趙華峰

摘要：針對傳統(tǒng)的汽車轉速里程表需要用眼睛去看的弊端，設計出以STC89C52為主控芯片的語音式電子轉速里程表系統(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程中所得到的信號，液晶屏顯示汽車行駛的速度和總里程數(shù)，并用ISD4004語音播報速度，用蜂鳴器和LED燈構成超速聲光報警器。具有精確度高、顯示清楚醒目、語音報數(shù)清晰、穩(wěn)定可靠等特點。具有一定的實際應用價值。

關鍵詞：電子轉速表；語音播報；單片機

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）19-0253-02

汽車轉速里程表是用來標示汽車運行過程中的瞬時速度和記載汽車行駛的總里程。傳統(tǒng)的汽車里程表是用鋼絲軟軸驅動的機械裝置來標示速度和記錄里程，行駛過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過程中受到鋼絲交變應力的影響易出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象[1]，鋼絲軟軸能否正常工作對于傳統(tǒng)的汽車里程表是一個不小的挑戰(zhàn)。另一方面易產生形變過大和遲滯現(xiàn)象。對于不同車型，軟軸長度和彎曲程度也影響裝置的安裝位置。對比于單片機作為主控芯片的電子式轉速里程表，傳統(tǒng)汽車里程表沒有優(yōu)勢可言；另一方面，傳統(tǒng)轉速里程表沒有語音提示功能，需要眼睛去看才能知道當前行駛的速度和離限制速度的區(qū)間大小，有了語音提示，可以一鍵播報當前速度，并且?guī)в谐偬嵝选?/p>

1 系統(tǒng)的總體設計

系統(tǒng)以STC89C52單片機為控制核心，LCD1602作為顯示器，ISD4004語音模塊播報的電子式轉速里程表裝置，并且還有掉電信息不丟失，數(shù)據信息能夠擦除重寫。單片機采用的是STC公司生產的型號STC89C52的單片機，目前為止最實用和最實惠的單片機芯片。STC89C52的工作頻率是0～40MHz，本裝置用的是單片機的內部振蕩器和石英晶體作為振蕩源，振蕩頻率設定為12MHz。通過單片機編程液晶顯示模塊LCD1602顯示累計里程和本次里程[2]。系統(tǒng)組成框圖見圖1。

2 系統(tǒng)的硬件設計

系統(tǒng)的硬件部分是由測速系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、語音系統(tǒng)三大部分組成。測速系統(tǒng)主要是霍爾傳感器的應用，顯示系統(tǒng)主要是LCD1602液晶顯示屏的應用，語音系統(tǒng)主要是ISD4004語音模塊的應用。以下是關鍵部分的設計和原理說明。

2.1 霍爾傳感器的應用

應用霍爾傳感器測量轉速有多種實現(xiàn)方式，最主要的還是應用脈沖計數(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）來測量器械的運轉速度。本設計中是應用霍爾傳感器計量兩個脈沖之間的時間間隔來計算得到裝置的運轉速度。把一塊永久磁鐵用膠水貼在裝置轉軸上固定的圓盤的邊角，當裝置運轉時圓盤隨著裝置的轉軸轉動，當然磁鐵也跟著一起轉動，霍爾傳感器就在轉盤的邊上，磁鐵產生的磁場就是霍爾元件垂直面受到的磁場，于是能夠產生脈沖信號，裝置的運轉速度越快一個計時單位內產生的脈沖的數(shù)量大小就越多。下面給出脈沖信號的周期和電機的轉速關系式：

方程式（1）中：電機的運轉速度是n；電機運轉一圈的所得到的脈沖數(shù)是p；輸出的方波信號周期是t。應用方程式（1）帶入n和p的相對應參數(shù)就可以計算出當前電機的運轉速度。如圖2所示霍爾傳感器的1號引腳接在電源正極，也就是單片機的VCC端口，并且接了一個10kΩ的電阻，它的作用是構成測量電路的內阻，保護電路正常工作；2號引腳接地，和裝置的GND口接在一起，形成公共端接地；3號接口連接單片機的P3^2口，用來接收測量器件發(fā)來的脈沖（霍爾傳感器電機轉盤上的永久磁鐵的作用下產生霍爾電勢形成脈沖信號），再由單片機處理，從而得到系統(tǒng)所需要的數(shù)據。

2.2 液晶顯示器LCD1602的應用

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

2.3 語音播報系統(tǒng)的硬件設計

本設計播報電路采用ISD4004語音模塊。模塊電路板上有一枚LM386音頻放大器和一枚STC15F104E單片機[4]。ISD4004語音模塊它的通信方式是串行外設接口通信方式，其特點是通信速度快、全雙工、同步；使用時電壓接的是5V，并且這個模塊可以應用在手機電話以及別的通信設備或者電子產品[5]。

在裝置實物中單片機引腳到語音模塊的接線是：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]。語音模塊上有一枚STC15F104E單片機，可以很容易的把ISD4004語音錄放模塊和單片機系統(tǒng)連接起來，達到預期功能的實現(xiàn)。模塊使用前確定好語音存放地址，提前錄好語音，需要播放時只要給板載單片機發(fā)送語音播放控制信號就能夠實現(xiàn)語音的播放。應用它不是很難，和單片機結合起來就可以達到預期的功能[7]。

語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藍色LED燈作為錄放音提示信號，用此藍色LED燈的亮滅標示ISD4004語音錄放模塊在錄放音時的工作狀態(tài)，也可用它來判斷ISD4004語音錄放模塊是否工作異常。

裝置使用過程中，當錄音鍵按下系統(tǒng)開始錄音，啟動模塊，把前期預定的語音存放地址發(fā)出交給程序，開始錄制所需要錄得語音，當程序刷到OVF出現(xiàn)時，馬上進入中斷狀態(tài)，ISD4004語音錄音系統(tǒng)掉電停止，也代表著錄音部分完成。

裝置使用過程中，當系統(tǒng)檢測到放音按鍵按下時，經由程序比對調用出所需要播放的語音地址，當程序刷到EOM出現(xiàn)時，馬上進入中斷狀態(tài)，ISD4004語音模塊掉電停止工作，也代表著放音結束。

3 系統(tǒng)的軟件設計

測速系統(tǒng)總共由三部分構成，霍爾傳感器的測量部分、聲光報警電路部分、模擬車輪轉動電機控制系統(tǒng)部分。按下電源開關啟動裝置，程序開始運行初始化，總里程計數(shù)清除歸零，LCD1602液晶顯示屏的速度顯示是零，總里程為零，等待電機啟動準備測速。按下電機啟動開關后，霍爾傳感器測量電路開始測速，測得的脈沖信號傳遞給單片機，經過單片機的程序運算將測得的脈沖信號周期按照公式（1）轉換成速度數(shù)據和里程數(shù)據，再將這兩個數(shù)據發(fā)送給LCD1602液晶顯示屏顯示出來，使用者可以直觀的查看出此時的運轉速度和行駛里程。

語音模塊的工作流程是根據芯片的使用說明先確定好語音存放的地址，接下來將數(shù)字語音錄進芯片，按下一次錄音鍵錄音一次，直到錄音完成，語音模塊停止工作；當檢測到播放按鍵按下時，語音模塊上電開始工作，接著再根據所需調出語音存放地址，讓模塊播出語音，語音播放完畢后關閉語音模塊。

4 結束語

硬件平臺搭建成功后，用Keil μVision4 IDE開發(fā)環(huán)境來實現(xiàn)C51程序的編寫和調試，對單片機進行編程，經過對系統(tǒng)的調試與檢測，將各功能模塊功能很好的實現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)語音播報的電子式轉速里程表系統(tǒng)功能，達到預期的效果，具有廣闊的應用前景和發(fā)展空間。

參考文獻：

[1] 姚金明.自行車轉速里程表的設計[J].上海電力學院學報，2013，29（3）：249-252.

[2] 李偉.基于單片機的智能自行車里程表系統(tǒng)設計[J].東西南北：教育，2012，3（2）：142-142.

[3] 周前能.集成電路原理及應用教學探索[M].科學咨詢， 2011：22-25.

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

[5] 楊海東，陳高平.ISD4004-16M語音芯片的循環(huán)錄放電路設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2004，12（4）：36-40.

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

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