基于51单片机的安全带语音报警系统设计

第Ⅰ页基于51单片机的安全带语音报警系统设计摘要单片机在生活中的应用无处在，洗衣机上的控制板，电磁炉上的控制板、电动力车的控制器、导弹的导航装置，计算机网络通信和数据传输，实现工业上的自动化实时监控以及对数据进行实时处理。该微控制器被广泛用于在该领域的智能管理和过程控制，如在家电上、精密仪器仪表、医疗设备、家电产品，医疗设备、海陆空运输设备上。本文设计了基于51单片乘客安全带监控系统，通过压力传感器模拟人体坐在座位上，若压力传感器检测到压力的存在，这是如果到位开关没有拨上，则代表安全带没有系上，这时语音播报系统会进行提示，当把到位开关拨上，则语音播报系统停止提醒。在不同的环境下测试和验证模块的性能，本设计对安全带的实时功能进行了试验验证，最终的结果是通过了项目的要求。关键词：单片机，压力传感器，安全带，电源设计第Ⅱ页Designofvoicealarmsystembasedon51singlechipmicrocomputerAbstractTheapplicationofsinglechipcomputerinlifeisnotinplace,thecontrolboardonthewashingmachine,thecontrolboardontheelectromagneticfurnace,thecontrolleroftheelectricpowercar,thenavigationdeviceofthemissile,thecomputernetworkcommunicationanddatatransmission,thereal-timecontrolanddataprocessingoftheindustrialautomationprocess.Themicrocontrolleriswidelyusedinthefieldofintelligentmanagementandprocesscontrol,suchashomeappliances,precisioninstruments,medicalequipment,householdappliances,medicalequipment,sea,landandairtransportationequipment.Thisdesignisbasedona51singlechippassengerseatbeltmonitoringsystem,throughthepressuresensortosimulatethebodysittingontheseat.Ifthepressuresensordetectstheexistenceofpressure,thisisiftheswitchisnotputon,thentheseatbeltisnottied,thenthevoicebroadcastsystemwillbeprompted.Whentheswitchisputontheswitch,thevoicebroadcastsystemstopsreminding.Testandverifytheperformanceofthemoduleindifferentenvironments.Thisstudyteststhereal-timefunctionoftheseatbelt,andthefinalresultisthroughtherequirementsoftheproject.Keyword:Singlechip、Pressuresensor、Safetybelt、Powersupplydesign目录1、绪论 11.1研究背景及其意义 11.2本文的主要研究内容及论文结构安排 12、方案的设计与论证 22.1单片机芯片的选择 22.2称重传感器的选 22.3A/D转换器的选择 32.4声音报警电路方案的选择 43、硬件电路的设计 53.1功能分析与结构设计 53.2单片机电路设计 53.3电源电路设计 83.4按键电路设计 93.5称重传感器块电路设计 93.6模拟数字转换模块 103.7LED指示灯电路设计 113.8开关电路设计 123.9语音电路设计 124、软件设计 144.1软件设计思想 144.2编程语言选择 144.3程序流程图 145、系统焊接与调试 165.1电路焊接 165.2系统调试 175.2.1系统程序调试 175.2.2硬件测试 175.3实物测试 186.总结与展望 19致谢 20参考文献 21附录 22内蒙古大学本科毕业论文(设计)第3页1、绪论

1.1研究背景及其意义

大客车是我们平时出行常用到的交通工作，平时上下班，出门旅行，都会使用到它。随着科技的发展，道路条件与汽车质量在不断提升，汽车行驶速度也得以提高，但随之增加的是交通事故的发生。据研究表明，客车发生重大交通事故死亡超10人以上的，百分之八十的死者是未系安全带。如果乘客按要求系好安全带，当汽车遇到碰撞或者紧急刹车时，安全带会将客户牢牢绑定在座位上，避免人因冲击力造成多次碰撞。如果乘客在上车后佩戴好安全带，汽车如果是正面撞击时，死亡率可以减少百分之五十七；发生侧面碰撞时，死亡率可以减少百分之四十四；当翻转时，死亡率可以减少百分之八十；通过这组数据，可以发生系好安全带的重要性。驾驶员以及乘客在行驶中系好安全带是最基本要求，但在实际中，系安全带总是被忽略。目前的客车上所现有的安全带提醒装置也只是针对司机，乘客的佩戴则是门检、路检测以及司机的提醒。另外还存在着旅客为应付检查，查完后解开安全带，或是未插到相应的卡槽中。当意外发生时，车子晃动及翻滚时因未系好安全带造成多次碰撞受伤。所以，为了从根本上解决这种现象，研发出针对客车乘客的安全带的监控系统十分必要。本文研究中的互联网安全带监控系统是基于51单片机的研发，它可以起到提醒并保证客车上所有的人员佩戴好安全带，保证客运公司对车辆安全运行的监控。1.2本文的主要研究内容及论文结构安排本设计研究机动车的安全带，现在社会车辆较多，车辆的事故也很多，为了减少自己的安全及其它人的安全研究一套带安全带的语音提示系统。本系统.主要介绍本设计的课题背景及意义；.主要说明系统方案的选择；第3章.主要介绍硬件电路的组成及使用方法；第4章.主要介绍软件设计； 第5章.主要介绍硬件调试；2、方案的设计与论证本系统由STC89C52单片机电路，按键点火模拟电路，黄色指示灯电路，HX711称重传感器电路，位拨动开关电路，绿色指示灯电路，红灯指示电路，语音模块ISD1820电路，电源电路。

2.1单片机芯片的选择方案一采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器，它的优点是I/O资源丰富、体积小、密度高、各种复杂的功能都可以实现，并且功能还可以进行扩展，非常适于较大规模的控制系统。方案二采用STC89C52作为控制器，它功耗低、性能高、成本低、有丰富按口的微控制器，具有8K，可在系统中进行Flash编程，本设计的要求它完全可以满足。但是我们研究的这个系统不复杂，数据处理要求也不高，从经费的角度考虑，故选择方案二。2.2称重传感器的选方案一选用压电传感器，它的工作原理是特定表面感受到压力后，产生电荷压电效应。其优点是体积小、结构简单、可靠性高。缺点是功率太小、内阻过高、对外接电路要求高。适合测动态量，多用于加速度、动态力的测试。方案二选用电阻感应式传感器，其核心是电阻应变片式电阻。原理是将电阻应变效应的化学力量转换成电信号，适合静态量测试。考虑了各个方面故选择方案二。2.3A/D转换器的选择A/D转换器选用的原则：（1）A/D转换器的位数。其位数关系着分辨率的高低。分辨要比系统所允许的误差高到一倍以上。（2）A/D转换器的转换速率。转换速率可从纳秒到几十毫秒。此次选用逐次逼近型，转换的时间达到纳秒纳，适合本次实验。（3）有关量程引脚。一般提供两个输入引脚，根据不同的量范围，选择不同的引脚输入。另外还有以下几个问题点会对A/D转换器的技术指标会造成影响：（1）工作电源电压是否稳定；（2）外接时钟信号的频率是否合适；（3）工作环境温度是否符合器件要求；（4）与其它器件是否匹配；（5）印刷线路板布线是否合理。根据以上选择原则与注意点，本次研究采用的是24位芯片HX711。2.4声音报警电路方案的选择方案一采用语音集成芯片ISD4004报警，由于ISD4004需要扩充喇叭驱动电路且其本身控制比较繁琐、电路比较复杂，稳定性差。基于以上考虑，所以放弃了此方案。方案二通过蜂鸣器实现报警电路，具有电路简单，性能可靠、稳定等优点，最重要的是低成本，故选择方案二。方案三采用语音集成模块ISD1820。其优点可语音还原自然、质量高，有录音10秒，且点动、单遍、循环的功能，电路接口也简单。在8欧0.5W小喇叭上可使用故选择方案三。内蒙古大学本科毕业论文(设计)第18页3、硬件电路的设计3.1功能分析与结构设计本系统由STC89C52单片机电路，按键点火模拟电路，黄色指示灯电路，HX711称重传感器电路，位拨动开关电路，绿色指示灯电路，红灯指示电路，语音模块ISD1820电路，电源电路。具体功能：1、点火按键按下后，黄色指示灯亮，表示点火；再按一次，黄色指示灯灭，表示熄火。2、点火后，如果压力传感器没检测到压力，无任何操作；3、点火后，如果检测到压力超过一定值，且拨动开关关上（系好了安全带），这时绿色指示灯闪烁。如果开关拨下（没系好了安全带），这时红色指示灯闪烁报警，同时语音提示：“请系好安全带”。直到安全带系好后，语音停止同时红色指示灯灭，绿色指示灯闪烁。4、不点火，上述功能无响应，必须点火有效。本系统具体框图3.1图所示：图3.1系统原理框图3.2单片机电路设计STC89C52RC单片机是一种具有8K字节系统和可编程闪存的CMOS单片机，具有低功耗、高性能。1.它的主要特性如下：（1）8K字节程序存储空间；（2）512字节数据存储空间；（3）内带4K字节EEPROM存储空间;（4）可直接使用串口下载。2.STC89C52主要参数如下：（1）是8051的增强版，并且指令代码也是完全兼容的。它提供6和12时钟/机器周期的两种选择。（2）单片机的工作电压:5.5伏至3.3伏（5伏单片机）/3.8伏至2伏（3伏单片机）（3）工作频率范围：0兆赫到40兆赫，但它可以达到48兆赫。（4）用户应用程序空间为8K字节；（5）片上集成512字节RAM；（6）具有EEPROM功能；（7）工作温度范围：工业级的是-40摄氏度～+85摄氏度，商业级的是0摄氏度～75摄氏度；（8）PDIP封装。3.STC89C52单片机相关引脚说明：（1）VCC：供电电压。（2）GND：接地。（3）P3.0RXD（串行输入口）（4）P3.1TXD（串行输出口）（5）P3.2/INT0（外部中断0）（6）P3.3/INT1（外部中断1）（7）P3.4T0（记时器0外部输入）（8）P3.5T1（记时器1外部输入）（9）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）（10）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）（11）RST：复位输入。（12）ALE/PROG：当访问外部存储器时，此引脚用于输入编程脉冲（13）/PSEN：外部程序存储器的门控信号（14）/EA/VPP：当/EA保持很低，无论内部程序是否有存储器，外部程序都是在这里存储（15）XTAL1：反向振荡器以及内部时钟工作电路的输入。（16）XTAL2：来自反向振荡器的输出。单片机引脚图3.2图所示：图3.2STC89C52单片机引脚图4.STC89C52单片机最小系统说明：STC89C52单片机最小系统电路由复位电路、时钟电路和电源电路。原理图3.3图所示。图3.3单片机最小系统原理图VCC和GND为单片机的电源引脚，为单片机提供电源：复位电路由按钮S1，电阻R1和电容EC1构成。具有手动复位和自动复位功能。时钟电路由晶振Y1、瓷片电容C1和C2组成。有控制芯片的数字电路正常工作是少不了TIME(时钟)电路的，我们需要时钟电路自动发出系统时间，使控制芯片正常工作。JD1为单片机的下载接口。3.3电源电路设计本系统选择5V直流电源作为总电源，为整个系统供电，电路简单、稳定。DC为电源的DC插座，LED为红色LED灯，作为系统是否有点的指示灯，这里采用的是1K限流电阻。SW是一个自锁开关。当开关被按下时，红灯就亮了。此时，5V的电源将直接输出。开关再次按下后，红灯灭，此时系统电源无5V电源输出。图3.45V电源电路原理图3.4按键电路设计在本系统中，按键作为系统的输入，在人机交互中起着举足轻重的作用。默认情况下，微控制器的控制引脚是高电平。当按下按钮时，微控制器的相关引脚变得低电平，然后实现对系统的手动输入。其电路原理图3.5图所示。图3.5按键电路原理图3.5称重传感器块电路设计本系统选择YZC-133称重传感器对重量或者压力进行检测。YZC-133称重传感器是一种双孔悬臂平行梁应变式称重传感器。图3.6应变式力传感器的工作原理电路图模块实物图3.7图所示。图3.7模块实物图3.6模拟数字转换模块系统选用的对称重传感器检测HX711模块转换成数字量单片机检测模拟重力。HX711是一个24位的A/D转换芯片设计的高精度称重传感器。模块参数（1）两路可选择差分输入（2）上电自动复位电路（3）可选择10Hz，也可以选择80Hz的输出数据速率（4）同步抑制50Hz和60Hz的电源干扰（5）耗电量（含稳压电源电路）：典型工作电流：<1.7毫安,断开电流：<1微安（6）工作电压范围：2.6~5.5V（7）工作温度范围：-20~+85℃模块接口原理图3.8图所示。图3.8接口电路原理图模块内部具体原理图3.9图所示。图3.9电路原理图模块实物图3.10图所示。图3.10模块实物图称重传感器连接好后实物图3.11图3.11称重实物实物图3.7LED指示灯电路设计LED灯具有将电能转化成光能的作用，它具有单向导电的性能，在这里电阻起到限流保护LED灯的作用，将单片机引脚拉低，灯就会亮，相反，LED灯不亮。其具体电路原理图如下图所示。图3.12LED灯指示电路原理图3.8开关电路设计通过拨动开关实现对信号的切换，电阻为上拉电阻。当二档拨动开关拨下去时，单片机控制引脚为低电平。当二档拨动开关拨上去时，单片机控制引脚为高电平。进而实现对信号的完美切换。其电路图3.13图所示。图3.13到位开关检测电路原理图3.9语音电路设计本系统选择ISD1820语音模块进行语音提示操作。该模块主要芯片为ISD1820。1.模块主要特点:（1）使用方便的10秒语音录放（2）高质量、自然的语音还原（3）可用作喊话器模块（4）具有点动、单遍、循环功能（5）本模块可直接驱动8欧0.5W小喇叭（6）采用3到5伏电源供电，并可接排针上电（7）按键控制功能模块。2.按键操作的方法：（1）REC键：按下开始进行录音，松开录音停止。（2）RLAYE键：按下，播放语音。（3）PLAYL键：按住后放音，松开放音停止，点动放音。（4）RPL跳线：控制循环播放。（5）FT跳线：控制喇叭放音模块接口原理图3.14图所示。图3.14语音模块原理图模块实物图3.15图所示。图3.15语音实物图4、软件设计4.1软件设计思想KEIL软件是单片机开发者广泛使用的开发工具的，简单的单片内形都是使用这种开发软件的，可以降低开发周期，从而减少很多成本，因此广泛受到开发者的欢迎和使用。在使用汇编语言,然后用KEIL软件开发,实现更深刻的。KEIL软件提供了一个丰富的使用环境和调用的子程序，在全体的打开窗口中。还有一个重要因素就是。我们多看看编程器是如何生存程序序言的，使得使用者可以体会到其中的乐趣的，感觉到此KEIL软件会非常的好用的，越来越受到广大使用者的欢迎的。其中追要由它大多数代码都是集成的，调用很方便的，那些初学者也会感觉很好用的，起点水平不需要太高的。在开发大型软件,以更好地反映高语言的优势。以下的细节KEIL软件开发系统和使用的各个部分的功能。4.2编程语言选择因为这个程序不仅复杂而且计算量也大，会有很多的浮点数要进行计算，所以采用了高级编程语言C语言。在51系列的单片机上使用C语言有以下这些优点：不用考虑存诸器的地址、数据类型，直接由编译器来管理。对操作变量进行组合，程序的可读性提高。里面会推荐使用与操作者思维相近的操作函数及KEYWORD减少程序开发及程序调试时间。在C语言的库文件中有大量的标准例程提供给使用者使用。C语言可以在新的程序中加入原来已编制好的程序。4.3程序流程图这次系统设计的程序语言是采用C语言，软件编写与调试采用keil软件，图4.1图所示为本次系统运行流程图。图4.1系统运行流程5、系统焊接与调试5.1电路焊接手工焊接是常用原始的焊接方法，目前大量工厂焊接的生产基本上不采用原始方法了，但是普通元器件的修理、系统测试中经常使用原始的手工焊接。重要的是如焊接本质上出现问题，则会影响到整个控制系统的，可以这么说，焊接的会导致这个控制系统可不可以用的。手工焊接主要有如下四步组成的：第一步开始焊接：需要把需要焊接的地方打扫干净，主要去处油迹和灰尘,然后把需要焊接的元器件的两个角向一定的方向掰一掰,注意不能把元器件的脚相交在一起了，这样会影响焊接的。接下来让电烙铁头碰到需要焊接的元器件脚下，放上焊锡丝。此处需要注意的是，不能让烙铁头碰到其它元器件的脚了，要不然会把两个元器件焊接在一起了。第二步给焊接升温：当在完成第一步以后，接下来就是加热焊锡丝了，主要是将烧热的电烙铁放在器件管脚旁边，慢慢融化焊锡丝，需要注意电铬铁的温度和加热时间，若时间过长，很有可能焊坏面包板焊盘的，一般建议电铬铁温度调整在400。C左右，加热2秒钟左右，例外也要根据器件种类估出具体区别的。在焊接过程中，当需要把焊接好的元器件卸下来，则也需要给焊接处进行加热的，主要操作是首先在焊接处补好焊锡丝，使焊点是圆润的，然后用电铬铁在焊接处进行加热，在加热的过程中就可以直接把元器件卸下来了，此时一定要主要时间，要不然也会损坏焊盘的第三部清理焊接面：当在完成第二步时，有的时候会观察到焊接的不完美或者担心出现虚焊情况，这时候需要进行修改的。主要是两种情况的，第一种是焊锡不够，焊接点不圆润，这时需要给焊接处补焊锡，此时需要注意的是焊锡量不能补多，要不然容易连接到其它期间的引脚的。第二种是焊锡过多，这时候可以用电铬铁放在焊接处来回的滑动，会把多余的焊锡带走的，若不行，只能使用吸锡器了。第四部检查焊点：当完成以上三步了，最后就需要整体观察了，主要是观看焊接点是不是圆满、亮度好、紧固，有没有与其它管脚相连在一起了。5.2系统调试整体系统上电调试前，大概观察下焊接的系统还存在问题，例如还有很显眼的断裂，正负极接反以及相连、虚焊、等问题，然后用万用表检测一下，电源正负极之间是否短路等严重的电源问题，最终保证系统没有问题。5.2.1系统程序调试（1）首先创建一个工程，并在“Atmel”下选择“AT89C52”。（2）新建用户源文件：在新建的空白文本中编写程序源代码，编码完成保存文件，文件拓展名“***.c”，新文件创建完成。（3）程序编译和调试：单击编译按钮，系统会对文件进行运行，在输出窗口中可看到提示信息，如下图中有一个error，按提示找出错误并改正，直到提示没有错误提示为止，如下图所示。图5.1提示信息无错误（4）程序编译无错误后，进入程序调试状态，可查看单片机资源状态，进行断点等方式调试。5.2.2硬件测试最后一步就是硬件整体测试了，主要运用万用表、直流电源和示波器对焊接好的板子进行整体调试，检查各个器件是否有正常运作，可分为动态调试与静态调试。静态调试是包括以下四种类型：1.肉眼观察。主要观看焊接点是否饱满，以及相连器件之间是否相连或者器件管脚没有焊接好，出现短路现象。2.使用万用表调试。首先查看电源是否短路，然后测量管脚是否连接正确，有没有接线错误。3.上电检查。在完成第一步和第二步都没有问题，接下来就可以上电了，上电以后观看每个器件是否正常工作，然后在逐一测