毕业论文-公交车无线自动报站系统设计.doc

西安工业大学北方信息工程学院西安工业大学北方信息工程学院 本科毕业设计本科毕业设计(论文论文) 题目题目：公交车无线自动报站系统公交车无线自动报站系统 硬件设计硬件设计 系 别： 电子信息系 专 业： 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 年 月 I 公交车无线自动报站系统公交车无线自动报站系统硬件设计硬件设计 摘摘 要要 随着科学技术的日益发展和进步,无人售票公交车在街头多起来了，语音报 站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给 许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。 对于报站器的设计国内已有相关的文献评论，但是总的来说以前的设计， 功能相对比较单一，无法充分利用单片机系统的资源，最大程度的发挥报站器 的全部功效。本文则结合单片机技术、语音技术、测温技术、无线数据传输技 术和 LCD 显示技术，不但发挥了报站器的报站功能，而且同时拥有测温功能和 汉字显示功能。实现了公交车进站前自动预报前方到站；全市公交车辆都可以 到那站报那站，线路的变化都没有关系；同样可以实现自动预报站，无须司机 按键。不但给乘客带来方便，而且能让司机更加专心于驾驶，加强了道路行驶 安全性。 关键词：关键词：语音；测温；无线数据传输；LCD 显示 II The bus wireless Auto Reports station system Hardware Design Abstract Along with the increasing development and progress of science and technology, the bus without ticket-seller becomes more and more popular today, at the same time the audio stop-reporting device finds a wide use. This exempts the bus stewards from the trouble of reporting stops along the route and facilitates the passengers who are not familiar with the route. In our country, there have been relevant documents about the design of stop- reporting device. But from the whole, their designs have the deficiency of comparative single function, and inability to make full use of the resources of Monolithic machine system to bring out the entire efficacy of the device in largest degree. This paper incorporating the technology of Monolithic machine, Pronunciation，temperature-measuring, radio data transmission and LCD, gives a new design which have not only the stop-reporting function, but also the temperature- measuring and character-indication functions. Thus it realizes the basic arrive, no matter the routes change or not; at the same time, it have the function of pre-reporting stops function of reporting stops: the buses of the whole city can report stops where they: at a certain distance before the stop, it can automatically and accurately report the stops without the driver pushing the button. At the time of bringing convenience to the passengers, it also makes the driver more intent on their working, thus increasing the security of the traffic. Key words: pronunciation; measure the temperature; wireless data transmission; LCD is demonstrate III 目目 录录 1 绪论绪论.1 1.1 引言1 1.2 课题研究的背景及意义1 1.3 报站器的动态发展趋势及国内外相关研究情况1 1.4 系统可行性分析2 1.5 研究步骤和方法2 1.6 设计的主要任务3 2 系统的硬件方案设计系统的硬件方案设计.4 2.1 系统功能及技术要求4 2.2 采用的研究方案4 3 系统接口电路的分析与设计系统接口电路的分析与设计.7 3.1 单片机的介绍7 3.2 系统电源部分的设计8 3.3CPU 其他外围电路设计 9 3.3.1 看门狗电路的设计9 3.3.2 时钟电路10 3.4 电平转换电路的设计10 3.4.1 RS232 标准10 3.4.2 电平转换芯片的选择11 3.4.3 无线数据模块的工作介绍12 3.5 温度采集电路设计13 3.5.1 温度采集芯片 DS18B20 的功能特点13 3.5.2 DS18B20 温度传感器的内部硬件结构.14 3.5.3 DS18B20 和单片机的接口.14 3.6 实时时钟接口电路设计16 3.6.1 实时时钟 DS12887 的特点和功能.16 3.6.2 DS12887 时钟芯片的结构.16 3.6.3 DS12887 和单片机的接口电路18 3.7 语音接口电路设计19 3.7.1 ISD2560 的功能特点 19 IV 3.7.2 ISD2560 的内部结构 19 3.7.3 ISD2560 和单片机的接口设计 21 3.8 液晶显示电路设计22 3.8.1 液晶显示功能概述22 3.8.2 液晶显示的外形尺寸图23 3.8.3 液晶显示的接口电路23 3.9 存储电路24 4 电路原理图的设计和电路板的制作印刷板电路原理图的设计和电路板的制作印刷板.26 4.1 电路原理图的设计26 4.2 电路板的制作和印刷27 4.2.1 布局27 4.2.2 布线28 4.2.3 去耦合电容配置29 4.2.4 单片机系统调试29 5 总结总结.31 参考文献参考文献.32 致致 谢谢33 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明34 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明.35 附录附录 1.36 附录附录 2.37 1 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 引言引言 作为一个城市的公交企业，它既要代表政府体现当地城市的形象，又要尽 一切力量减少政府投资，创造良好的社会效益和经济效益。而传统的公交运营 系统的装备和管理模式较难达到这两者的完美结合。随着科学技术的发展，公 交应用系统带给公交企业的将不仅是形象的提升，也是效益的增长。虽然现在 已经有些车上已经采用 GPS 定位系统自动报站，但其昂贵的成本，难以实现普 及。为了实现城市公交车的自动报站，本文设计了一套低廉、高性能的城市公 交车无线自动报站系统。 1.2 课题研究的背景及意义课题研究的背景及意义 当前国内主要大城市的公交车大都采用人工语音报站，即每到一站由司机 或者乘务员按语音键来进行报站，而车站的识别、语音的播放还要靠驾驶员控 制，不仅增加了驾驶员的操作,还存在一定的安全隐患。另外由于受到各种因素 如雨雪天路滑，车上拥挤，乘务员心情的变化等的影响，会出现报错,漏报的情 况，给乘客带来了不必要的麻烦，特别是给不熟悉本市地形的外来乘客带来了 不必要的麻烦,从而影响到了一个城市的窗口形象工程建设，因此公共汽车自动 报站系统的研发势在必行。 公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影 响服务的质量。传统的由乘务人员人工报站，因其效果太差和工作强度太大， 在很多大城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的日益发展和进步，微型计 算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语 音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得公交车报站器的实现成为可能， 从而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车报站系统的不足之处， 结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车 自动报站系统 。公交车自动报站器的设计主要是为了弥补传统语音报站器必须 有司机操控才能工作的落后方式，进站、出站自动播报站名及服务用语，为市 民提供更人性化，更完善的服务。如果采用了我们研发的公共汽车自动报站系 统不会出现由于受到各种因素如雨雪天路滑,车上拥挤,乘务员心情的变化等的影 响而出现报错站，漏报的情况。从而给乘客带来了极大的方便；不会因坐车过 站而走冤枉路,为我们城市的窗口形象工程建设贡献一份力。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 2 1.3 报站器的动态发展趋势及国内外相关研究情况报站器的动态发展趋势及国内外相关研究情况 行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形 乃至色彩都有更高的要求。作为公共汽车还要求有醒目和减少乘务人员劳动强 度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术 的采用也将越来越普及。 公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公交车的 服务质量。目前公交车报站有三种方式：(1)利用 GPS 全球卫星定位系统的公交 车报站系统即在司机座位后面隔板上，安装了一台 15 英寸的液晶电视和 GPS 信号接收器，目前美国部分城市投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其 功能强大，系统稳定，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受；(2)手动 电子报站；(3)人工报站；目前我国部分城市采用手动电子报站和人工报站的方 式，而它们都离不开司务人员，加大司乘人员的工作强度。 1.4 系统可行性分析系统可行性分析 要做一个实用性比较高的公交报站系统，前期的调研是必不可少的。通过 在各个车站收集公交司机及各个年龄阶段的乘客对报站系统的看法和他们心中 理想的报站方式，得出以下两个结论：(1)准确报站：由于司机在操作报站系统 时经常会按错键或忘记按键，而且在调整系统时会连续报出几个站点，让不熟 悉路线的乘客不知所措。(2)普通话报站：许多外来人员对此深有感触，听不懂 的报站语言让乘客不知是否已到达目的地，经常下错车带来很多不必要的麻烦， 因而普通话报站对于外来人员来往频繁的大城市是非常有必要的。 然而各个公交车站并没有对现有报站系统进行改进，根据调查走访，主要 原因在于现今仍然没有一个性能比较好且制作改装成本低、可以普及的报站系 统，因而一直没有对报站系统进行改良。针对该现象，本文所设计的城市公交 车无线自动报站系统，其创新之处在：(1) 采用编码技术对每一个车站点进行 编码，当车行驶到车站点信号范围内时，系统将自动识别该站并发送指令启动 语音报站系统进行语音报站及站名显示。(2)采用短距离无线数据通讯技术，自 动报站，高效准确。(3)该系统能利用现有系统进行改装，而且改装容易，制作 成本低，运行几乎不需要成本。 1.5 研究步骤和方法研究步骤和方法 第一：理论准备阶段，理解题目，研究题目所涉及到的内容，能够较好的 掌握有关题目的知识。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 3 第二：确定系统各个硬件部分电路，理清各个硬件部分电路与单片机之间 的连接关系，并开始进行相关硬件电路的资料收集。 第三：规划课题，确定组成结构，提出大体系统框架并在结构框架的基础 上提出原理框图。 第四：完成硬件设计部分并画出各部分电路图，将系统部件通过接口电路 集合在一起，并画出电路图。 第五：根据系统控制过程完成软件设计部分，绘制出主流程图。 第六：检查是否可以实现要求的控制目的，能够按照要求实现控制功能。 第七：整理论文。 1.6 设计的主要任务设计的主要任务 本文对系统的理论分析、硬件电路的设计制板和功能方法都有了详细的介 绍。 系统设计的重点： （1）接口电路的设计 （2）RS232 与 TTL 的电平转换电路 （3）其他外围电路的设计 2 系统的硬件方案设计 4 2 系统的硬件方案设计系统的硬件方案设计 2.1 系统功能及技术要求系统功能及技术要求 公交车无线自动报站系统是针对公共汽车公司需求而设计开发的，与其他 国内同类产品区别在于：采用全自动的方式进行自动报站，完全不需要驾驶员 在进站前操作键盘，分散注意力，真正实现自动报站功能。同时可以与 LCD 液 晶显示实时时钟、车内温度和到站的文本信息，并配有真人语音报站功能，为 公交车装备现代化，提高服务档次起到本产品应尽的责任。 技术要求： 1) 无需按键实现自动语音报站，到站前每个 10 秒连续播报并配有文字提示。 2) 车辆内部温度实时采集，温度采集精度：1 3) LCD 字符显示 4) 实时时钟 5) 语音报站 6) 使用电源：直流：12V 7) 使用环境：温度：4050 2.2 采用的研究方案采用的研究方案 根据公交车无线自动报站系统的功能要求及技术要求，为实现全自动报站， 将本系统分成两个子系统：站台系统和车载系统。两个子系统的信息交换通过 无线数据模块来完成，进而完成自动报站。整个系统的结构图如图 2.1 所示。 站台系统上电自检后，自动处于休眠状态。当车辆驶进入到无线数据模块收发 的距离范围（具体可参考下一章）之内，站台系统接收到车载系统发来的正确 命令数据后（具体数据协议参考下一章） ，将本站的站台信息回发到车载系统， 车载系统接收到站台系统回发的数据后，根据数据协议，解析数据查表得到本 站信息，然后通过语音芯片进行语音输出，并利用 LCD 进行文本滚动提示乘客。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 5 无线数据模块 无线数据模块 车载系统 站台系统 图 2.1 系统的结构图 根据上述的整个系统的功能和结构图，以及市场的调研和相关资料的查询， 确定整个系统硬件框图如图 2.2 所示。 图 2.2 系统硬件框图 如图 2.2 所示,整个系统有两个子系统组成,车载系统和站台系统。站台系统 功能比较简单，主要完成 TTL 电平与 RS232 电平的转换及串口数据的接收和发 送。为此，该子系统硬件设计较简单。公交车无线自动报站系统主要的功能主 要集中在车载系统，为此，车载系统以单片机 89C52 为核心，利用 DALLAS 公司的 DS18B20 温度传感器和 DS12887 时钟芯片，完成车内温度的实时检测 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 6 和时间数据的读取，最终将温度和时间数据送至 LCD 实时显示。另外通过无线 数据模块和电平转换电路完成车载系统与站台系统的数据通信，从而实现全自 动语音报站。 本次毕业设计的主要任务是完成公交车无线自动报站系统的硬件电路的设 计，而车载系统的设计则是本设计最核心的部分。 3 系统接口电路的分析与设计 7 3 系统接口电路的分析与设计系统接口电路的分析与设计 系统接口电路的设计系统的最重要的部分，在确定系统功能要求及系统硬 件方案后，选定芯片，查阅芯片的使用手册及其引脚的定义的后，根据 CPU 总 线与 I/O 设备之间信号要求及时序进行相应的接口设计，通常设计接口时应对 完成的功能所需要的硬件和软件作统筹考虑，确定那些功能由硬件完成，哪些 功能由软件实现，两者之间做出合理的接口电路设计思路。在此基础上，合理 的选用 I/O 接口芯片，进行硬件接口电路设计及如何与 CPU 的连接是至关重要 的。 微处理器是公交车无线自动报站系统的核心部件，它的结构、特性对所研 制的系统的性能有很大影响。因此，对微处理器的选择尤为重要。我们通过选 取和对比各种型号的微处理器芯片的功能特性和价格，发现 AT98C5X 以其低 廉的价格、强大的功能，完全符合经济的原则并且完全满足本系统的功能要求。 所以，在两个子系统中我们分别选用 AT89C51 和 AT89C52 作为 CPU 芯片。 3.1 单片机的介绍单片机的介绍 单片机小系统选择的是 ATMEL 公司的低功耗，高性能的 CMOS8 位单片 机 AT89C52 芯片，片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器 （PEROM）和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用 ATMEL 公 司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品 引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C52 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 主要性能参数： a. 与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容 b. 8k 字节可重复擦写 Flash 闪速存储器 c. 1000 次擦写周期 d. 全静态操作：0Hz-24Hz e. 三级加密程序存储器 f.256 乘 8 字节内部 RAM g. 32 个可编程 I/O 口线 h. 3 个 16 位定时/计数器 i.8 个中断源 3 系统接口电路的分析与设计 8 j.可编程串行 UART 通道 k. 低功耗空闲和掉电模 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 9 AT89C52 的引脚排列如图所示 图 3.1 AT89C52 的引脚排列 3.2 系统电源部分的设计系统电源部分的设计 在本系统中所涉及的两个子系统均需要用到电源，电源是系统的能量来源， 另外电源电压的要求及其稳定性和可靠性将是系统首要考虑的问题。两个子系 统的 CPU 及外围芯片的供电均需要稳定的 5V 电源，因此两个子系统的电源电 路的设计类似，因此在本设计中以车载系统的电路设计为例，必须给 CPU 提供 一个比较稳定的5V 电源电压。在此本次设计中采用了三端集成稳压 LM7805CV 来稳压。 集成稳压器 LM7805CV 是将非稳定的直流电压变换成稳定的直流电压的 IC 芯片。LM7805CV 集成稳压器有输入端、输出端及公共端三个引脚。芯片内 部设有过流保护、过热保护及调整管安全保护电路，其所需外接元件少，使用 方便、可靠。广泛地用于各种电子设备中。LM7805CV 最大的输入电压为 35V，最小输入电压为 7.5V，其输出电压为+5V。具体电路图 3.2 如下： 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 10 图 3.2 电源电路 LM7805CV 输入端 1 脚接 VS，VS 是12V 直流电压，符合 LM7805CV 的 电压范围，管脚 2 接地，这样管脚 3 就可输出5V 的稳定电压。为了滤除输入 和输出电压上的纹波，分别在 LM7805CV 的输入和输出管脚分别接以电解电容 和陶瓷电容，使其得到较稳定的电源电压。 3.3CPU 其他外围电路设计其他外围电路设计 3.3.1 看门狗电路的设计看门狗电路的设计 看门狗就是在程序飞跑或死机时,对系统进行复位重新置位,以使系统恢复正 常运行的一种专用电路。现在常用的看门狗主要有两种：软件狗和硬件狗。软 件狗实际上就是通常说的软件指令,一旦程序跑飞,只要程序指针指向这些地址, 便立即被强行跳转至程序的开头或其他指定地址处,从而使程序继续正常执行。 硬件狗现在更多的被采用。所谓硬件狗，就是一个能够发送“复位”信号的 计数器或定时器电路。以前常用的硬件狗由脉冲计数器和一些外围电路组成， 计数清零和溢出端分别和单片机的 I/O 与 RST 相连接。其工作原理是：由脉冲 发生电路产生脉冲，计数器对脉冲进行计数。程序正常运行时，CPU 在计数器 溢出之前通过 I/O 口对计数器清零，使计数器不能溢出，此时由于溢出端与 CPU 的 RST 端相连接，所以使单片机系统“复位”，使其能重新正常运行。 单片机系统的供电电源有时候因为各种不同原因而不稳定，发生电压波动 或瞬时掉电的现象，从而影响系统的正常工作和数据保存。如果能对电源电压 进行监视，当电源电压下降到某一特定值时，发生一个信号给单片机和电源切 换电路，那么就使 CPU 及时进行必要的操作和维持工作电源的稳定。MAX813 能够完全满足要求。 所以本系统采用 MAX813 作为电源监视和看门狗芯片。电路图如图 3.3 所 示。将第 7 脚接 CPU 的复位脚，第 1 脚与第 8 脚相连，第 6 脚与 CPU 的 P1.6 相连。在软件设计中，P1.6 不断输出脉冲信号。如系统死机导致 P1.6 无脉冲信 号输出，则 1.6 秒后在 MAX813 的第 8 脚输出低电平。该低电平加到第 1 脚， 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 11 使 MAX813 产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为 200ms，使 CPU 有效复 位，摆脱死循环的困境。 看门狗复位电路如图 3.3 所示：如果在 1.6 秒内没有触发该电路(即第 6 脚 无脉冲输入)则第 8 脚输出一个低电平，是单片机复位 MR 1 PFI 4 WDO 8 RES 7 WDI 6 PFO 5 U6 MAX813 RST 1 DOG 图 3.3 看门狗电路 电路连接图如图所示。在这个系统中，P16 作为看门狗的“喂狗”信号； REST 和单片机的复位信号连接。 3.3.2 时钟电路时钟电路 在单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为单片机的 XTAL1，其出端为单片机的 XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1 和 XTAL2 之 间跨接晶体振荡器和两个 33PF 微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。 在此我们采用 11.0592MHZ 即可满足两个子系统的要求。 Y1 11.0592M C21 33PF C22 33PF X11 X12 图 3.4 晶振电路 3.4 电平转换电路的设计电平转换电路的设计 车载系统与站台系统均采用无线数据模块传输数据，其接口是 RS232 串口， 电平是 RS232 电平，而单片机的串口是 TTL 电平，为此在车载系统和站台系统 均需要设计 RS232 电平转换电路。 3.4.1 RS232 标准标准 RS-232C 标准（协议）的全称是 EIA-RS-232C 标准，其中 EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS（ecommeded standard）代 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 12 表推荐标准，232 是标识号，C 代表 RS232 的最新一次修改（1969），在这之前， 有 RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。 常用物理标准还有有 EIA；RS-232-C、EIA;RS-422-A、EIA；RS-423、EIA；RS- 485。 我们这里用的是 EIA；RS-232-C（简称 232，RS232）。 EI RS-232C 与 TTL 转换：EIA-RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态，与 TTL 以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终 端的 TTL 器件连接，必须在 EIA-RS-232C 与 TTL 电路之间进行电平和逻辑关系 的变换。MAX232 芯片可完成 TTLEIA 双向电平转换。 这里我们选用 DB-9 连接器，在 AT 机及以后，不支持 20mA 电流环接口， 使用 DB-9 连接器，作为提供多功能 I/O 卡或主板上 COM1 和 COM2 两个串行 接口的连接器。它只提供异步通信的 9 个信号。DB-25 型连接器的引脚分配与 DB-25 型引脚信号完全不同。因此，若与配接 DB-25 型连接器的 DCE 设备连 接，必须使用专门的电缆线。 电缆长度：在通信速率低于 20kb/s 时，RS-232C 所直接连接的最大物理距 离为 15m（50 英尺）。传输电缆长度由 RS-232C 标准规定在码元畸变小于 4% 的情况下，传输电缆长度应为 50 英尺，其实这个 4%的码元畸变是很保守的， 在实际应用中，约有 99%的用户是按码元畸变 10-20%的范围工作的，所以实际 使用中最大距离会远超过 50 英尺，在 9600 的时候可以达到 250 英尺，即 75 米。 3.4.2 电平转换芯片的选择电平转换芯片的选择 在两个系统中均采用 MAX232APE，它是一种双组驱动器/接收器，片内含 有一个电容性电压发生器以便在单 5V 电源供电时提供 EIA/TIA-232-E 电平。 每个接收器将 EIA/TIA-232-E 电平输入转换为 5V TTL/CMOS 电平。这些接收 器具有 1.3V 的典型门限值及 0.5V 的典型迟滞，而且可以接收V 的输入。 15 每个驱动器将 TTL/CMOS 输入电平转换为 EIA/TIA-232-E 电平。MAX232 的工 作温度范围为 0至 70。 MAX232APE 的特点 1) 单 5V 电源工作 2) LinBiCMOS 工艺技术 3) 两个驱动器及两个接收器 4)V 的输入电平15 5) 低电源电流:典型值是 8mA 6) 符合甚至优于 ANSI 标准 EIA/TIA-232-E 及 ITU 推荐标准 V.28 7) 可与 Maxim 公司的 MAX232 互换 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 13 8) ESD 保护大于 MIL-STD-883(方法 3015)标准的 2000V 引脚排列 图 3.5 MAX232 芯片引脚图 3.4.3 无线数据模块的工作介绍无线数据模块的工作介绍 本设计采用采用 LACUP 型微功率无线数据传输模块，其特点如下： a. 微功率发射：最大发射功率为 10MW b. 工作频率在 1SM 频段，无需申请频点。载频频率 430MHZ434MHZ，也可提供 315/868/915MHZ 载频。 c. 高抗干扰能力和低误码率：基于 FSK 的调制方式，采用高效前向纠错 信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为 10- 2 时，可得到实际误码率 10-510-6。 d. 传输距离远：在视距情况下，天线高度3M，可靠传输距离 300M（BER=10-3/1200Bit/s） e. 透明的数据传输：提供透明的数据接口，能使用任何标准或非标准的用 户协议。自动过滤空中产生的噪音信号及假数据。 f.多信道，多速率：LACUP 型模块标准配置提供 8 个信道，根据用户 需要，可扩展到 16/32 信道。满足用户多种通信组合方式。同时，LACUP 型 可提供 1200Bit/s,2400Bit/s,4800Bit/s,9600Bit/s 等多种通信波特率，并且接口波 特率与无线传输波特率一样，以满足客户设备对不同波特率的需要。 g. 双串口，3 种接口方式：LACUP 型模块提供 2 个串口，COM1 为 TTL 电平 UART 接口。COM2 由用户自定义为标准的 RS232/RS485 口。 h. 大的数据缓冲区：可 1 次传输无限长度的数据，用户编程更灵活。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 14 i.智能数据控制，用户无需编制多余的程序。 j.低功耗及休眠功能：接收情况下，电流30MA，休眠时电流仅为 10UA。 k. 高可靠性，体积小，重量轻：采用 CC1000 单片射频集成电路及单片 MCU，外围电路少，可靠性高，故障率低。 查阅 MAX232 相关资料及无线模块接口定义后，设计电平转换电路图如图 3.6 所示。 1 2 3 4 J2 CON4 TXD RXD VCC GND 10 12 11 C2- 5 C2+ 4 C1- 3 C1+ 1 9 7 13 8 V+ 6 14 V- 2 GND 15 VCC 16 R1OU T T2IN T1IN R2OU T T1OUT T2OUT R1IN R2IN U3 M AX3232 TXD1 RXD1 TXD RXD C4 0.1uF C5 0.1uF C6 0.1uF C7 0.1uF C8 0.1uF VCC VCC 图 3.6 电平转换电路 3.5 温度采集电路设计温度采集电路设计 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应， 在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片 机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需 要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器，在单片 机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采 用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进 行转换，就可以满足设计要求 3.5.1 温度采集芯片温度采集芯片 DS18B20 的功能特点的功能特点 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范 围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所， 或科研实验室使用。 DS18B20 单线数字温度计 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 15 1) 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 2) 简单的多点分布应用 3) 无需外部器件 4) 可通过数据供电 5) 零待机功耗 6) 测温范围-55+125以 0.5递增。华氏器件-67+257，以 0.9递 CCFF 增。 7) 温度以 9 位数字量读出 8) 温度数字量转换时间 200ms（典型值） 9) 用户可定义的非易失性温度报警设置 10)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件 11)应用包括温度控制，工业系统，消费品，温度计或任何热感测系统 DS18B20 通过一个单总线口发送或接收信息，因此在中央微处理器和 DS18B20 之间仅需一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以 从数据线本身获得，无需外部电源。因为每个 DS18B20 都有一个独特的片序列 号，所以多只 DS18B20 可以同时连在一根单总线上，这样就可以把温度传感器 放在许多不同的地方。这一特性在 HVAC 环境 控制，探测建筑物，仪器或机 器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。 3.5.2 DS18B20 温度传感器的内部硬件结构温度传感器的内部硬件结构 图 3.7 DS18B20 内部结构示意图 3.5.3 DS18B20 和单片机的接口和单片机的接口 DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。另一种是寄生电源供电 方式，本设计采用第二种供电方式，如图 3.8 所示单片机 P3.4 口接单线总线， 为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 4.7k 电阻来 完成对总线的上拉。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 16 当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 转换操作时，总线上必须有强的 上拉，上拉开启时间最大为 10us。采用寄生电源供电方式时 VDD 端接地。由 于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10/T 1 P11/T 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 TXD 11 RXD 10 U1 89C52 RST 1RXD1 TXD1 RD WR AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 X11 X12 CSAD CLK DO DI SDA SCL DOG CSDS INTDS VCC ALE LCDCS KO1 RS RW E CISD A8 A9 EOM PD 1 2 3 J11 DS18B20 R21 4.7k VCC GND DQ DQ 图 3.8 原理连接图 DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等 优点但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS18B20 与微处理 器间采用的是单总线的通信协议，因此，在对 DS18B20 进行读写编程时，必须 严格的保证复位时序和读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用 C 等高级 语言进行系统程序设计时，对 DS18B20 操作部分最好采用汇编语言实现。 (2)在 DS18B20 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS18B20 数量问题， 容易使人误认为可以挂任意多个 DS18B20，在实际应用中并非如此。当单总线 上所挂 DS18B20 超过 8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题。 (3)连接 DS18B20 的总线电缆是有长度限制的。当采用普通信号电缆传输长 度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽 电缆时，正常通讯距离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电 缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形 产生畸变造成的。因此，在用 DS18B20 进行长距离测温系统设计时要充分考虑 总线分布电容和阻抗匹配问题。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 17 (4)在 DS18B20 测温程序设计中，向 DS18B20 发出温度转换命令后，程序 总要等待 DS18B20 的返回信号，一旦 DS18B20 接触不好或断线，当程序读该 DS18B20 时，将没有返回信号，程序进入死循环。 3.6 实时时钟接口电路设计实时时钟接口电路设计 为了方便乘客出行掌握准确的时间，车载系统带有实时时钟显示功能，实 时显示日期和时间。而实时时钟芯片有很多种，比如飞利浦公司的 PCF8563 等 等。 在此我们选择美国 DALLAS 公司的自带锂电的 DS12887 时钟芯片。 3.6.1 实时时钟实时时钟 DS12887 的特点和功能的特点和功能 DS12887时钟芯片的主要特点： 1)可作为IBM AT 计算机的时钟和日历 2)与MC146818B和DS1287的管脚兼容 3)在没有外部电源的情况下可工作10年以上,不丢失数据 4)自带晶体振荡器及锂电池 5)可计算到2100年前的秒、分、小时、星期、日、月、年7 种日历信息，并 有闰年补偿功能 6)用二进制码或BCD 码代表日历和闹钟信息 7)有12和24小时两种制式，12小时制式带有PM 和AM 提示 8)可选用夏令时模式 9)可以应用于MOTOROLA和INTER两种总线 10) 数据/地址总线复用 11) 内建128字节RAM单元与软件接口，其中14 字节为时钟单元和控制H 状态 寄存器，114字节为通用RAM，可由用户使用，所有RAM 单元数据都具有 掉电保护功能（ 非易失性RAM）； 12) 可编程方波输出；中断信号输出IRQ 和总线兼容，定闹中断、周期性中断、 时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行置位测试。 13) 总线兼容中断（/IRQ） 14) 三种可编程中断 -时间性中断 可产生每秒一次直到每天一次中断 -周期性中断122ms到500ms -时钟更新结束中断 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 18 3.6.2 DS12887 时钟芯片的结构时钟芯片的结构 DS12887 时钟芯片内部由振荡电路、分频电路、周期中断/方波选择电路、 14 字节时钟和控制单元、114 字节用户非易失 RAM、十进制/二进制计数器、 总线接口电路、电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成，DS12887 芯片 的内部结构框图如图所示。 图3.9 DS12887内部结构框图 DS12887时钟芯片的引脚排列如图所示。 图3.10 DS12887的引脚排列 DS12887时钟芯片的引脚功能 AD0-AD7 为地址/数据复用总线； NC为空脚； MOT为总线模式选择（Motorola/Intel），当此接到Vcc 时，选用的是 MOTOROLA 总线时序，当它地或不接时，选用的是INTER总线时序； CS（片选输入）-CS 当Vcc低于4.25V时，DS12887从内部禁止对外部CS的操作。此时，时钟和RAM 都被保护起来。 AS(地址锁存)-ALE R/W（Read/Write Input）-WR 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 19 DS(Data Strobe or Read Input)-RD 当系统总线选择的是INTEL总线模式时，DS被称作RD。当它有效时表示 DS12887正在往总线输出数据。RD信号线在存储器芯片上被称作OE信号线。 RESET为复位端，复位端对时钟、日历、RAM无效，系统上电时复位端要 保持低电平200ms 以上DS12887才可以正常工作；当复位脚为低并且Vcc高于 4.25V时，以下情况发生： a.周期中断允许（PIE）位清0 b.闹钟中断允许（AIE）位清0 c.更新完成中断标志（UF）位清0 d.中断请求状态标志（IRQF）位清0 e.周期中断标志(PF)位清0 f.当RESET为低时DS12887不可操作 g.闹钟中断标志（AF）位清0 h.IRQ呈高阻状态 i.方波输出允许（SQWE）位清 0 j.更新完成中断允许(UIE)位清0 IRQ （中断请求输出）- 当中断状态位和对应的中断允许位有效时，IRQ的输出保持为低。复位和 读C寄存器都可以清除IRQ中断信号。没有中断时，IRQ呈高阻状态，其它中断 源还可以挂接到中断总线上。由于IRQ是漏极输出，所以需要外接上拉电阻。 SQW为方波输出端，当Vcc低于4.25v 时没有作用； Vcc 为+5v电源； GND 为接地端。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 20 3.6.3 DS12887 和单片机的接口电路和单片机的接口电路 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10/T 1 P11/T 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 TXD 11 RXD 10 U1 80C52 RST 1RXD1 TXD1 RD WR AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 X11 X12 CSAD CLK DO DI SDA SCL DOG CSDS INTDS VCC ALE LCDCS KO1 RS RW E CISD A8 A9 EOM PD INTDS AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7ALE CSDS RD WR MOT 1 NC 2 NC 3 AD0 4 AD1 5 AD2 6 AD3 7 AD4 8 AD5 9 AD6 10 AD7 11 GND 12 CS 13 AS 14 R/W 15 NC 16 DS 17 RESET 18 IRQ 19 NC 20 NC 21 NC 22 SQW 23 VCC 24 U2 12C887 VCC GND RST 1 图3.11 DS12887芯片与AT89C51单片机的接口电路 本设计中模式选择脚MOT拉地，选择INTEL时序，选择DS12887时钟芯片 的地址总线及 AS端口和89C52单片微机的P27及ALE端直接相联；而DS、R/W 读写控制线与单片机的RD、WR控制线相连；DS12887的中断输出端IRQ和 89C52的外部INT0端相联，给单片机提供中断信号。 3.7 语音接口电路设计语音接口电路设计 目前我国部分城市采用手动电子报站和人工报站的方式，而它们都离不开 司务人员，加大司乘人员的工作强度。手动电子报站一般由司机或者乘务员控 制，经常出现错报，误报的情况，而由于各地方言的不同，给异地乘客带来不 少麻烦。 基于上述情况的不足，根据实际录放时间需求，采用美国ISD公司的ISD2560芯 片。 3.7.1 ISD2560 的功能特点的功能特点 ISD语音芯片是美国信息存储器件公司推出的高品质语音录放芯片，采用 ISD公司独有的直接模拟存储技术（DAST），该技术的采用使得音频信息无需 经过传统形式的(A/D、D/A)转换即可实现存取，有比同等数字存取更高的集成 度和更高的音质水平。ISD语音芯片具有抗断电功能，信息存放不易挥发，支 持多次录/放操作，寿命高达10次，可单独应用、多片级联，也可与微处理器配 合使用，具有很好的使用灵活性。ISD可广泛应用于工业控制、智能仪表、警 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 21 报、信息提示等场合，使信息交互人性化。 3.7.2 ISD2560 的内部结构的内部结构 AGC XCLK ANA IN ANA OUT MIC MIC REF AGC VccAVssAVssD VccDA0 A1 A2A3A4 A5 A6 A7 A8 PD OVFP/R CEEOMAUX IN SP+ SP- A9 12345678910111213 14 15 16 17 18 19 20 21 22232425 26 2728 480K 图 3.12 ISD