基于STC89C52单片机的公交车乘客下车安全检测系统

目录摘要 I第一章引言 ......................................................................................................-1-1.1本设计的背景和意义 .......................................................................-1-1.2本设计所采用的方法的确定 ............................................................-1-1.2.1各类车的安全车速调查 .......................................................-1-1.2.2测量方法的选择 ...................................................................-2-第二章检测系统硬件部分 ..............................................................................-4-2.1机械结构设计 ....................................................................................-4-2.2.1总电路原理图 .......................................................................-4-2.2.2STC89C52单片机引脚说明 .........................................................-5-2.4显示模块 ............................................................................................-9-2.5报警模块 ............................................................................................-9-2.6超声波模块设计 ..............................................................................-10-第三章检测系统软件部分 ............................................................................-11-3.1报警器部分流程图 ..........................................................................-11-3.2超声波测速流程图 ..........................................................................-12-第四章 Proteus仿真 ....................................................................................-13-4.1仿真模型的建立 ..............................................................................-13-4.2仿真结果分析 ..................................................................................-15-第五章系统试制与调试 ................................................................................-16-5.1系统功能分析 ..................................................................................-16-5.2系统误差分析 .................................................................................-16-5.31618-19-20-21-摘要木文详细介绍了一种“基于 STC89C52单片机的公交车乘客下车安全检测系统” 该系统是以空气中超声波的传播速度为确定条件 两次不同时间发射超声波与反射回波时间差来测量待测物体的速度。 也就是我们所认识的时差法。系统安装和使用很方便 ,价格比较便宜 ,并可与红外接近开关配合的使用 ,因此较广阔的应用前景。论文概述了：超声波检测的目的与意义，介绍了超声传感器的工作机理及特性 ,介绍了 STC89C52单片机的情况，并且进行了仿真模拟，以及实物的制作与调试。关键词： 时差法； STC89C52；超声波检测系统ⅠIAbstractAbstractThispaperintroducesaC52MCUbuspassengerssafetydetectionontheisemptyGasultrasonicpropagationvelocitytodetermineconditions,usingtwodifferenttimeofultrasonictransmittingandechotimedifferencetomeasurethevelocityofanobject.Thatisourunderstandingofthetimedifferenceeffectivelysolvetheblocklineofsighttotherearoverthatmovingobjects,thustheinjured.Thisisconvenienttoinstallanduse,cheapprice,andcanbematchedwithinfraredandithasbroadapplicationprospects.Thispaperoutlinesthepurposeandsignificanceoftheultrasonicdetection,andintroducestheworkingprincipleandcharacteristicsofultrasonicsensor,STC89C52MCUwasintroduced,andthesimulationisconducted,andthemanufactureanddebuggingofreal.Keywords:STC89C52;timedifferencemethod;ultrasonicdetectionsystemⅡII第一章引言1.1本设计的背景和意义首先，作为城市交通运输工具的主要形式之一的公交车，已成为人们生活中所不可或缺的角色。由于国家大力推广节能、环保交通工具的使用，同时限制机动摩托车在市区范围内的行驶，电动摩托车和电动单车的数量与日俱增，导致城市道路变得拥挤，致使出现很多难以避免的人为交通事故。其次，通过观察每年交通事故引发原因和事故类型统计，可以看出公交车在停靠公交站牌附近时，与电动车之间的交通事故发生频率较高。事故产生的原因多集中在乘客失。最后加上以单片机为核心的应用正在的不断地走向深入， 控制的检的日新月益。然而完全针对公交车乘客下车安全的检测装置基本没有，基于单片机的公交车乘客下车安全的报警和检测装置在生活中的应用还未出现， 其他类似报产品解决该问题， 不具备较好的适应性和针对性， 报警和检测的算法和范围存在差异性，不利于人们出行交通的交通安全，给人们交通出行生活留下了不小的隐患，进行新型公交车乘客下车安全检测装置的研制迫在眉睫。本课题利用最简单、方便的方法，科学有效的帮助和保护人民的日常生活及其生命安全。具有可观的实用意义。.2本设计所采用的方法的确定.1各类车的安全车速调查根据我自己去交通部门的了解： 世界冠军牙买加博尔特百米赛跑时间9"72；自行车速度在每小时15时 20不大于20km/h汽车的安全速度是40公里/是小于车辆的行驶速度的。所以采用速度来分辨人与车辆是一种最简单的方法 .当然们可以发现车辆在行驶速度大于一定值会使得车辆及时及时制动， 但是由于惯性会向前随地调整的按键。-1-1.2.2测量方法的选择1.2.2测量方法的选择红外检测技术是利用红外线的物理性质来进行测量的技术。红外线又称红外光，它具有反射、折射等性质。任何物质，只要它本身具有高于绝对零度的温度，都能辐射红高，响应快的优点 【5】。但是它也有它的缺点，如下图：检测检测优点缺点类型主动式(1)检测目标后所得信息大（受光线影响较小2） 其检测原理和微波雷达检测器类似易被电子狗类仪器检测到被动式（1）仪器本身并不发射能量，而是检测目标发射能量， 因此不易被其检测过程易受到天气影响从而造成测量不准确电子仪器检测到占有率和车辆存在信息（2）可以测量流量、表 1-2-1术 ， 。 难 【5】。劳 【5】。超声检测技术地主要是利用超声波测距原理：通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。超声波发-2-射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。 （超声波在空中的传播速度为 340m/s，间 t，离： 在发射一条一样的声波，再测得一个距离，利用这个次的结果的差除以设定的时间，就可以得到该物体的速度。这方法简单方便，加上容易买到相应的硬件 【5】。最后综合考虑经济、 时间还有自己本身的实力决定采用声波来作为测速方法。-3-第二章检测系统硬件部分.1 机械结构设计图2-1机械结构示意图1、太阳能电池控制器， 2、单晶硅太阳能电池组件， 3、显示液晶屏， 4、车内报警灯，5、初始值设置和复位键盘， 6、车外报警灯， 7、24V蓄电池以及单片机控制器， 8、源模块， 9、红外避障模块。1和 2主要是在有阳光情况下采用环保节能的太阳能，将其转化成电能然后储存在7蓄电池中。当整个装置开始运作时候蓄电池直接给单片机供电，其他模块则通过源模块供电。本设计有两个要点一是提醒车内乘客，因为在车内人多，声音有时候无法8电了 4车内报警灯，为了保证乘客可以注意到，我则放在下车面左边跟人保持一定高度。二是提醒后方车辆的司机，所以也加了6车外报警灯.因此考虑到接线的复杂和经济成本问题，我画出简易的机械结构图提供参考。2.2 本课题硬件设计2.2.1总电路原理图机记数。得到的数值通过与单片机内部设定值相比较。如果超过了键盘输入的最大值则车速值）、报警电路、 HC-SR04超声波模块和控制单片机组成。如图所示-4-图 2-2总电路原理图2.2.2STC89C52单片机引脚说明本检测系统采用 STC89C52单片机作为控制核心。 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K在系统可编程 Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8位CPU和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、-5-超有效的解决方案。图 2-3STC89C52① 主电源引脚（ 2根）图 2-4电源输入

VCC(Pin40)：电源输入，接＋ 5V电源图 2-5接地线

GND(Pin20)：接地线-6-②外接晶振引脚（ 2根）图 2-6外接晶振③控制引脚（ 4根）

XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端RST/VPP(Pin9)：复位的引脚，如果出现 2个机周期的高电平就使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号图 2-7控制引脚 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，如果接低电平从外部程序存储器读指令，反之则从内部程序存储器读指令。④可编程输入 /输出引脚（ 32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0P1P2P3口，每个口有8（8根共（～）8位双向名称为～P0.7P1（Pin1～Pin8）8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7图 可编程输入 /P2（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O线，名称为P3口（P2.0～P2.7Pin10～Pin17）： 8I/O口线，名称为P3.0～P3.7其中图中标注 D0到D7的接线与 lcd1602相连接的接口-7-⑤按键图 2-9按键

其中 K1，K2，K3，K4分别对应设置键，加键，减键，开始测量键。 电路原理图中与按键模块相接的接口。⑥图 2-10lcd1602接口⑦

图中 RS,RW,E这是与 lcd1602显示屏相连接的接口2-112.3 按键模块

图中 MISO,MOSI,SCLK,SS这是与语言报警模块相连接的接口图 2-12图 2-12按键模块别是 K1，K2，K3，K4始测量键。在电路原理图中与单片机的引脚的 P1.4P1.5、P1.6、P1.7相接。-8-2.4 显示模块显示电路由 LCD1602液晶屏完成，字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1，16*2，20*2和 40*2行等的模块。本次设计使用的是 16*2第1脚： VSS为地电源。第 2脚： VDD接 5V正电源。第 3脚： VL为液第 4： RS。 第 5： ， 当 RS和 R/W共同为低电平的时候，可以写入指令或者显示地址，当 RS为低电平， R/W为高电平的时候，可以读忙信号，当 RS为高电平， R/W低电平的时候，可以写入数据。第 6脚： E端为使能端，高电平跳变成低电平的时候，第 7～14： D0～D7为8位双向数据线，分别与单片机的 P0到第 15第 16脚：背光源负极。其中与单片机的接口如下图所示2.5 报警模块2-13A块 图 2-13BISD1700语音芯片是一种高集成，高性能的芯片 他可以通过按键来播放已经录好的声音。他的 MISO,MOSI,SCLK,SS,端口分别与单片机的 P2.3，P2.2，P2.1，P2.0口相连接。如下图所示-9-.6

图 2-14A报警模块 图 2-14B单片机接口根据系统设计的功能的要求，本模块以单片机为主控模块，加上超声波的发射模块、超声波的接收模块加上按键模块这几个模块组成。超声波发射模块是由单片机内部振荡电路产生 40KHZ的方波信号，由单片控制超声波发射模块发射超声波信号，以及接受和处理信号。2-15超声波模块-10-第三章检测系统软件部分.1 报警器部分流程图图 3-1报警模块流程图当电源键按下时候系统，外部中断，定时器，串口等均初始化，这时候超声波模块开始工作，超声波模块把测得的数据传送到 STC89C52否则继续判断直到是为止。当超速时候调用程序中的报警处理子程序，由串口发送到状态灯和语音报警硬件中执行相应程序。状态灯由绿色变成红色并闪烁，并且播放语音报警中事先录好的声音。-11-3.2 超声波测速流程图图 3-3测速系统流程图现在我来解说下超声波程序流程。本次设计的超声波测速系统采用时差法测速，对器 0开始计时，直到接收器接收到反射方波时定时器 0器 1，器 1器 1-12-第四章 Proteus仿真.1 仿真模型的建立在这里说明下由于用于实物制作的软件和仿真的软件不一样因此里面的元器件有不同比如说，由于超声波发射器在 Proteus仿真无法真正测量所以采用示波器， 分别用两条频绍 LCD1LCD1R33RP1RESPACK-8P37100LS1SDESDESWVVVRRE01234567DDDDDDDD报警电路123 45678901234111111 23456789SPEAKERR43100E4657V2220123456700000000VPPPPPPPPPPP22pf22pf01234567000000001uPPPPPPPPU1XTAL1X1P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 R38M18XTAL2k1kRV189RST4RCQ3P3522010uF10kP2.0/A8CVR4DC7A1k5CVBPSENALEEACC440.01u2TRDNGTH6200kRV2D12345678P1.0ST89C52CLOCK=12MHz1NE5550.1u超声波传感器脉冲模拟电路图 4-1仿真总电路图由图可知道该仿真总图包括单片机，是示波器，蜂鸣器，显示板，还有其他的重要电路。首先我们运行仿真，出现下面的图-13-图 4-2开始仿真图 4-3显示版

这时候示波器发射两条频率不一样的波形，从而得到相应的速度并在显示版显示。如下图所示 当然我们可以调节电位键，改变电压大小，当然我们可以调节电位键，改变电压大小，来改变示波器的波形的频率，从而改变显示板上的速度。电位键如下图图 4-4电位键当然如果想改变设定值大小， 可以直接在程序中修改然后从新导入单片机中就可以了。-14-.2 仿真结果分析图 4-5未超速情况如图所示，当速度小于设定值 50时候报警电路上面的 R33电阻前面的红点为粉色，并且 lcd显示板显示当前的速度， ls1蜂鸣器没发出声音。图 4-6如图所示，当速度大于设定值时候报警电路上面的 R33且， -15-第五章系统试制与调试.1 系统功能分析本检测系统可以实现对低速行驶的变速物体进行比较准确的测量， 但是现有的声波换能器最远的探测距离有限，所以无法实现对太远距离的物体进行速度测量。对于经过系统分析，本次设计出来的超声波探头的探测距离为 10m。也就是在常温下，声波在空气中传播速度为 340m/s,则在这个基础上可以将测量周期控制在 0.1s以内 ,在运动物体的速度不超过 10m/s的情况下，根据系统的程序计算，测量误差不超过 0.1m/s5.2 系统误差分析①在测量过程中 ,为了防止其他信号的干扰 ,提高测量的可靠性 ,单片机开始计数时 ,超声传感器常常发射由多个方波组成的脉冲串作为测量的载体。 若接收电路中的比较器的阈值电压为一定值 ,由于粉尘及其它物质的影响 ,故实际测量时 ,不一定是一个回波的过零触发。 所以在粉尘和物体太多的情况下， 检测的数据不一定是所需要的。② 由于声波在传输过程中存在吸收衰减和扩散损失 ,随目标距离增大 ,而呈指规律衰减 ,在量程范围内 ,最近目标和最远目标的回波幅度相差较大 ,可能导致越过门槛的时刻前后移动 ,从而影响计时的准确性。因此不适合高速移动的物体的测速。5.3 实物以下的是我实物做出来的小模型，跟真正用于公交车上的还是有区别。首先我们看看理论上的几个模块与小模型上的对应。-16-图 5-1实物总体图 图 5-2超声波模块实物图 5-3按键模块实物图 5-4lcd1602显示屏模块5-5语音播放芯片和喇叭实物 图5-6电源模块实物 图5-7当然我后期准备为其加个壳，使其更美观更加清晰。也更好的保护它以免损坏-17-第六章总结本论文叙述了该系统硬件设计方面的理论分析、 软件设计方面的理论分析以及有于单片机，电路设计简单，通过四个按键可以对速度上限不同要应用在各种公交车辆上．减少不必要的交通事故。通过此次设计我也得到了丰盛的收获。设计过程当中，首先我对所学理论知识有了进一步的巩固，其次同时也学会了如何来完成一个系统的设计，从无到有这对之前的我来说很不可思议，但是在合理安排下，我成功了。最后我明白了无论什么事不能说会不会做，而是问自己第一步先做什么。另外我想说：写作毕业论文是我们每个大学生必须的经历，也是我们毕业前的一段宝贵的回忆。这回忆有好有怀，但是终究是自己人生的一部分，将来回首往事我们不会的态度才能做好一件事情，虽然我学习成绩不是非常好，但我却在做毕设时候弥补了空缺的知识，还有培养的很多爱好。随着毕设的进程，我不止是补回了公共基础学科知识和很多专业知识，我的体会了学习的乐趣。话说到这里已经是完了，但是却抹不掉这短时间带来的快乐。-18-参考文献1江 .理 .国防工业出版社 20022】张大彪、王艳菊 .微波测速、测距系统的设计 .仪表技术与传感器 .2004械 19804】吴琼，汽车倒车雷达系统的研究， 南京林业大学， 20095璞 .汽车速度测量方法研究 [D].天津理工大学 6】松井邦彦．传感器实用电路设计与制作【 M】．北京：科学出版社， 20057】何希才．传感器及其应用实例【 M】．北京：机械工业出版社， 20048】陈国强，邓明长 基于多普勒效应的超声波安防系统 韶关学院学报·自然科学 第 29第六期 2008年 6月9门 361004仪嚣研究10】 吴晓．超声波传感器应用探讨．计量技求 199311白 模拟电子技术基础 [M].北京 :高等教育出版社 .1988:237-24912祝 敏超声波测距误差分析及修正方法，湖南永州职院， 200813】刘琴涛，超声波测距的误差分析与改进方法，江汉大学文理学院， 201014】 曹建海 ,路长厚 ,东 .基于单片机的超声波液位测量系统 [J].2004.39-40.15明 红 .PROTUES软件在学习单片机中的应用 术学院报,2010,06:40-42.16申 涛 石剑民 ,鹏 .Multisim和Proteus仿真辅助数字电路实验教学的研究 [A].湖南工业大学法学院 .第三届教学管理与课程建设学术会议论文集 院:,2012:4.17慧 韦萍萍 .于 Protues软件的单片机软硬件仿真实验 毕节学院报,2012,08:96-99.-19-致谢本次设计是在导师老师的精心指导和悉心关怀下完成的。 在我这半年的本科生毕， 此外，在半年的毕设学习中，同组的同学们也给予了我许多帮助和鼓励，同时要感， 们的帮助！在此，也向你们表示感谢！另外还要感谢兄长的朋友，没有他的帮助我实物难以完成。最后，衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！-20-附录完整 C语言程序#include"isd1730.h"uchardataISD_COMM_RAM[7];uchardata*isd_comm_ptr;voiddelay_isd(uinttime){while(time--!=0);}voiddelay(unsignedintms)//延时 1ms{unsignedchari;while(ms--){for(i=0;i<120;i++);}}ucharT_R_comm_byte(ucharcomm_data){ucharbit_nuber;uchartemp;bit_nuber=0;temp=0;-21-do{ISD_SCLK=0;delay(1);if((comm_data>>bit_nuber&0x01)!=0){ISD_MOSI=1;}else{ISD_MOSI=0;}if(ISD_MISO){temp=(temp>>1)|0x80;}else{temp=temp>>1;}ISD_SCLK=1;delay(1);}while(++bit_nuber<=7);ISD_MOSI=0;return(temp);}voidisd1700_7byte_comm(ucharcomm_par,uintstar_addr,uintend_addr){uchari;ISD_COMM_RAM[0]=comm_par;ISD_COMM_RAM[1]=NULL;ISD_COMM_RAM[2]=star_addr;-22-ISD_COMM_RAM[3]=star_addr>>8;ISD_COMM_RAM[4]=end_addr;ISD_COMM_RAM[5]=end_addr>>8;ISD_COMM_RAM[6]=NULL;isd_comm_ptr=ISD_COMM_RAM;i=0;do{T_R_comm_byte(*isd_comm_ptr++);i++;}while(i<=7);}voidGetSound(ucharsoundtick){ISD_SS=0;switch(soundtick){case 0:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_0B);}break;case 1:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_1B);}break;case 2:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED,sound_2A,sound_2B);}break;case 3:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLA