基于单片机实现公交车的自动考核与报站毕业设计.docx
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基于单片机实现公交车的自动考核与报站毕业设计
基于单片机实现公交车的自动考核与报站
摘要公交车是现今社会人们出行的主要交通工具。
针对公交车报站与考核的现状,本文设计了以单片机AT89C51为核心的公交车自动报站与考核系统。
在自动报站部分,系统利用无线收发模块结合编码芯片PT2262和解码芯片PT2272实现公交车站台信息的发射与接收,用语音芯片ISD4004实现公交车的报站。
在考核部分,利用霍尔传感器将车轮转过的圈数转换成脉冲数传入单片机。
最终实现对公交车里程及速度的测量,并能通过LCD准确地显示。
本设计主要包括硬件设计和软件设计两个部分。
其中:
硬件包括单片机最小系统、无线射频发射电路、无线射频接收电路、语音电路、显示电路等;软件主要包括部分电路的设计流程。
由于本设计为自动报站,在应用中可以大大降低司机的工作强度,提高车辆在行驶过程中的安全指数。
关键词单片机,自动报站,ISD4004,里程
ABSTRACT
Nowadays,bustravelisthemaintransportforpeople.Aimedatthebusstopsandevaluationofthesituation,thisarticleisdesignedtoAT89C51SCMasthecoreofthebusautomaticstationandassessmentsystem.Intheautomaticstoppart,systemusewirelesstransceivermodulewithencordinganddecordingchipPT2262/PT2272toimplementthebusstattionemittingandreceivinginformation,andusevoicechipISD4004toimplementthebusstop.Intheassessmentpartofthesystem,thenumberofcyclestothewheelturncanturnintothenumberofpulsesbyusingHallSensor,andputthenumberintoSCM..Finallyimplementthebusmilegeandspeedmeasurement,andaccuratelydisplayedthroughtheLCD.
Thedesignincludeshardwaredesignandsoftwaredesign.Amongthem:
Hardwareincludingmicrocontrollers,RFtransmittercircuit,RFreceiercircuit,voicecircuit,displaycircuit.Softwareismainlytalkabouttheprocessofthepartcircuitdesign.Asthedesignfortheautomaticstationinapplication,itcangreatlyreducethestrengthofthediverandimprovethevehiclesafetyindexindrivingprocess.
KeyWords:
SCMAutomaticllyStopISD4004Mileage
1、绪论
1.1本课题的目的
随着社会的高速发展,人们出行工具的选择也越来越多。
作为经济方便的代表,公交车依旧发挥着极其重要的作用。
我国的大多数城市都采用手动考核与报站。
由于手动考核与报站是人为控制,不仅增加了公交车在行驶过程中的安全隐患,还给公交车的报站造成了些许的偏差:
错报、误报的情况时有发生。
并且手动考核无法对车辆行驶过程中存在的超速等问题进行有效的监督。
为了能提高公交车的工作效率及服务水平,我们急需一种系统可以实现公交车的自动考核与报站。
1.2本课题在国内外的发展状况
通过市场调查,现今公交车的报站主要有两种方式。
一种是通过全球卫星定位系统(GPS)来实现,目前美国部分城市已投入使用。
但这种方案所需要的技术太过复杂,开发成本太高,不适合应用在中小城市。
另一种是人工报站,我国大部分城市仍使用该方案。
它需要司乘人员进行相关操作才能完成,这就加大了司机的工作强度,增加了车辆运行过程中的安全隐患。
近年来,单片机技术飞速发展,主要用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。
它在工业控制、家用电器、汽车电子乃至航天电子等领域都有着重要的应用。
由于单片机具有稳定性好、成本低、很好的扩展性及可编程性等优点,所以通过单片机等技术来实现公交车的自动考核与报站就受到了越来越多的关注。
1.3本课题的指导思想
本课题主要研究的是用单片机实现公交车的自动考核与报站。
设计主要可实现两个功能:
①公交车的自动报站:
在各个站点安装无线发射模块F05P以及PT2262编码集成电路,用来发射站台信号;在公交车上安装无线接收模块J04V、PT2272解码集成电路、语音电路、单片机最小系统等,用来接收站台发射的信号并对其进行解码,从而判断该站点并进行自动报站。
②公交车的自动考核:
通过霍尔传感器将公交车的车轮转数转换成脉冲信号传入单片机,用单位时间内车轮转过的圈数来判断车超速情况,同时将公交车在行驶过程中的里程和速度记录在系统中。
所谓里程数=车轮转数*车轮周长,
速度=车轮周长/车轮每转一圈所用的时间。
2、单片机的相关介绍
2.1单片机原理及其发展趋势
单片微机是单片微型计算机SCMC(singlechipmicrocomputer)的译名简称,在国内也常简称为“单片机”。
单片机是指一个采用超大规模集成电路技术,将中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/O口等集成在一块芯片上的计算机系统。
[1]
2.2单片机的引脚功能介绍
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位单片机。
[2]
其引脚图见下:
图2.1AT89C51的引脚图
按引脚的功能可分为四部分:
⑴电源引脚:
①Vcc:
接电源正极。
②Vss:
接地。
⑵时钟电路引脚:
①XTAL1:
片内振荡器反相放大器的输入端。
②XTAL2:
片内振荡器反相放大器的输出端。
⑶并行I/O口引脚:
共四个口,32根I/O线。
①P0:
8位、漏极开路型双向I/O口。
可作通用I/O口使用,当使用片外存储器时,作低8位地址和8位数据分时复用。
在程序校验期间,输出指令字节,验证时需加外部上拉电阻。
②P1:
内部带上拉电阻的8位、准双向I/O口。
在编程/校验期间,用作输入低位字节地址。
③P2:
内部带上拉电阻的8位、准双向I/O口。
当使用片外存储器时,输出高8位地址。
在编程/校验期间,接收高位字节地址。
④P3:
内部带上拉电阻的8位、多功能双向I/O口。
除了作通用I/O口外,其主要功能是它的各位还有第二功能:
P3.0:
RXD串行输入端
P3.1:
TXD串行输出端
P3.2:
INT0外部中断0输入端
P3.3:
INT1外部中断1输入端
P3.4:
T0定时器/计数器0的外部输入
P3.5:
T1定时器/计数器1的外部输入
P3.6:
WR低电平有效,输出,片外数据存储器或I/O口写选通
P3.7:
RD低电平有效,输出,片外数据存储器或I/O口读选通
⑷控制信号引脚:
①RST:
复位输入信号,高电平有效。
②EA/Vpp:
片外程序存储器访问允许信号,低电平有效。
③ALE/PROG:
地址锁存允许信号,输出。
④PSEN:
片外程序存储器读选通信号,低电平有效。
3、硬件电路设计
一个单片机系统的硬件设计主要包括:
单片机系统的扩展部分设计、各功能模块的设计和工艺设计。
[3]
本设计的硬件电路主要包括:
单片机内部时钟电路、复位电路、无线射频发射电路、无线射频接收电路、语音电路和考核系统的设计。
3.1单片机内部时钟电路
时钟电路主要用来产生单片机工作所需要的时钟信号。
由于单片机内部本身带有时钟电路,所以只需在片外的XTAL1和XTAL2之间跨接晶振和微调电容即可。
该电路如下图(本设计使用12MHz晶振):
图3.1单片机内部时钟电路
3.2复位电路
对于复位信号,高电平有效。
复位有上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位3种操作方式。
在本设计中,采用的是按键电平复位,它通过按压键使复位端经电阻与Vcc接通来实现。
该电路如下图:
图3.2复位电路
3.3无线射频发射电路
3.3.1设计思路
通过翻阅各种资料,我了解到:
目前主要有4种方式可实现公交车的自动报站。
(1)GPS系统:
它是一种高精度卫星导航系统,通过用户设备接收GPS信号,对信号进行处理后获取方向、位置等有效信息,从而实现GPS的导航与定位。
但因其价格昂贵,目前只被较少的城市使用。
(2)无线收发一体芯片:
例如,TR3001主要通过蓝牙技术设计。
蓝牙是一种短距离通信的无线电技术,一般在10米以内。
它支持点对点及点对多点通信。
[4]因此,在实际应用中也不适用于公交车自动报站。
(3)无线遥控系统:
一般有红外线发射和电磁波发射两种方式。
①红外遥控系统以红外线为数据传输介质,由发射和接收两部分组成。
一般用遥控器产生的编码脉冲驱动红外发射管,输出红外遥控信号;用一体化接收头完成对信号的接收、放大、检波、滤波、整形,并解调出相应的编码脉冲,遥控编码脉冲是一组二进制码。
红外发射管是一种能将电能转变为近红外光的发光显示器件,它的发射信号经频率调制后一般的接收距离可超过10米,无干扰时可超过30米。
由于公交行驶线路不可能畅通无阻,它的速度一般为40-50公里(千米)/小时,因此它每秒行驶的路程大约为11.1米。
由此可见,当公交车到达某一站点时速度稍微过大,就可能无法接收到红外信号,从而也就无法实现报站。
红外遥控距离短,只能直线方向遥控,而且红外线无法穿透障碍物。
因此,以上情况都可能成为报站过程中存在的不确定因素。
②以电磁波为数据传输介质的遥控系统,主要框架和红外遥控系统相同。
不同之处在于,电磁波的遥控具有衍射作用,可以跨越一定的障碍物,也不需要直线遥控。
当发射端发射一定频率的电磁波时,接收端只有筛选出相同频率的电磁波信号并经过解码才能得到。
(4)无线射频收发模块F05P、J04V:
F05P与J04V是配对使用的。
它们常与编解码集成电路组成无线收发电路。
F05P是射频无线发射模块,适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输,对直流电平及模拟信号不能发射,采用ASK方式调制。
J04V是超再生接收模块,主要应用于需要长期处于接收状态的遥控报警及单片机数据传输系统。
性能稳定,具有较好的灵敏度及性价比。
它们二者都是小体积、低功耗的模块。
[5]
基于以上方案,本设计采用方案四,通过无线收发模块F05P/J04V与PT2262/PT2272的编解码集成电路共同实现公交车的自动报站。
常用的编解码集成电路芯片为:
PT2262/PT2272。
它们的引脚图如下:
图3.3编解码芯片PT2262/2272引脚图
PT2262最多可有6位数据端管脚,编码信号是由8位地址码、4位数据码以及同步码组成的一个串行码字。
PT2262和PT2272的地址编码必须完全一致,而且振荡电阻也必须匹配。
一般PT2262的振荡电阻采用12兆欧,PT2272用200千欧匹配。
编码信号从PT22
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