基于物联网车载语音联络系统设计

1、编编 号号 本本科科生生毕毕业业设设计计（ 论论文文 ） 题目：题目： 基于物联网技术的车载语音 联络系统的设计 物联网工程 学院 电子信息工程专业 学 号 学生姓名 王小玲 指导教师 于凤芹 教授 二一一年六月 设计总说明设计总说明 为了保障在夜间战场上无线电静默的状态下，不增加军车被发现的概率，实现部队 拉动中的指挥与联系畅通，选择以红外激光脉冲作为车队之间的联络方式，利用单片机 和键盘液晶显示以及语音芯片设计一个车队指挥联络系统，这是一个综合许多课程知识 的锻炼，又是一个有实用价值的课题。针对本课题涉及软硬件两方面，拟采取先研究硬 件，确定芯片及其与单片机的接口电路，再着手于软件实现的方

2、法完成该设计。 本课题以红外无线遥控技术为基础，提出了一种以红外激光脉冲作为媒介来实现军 队间的联络与指挥系统方案，核心是设计出一个无线红外遥控发射/接收系统。本设计以 红外线作为传递信息的载体，可对军队车辆的工作状态进行短距离无线控制，适用任何 内置红外收发设备的车辆。首先，介绍了物联网及红外通信概念和关键技术，阐述了红 外通信技术在车载语音联络系统中的应用优势和发展现状。其次，在分析车载语音联络 系统的特点和需求的基础上，设计了一种基于物联网的车载语音联络系统，重点研究了 该系统的体系结构，提出了红外发射模块、红外接收模块、键盘 LCD 液晶显示模块和语 音芯片模块的设计要求。然后，分析了

3、系统中使用的复位电路、电源电路、时钟信号。 最后，利用美国 Intel 公司生产的 MCS-51 系列单片机设计了一个联络系统。实现的功能 是，按下指令键盘，对应发出相应的编码脉冲。该脉冲再经驱动由红外发光二极管发射 到空间。接收端接收到光信号后，解码后 LCD 显示当前任务、语音芯片播报当前任务， 从而完成战场上军队车辆间的通信。 系统软件部分采用自顶向下的模块化程序设计方法，把系统划分成相对独立的功能 块，可分为发射部分、接收部分。依据功能块的时间顺序和相互关系，绘出了软件功能 流程图。再将这些粗框图具体化细分，直到这些模块能方便和有效地用子程序实现为止。 最后，对所做的工作进行了总结，并

4、对下一步工作提出了展望。 关键词：关键词：物联网；红外通信；语音芯片；LCD 液晶显示；车载 THE OVERALL INSTRUCTION OF THE DESIGN To ensure decreasing the probability that military vehicles may be found on the battlefield at night, there should be radio silence. Therefore in order to realize the command and communicate between military vehicle

5、s, this graduation design chooses infrared laser pulse as a team of contact, using MCU, keyboard, LCD and pronunciation chip to design a command contact system. It is not only a comprehensive exercise including much professional knowledge, but also a subject of practical value. According to this pro

6、ject involved two aspects of hardware and software, so intends to study hardware firstly, determining chips that were chosen and their interface circuits with single-chip microcomputer, then embark on software design. The topic is based on the infrared wireless remote control technology, and present

7、ed plan that uses the infrared laser pulse as a medium to realize a contact and command system between military vehicle, the core is to design a wireless infrared remote control transmit/receive system. The design of an infrared transmission of information as a carrier of controlled object can work

8、with any military vehicle state short-range wireless control as long as they are inbeded with the infrared transceiver equipment. The graduation design firstly introduces the concept and key technology of internet of thing and infrared communication, expounding the application of infrared communicat

9、ion technology in contact system and its development situation. Secondly, on the analysis of the characteristics of vehicle-mounted voice contact system based on the design requirements, design a kind of thing networking vehicle based on speech contact system. It focuses on studying the system struc

10、ture and puts forward the infrared emission module, infrared receiving module, keyboard LCD module and pronunciation chip module. Thirdly, it analyses the reset circuit, power supply circuit, the clock signal. Fourthly, it uses the 51 series microcontroller MCS -51 from the Intel company production

11、to design a contact system. The system try to accomplish the function that, when pressing one instruction keyboard, it sends out the corresponding coding pulse. The pulse then drives infrared LED to launch to the space. The receiver receives the light signal. After decoding the LCD module displays t

12、he current task, pronunciation chip broadcasts the current task, thus completing the communication between vehicles. System software part adopts the top-down modularization program design method. The system is divided into relatively independent function blocks, dividing into launch part and receivi

13、ng part. According to the time sequence and the relationship of the function blocks, drawing the software flow chart. Then put these crude diagrams, until these modules specific segments can be easily and effectively use subroutines to achieve. Finally, summarize the work that has been done and pres

14、ent future prospects. Keywords: Internet Of Thing; Infrared communication; Pronunciation chip; LCD display; on- board 目目 录录 第 1 章 绪论.1 1.1 课题背景 .1 1.1.1 课题来源与意义 .1 1.1.2 物联网、红外通信简介.1 1.2 国内外现状.2 1.3 本论文的主要内容.3 第 2 章 系统的分析.5 2.1 设计要求.5 2.2 总体设计方案.5 2.2.1 单片机控制模块.6 2.2.2 38KHz 载波的实现 .6 2.2.3 语音播报、LCD

15、的实现.7 2.3 方案可行性论证.7 第 3 章 各个模块的硬件设计.9 3.1 发射控制模块设计.9 3.1.1 键盘电路.9 3.1.2 红外发射电路.9 3.2 接收控制模块设计 .12 3.2.1 红外接收电路.12 3.2.2 LCD 液晶显示电路 .12 3.2.3 语音芯片接口电路.13 3.3 单片机硬件电路设计.15 3.3.1 RC 复位电路 .15 3.3.2 电源转换电路.15 3.3.3 时钟电路.16 3.4 系统的抗干扰设计.16 第 4 章 程序设计.17 4.1 红外发射模块.17 4.1.1 发射电路主程序流程图.17 4.1.2 红外发射子程序流程图.1

16、8 4.2 红外接收模块.19 4.2.1 接收电路主程序流程图.19 4.2.2 红外接收子程序流程图.20 第 5 章 结论与展望.21 5.1 结论 .21 5.2 展望 .21 参考文献.23 致 谢.24 附录 A.25 附录 B .27 第第 1 章章 绪论绪论 本章首先介绍了本毕业设计的课题背景，包括课题的来源与意义；物联网、红外通 信的简介；单片机综合红外通信的应用。接着介绍了红外通信的国内外现状。最后概括 了本论文的主要内容和章节安排。 1.1 课题背景课题背景 1.1.1 课题来源与意义课题来源与意义 为保障在夜间无线电静默状态下不增加发现概率，实现部队拉动中的指挥与联系畅

17、 通，以红外激光脉冲信号作为车队之间的联络方式，利用单片机和和键盘和液晶显示以 及语音芯片设计一个车队指挥联络系统，这是一个综合许多课程知识的锻炼，又是一个 有实用价值的课题。本毕业设计来自于江南大学自主研发项目。 1.1.2 物联网、红外通信简介物联网、红外通信简介 物联网（IOT:Internet of Things）泛指“物物相联之网” 。是利用二维码标签、射频识 别标签（RFID:Radio Frequency IDentification） 、各类传感器/敏感器件等技术和设备，按 约定的协议，通过互联网与电信网实现物与物、物与人之间的信息交互，支持智能的信 息化应用，实现对物体的智能

18、化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是 智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后 世界信息产业发展的第三次浪潮。随着现代微电子技术、纳米材料、无线通信技术及网 络的迅猛发展，物联网的研究在许多应用中取得了重大进展。越来越多的研究学者也进 入这一研究领域，这使得物联网中各项关键技术的研究近年来有了突飞猛进的发展。软 件方面，路由协议、MAC :Media Access Control 协议、数据融合算法、数据传输可靠性、 控制等方面都取得了丰硕的成果；硬件方面，射频和微处理芯片技术、传感器技术的发 展，极大的推动了物联网的应用范围1。 在很多单片机

19、应用系统中，常常利用非电信号（如光信号、超声波信号等）传送控 制信息和数据信息，以实现遥控或遥测的功能。红外通信具有控制简单、实施方便、传 输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。实现单片机系统红外通信的关键在于 红外接口电路的设计以及接口驱动程序的设计。 红外通信的基本原理：红外通信是利用 950nm 近红外波段的红外线作为传递信息的媒体， 即通信信道。发送端采用脉冲位置调制（PPM :Pulse Position Modulation）方式，将二进 制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去； 接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送

20、给解调电路进行解 调，还原为二进制数字信号后输出。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号 进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制 解调器。发射强度与接收灵敏度因不同器件不同应用设计而强弱不一。使用时只能以半 双工方式进行红外通信2。 1.2 国内外现状国内外现状 红外通信由来已久,但是进入 90 年代,这一通信技术又有新的发展,应用范围更加广泛。 红外数据协会开发的这种新的无线通信标准还得到 PC 机产业的有力支持。主要的开发 厂商，如微软、苹果、东芝和惠普公司，已推出了在计算机之间采用这种高速红外数据 通信的 PC 机、笔记本计算机、打印机和手持式

21、个人数字助理(PDA)设备。此外，红外通 信的连通性已用在大多数新的笔记本计算机中，并成为一种最具成本效益和便于使用的 无线通信技术而问鼎市场。 红外通信标准有可能使大量的主流计算机技术和产品遭淘汰，包括历史悠久的调制 解调器。预计，执行红外通信标准即可将所有的局域网(LAN)的数据率提高到 10Mb/s。 红外通信标准规定的发射功率很低，因此它自然是以电池为工作电源的标准。目前，惠 普移动计算分公司正在开发内置式端口，所有拥有支持红外通信标准的笔记本计算机和 手持式计算机的用户，可以把计算机放在电话机的旁边，遂行高速呼叫，可连通本地的 因特网。由于电话机、手持式计算机和红外通信连接全都是数字

22、式的，故不需要调制解 调器。红外通信标准的广泛兼容性可为 PC 设计师和终端用户提供多种供选择的无电缆连 接方式，如掌上计算机、笔记本计算机、个人数字助理设备和桌面计算机之间的文件交 换；在计算机装置之间传送数据以及控制电视、盒式录像机和其它设备。目前，符合红 外通信标准要求的个人数字数据助理设备、笔记本计算机和打印机已推向市场，然而红 外通信技术的潜力将通过个人通信系统(PCS)和全球移动通信系统(GSM)网络的建立而充 分显示出来。例如，诺基亚公司最近宣布它与加拿大的 AST 公司签订了提供无线通信系 统的合同，将这一技术产品投放市场，并在加拿大产业界目前许可经营的 PCS 数字通信 基础

23、设施上运行。由于红外连接本身是数字式的，所以在笔记本计算机中不需要调制解 调器。便携式 PC 机有一个任选的扩展插槽，可插入新式 PCS 数据卡。PCS 数据卡配电 话使用，建立和保持对无线 PCS 系统的连接；扩展电缆的红外端口使得在 PCS 电话系统 和笔记本计算机之间容易实现无线通信。预计在不久的将来，红外技术将在通信领域得 到普遍应用，数字蜂窝电话、寻呼机、付费电话等都将采用红外技术。红外技术的推广 意味着膝上计算机用户不用电缆连接的新潮即将到来。由于红外通信具有隐蔽性，保密 性强，故国外的军事通信机构历来重视这一技术的开发和应用。这一技术在军事隐蔽通 信，特别是军事机密机构、边海防的

24、端对端通信中将发挥出重要的作用。正如前面所述， 它还将对计算机技术产生冲击，对未来数据通信产生重大影响2。 近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机技术正在不断地走向成熟，被广泛应 用于各个领域，同时推动了控制检测技术的发展。在实时检测和自动控制单片机应用系 统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。红外通信技术的出现，不仅大大提高了 劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳动强度，改善了劳动条件。而微机技术 的出现，则使现代科学研究得到了质的飞跃，给现代工业测控领域带来了一次新的革命， 给人类的生活带来了根本改变2。 1.3 本论文的主要内容本论文的主要内容 本论文重点在于研究以红外收发为

25、基础，运用红外通信原理，以及单片机控制与接 口芯片的关系来实现一个夜间战场上无线电静默下，军队的联络与拉动系统。并在这个 理论的指导下，对该系统应用于实际的可行性进行分析。论文首先论述了课题的来源与 意义以及物联网和红外通信的概念及其应用。其次分析了红外通信技术在车载通信系统 应用中的优势及国内外发展现状。针对战场特殊场景及特别要求，构建基于物联网的车 载语音联络系统的体系结构。简单分析了51系列单片机的外围基本电路。从需求分析来 看，共涉及到的硬件模块有单片机控制模块、键盘扫描模块、红外发射模块、红外接收 放大模块、LCD液晶显示模块、语音芯片播报模块等。软件方面完成键盘扫描程序、红 外发射

26、程序、红外接收解码程序、LCD液晶显示程序、语音播报程序等。在车辆中嵌入 红外收发两部分，使军车间形成一个整体，任何短距离的两车载都可接收信息和发送信 息。在诸多数据的逻辑关系下，实现对军队的拉动指挥。最后，对本设计所做的工作进 行总结，并给出建议和展望。 第 1 章为绪论。综述了课题来源及意义、物联网及红外通信的概念、单片机红外通 信技术的应用和选题意义。本章首先指出本论文的课题来源及意义，要解决的问题，是 设计一个夜间无线电静默下的军队指挥联络系统。提出红外通信原理，物联网的概念， 基于单片机的红外技术应用及其国内外发展现状。同时在绪论中给出主要研究工作内容， 和本论文的框架结构。 第 2

27、 章为系统分析。首先给出本论文的主要设计要求，包括硬件要求和软件要求。 接着根据需求分析初步给出总设计方案。分别对单片机控制模块的选用实现，38KHz 载 波的实现、语音播报和 LCD 液晶显示任务的实现进行一一分析，然后给出整体的设计思 路。包括各个硬件模块与单片机的管脚配置，为全文的设计流程和思路提供了理论基础。 最后还给出了方案的可行性论证。本章内容是对该毕业设计做出一个初步完整的认识。 第 3 章为各个模块的硬件设计。首先是红外发射模块设计。该部分由键盘电路和红 外发射电路组成，达到的目的是，键盘按下任意一个命令键，对应红外编码发送出去。 接着是红外接收模块，由红外接收电路、LCD 液

28、晶显示电路和语言芯片接口电路组成， 完成的是红外解码控制 LCD 和语音芯片。最后，简单分析了本论文所选 51 系列单片机 的外围硬件电路，包括看门狗复位电路、电源电路和时钟电路以及系统的抗干扰的设计。 总的设计原理图将在附录 1 中给出。 第 4 章为程序设计。这是本论文软件实现部分。它包括红外发射模块和红外接收模 块两大部分。给出了红外发射电路主程序流程图、红外发射子程序流程图 、红外接收电 路主程序流程图、红外接收子程序流程图。根据这些软件设计流程图可以很方便得写出 汇编程序来。本论文的主要程序将在附录 2 中给出。 第 5 章为总结与展望。对本论文的理论原理及结论进行总结。并对今后工作

29、提出展 望。随后是附录给出程序清单、参考文献和致谢。 第第 2 章章 系统的分析系统的分析 本章首先论述了总的的设计要求，在此基础上提出总的设计方案。包括单片机控制 模块、载波的实现、语音播报芯片的选用。给出了整体设计思路和单片机与各个模块的 管脚配置，以及整体设计框图。最后进行了系统的可行性分析。 2.1 设计要求设计要求 1复习单片机的原理及软硬件开发设计方法；需要掌握 51 单片机的硬件结构，包 括主要功能，内部结构框图，外部引脚应用，存储器，定时器/计数器，中断系统。重点 掌握并行输入/输出接口，进行合理的管脚配置，把各个模块与单片机进行连接。 2完成系统需求分析并给出总体设计框图；给

30、出单片机与各个模块总体的框图。 3自学 protel 99se，根据每个硬件模块的设计方案，绘出总的电路原理图和制版图。 4学习相关单片机应用程序设计技术，复习汇编语言、C 语言等，给出各个模块的 软件流程图，并完成相应的程序代码设计与调试； 5用 LCD 液晶显示工作状态和当前指令（前进、后退、左转、右转） ；根据要求显 示的字符，选择合适的 LCD 芯片，给出芯片与单片机的接口电路。 6伴随指令的传递，用语音合成芯片播报提示当前指令。 7. 单片机定时器精确产生 38KHz 红外载波；根据控制系统要求能对红外控制指令信 号精确编码并迅速发送。精确接收红外信号，并对所接收信号进行解码、放大、

31、整形、 解调等处理，最后输出 TTL 电平信号控制 LCD 和语音芯片的工作；对非红外光及边缘红 外光抗干扰能力强。 2.2 总体设计方案总体设计方案 经过上诉方案的分析选择，得出系统硬件由以下几个部分组成：键盘电路、红外数 据发射电路，红外接收电路，语音芯片、LCD 液晶显示模块。 8051 单片机有 4 个 8 位并行 I/O 口，本毕业设计红外发射部分和接收解码部分分开 设计，所以采用两片 8051 单片机。发射部分由 8051 单片机、键盘电路、红外发射电路 组成，接收部分由 8051 单片机、红外接收电路、LCD 液晶显示电路、语音播报电路组成。 因此，不需要进行 I/O 口得扩展。

32、软件方面，由键盘扫描程序、红外发射程序、红外解码 程序、LCD 液晶显示程序以及语音播报程序组成。8051 内部有 128 字节的 RAM 和 4KB 的 ROM，可以放大约 200 条指令，所以不需要扩展存储器，I/O 口可以都用来与各个功 能模块的接口。8051 单片机的外围电路为时钟电路、电源电路、复位电路构成。把两片 控制单片机内置与车辆中即可实现任何两辆车短距离联通信，其中两辆车之间联络示意 图如图 2-1 所示。系统的总体设计框图如 2-2 所示。 发射接收发射接收 红外激光 红外激光 图 2-1 车载联络系统示意图 8051 复位电路 时钟 电路 键盘 电路 红外 发射 8051

33、 红外 接收 时钟 电路 LCD 语音 芯片 发射控制接收控制 复位电路 图 2-2 系统的总体设计框图 2.2.1 单片机控制模块单片机控制模块 本毕业设计采用的是目前比较通用的 51 系列单片机。此单片机的运算能力强，软件 编程灵活，自由度大，市场上比较多见，交个便宜且技术比较成熟容易实现。 2.2.2 38KHz 载波的实现载波的实现 根据红外通信原理，利用载波对红外激光信号进行调制从而减少信号传输过程中的 光波干扰，提高数据传输效率。本设计采用单片机 T0 定时产生 38KHz 载波。电路原理： 8051 定时器 T0 产生周期性的 26.3us 的矩形脉冲，即每隔 13us，定时器

34、T0 产生中断输出 一个相反的信号使输出端产生周期性的 38KHz 脉冲信号。计算公式如 2-1 所示，脉冲图 如图 2-3 所示3。 T=1/38 KHz （2-1） 26us 38 KHz 图 2-3 38KHz 载波信号 红外解码电路采用 8051 单片机加专用解码芯片 LT0038 组成,将红外信号从 38KHz 的载波上取出。虽然增加了外围电路的设计，使得单片机的 I/0 口减少，不利于多控制电 路。但其优点是软件设计简单，一体化接收头，集成了红外线的接收、放大、解调，不 需要任何外接元件，方便简单3。 2.2.3 语音播报、语音播报、LCD 的实现的实现 在单片机应用系统中语音芯片

35、通常用于操作提示、故障提示等。正如本设计中，当 它仅起放音作用时，它输出的基本词汇和数字是确定的，且数量有限。但通过单片机的 灵活控制，可以根据应用系统的实时变化，选择适当的语音词汇和数字组合输出。本毕 业设计可以说明这一点。用 8051 单片机作为控制单片机，ISD 系列产品具有音质自然、 使用方便、单片存储、反复录放、低功耗等许多特点，所以采用用 ISD1420 作为语音芯 片。准备实现的功能是当红外解码后，由单片机控制，根据指令语音芯片能够相应的播 报命令语音“前进”、“后退”、“左转”、“右转”。 LCD 液晶显示模块选用 LM12232，这是目前此类液晶显示器中性能价格比比较高， 应

36、用较普遍的一种。它完全达到本设计的要求，可分别显示“前进”、“后退”“左转” “右转”汉字。接收单片机解码以后，控制 LCD 显示。 2.3 方案可行性论证方案可行性论证 实用性：本系统具有实时性、灵活性、稳定性，以及多功能同时控制等优点，一个 车辆中只要同时嵌入红外发射模块和红外接收模块，即可实现军队车辆间的联络拉动。 整个系统的设计要求抗干扰能力强，防止误动作；安装、操作简单，维护方便；总体成 本低。 第第 3 章章 各个模块的硬件设计各个模块的硬件设计 本章介绍了本毕业设计的硬件电路设计，按照各个模块分别展开分析。首先介绍了 发射控制模块部分，由键盘和红外发射电路组成。接着介绍了接收控制

37、模块，它包括红 外接收电路、LCD 受控液晶显示电路以及受控语音芯片接口电路。最后简单介绍了 8051 单片机的外围硬件电路，包括电源电路、时钟电路、RC 复位电路。 3.1 发射控制模块设计发射控制模块设计 3.1.1 键盘电路键盘电路 独立式按键电路配置灵活，硬件结构简单，但是每个按键必须占用一根 I/O 口线，在 按键数量较多时，I/O 口线浪费较大。故只在按键数量不多时采用这种按键电路，本设计 共用到 4 个按键，分别对应指令“前进” 、 “后退” 、 “左转” 、 “右转” 。所以选择独立式按 键电路。 在此电路中，按键输入都采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O 口线有

38、确定的高电平。独立式键盘接至单片机的 P1.0P1.3 口。独立式键盘与单片机的接口电路 如图 3-1 所示。 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 80C51 VCC KEYA KEYD KEYC KEYB 图 3-1 独立式键盘接口电路 3.1.2 红外发射电路红外发射电路 （1）红外线通信系统的原理框图： 红外发射器由指令键，指令信号产生电路，调制电路，驱动电路及红外发射器件组 成。当指令键被按下时，指令信号产生电路便产生所需要的控制指令信号，将指令脉冲 编码信号调制在载波振荡器产生的载波上，然后用这脉码调制信号去驱动红外发光二极 管，以发出经过调制的红外光波，其红外通信系统发射部分的

39、电路图如图 3-2 所示3。 8051 (指令编码) 38KHZ 载波 驱动电路调制红外发射 控制键盘 图 3-2 红外发射电路框图 (2)红外编码原理: 通常，红外遥控器将遥控信号(二进制脉冲码)调制在 38KHz 的载波上，经缓冲放大 后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去。二进制脉冲码的形式有多种，其中 最为常用的是 PWM 码(脉冲宽度调制码)和 PPM 码(脉冲位置调制码）。前者以宽脉冲表 示 1，窄脉冲表示 0。后者脉冲宽度一样，但是码位的宽度不一样，码位宽的代表 1，码 位窄的代表 0。脉宽为 0.56ms、间隔 0.565ms、周期为 1.125ms 的组合表示二进制的

40、“0”；以脉宽为 0.56ms、间隔 1.69ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”。如图 3-3 所示3。 图 3-3 指令脉冲图 红外激光编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组 成。引导码也叫起始码，由宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成，用来标志 红外激光编码脉冲信号的开始。如图3-4所示。 图 3-4 信号引导码图 系统码也叫识别码，它用来指示红外通信系统的种类，以区别其它通讯系统，防止 各红外通讯系统的误动作。功能码也叫指令码，它代表了相应的控制功能，接收机中的 可根据功能码的数值完成各种功能操作。系统反码与功能反码分别是系统码与

41、功能码的 反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。脉冲位置表示 的“0”和“1”组成的32位二进制码，前16位是控制指令，控制不同的红外通讯设备。 而不同的红外红外通讯体系又有不同的脉冲调控方式，后16位分别是8位的功能码和8位 的功能反码。串行数据码时序图如3-5所示3。 图 3-5 串行数据码时序图 将要发送的指令脉冲编码信号调制在 38KHz 的载波上，可以增加信号的抗干扰能力， 提高信号传输效率。信号调制时序如 3-6 所示。 图 3-6 信号调制图 （3）红外发射二极管的主要技术指标： SIR333 是 GaAlAs（铝砷化镓）红外发射二极管，其特点是体积小、

42、功耗低、高发射 强度、高可靠性、发射角度 45、SIR333 管子直径 5mm。广泛应用于仪器、仪表、电气 设备近距离红外数据传输、电视机、空调机等家用电器红外遥控信号发射其红外发射距 离为 810 米3。 （4）红外数据发射电路的设计： 在红外数据发射过程中，由于发送信号时的最大平均电流需几十 mA（对应 mW 级发 射功率），所以需要三极管放大后去驱动红外光发射二极管（又称电光二极管）。软件 编程将数据从 P3 口第 6 脚（P3.7）将数据输出。T0 定时产生 38KHz 载波信号。红外数 据射发射电路原理图如 3-7 所示。 图 3-7 红外发射电路原理图 3.2 接收控制模块设计接收

43、控制模块设计 硬件电路组成有：红外接收电路、LCD 液晶显示电路、语音芯片接口电路。 3.2.1 红外接收电路红外接收电路 LT0038 是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放大、解调， 不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与 TTL 电平信号兼容的所有工作， 而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，中 心频率 38.0kHz。接收器对外只有 3 个引脚：OUT、GND、Vcc 与单片机接口非常方便, 1 脚脉冲信号输出，2 脚 GND 接至系统的地线，3 脚接电源（+Vcc），接收到解调后的 串行码，对应 00H 为前进指令，0

44、1H 为后退指令，02H 为左转指令，03H 为右转指令。 从而可转至控制 LCD、语音芯片程序功能。红外接收电路原理如图 3-8 所示。 图 3-8 红外接收电路原理图 LT0038 的接收原理：红外线接收是把发送端发送的数据(已调信号)转换成一定格式 的控制指令脉冲(调制信号、基带信号)，是完成红外线的接收、放大、解调，还原成发 射格式（高、低电位刚好相反）的脉冲信号。这些工作通常由一体化的接收头来完成， 输出 TTL 兼容电平。最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现数据的传输3。 3.2.2 LCD 液晶显示电路液晶显示电路 液晶显示模块件 LCD 是一种新型的显示模块件，它与其他显

45、示模块件相比较，有体 积小、低压微功耗、适合户外使用、显示信息大和无电磁辐射等优点。 （1）液晶显示模块的工作原理 液晶显示模块是一种被动式显示模块，由于它的功耗低，抗干扰能力强，因而在低 功耗的单片系统中大量使用。LCD 本身不发光，只调节光的亮度，目前市场出售的 LCD 都是根据液晶的扭曲向列效应原理制成的。这是一种电场效应，夹在两片导电玻璃 电极间的液晶经过一定处理后，它内部的分子呈 90的扭曲，当线性偏振光透过其偏振 面会旋转 90。当在玻璃电极上加上电压后，在电场作用下，液晶的扭曲结构消失，偏 振光便可以直接通过。当去掉电场后液晶分子又恢复其扭曲结构。把这样的液晶置于两 个偏振片之间

46、改变偏振片的相对位置就可以得到白底黑字或黑底白字的显示形式4。 常用的液晶显示模块主要有段型和点阵式两大类。点阵式液晶显示模块内部有字符 产生存储器和数据存储器。该显示模块提供与单片机的直接接口，所有的显示功能由控 制器用指令实现。由单一的+5V 电源供电，数据传送方式有 4 位或 8 位两种选择。内有 显示 96 个 ASCII 字符和 92 个特殊字符的字库。本设计选用的 LM12232 的液晶显示模块， 它是由一个 12232 的液晶显示屏和 2 块 SED1520 驱动芯片组成。由于 SED1520 没有字 符库，所以在编程时自己提供用户字库，在此可选用清华蓬远公司 PICKHZB.E

47、XE 软件从 计算机汉字库中提取汉字。LM12232 液晶显示模块与单片机的接口电路如图 3-5 所示。 本设计中用 P0 作为数据线，E1、E2 分别接到 P3.3、P3.7，复位脚接到 P1.3。R/W 接至 P1.4，如果需要背光效果，则 17、18 脚应该分别接到 5V 电源和地上。LCD 液晶显示芯 片与单片机的接口电路原理如图 3-9 所示。 图 3-9 LM12232 与单片机的接口电路原理图 3.2.3 语音芯片接口电路语音芯片接口电路 目前语音服务行业越来越广，如电脑语音钟、语音型数字万用表、手机话费查询系 统、排队机以及公共汽车报站器等。美国ISD公司生产的ISD系列语音芯

48、片采用模拟数据 在半导体存储器直接存储的专利技术(DSAST)，即将模拟语音数据直接写入单个存储单 元，不需经过A/D或D/A转换，因此能够较好地真实再现语音的自然效果，避免了一般固 体语音电路因为量化和压缩所造成的量化噪声和失真现象6。ISD1400系列管脚功能如表 3-1所示。 表3-1 管教功能 名称名称管脚管脚功能功能名称名称管脚管脚功能功能 A0A516地址Ana Out21模拟输出 A6、A79、10地址（MSB）Ana In20模拟输入 VCCD28数字电路电源AGC19自动增益控制 VCCA16模拟电路电源Mic17麦克风输入 VSSD12数字地Mic Ref18麦克风参考输入

49、 VSSA13模拟地 PLAYE 24放音，边沿触发 SP+、-14、15喇叭输出+、- REC 27录音 XCLK26外接定时器 RECLED 25发光二极管 NC11空脚 PLAYL 23放音，电平触发 地址模式：A0A7地址输入有双重功能，根据地址中的A6，A7的电平状态决定功能。 如果A6，A7有一个是低电平，A0A7输入全部解释为地址，作为起始地址用。根据 、或的下降沿信号，地址输入被锁定。A0A7由低位向高位排列，每PLAYLPLAYEREC 位地址代表125毫秒的寻址，160个地址覆盖20秒的语音范围（160*0.125=20s），录音及 放音功能均从设定的起始位地址开始，录音结

50、束由停止键操作决定，芯片内部自动在该 段的结束位置插入结束标志（EOM）；而放音时芯片遇到EOM标志即自动停止放音7。 操作模式：如果 A6、A7 同为高电平时，它们即为模式位。地址位仅作为输入端，在 操作过程中不能输出内部地址信息。 ISD1400 系列单片机语音录放电路，片内由时钟振荡器、128K 字节 E2PROM（电可 编程可擦除只读存贮器） 、微音放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、差动功率放 大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。地址输入端 A0A7 有效值范围 为,这表明最多可被划分为 160 个存贮单元，可录放多达 160 段语音信息。由 A0A7 决定每段语音的

51、起始地址，而起始地址又直接反映了录放的起始时间。ISD1420 可分段存 贮 20 秒语音信息，按每秒钟可读 3 个汉字计算，20 秒可分段贮存 609 多个汉字语音7。 本毕业设计预先在 ISD1420 中分段存入“前进” 、 “后退” 、 “左转” 、 “右转”等语音，按 下 REC 键， REC 管脚电平变低后开始录音，直到松开按键使电平拉高或者芯片录满时 结束。录音结束后，录音指针自动移向下一个有效地址。在单片机的控制下，红外解码 后，根据预录语音的地址，对应的发出命令语音“前进”、“后退”、“左转”、“右 转”便可制成语音命令系统，即“会说话”的车载联络系统。本设计中语音芯片工作在直

52、接 寻址模式，即 A7、A6 有一位是 0。单片机的 P1.0、P1.1 分别接到语音芯片的 A0、A1 做 寻址址位使用，A2A7 未用直接接地即可。循环放音 PE 和停止 PL 分别接 P2.1 和 P2.1。 语音芯片与单片机的接口电路原理图如图 3-10 所示。 图3-10 ISD1420与8051接口电路原理图 3.3 单片机硬件电路设计单片机硬件电路设计 3.3.1 RC 复位电路复位电路 复位是单片机初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处 于死锁状态时，为摆脱困境

53、，也需要按复位键重新启动。 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。本设计采用了按键手动复位方式。 该复位电路如图 3-11 所示。 复位电路采用了按键与上电复位。上电与按键均可以有效复位。上电瞬间 RST 引脚 获得高电平，单片机复位电路随着电容的 C7 的充电，RST 引脚的高电平逐渐下降。RST 引脚的高电平只要能保持足够的时间（2 个机器周期），单片机就可以进行复位操作。按 键复位是直接将高电平通过电阻 R6、R7 分压到达 RST 引脚，实现复位操作8。 图 3-11 R、C 复位电路 3.3.2 电源转换电路电源转换电路 为系统设计了一个外接电源供电电路，这个电源电路是采用小

54、型直流稳压电源供电。 由于车辆中没有交流电，所以采用 6 节干电池（每节 1.5V）串联得到 9V 直流电源。输出 的 9V 直流电源加入到电源电路中，通过 LM7805 稳压芯片的降压作用，给系统单片机工 作提供所需的 5V 电源8。如图 3-12 所示为采用 LM7805 稳压芯片进行降压供电的电源电 路。 图 3-12 外接电源供电电路原理图 3.3.3 时钟电路时钟电路 时钟电路是用于产生单片机工作时所必需的时钟信号。时钟是单片机的心脏，单片 机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的，有条不紊地一拍一拍地工作。时钟频率 直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。

55、在本系统中 采用内部时钟方式的电路原理图，如图 3-13 所示。 图 3-13 内部时钟方式电路原理图 电路中的电容 C1、C2 典型值为 3010 pF。外接代内容的值虽然没有严格的要求，但 是电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振的快速性。同时，在系统中采 11.0592MHz 的 晶体振荡器来产生时钟脉冲。一方面，可以满足系统在设计时的机器周期的需要；另一 方面，在进行串行口通讯的时候能够提供精准的通讯波特率8。 3.4 系统的抗干扰设计系统的抗干扰设计 电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声有关。所谓干扰（或噪声），就是出有 用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。干扰（或噪声

56、）可以分为外部 干扰和内部干扰；习惯上把外部干扰叫干扰，内部干扰叫噪声9。 为了避免干扰，可以采用以下措施： 晶振电路要和51单片机的18和19引脚紧靠在一起，电容性能要稳定，容量值准确， 且远离发热的器件。 印刷电路板上的空闲区域要敷铜，并与地相接。 晶振两端加上30P的瓷片电容，防止晶振停振。 在安放去耦电容时的注意事项： （1） 在印制电路板的电源输入端接100uF左右的电容，如果体积允许的话，电容量大一 些好。 （2） 原则上每个集成电路芯片的旁边都需要放置一个0.01uF的瓷片电容，如果电路板的 空隙太小而放置不下，可以每10个芯片左右放置一个110的钽电容。 （3） 对于抗干扰能力

57、弱、关断时电流变化大的元件和RAM、ROM等存储元件，应该在 电源线和地线间接入去耦电容。 （4） 电容引线不要太长，特别是高频路旁不能带引线。 第第 4 章章 程序设计程序设计 本章主要介绍了该系统的软件设计。先给出了红外发射主程序流程图以及发射子程 序流程图，后给出了红外接收主程序流程图以及接收子程序流程图。可从流程图很方便 的写出汇编程序。 4.1 红外发射模块红外发射模块 单片机对红外通信控制车辆包括两个子系统：红外指令发射、红外指令接收。两个 子系统是有很强的互连性，但各个子系统的软件系统差别较大，下面将分别介绍两个子 系统的软件设计10。 4.1.1 发射电路主程序流程图发射电路主

58、程序流程图 主程序设计首先是初始化键盘和红外发射端口的参数值，然后让单片机扫描检测键 盘，如果有按键按下就让其相应的按键编码通过红外发射管发射出去。主程序流程图如 图4-1所示。 N N N Y Y Y Y Y Y N N N 开始 有键闭合否? 延时 20ms 消除键抖动 有键闭合否? P1.0=0? P1.1=0? P1.2=0? P1.3=0? KEY0 键功能 程序 KEY1 键功能 程序 KEY2 键功能 程序 KEY3 键功能 程序 图4-1 主程序流程图 4.1.2 红外发射子程序流程图红外发射子程序流程图 子程序设计是让单片机等待按键按下发送对应的编码信号，如果检测到信号就让其

59、 按循序发射引导码、系统码、系统反码、数据码、数据反码还有结束标志位。如图 4-2 所 示。 Y 发送引导码 发送系统码 发送系统反码 发送数据码 发送数据反码 发送结束标志位 1 红外数据发送? 开始 N 结束 图4-2 发射子程序流程图 4.2 红外接收模块红外接收模块 4.2.1 接收电路主程序流程图接收电路主程序流程图 主程序是首先初始化红外接收端口，然后检测是否接收红外信号，如果接收到红外 信号就调用接收子程序，然后就通过LCD显示当前命令，语音芯片播报当前命令。如图4- 3所示。 N 初始化红外接收端口 调用接收子程序 Y 接收到红外信号？ 开始 LCD 显示、语音播报 返回 图4

60、-3 红外接收主程序流程图 4.2.24.2.2 红外接收子程序流程图红外接收子程序流程图 子程序是首先读取 T0 定时器的长度，如果是 1.125ms 就认为是“0”，将其存入缓 冲区并且计数器加一，如果是 2.25ms 就认为是“1”，将其存入缓冲区并且计数器加一。 如果计数器值为 32 时，就接收结束标志位并且将计数器清 0，如果计数器值不为 32 时， 就认为是接收误码，计数器也将清 0，此时重新等待读取红外信号2。如图 4-4 所示。 进入中断 读 T0 定时长度 计数器=32 0缓冲区 2.25ms ？ 1.125ms？ 计数器加 1 1缓冲区正确接收标志=1 计数器加 1计数器清