趙華峰

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的汽車(chē)轉(zhuǎn)速里程表需要用眼睛去看的弊端，設(shè)計(jì)出以STC89C52為主控芯片的語(yǔ)音式電子轉(zhuǎn)速里程表系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用SPI串行總線方式通信，霍爾傳感器采集車(chē)輛在行駛過(guò)程中所得到的信號(hào)，液晶屏顯示汽車(chē)行駛的速度和總里程數(shù)，并用ISD4004語(yǔ)音播報(bào)速度，用蜂鳴器和LED燈構(gòu)成超速聲光報(bào)警器。具有精確度高、顯示清楚醒目、語(yǔ)音報(bào)數(shù)清晰、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電子轉(zhuǎn)速表；語(yǔ)音播報(bào)；單片機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）19-0253-02

汽車(chē)轉(zhuǎn)速里程表是用來(lái)標(biāo)示汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的瞬時(shí)速度和記載汽車(chē)行駛的總里程。傳統(tǒng)的汽車(chē)?yán)锍瘫硎怯娩摻z軟軸驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置來(lái)標(biāo)示速度和記錄里程，行駛過(guò)程中車(chē)速的不斷提高或者道路環(huán)境的影響，鋼絲軟軸在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受到鋼絲交變應(yīng)力的影響易出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象[1]，鋼絲軟軸能否正常工作對(duì)于傳統(tǒng)的汽車(chē)?yán)锍瘫硎且粋€(gè)不小的挑戰(zhàn)。另一方面易產(chǎn)生形變過(guò)大和遲滯現(xiàn)象。對(duì)于不同車(chē)型，軟軸長(zhǎng)度和彎曲程度也影響裝置的安裝位置。對(duì)比于單片機(jī)作為主控芯片的電子式轉(zhuǎn)速里程表，傳統(tǒng)汽車(chē)?yán)锍瘫頉](méi)有優(yōu)勢(shì)可言；另一方面，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速里程表沒(méi)有語(yǔ)音提示功能，需要眼睛去看才能知道當(dāng)前行駛的速度和離限制速度的區(qū)間大小，有了語(yǔ)音提示，可以一鍵播報(bào)當(dāng)前速度，并且?guī)в谐偬嵝选?/p>

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，LCD1602作為顯示器，ISD4004語(yǔ)音模塊播報(bào)的電子式轉(zhuǎn)速里程表裝置，并且還有掉電信息不丟失，數(shù)據(jù)信息能夠擦除重寫(xiě)。單片機(jī)采用的是STC公司生產(chǎn)的型號(hào)STC89C52的單片機(jī)，目前為止最實(shí)用和最實(shí)惠的單片機(jī)芯片。STC89C52的工作頻率是0～40MHz，本裝置用的是單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器和石英晶體作為振蕩源，振蕩頻率設(shè)定為12MHz。通過(guò)單片機(jī)編程液晶顯示模塊LCD1602顯示累計(jì)里程和本次里程[2]。系統(tǒng)組成框圖見(jiàn)圖1。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件部分是由測(cè)速系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、語(yǔ)音系統(tǒng)三大部分組成。測(cè)速系統(tǒng)主要是霍爾傳感器的應(yīng)用，顯示系統(tǒng)主要是LCD1602液晶顯示屏的應(yīng)用，語(yǔ)音系統(tǒng)主要是ISD4004語(yǔ)音模塊的應(yīng)用。以下是關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)和原理說(shuō)明。

2.1 霍爾傳感器的應(yīng)用

應(yīng)用霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速有多種實(shí)現(xiàn)方式，最主要的還是應(yīng)用脈沖計(jì)數(shù)（一種是脈沖的頻率，一種是脈沖的周期，還有一種是脈沖的頻率和周期的聯(lián)合）來(lái)測(cè)量器械的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。本設(shè)計(jì)中是應(yīng)用霍爾傳感器計(jì)量?jī)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算得到裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。把一塊永久磁鐵用膠水貼在裝置轉(zhuǎn)軸上固定的圓盤(pán)的邊角，當(dāng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)圓盤(pán)隨著裝置的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)然磁鐵也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾傳感器就在轉(zhuǎn)盤(pán)的邊上，磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)就是霍爾元件垂直面受到的磁場(chǎng)，于是能夠產(chǎn)生脈沖信號(hào)，裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越快一個(gè)計(jì)時(shí)單位內(nèi)產(chǎn)生的脈沖的數(shù)量大小就越多。下面給出脈沖信號(hào)的周期和電機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系式：

方程式（1）中：電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是n；電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一圈的所得到的脈沖數(shù)是p；輸出的方波信號(hào)周期是t。應(yīng)用方程式（1）帶入n和p的相對(duì)應(yīng)參數(shù)就可以計(jì)算出當(dāng)前電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。如圖2所示霍爾傳感器的1號(hào)引腳接在電源正極，也就是單片機(jī)的VCC端口，并且接了一個(gè)10kΩ的電阻，它的作用是構(gòu)成測(cè)量電路的內(nèi)阻，保護(hù)電路正常工作；2號(hào)引腳接地，和裝置的GND口接在一起，形成公共端接地；3號(hào)接口連接單片機(jī)的P3^2口，用來(lái)接收測(cè)量器件發(fā)來(lái)的脈沖（霍爾傳感器電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)上的永久磁鐵的作用下產(chǎn)生霍爾電勢(shì)形成脈沖信號(hào)），再由單片機(jī)處理，從而得到系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)。

2.2 液晶顯示器LCD1602的應(yīng)用

目前液晶顯示器用途非常廣泛。在本電子式轉(zhuǎn)速里程表裝置中采LCD1602液晶作為裝置的信息顯示模塊，它是能夠同步呈現(xiàn)32個(gè)字符的工業(yè)字符型液晶，也就是本設(shè)計(jì)所應(yīng)用到的LCD1602液晶顯示屏，并且這個(gè)顯示屏是分為上下兩部分，上半部分顯示16個(gè)字符，下半部分顯示16個(gè)字符[3]。LCD1602液晶顯示屏的上半部分用來(lái)顯示當(dāng)前的行駛速度和程序中設(shè)定的速度上限值（速度上限值可調(diào)節(jié)）；下半部分用來(lái)顯示現(xiàn)行駛的總里程。

2.3 語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)播報(bào)電路采用ISD4004語(yǔ)音模塊。模塊電路板上有一枚LM386音頻放大器和一枚STC15F104E單片機(jī)[4]。ISD4004語(yǔ)音模塊它的通信方式是串行外設(shè)接口通信方式，其特點(diǎn)是通信速度快、全雙工、同步；使用時(shí)電壓接的是5V，并且這個(gè)模塊可以應(yīng)用在手機(jī)電話以及別的通信設(shè)備或者電子產(chǎn)品[5]。

在裝置實(shí)物中單片機(jī)引腳到語(yǔ)音模塊的接線是：后者的RECORD端口接前者的P3^0口、后者的PLAY端口接前者的P3^1口、后者的SS端口接前者的P3^6口、后者的SCLK端口接前者的P3^0口、后者的MOSI端口接前者的P3^5口、后者的INT端口接前者的P2^0口、后者的MISO端口接前者的P2^1口、后者的RAC接前者的P2^2口[6]。語(yǔ)音模塊上有一枚STC15F104E單片機(jī)，可以很容易的把ISD4004語(yǔ)音錄放模塊和單片機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，達(dá)到預(yù)期功能的實(shí)現(xiàn)。模塊使用前確定好語(yǔ)音存放地址，提前錄好語(yǔ)音，需要播放時(shí)只要給板載單片機(jī)發(fā)送語(yǔ)音播放控制信號(hào)就能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音的播放。應(yīng)用它不是很難，和單片機(jī)結(jié)合起來(lái)就可以達(dá)到預(yù)期的功能[7]。

語(yǔ)音錄放模塊使用遵從上述錄放音原理以及接口使用規(guī)則，并且在裝置硬件電路中添加了一個(gè)藍(lán)色LED燈作為錄放音提示信號(hào)，用此藍(lán)色LED燈的亮滅標(biāo)示ISD4004語(yǔ)音錄放模塊在錄放音時(shí)的工作狀態(tài)，也可用它來(lái)判斷ISD4004語(yǔ)音錄放模塊是否工作異常。

裝置使用過(guò)程中，當(dāng)錄音鍵按下系統(tǒng)開(kāi)始錄音，啟動(dòng)模塊，把前期預(yù)定的語(yǔ)音存放地址發(fā)出交給程序，開(kāi)始錄制所需要錄得語(yǔ)音，當(dāng)程序刷到OVF出現(xiàn)時(shí)，馬上進(jìn)入中斷狀態(tài)，ISD4004語(yǔ)音錄音系統(tǒng)掉電停止，也代表著錄音部分完成。

裝置使用過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到放音按鍵按下時(shí)，經(jīng)由程序比對(duì)調(diào)用出所需要播放的語(yǔ)音地址，當(dāng)程序刷到EOM出現(xiàn)時(shí)，馬上進(jìn)入中斷狀態(tài)，ISD4004語(yǔ)音模塊掉電停止工作，也代表著放音結(jié)束。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

測(cè)速系統(tǒng)總共由三部分構(gòu)成，霍爾傳感器的測(cè)量部分、聲光報(bào)警電路部分、模擬車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)部分。按下電源開(kāi)關(guān)啟動(dòng)裝置，程序開(kāi)始運(yùn)行初始化，總里程計(jì)數(shù)清除歸零，LCD1602液晶顯示屏的速度顯示是零，總里程為零，等待電機(jī)啟動(dòng)準(zhǔn)備測(cè)速。按下電機(jī)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，霍爾傳感器測(cè)量電路開(kāi)始測(cè)速，測(cè)得的脈沖信號(hào)傳遞給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的程序運(yùn)算將測(cè)得的脈沖信號(hào)周期按照公式（1）轉(zhuǎn)換成速度數(shù)據(jù)和里程數(shù)據(jù)，再將這兩個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送給LCD1602液晶顯示屏顯示出來(lái)，使用者可以直觀的查看出此時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和行駛里程。

語(yǔ)音模塊的工作流程是根據(jù)芯片的使用說(shuō)明先確定好語(yǔ)音存放的地址，接下來(lái)將數(shù)字語(yǔ)音錄進(jìn)芯片，按下一次錄音鍵錄音一次，直到錄音完成，語(yǔ)音模塊停止工作；當(dāng)檢測(cè)到播放按鍵按下時(shí)，語(yǔ)音模塊上電開(kāi)始工作，接著再根據(jù)所需調(diào)出語(yǔ)音存放地址，讓模塊播出語(yǔ)音，語(yǔ)音播放完畢后關(guān)閉語(yǔ)音模塊。

4 結(jié)束語(yǔ)

硬件平臺(tái)搭建成功后，用Keil μVision4 IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)C51程序的編寫(xiě)和調(diào)試，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試與檢測(cè)，將各功能模塊功能很好的實(shí)現(xiàn)出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)的電子式轉(zhuǎn)速里程表系統(tǒng)功能，達(dá)到預(yù)期的效果，具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚金明.自行車(chē)轉(zhuǎn)速里程表的設(shè)計(jì)[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，29（3）：249-252.

[2] 李偉.基于單片機(jī)的智能自行車(chē)?yán)锍瘫硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)[J].東西南北：教育，2012，3（2）：142-142.

[3] 周前能.集成電路原理及應(yīng)用教學(xué)探索[M].科學(xué)咨詢， 2011：22-25.

[4] 趙亮.液晶顯示模塊LCD1602應(yīng)用[J].電子制作，2007，3（5）：43-46.

[5] 楊海東，陳高平.ISD4004-16M語(yǔ)音芯片的循環(huán)錄放電路設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2004，12（4）：36-40.

[6] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996：26-37.

[7] 張爽.基于PSTN的智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2009.