【正文】 示內(nèi)容簡(jiǎn)潔明了，只需實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的車(chē)載乘客數(shù)量以及是否超載的狀態(tài)標(biāo)志即可，故可采用簡(jiǎn)單的 LED 顯示屏來(lái)完成本次設(shè)計(jì)。 第 3 章 客車(chē)防超載系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 本章小結(jié) 信號(hào)是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。信號(hào)通常分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，相對(duì)應(yīng)的信號(hào)才能進(jìn)行邏輯運(yùn)算等處理。計(jì)數(shù)的方式有很多 ，人工計(jì)數(shù)古老而簡(jiǎn)單，但不準(zhǔn)確，自動(dòng)化計(jì)數(shù)方法要用到傳感器，即把各種參量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化，然后通過(guò)單片機(jī)對(duì)電信號(hào)變化的處理進(jìn)行計(jì)數(shù)。 有些客車(chē)分上下門(mén)，這樣在上下車(chē)門(mén)處分別安裝傳感器來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)。這樣就要安置并排雙傳感器，按照乘客通過(guò)時(shí)兩個(gè)傳感器信號(hào)發(fā)生變化的先后順序來(lái)判斷乘客的行為是上車(chē)還是下車(chē)。本課題中乘客上車(chē)的行為所產(chǎn)生的信號(hào) 也俱為模擬信號(hào)。 提示功能包含語(yǔ)音功能和顯示功能。語(yǔ)音模塊可以完成對(duì)聲音的錄制與播放，通過(guò)單片機(jī)的 I/O 口傳送電信號(hào)進(jìn)行控制。 本章 討論了 客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)，從信號(hào)的收集、傳遞、轉(zhuǎn)化原理到系統(tǒng)整體的控制流程以及各功能模塊的實(shí)現(xiàn)，為 客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 建立了理論模型。紅外線(xiàn)又稱(chēng)紅外光，它 具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。紅外線(xiàn)傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類(lèi)。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。紅外線(xiàn)讓人覺(jué)得只由熱的物體放射出來(lái)，可是事實(shí)上不是如此，凡是存在于自然界的物體，如人類(lèi)、火、冰等等全部都會(huì)射出紅外線(xiàn)，只是其波長(zhǎng)因其物體的溫度而有差異而已。 經(jīng)過(guò)理論研究以及對(duì)傳感器具體參數(shù)特性的比較，最終本次設(shè)此選用紅外線(xiàn)反射傳感器。 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。這樣做更加確保了 計(jì)數(shù) 的穩(wěn)定性 和準(zhǔn)確性 。 紅外線(xiàn)的工作原理第 4 章 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 17 是，當(dāng)電源接通后，紅外線(xiàn)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(xiàn) 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，我們可以利用 單片機(jī) 判斷后，執(zhí)行相應(yīng)的程序， 從而 達(dá)到 課題所要求的功能 。 輸出信號(hào)： 無(wú)信號(hào)輸出 1，有信號(hào)輸出 0。 感應(yīng)距離調(diào)節(jié)范圍： 0 到 100 厘米可調(diào)節(jié)，調(diào)整方式 ： 電位器。 圖 42 紅外線(xiàn)反射式傳感器模塊實(shí)物圖 由上圖可知，此模塊共有三個(gè)引腳，圖中由上到下分別為 OUT、 GND、VCC。左邊的部分為紅外線(xiàn)發(fā)射及接受部分，由這部分發(fā)出紅外線(xiàn)并接收返回的光線(xiàn)，當(dāng)在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)遇到障礙物時(shí)，返回的信號(hào)發(fā)生變化，模塊產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，同時(shí)電路板上的紅色指示燈發(fā)光。 語(yǔ)音模塊的實(shí)現(xiàn) 語(yǔ)音模塊 模塊是一種具有錄音和放音作用的模塊 ， 一 般用于家用電器、電話(huà)錄音、會(huì)議錄音、監(jiān)控設(shè)備、高級(jí)趣味玩具、教學(xué)設(shè)備等部分產(chǎn)品?？蓪?模擬數(shù)據(jù)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 EEPROM/FLASH ROM中 儲(chǔ)存 ，還包括 其它功能塊 如 內(nèi)部時(shí)鐘、前置放大器、濾波器、自動(dòng)增益控制器（ AGC） 、功率放大器、控制邏輯等 。 圖 43 ISD1820 電路原理圖 ISD1820 的主要特點(diǎn)有： 高質(zhì)量的語(yǔ)音還原； 帶循環(huán)播放、點(diǎn)動(dòng)播放、單遍播放三種功能； 既可用單片機(jī)控制也可用板子上的按鍵控制； 可直接驅(qū)動(dòng) 8 歐 小喇叭 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 44 ISD1820 語(yǔ)音模塊 說(shuō)明 圖 如 圖 43 中所示，在模塊工作情況錄放模式下，按住 REC 按鍵即可進(jìn)行錄音，松開(kāi)按鍵或內(nèi)存寫(xiě)滿(mǎn)錄音結(jié)束；按一次 PLAYE 按 鍵可進(jìn)行一次全段放音，斷電或放完錄音則放音結(jié)束； 按 住 PLAYL 按鍵可 進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)放音，即按住不松的時(shí)候放音， 松開(kāi)按鍵或播放完畢結(jié)束放音。 錄好音頻后，在錄放模式下，當(dāng)檢測(cè)到乘客上下車(chē)行為產(chǎn)生的信號(hào)時(shí)，單片機(jī)通過(guò) I/O 口對(duì) PE 引腳發(fā)出電平信號(hào)，從而控制語(yǔ)音模塊來(lái)發(fā)出相應(yīng)的音頻， 達(dá)到課題所要求的 語(yǔ)音提示。目前大部分 LED 顯示 模塊原理大致相同， 大多 都是通過(guò)串口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用其中的 LED 顯示部分 ，其基本單元為八段 LED 共陰極數(shù)碼管。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出 需 要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) ： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線(xiàn)控制，單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制 決定哪個(gè)亮 ，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1 到 2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感 。 本次涉及所采用的 TM1638 模塊的主要特性有： 采用功率 CMOS 工藝 ；顯示模式 10 段 8 位 ； 輝度調(diào)節(jié)電路 (占空比 8 級(jí)可調(diào) )； 串行接口 (CLK、STB、 DIO)； 震蕩方式為 RC 振蕩 (450KHz，浮動(dòng) 5%)； 內(nèi)置上電復(fù)位電路 ； 圖 45 TM1638 引腳圖 圖 46 TM1638 共陰極顯示原理圖 第 4 章 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 23 TM1638 模塊的數(shù)據(jù)命令設(shè)置 如下所示： 表 41 TM1638 模塊的數(shù)據(jù)命令設(shè)置表 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 功能 說(shuō)明 0 1 無(wú)關(guān)項(xiàng)， 填 0 0 0 數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模式 寫(xiě)顯示寄存器 0 1 1 0 讀鍵掃描數(shù)據(jù) 0 1 0 地址增加模式 自動(dòng)地址增加 0 1 1 固定地址 0 1 0 內(nèi)部測(cè)試模式 普通模式 0 1 1 測(cè)試模式 圖 47 TM1638 寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖 各模塊與單片機(jī)的連接 在完成各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)后，就要通過(guò)單片機(jī)將各個(gè)模塊連接起來(lái)，最終完成課題所要求的客車(chē)防超載智能語(yǔ)音提示的功能。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 48 STM8S105 板子實(shí)物圖 ST 的 8 位微控制器平臺(tái) 是 具有 3 級(jí)流水線(xiàn)的哈佛結(jié)構(gòu) ， 基于高性能 8位內(nèi)核，配有先進(jìn)的成套外設(shè)。 STM8 通過(guò)增強(qiáng)型堆棧指針運(yùn)算、先進(jìn)的尋址模式和新指令實(shí)現(xiàn)快速、安全的開(kāi)發(fā) 。提供真正的 EEPROM 數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作，可達(dá) 30 萬(wàn)次擦寫(xiě)極限 。其它外設(shè)包括一個(gè) 接口、兩個(gè) UART 接口、一個(gè) I2C 端口、一個(gè) SPI 端口。 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(xiàn)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(xiàn)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 。 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(chē)防超載智能語(yǔ)音提示的整體功能。 信號(hào)檢測(cè)模塊部分采用紅外線(xiàn)反射式傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，紅外線(xiàn)傳感器是利以紅外線(xiàn)為介質(zhì) 的。 利用紅外線(xiàn)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。 語(yǔ)音功能部分采用非常簡(jiǎn)單的 ISD1820 模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。 顯示部分采用 TM1638 的 LED 數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。 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) 。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。 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(chē)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(chē)超載時(shí)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)模塊將客車(chē)超載信息及時(shí)發(fā)送給交通管理系統(tǒng)等。 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(xiàn) 通信報(bào)警。 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(guān)精巧，性?xún)r(jià)比高。另外， SIM900A 的尺寸大小為 24x24x3mm，能適用于 M2M 應(yīng)用中的各類(lèi)設(shè)計(jì)需求，尤其適用于緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 SIM900A 芯片大部分指令都是以“ AT”作為開(kāi)頭，以回車(chē)（ CR）作為 結(jié)尾。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。本文通過(guò)文本模式發(fā)送短消息。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 。 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。 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。 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(chē)換行 )，若設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將返回“ OK” 。 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(chē)換行的轉(zhuǎn)義符。 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。 調(diào)試完畢后，就要把 SIM900A 模塊與單片機(jī)連線(xiàn)，使單片機(jī)通過(guò)程序控制 SIM900A 模塊在滿(mǎn) 足條件后向特定的號(hào)碼發(fā)送特定的短信。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。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)。 本章小結(jié) 在完成客車(chē)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。當(dāng)客車(chē)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(chē)恢復(fù)正常時(shí)發(fā)送一條警告解除的消息。 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(chē)門(mén)，分別提供乘客上車(chē)和下車(chē)，在每個(gè)車(chē)門(mén)處安裝一個(gè)紅外線(xiàn)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(xiàn)反射式傳感器 。 為了方便演示，初始車(chē)載乘客數(shù)量設(shè) 置為 18 人，最大載客量為 20 人。 用模型進(jìn)行實(shí)物演示 時(shí) ， 將紅外線(xiàn)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(chē)。 當(dāng)用手通過(guò)上車(chē)門(mén)傳感器的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，客車(chē)人數(shù)加 1。 語(yǔ)音模塊也會(huì)發(fā)出提前錄制好的語(yǔ)音提示。 當(dāng)受到警告用手通過(guò)下車(chē)門(mén)傳感器的感應(yīng)區(qū)域，表示乘客下車(chē)，將乘客數(shù)量減少到 20（含）人 以下。 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(chē)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。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)。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