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        基于單片機(jī)的語(yǔ)音式轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2016-08-18 20:28:04趙華峰
        電腦知識(shí)與技術(shù) 2016年19期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)

        趙華峰

        摘要:針對(duì)傳統(tǒng)的汽車轉(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,霍爾傳感器采集車輛在行駛過(guò)程中所得到的信號(hào),液晶屏顯示汽車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

        汽車轉(zhuǎn)速里程表是用來(lái)標(biāo)示汽車運(yùn)行過(guò)程中的瞬時(shí)速度和記載汽車行駛的總里程。傳統(tǒng)的汽車?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?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?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):

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