下特點(diǎn)： （ 1） 小巧靈活，成本低，易于產(chǎn)品化； （ 2） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬； （ 3） 易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)； （ 4） 控制功能強(qiáng)，具有位處理指令，有很強(qiáng)的邏輯操作功能； （ 5） 容易實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 主要相關(guān)管腳介紹 P1 口：可以作為普通的 I/O 口使用，另外， 和 也作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ） 。 P3 口：可以用作普通的 I/O 輸入與輸出，本設(shè)計(jì)是用于液晶的控制。 EA/VPP:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 由于本設(shè)計(jì)只有在速度的采集與酒精濃度采集時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，故整個(gè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理相對(duì)較少，單片機(jī)主要在于控制外圍的硬件，又單片機(jī)有便宜，小巧 ，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以選擇單片機(jī)完全可以滿足需要。在許多情況下，由于受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制，如山地、港口和開闊地等特殊地理環(huán)境，對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)和有線傳輸?shù)牟季€工程帶來(lái)極大的不便，如果采用有線的話，施工周期將會(huì)很長(zhǎng)，甚至可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 聯(lián)網(wǎng)靈活，擴(kuò)展性好，可實(shí)現(xiàn)即插即用。 維護(hù)費(fèi)用低。 無(wú)線傳輸系統(tǒng)是測(cè)量、監(jiān)控和無(wú)線傳輸技術(shù)的結(jié)合，本地的傳感器或監(jiān)視器將數(shù)據(jù)采集到，然后將將不同地點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)信息通過(guò)無(wú)線通訊設(shè)備實(shí)時(shí)傳送到無(wú)線監(jiān)控中心，如有必要還能通過(guò)上位機(jī)自動(dòng)形成數(shù)據(jù)庫(kù)便于日后的檢索。 GSM 是 Global System for Mobile Communications 的簡(jiǎn)稱， 由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)提出，后來(lái)成為全球性標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩無(wú)線電通信系統(tǒng)。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 GSM 的高速公路超速警示裝置 8 ZigBee 是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 DTU (Data Transfer unit)全稱數(shù)據(jù)傳輸單元，是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)?IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無(wú)線終端設(shè)備。但設(shè)備相對(duì)比較貴。 TC35 無(wú)線收發(fā)器簡(jiǎn)介 TC35 是 Siemeils 公司推出的新 代無(wú)線通信 GSM 模塊。可以快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù) (Short Message Service)和傳真。 模塊有 AT 命令集接口 ,支 持文本和 PDU 模式的短消息、第三組的二類傳真、以及 , 的非透明模式。通過(guò)獨(dú)特的 40引腳的 ZIF連接器 ,實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。 TC35 模塊主要由 GSM 基帶處理器、 GSM 射頻模塊、供電模塊 (ASIC)、閃存、 ZIF連接器、天線接口六部分組成。在不需要額外硬件電路的前提下 ,可支持 FR、 HR 和 EFR語(yǔ)音信道編碼。 C ～ +55176。 C ～ +85176。 由微型 Al2O 陶瓷管和 SnO2 敏感層 、 測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成，固定在塑料或者不銹鋼的腔體內(nèi) 。 傳感器表面電阻 RS 的變化，是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上的有效電壓信號(hào) VRL獲得的 。 負(fù)載電阻 RL 可調(diào)為 ～ 200K，加熱電壓 Uh 為 5V。 MQ3 型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形如圖 3所示，傳感器阻值變化率與酒精濃度 、 外界溫度的關(guān)系如下圖 4所示 。 圖 3 MQ3 的結(jié)構(gòu)和外形 圖 4 傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系 圖 5 MQ3 標(biāo)準(zhǔn)回路 由于此傳感器對(duì)酒精濃度相當(dāng)靈敏，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，故選擇 MQ3 做為測(cè)量酒精的傳感器。由于紅外對(duì)管方式相對(duì)其他的方法來(lái)說(shuō)，比較簡(jiǎn)單，易操作，特別是價(jià)格比較便宜，而且本設(shè)計(jì)主要目的只是將速度信號(hào)采集出來(lái)，故紅外對(duì)管是可以滿足本設(shè)計(jì)要求的。 TC35 是無(wú)線傳輸模塊，具有價(jià)格低廉，易編程，集成度高，抗干擾能 力強(qiáng)，非常適合小系統(tǒng)的開發(fā)。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 GSM 的高速公路超速警示裝置 12 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件由紅外對(duì)管傳感器、 MQ3 酒精傳感器、 ADC0832 型號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換器、AT89S52 單片機(jī)、 ISD1820 語(yǔ)音模塊、 TC35 無(wú)線 GSM 模塊組成。 系統(tǒng)硬件框架圖 本設(shè)計(jì)通過(guò)紅外對(duì)管測(cè)量速度， MQ3 測(cè)量酒精濃度然后經(jīng)過(guò) ADC0832 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入 AT89S52 單片機(jī)處理，單片機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)，判斷是否觸發(fā) ISD1820 語(yǔ)音模塊報(bào)警，通過(guò)串口將超速信息與酒駕信息發(fā)到 TC35 上，控制 TC35 發(fā)送出去。它的主要特性如下： 表 2 ISD1820語(yǔ)音芯片特性表 使用方便的單片 8至 20秒語(yǔ)音錄放 外接電阻調(diào)整錄音時(shí)間 高質(zhì)量，自然的語(yǔ)音還原技術(shù) 內(nèi)置喇叭驅(qū)動(dòng)放大電路 邊沿 /電平觸發(fā)話音 10000次錄音周期（典型） 自動(dòng)節(jié)電，維持電流 35v單電源工作 不耗電信息保存 100年（典型值） 借 助專用設(shè)備可以批量拷貝 芯片管腳圖以及實(shí)物圖 : 圖 7 ISD1820芯片管腳圖與實(shí)物圖 錄音 (REC) 高電平有效。錄音期間， REC 必須保持為高。然后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。 邊沿觸發(fā)放音 (PLAYE) 此端出現(xiàn)上升沿時(shí)，芯片開始放音。 電平觸發(fā)放音 (PLAYL) 此端從低變高時(shí)，芯片開始放音。放音結(jié)束后芯片自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。 振蕩電阻 (ROSC) 此端接振蕩電阻至 VSS，由振蕩電阻的阻值決定錄放音的時(shí)間。平時(shí) FT 端為低，要實(shí)現(xiàn)直通功能，需將 FT端接高電平，同時(shí) REC、 PLAYE 和 PLAYL 保持低。具有體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。C to +70176。C to +85176。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 GND 芯片參考 0 電位（地）。 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 GSM 的高速公路超速警示裝置 16 圖 10 紅外收發(fā)電路 內(nèi)部電路 圖 11 紅外對(duì)管內(nèi)部結(jié)構(gòu)與應(yīng)用圖 電阻值常設(shè)置為： R1=510Ω， R2=20kΩ。 這種紅外對(duì)管測(cè)轉(zhuǎn)速，裝置簡(jiǎn)單易行，價(jià)格便宜，但由于是利用紅外光的反射原理實(shí)現(xiàn)，自然光中也存在紅外光，這將會(huì)影響計(jì)數(shù)，板與對(duì)管的距離、與對(duì)管邊沿的我角度也會(huì)影響計(jì)數(shù)，故這種測(cè)速靈敏度與精確度都較低。串行通信的特點(diǎn)：傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 GSM 的高速公路超速警示裝置 17 據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致。同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。發(fā)送方對(duì)接收方的同步可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)。如每秒鐘傳送 240 個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含 10 位 (1 個(gè)起始位、 1 個(gè)停止位、 8個(gè)數(shù)據(jù)位 )，這時(shí)的比特率為：10位 240 個(gè) /秒 = 2400 bps，波特率的設(shè)置如下：串行口的四種工作方式對(duì)應(yīng)三種波特率。 方式 0的波特率 = fosc/12 方式 2的波特率 =（ 2SMOD/64）（ T1 溢出率） 方式 3的波特率 =（ 2SMOD/32）單片機(jī)串口工作在方式 1下， T1 溢出率 = fosc /{12 [256 －（ TH1） ]}。正如 ISD1820 需要使用電平觸發(fā)還是跳變沿觸發(fā)。