公交车无线自动报站系统——硬件设计毕业设计论文(编辑修改稿)

公交车无线自动报站系统——硬件设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

7。 1 ℃ 3) LCD 字符显示 4) 实时时钟 5) 语音报站 6) 使用电源：直流： 12V 7) 使用环境：温度：－ 40℃ ～＋ 50℃ 采用的研究方案 根据公交车无线自动报站系统的功能要求及技术要求，为实现全自动报站，将本系统分成两个子系统：站台系统和车载系统。 两个子系统的信息交换通过无线数据模块来完成，进而完成自动报站。 整个系统的结构图如图 所示。 站台系统上电自检后，自动处于休眠状态。 当车辆驶进入到无线数据模块收发的距离范围（具体可参考下一章）之内，站台系统接收到车载系统发来的正确命令数据后（具体数据协议参考下一章），将本站的站台信息回发到车载系统，车载系统接收到站台系统回发的数据后，根 据数据协议，解析数据查表得到本站信息，然后通过语音芯片进行语音输出，并利用 LCD 进行文本滚动提示乘客。 西安工业大学北方信息工程学 院毕业设计（论文） 5 无 线 数 据 模 块 无 线 数 据 模 块 车 载 系 统 站台系统 图 系统的结构图 根据上述的整个系统的功能和结构图，以及市场的调研和相关资料的查询，确定整个系统硬件框图如图 所示。 图 系统硬件框图 如图 所示 ,整个系统有两个子系统组成 ,车载系统和站台系统。 站台系统功能比较简单，主要完成 TTL 电平与 RS232 电平的转换及串口数据的接收和发送。 为此，该子系统硬件设计较简单。 公交车无线自动报站系统主要的功能主要集中在车载系统，为此，车载系统以单片机 89C52 为核心，利用 DALLAS 公司的 DS18B20 温度传感器和 DS12887 时钟芯片，完成车内温度的实时检测和时间西安工业大学北方信息工程学 院毕业设计（论文） 6 数据的读取，最终将温度和时间数据送至 LCD 实时显示。 另外通过无线数据模块和电平转换电路完成车载系统与站台系统的数据通信，从而实现全自动语音报站。 本次毕业设计的主要任务是完成公交车无线自动报站系统的硬件电路的设计，而车载系统的设计则是本设计最核心的部分。 3 系统接口电路的分析与设计 7 3 系统接口电路的分析与设计 系统接口电路的设计系统的最重要的 部分，在确定系统功能要求及系统硬件方案后，选定芯片，查阅芯片的使用手册及其引脚的定义的后，根据 CPU 总线与 I/O 设备之间信号要求及时序进行相应的接口设计，通常设计接口时应对完成的功能所需要的硬件和软件作统筹考虑，确定那些功能由硬件完成，哪些功能由软件实现，两者之间做出合理的接口电路设计思路。 在此基础上，合理的选用 I/O接口芯片，进行硬件接口电路设计及如何与 CPU 的连接是至关重要的。 微处理器是公交车无线自动报站系统的核心部件，它的结构、特性对所研制的系统的性能有很大影响。 因此，对微处理器的选择尤为重要。 我们 通过选取和对比各种型号的微处理器芯片的功能特性和价格，发现 AT98C5X 以其低廉的价格、强大的功能，完全符合经济的原则并且完全满足本系统的功能要求。 所以，在两个子系统中我们分别选用 AT89C51 和 AT89C52 作为 CPU 芯片。 单片机的介绍 单片机小系统选择的是 ATMEL 公司的低功耗，高性能的 CMOS8 位单片机AT89C52 芯片，片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM） ,器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容 标准 MCS51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C52 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 主要性能参数： a. 与 MCS51 产品指令和引脚完全兼容 b. 8k 字节可重复擦写 Flash 闪速存储器 c. 1000 次擦写周期 d. 全静态操作： 0Hz24Hz e. 三级加密程序存储器 f. 256 乘 8 字节内部 RAM g. 32 个可编程 I/O 口线 h. 3 个 16 位定时 /计数器 i. 8 个中断源 j. 可编程串行 UART 通道 k. 低功耗空闲和掉电模西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 8 AT89C52 的引脚排列如 图所示 图 AT89C52 的引脚排列 系统电源部分的设计 在本系统中所涉及的两个子系统均需要用到电源，电源是系统的能量来源，另外电源电压的要求及其稳定性和可靠性将是系统首要考虑的问题。 两个子系统的 CPU 及外围芯片的供电均需要稳定的 5V 电源，因此两个子系统的电源电路的设计类似，因此在本设计中以车载系统的电路设计为例，必须给 CPU 提供一个比较稳定的＋ 5V 电源电压。 在此本次设计中采用了三端集成稳压 LM7805CV来稳压。 集成稳压器 LM7805CV 是将非稳定的直流电压变换成稳定的直流电压的 IC芯 片。 LM7805CV 集成稳压器有输入端、输出端及公共端三个引脚。 芯片内部设有过流保护、过热保护及调整管安全保护电路，其所需外接元件少，使用方便、可靠。 广泛地用于各种电子设备中。 LM7805CV 最大的输入电压为 35V，最小输入电压为 ，其输出电压为 +5V。 具体电路图 如下： 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 9 图 电源电路 LM7805CV 输入端 1 脚接 VS， VS 是＋ 12V 直流电压，符合 LM7805CV 的电压范围，管脚 2 接地，这样管脚 3 就可输出＋ 5V的稳定电压。 为了滤除输入和输出电压上的纹波，分别在 LM7805CV 的输入和输出 管脚分别接以电解电容和陶瓷电容，使其得到较稳定的电源电压。 其他外围电路设计 看门狗电路的设计 看门狗就是在程序飞跑或死机时 ,对系统进行复位重新置位 ,以使系统恢复正常运行的一种专用电路。 现在常用的看门狗主要有两种：软件狗和硬件狗。 软件狗实际上就是通常说的软件指令 ,一旦程序跑飞 ,只要程序指针指向这些地址 ,便立即被强行跳转至程序的开头或其他指定地址处 ,从而使程序继续正常执行。 硬件狗现在更多的被采用。 所谓硬件狗，就是一个能够发送 “复位 ”信号的计数器或定时器电路。 以前常用的硬件狗由脉冲计数器 和一些外围电路组成，计数清零和溢出端分别和单片机的 I/O 与 RST 相连接。 其工作原理是：由脉冲发生电路产生脉冲，计数器对脉冲进行计数。 程序正常运行时， CPU 在计数器溢出之前通过 I/O 口对计数器清零，使计数器不能溢出，此时由于溢出端与 CPU 的RST 端相连接，所以使单片机系统 “复位 ”，使其能重新正常运行。 单片机系统的供电电源有时候因为各种不同原因而不稳定，发生电压波动或瞬时掉电的现象，从而影响系统的正常工作和数据保存。 如果能对电源电压进行监视，当电源电压下降到某一特定值时，发生一个信号给单片机和电源切换电路，那 么就使 CPU 及时进行必要的操作和维持工作电源的稳定。 MAX813 能够完全满足要求。 所以本系统采用 MAX813作为电源监视和看门狗芯片。 电路图如图。 将第 7 脚接 CPU 的复位脚，第 1 脚与第 8 脚相连，第 6 脚与 CPU 的 相连。 在软件设计中， 不断输出脉冲信号。 如系统死机导致 无脉冲信号输出，则 秒后在 MAX813 的第 8 脚输出低电平。 该低电平加到第 1 脚，使 MAX813西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 10 产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为 200ms，使 CPU 有效复位，摆脱死循环的困境。 看门狗复位电路如图 所示：如果 在 秒内没有触发该电路 (即第 6 脚无脉冲输入 )则第 8 脚输出一个低电平，是单片机复位 MR1P F I4W D O 8R E S 7W D I 6P F O 5U6M A X 8 13R S T 1DOG 图 看门狗电路 电路连接图如图所示。 在这个系统中， P16 作为看门狗的 “喂狗 ”信号； REST和单片机的复位信号连接。 时钟电路 在单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为单片机的 XTAL1，其出端为单片机的 XTAL2。 而在芯片的外部， XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和两个 33PF 微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。 在此我们采用 即可满足两个子系统的要求。 Y11 1 . 0 5 9 2 MC 2 13 3 P FC 2 23 3 P FX 1 1X 1 2 图 晶振电路 电平转换电路的设计 车载系统与站台系统均采用无线数据模块传输数据，其接口是 RS232 串口，电平是 RS232 电平，而单片机的串口是 TTL 电平，为此在车载系统和站台系统均需要设计 RS232 电平转换电路。 RS232 标准 RS232C 标准（协议）的全称是 EIARS232C 标准，其中 EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会， RS（ emeded standard）代西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 11 表推荐标准， 232 是标识号， C 代表 RS232 的最新一次修改 （ 1969），在这之前，有 RS232B、 RS232A。 它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。 常用物理标准还有有 EIA； RS232C、 EIA。 RS422A、 EIA； RS42 EIA； RS485。 我们这里用的是 EIA； RS232C（简称 232， RS232）。 EI RS232C 与 TTL 转换： EIARS232C 是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL 以高低电平表示逻辑状态的规定不同。 因此，为了能够同计算机接口或终端的 TTL 器件连接，必须在 EIARS232C 与 TTL 电路之间进 行电平和逻辑关系的变换。 MAX232 芯片可完成 TTL←→EIA 双向电平转换。 这里我们选用 DB9 连接器，在 AT 机及以后，不支持 20mA 电流环接口，使用 DB9 连接器，作为提供多功能 I/O 卡或主板上 COM1 和 COM2 两个串行接口的连接器。 它只提供异步通信的 9 个信号。 DB25 型连接器的引脚分配与DB25 型引脚信号完全不同。 因此，若与配接 DB25 型连接器的 DCE 设备连接，必须使用专门的电缆线。 电缆长度：在通信速率低于 20kb/s 时， RS232C 所直接连接的最大物理距离为 15m（ 50 英尺）。 传输电缆长度 由 RS232C 标准规定在码元畸变小于 4%的情况下，传输电缆长度应为 50 英尺，其实这个 4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有 99%的用户是按码元畸变 1020%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过 50 英尺，在 9600 的时候可以达到 250 英尺，即 75 米。 电平转换芯片的选择 在两个系统中均采用 MAX232APE，它是一种双组驱动器 /接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单 5V 电源供电时提供 EIA/TIA232E 电平。 每个接收器将 EIA/TIA232E 电平输入转换为 5V TTL/CMOS 电平。 这些接收器具有 的典型门限值及 的典型迟滞，而且可以接收 15 V 的输入。 每个驱动器将 TTL/CMOS 输入电平转换为 EIA/TIA232E 电平。 MAX232 的工作温度范围为 0℃ 至 70℃。 MAX232APE 的特点 1) 单 5V 电源工作 2) LinBiCMOS 工艺技术 3) 两个驱动器及两个接收器 4) 15 V 的输入电平 5) 低电源电流 :典型值是 8mA 6) 符合甚至优于 ANSI 标准 EIA/TIA232E 及 ITU 推荐标准 7) 可与 Maxim公司的 MAX232 互换 8) ESD 保护大于 MILSTD883(方法 3015)标准的 20xxV 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 12 引脚排列 图 MAX232 芯片引脚图 无线数据模块的工作介绍 本设计采用采用 LAC－ UP 型微功率无线数据传输模块，其特点如下： a. 微功率发射：最大发射功率为 10MW b. 工作频率在 1SM 频段，无需申请频点。 载频频率 430MHZ－ 434MHZ，也可提供 315/868/915MHZ 载频。 c. 高抗干扰能力和低误码率：基于 FSK 的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机 干扰的能力，在信道误码率为 102时，可得到实际误码率 105～ 106。 d. 传输距离远：在视距情况下，天线高度＞ 3M，可靠传输距离＞ 300M（ BER=103/1200Bit/s） e. 透明的数据传输：提供透明的数据接口，能使用任何标准或非标准的用户协议。 自动过滤空中产生的噪音信号及假数据。 f. 多信道，多速率： LAC－ UP 型模块标准配置提供 8 个信道，根据用户需要，可扩展到 16/32。