李明娟， 胡 波，劉偉波

(濱州學(xué)院 a. 飛行學(xué)院； b. 光電工程系， 山東 濱州 256603)

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基于單片機(jī)的防公車私用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李明娟a， 胡 波a，劉偉波b

(濱州學(xué)院 a. 飛行學(xué)院； b. 光電工程系， 山東 濱州 256603)

以兩片AT89S52單片機(jī)為主控制器，利用單片機(jī)控制和無線傳輸?shù)挠嘘P(guān)知識，結(jié)合降壓、單片機(jī)最小系統(tǒng)和系統(tǒng)驅(qū)動等電路設(shè)計(jì)出一款集機(jī)車自鎖、機(jī)車狀態(tài)信息采集、信息傳輸和信息顯示于一體的防公車私用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)理念，電路相對簡單、集成度高、易于制作、安裝方便、可靠性高且價格較低，適宜大規(guī)模推廣。本系統(tǒng)具有耐用性強(qiáng)、靈活性好、安全系數(shù)高、方便升級的特點(diǎn)，并且可安裝在不同品牌的汽車上，有助于保證駕駛員的安全性。

AT89S52單片機(jī)； 公車私用； 無線傳輸； 模塊化設(shè)計(jì)

0 引 言

公車私用問題一直是和腐敗聯(lián)系在一起的，公車私用問題的嚴(yán)重性也隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷加深。近些年來，國內(nèi)要求公車改革的聲音不絕于耳，說明公車管理存在諸多問題和漏洞[1]。從最初的制度防治，到最近幾年的技術(shù)防治，無論哪種方式都沒有起到預(yù)期的目標(biāo)[2]。盡管近年來，國家加大了對公車私用控制和管理的力度，許多地方也紛紛出臺相應(yīng)的“禁令”，一些地方也先后推行了新一輪的“車改”，可公車私用之風(fēng)依然沒有得到根治[3-6]。這不僅給國家造成巨大損失，而且政府部門工作人員的形象受到嚴(yán)重破壞，人民群眾也大都把這看成是一種貪污腐敗的行為[7]。目前，防治的手段也不斷推陳出新。但由于成本和技術(shù)復(fù)雜等原因，能夠大規(guī)模推廣的防公車私用的系統(tǒng)幾乎沒有，不能滿足當(dāng)前的需求。所以，市場對一種技術(shù)簡單、價格低廉、操作簡單可靠的防止公車私用系統(tǒng)的需求就顯得十分迫切。這樣的系統(tǒng)既可以節(jié)約財政開支，又能在一定程度上有效防止貪污腐敗。

1 系統(tǒng)組成及基本工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)整體分為兩大部分：接收端和檢測端。其具體包括微控制器模塊、機(jī)車運(yùn)動狀態(tài)檢測模塊、語音提示模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、顯示模塊和信息記錄模塊共6個部分。

1.2 基本工作原理

防公車私用系統(tǒng)以兩片AT89S52單片機(jī)為主控制器，分別作為接收端和檢測端。

(1) 檢測端。用黑白線傳感器檢測公車運(yùn)動情況，當(dāng)公車開始運(yùn)動時通過記錄小車轉(zhuǎn)的圈數(shù)來計(jì)算小車運(yùn)行的里程；BMP5008語音模塊作為一種提示性的器件通過語音提示使用戶能更好更容易地獲知公車是否被允許開動，使人機(jī)關(guān)系更加和諧；通過NRF24L01無線傳輸實(shí)時傳輸公車的使用狀態(tài)并將里程數(shù)實(shí)時傳給接收端，以便工作人員可以隨時確定公車是否被私用[8]。

(2) 接收端。通過NRF24L01將發(fā)送端發(fā)送的公車運(yùn)動狀態(tài)以及公車運(yùn)行的里程數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，將相關(guān)數(shù)據(jù)通過接收端單片機(jī)控制的LED顯示屏進(jìn)行顯示，以便于工作人員記錄公車的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行里程數(shù)，方便日后查詢用。

2 軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 微控制器模塊

AT89S52是一種功耗低、高性能CMOS 8 b微控制器，具有8 kB系統(tǒng)可編程Flash存儲器。其使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 b CPU和在系統(tǒng)可以編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案[9-11]。

2.1.2 機(jī)車運(yùn)動狀態(tài)檢測模塊

考慮實(shí)際所需，本設(shè)計(jì)選擇光電傳感器。此處采用黑白線傳感器，接口少檢測方便，且有效探測距離遠(yuǎn)，一旦機(jī)車啟動便會產(chǎn)生脈沖信號供單片機(jī)檢測機(jī)車的運(yùn)動狀態(tài)[12]。

2.1.3 語音提示模塊

BMP5008語音錄放板使用專門用于錄音控制的芯片加上全新的設(shè)計(jì)思路，使用不同容量的Flash可得到0.5～32 min的錄音容量；并且有8 kHz和12 kHz兩種樣式的采樣頻率可供用戶選擇。該語音版自帶MIC/LINE IN 線路輸入口，多種錄音都可與其連接。并且自帶穩(wěn)壓電路，5 V或6 V的電壓直接可以輸入使用；主芯片本身就攜帶0.5 W 功放；并且已錄錄音信息斷電后會自動保存。用戶可隨便定義6個I/O端口的觸發(fā)功能為單段觸發(fā)放音或是62段地址選段放音。這種錄音板應(yīng)用簡單且具有較大的容量，單片機(jī)控制簡單?？紤]到其具有較好的錄音功能特性并且控制方便，本設(shè)計(jì)采用BMP5008語音錄放板[13]。實(shí)物如圖1所示。

圖1 BMP5008錄放板接線示意圖

2.1.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊

采用NRF24L01無線收發(fā)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，NRF24L01無線收發(fā)芯片具有功耗低、控制簡單、可自動處理字頭的優(yōu)點(diǎn)，不僅有利于單片機(jī)間的數(shù)據(jù)通信而且體積小不會妨礙機(jī)車的運(yùn)行。由于本設(shè)計(jì)要求能對機(jī)車進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測及數(shù)據(jù)無線傳輸，所以選擇NRF24L01為數(shù)據(jù)收發(fā)裝置。

2.1.5 顯示模塊

采用(128*64)圖形漢字兩用液晶作為主要顯示工具。液晶顯示功耗低，輕便防震。接口電路簡單，可以和單片機(jī)直接相連，采用液晶顯示界面友好清晰，顯示信息豐富。為了避免占用大量I/O口，決定采用串行輸出方式，缺點(diǎn)是價格有些高，編程較難[14-15]。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 程序設(shè)計(jì)步驟

本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)最主要的兩個模塊：無線接收模塊和無線發(fā)送模塊。雖然程序設(shè)計(jì)較復(fù)雜，但制定好計(jì)劃，可以將其條理化、簡單化。其步驟概括如下：

(1) 明確系統(tǒng)要求，選擇算法。對于復(fù)雜的問題，要將其化繁為簡，抽絲剝繭，理清頭緒，就可以逐步制定出大致方略，選擇出合適的算法。

(2) 繪制流程框圖。程序流程圖簡單、直觀卻又包含了所有重要的信息，可以一目了然地查看進(jìn)程，防止出錯與漏項(xiàng)。

(3) 編寫程序。依據(jù)程序流程圖對程序進(jìn)行編寫，采用簡短有效的程序語言完成系統(tǒng)所要求的功能，并使之完整流暢，渾然一體。

2.2.2 系統(tǒng)部分程序

#include "stm32f10x.h"

#include "stm32_eval.h"

#include "stm32f10x_adc.h"

#include "stm32f10x_dma.h"

#include "iic.h"

#include "stm32f10x_tim.h"

#include "stm32f10x_gpio.h"

#include "stm32f10x_it.h"

#include "chaoshengbo.h"

#include "USART.h"

#include

#define pwm1 TIM1->CCR1

#define pwm3 TIM1->CCR3

#define pwm4 TIM1->CCR4

int main(void)

{

unsigned char i;

u8 count,ave1=0,ave2=0,b=1;

uint16_t data;

system_init();

while(1)

{ GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12); GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);

GPIOB->IDR=GPIOB->IDR&0x000F;

data=GPIOB->IDR;

if((data&1<<0)&&(b==1))

{ GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_8);

pwm1=1650;

pwm3=1650;

for(i=0;i<200;i++)

{

pwm1=pwm1-2;

pwm3=pwm3-2;

Delay(40);

}

b++; GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_8);

}

if((data&1<<1)&&(b==2))

{

pwm1=1250;

pwm3=1250;

for(i=0;i<255;i++)

{

pwm1=pwm1+2;

pwm3=pwm3+2;

Delay(40);

}

b++;

}

if((data&1<<2)&&(b==3))

{ GPIO_ResetBits(GPIOE,

GPIO_Pin_9);

pwm1=1760;

pwm3=1760;

for(i=0;i<125;i++)

{

pwm1=pwm1-2;

pwm3=pwm3-1;

Delay(40);

}

b++;

GPIO_SetBits(GPIOE,

GPIO_Pin_9);

}

if(result1<40)

{ GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_6);

}

}

}

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)AT89S52，經(jīng)過查閱資料、設(shè)計(jì)電路、編寫程序等步驟最終設(shè)計(jì)出一種能夠有效防止公車被私用的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)工作時接收端就會接收到發(fā)射端傳來的實(shí)時數(shù)據(jù)及變化。本系統(tǒng)與市場上現(xiàn)有的同類產(chǎn)品相比具有結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低、易于大規(guī)模推廣、采用模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。同時，本系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方案，使系統(tǒng)具有相對獨(dú)立性，有利于實(shí)現(xiàn)跨系列產(chǎn)品間的模塊的通用。但是，由于本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸是通過NRF24L01進(jìn)行的，其存在傳輸距離短，抗干擾能力不強(qiáng)，保密性不高等不足。今后在技術(shù)方面可嘗試加入GSM(全球移動通信系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這樣只要是有手機(jī)信號的地方系統(tǒng)就可以發(fā)揮功效，此方面的研究有待今后進(jìn)一步開展。

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Design of Prevention System for the Private Use of Official Vehicles with MCU

LIMing-juana,HUBoa,LIUWei-bob

(a. Flying College; b. Department of Opto-electronic Engineering, Binzhou University, Binzhou 256603, China)

This design with two pieces of AT89S52 microcomputer as the master controller, and uses knowledge of SCM control, wireless transmission, step-down circuit, the smallest single-chip system circuit, system driver circuit to achieve the function of prevention of the private use of office vehicles. This system holds many functions such as motorcycle self-locking, status information collection, information transmission, information display. This system uses modular design concept, and its circuits are relatively simple, high integration, easy to make and install, high reliability, low price, suitable for large-scale promotion.

AT89S52 microcomputer; private use of official cars; wireless transmission; modular design

2014-09-01

國家“本科教學(xué)工程”大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地建設(shè)項(xiàng)目(284)；山東省高等學(xué)校教改立項(xiàng)項(xiàng)目(2012488)；濱州學(xué)院實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(BZXYSYXM201202)

李明娟 (1980-)，女，山東博興人，碩士，講師，研究方向：主要從事航空電子技術(shù)方面的研究。

Tel.：15865205625； E-mail：mingjuanli2008@163.com

U 463.5

A

1006-7167(2015)05-0123-03