客车防超载智能语音提示系统设计毕业设计(编辑修改稿)

客车防超载智能语音提示系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

线式计算机的（比如家用 PC）的主要区别。 单片机 不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。 单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机只缺少了 I/O 设备。 概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。 单片机是 依 靠程序的，通过不同的程序实现不同的功能，尤其是 有特别要求的的 一些功能，这是 其他 器件 很不容易 做到的，有些则是 根本无法 做到的。 单片机是指芯片本身，而单片机系 统是为实现某一个控制应用需要 专门设计的，是一个围绕单片机芯片而 建立 的计算机应用系统，这 就 是单片机应用系统。 单片机开发系统是指单片机开发调试的工具。 单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有 高集成度 、 极快的运行速度 、 极小的体积 、 十分强大的功能 、 极低的功耗 、低廉 的 价格 等 有 点， 所以单片机 正在逐步取代现有的多片微机应用系统。 综合以上特性不难发现，单片机非常适合成为本次设计的中心逻辑处理芯片。 本章小结 客车防超载智能语音提示系统的核心处理芯片适合采用单片机，来达 到自动化、智能化的功能要求。 要进行客车防超载智能语音提示系统的设计，就要进行信号的转化，将各种信号最终转化为单片机可以处理的逻辑信号（数字信号），这将会用到传感器以及各种转化电路。 在了解了基本原理后，接下来我们就要讨论 客车防超载智能语音提示系统 各个部分的设计。 燕山大学本科生毕业设计（论文） 8 第 3 章 客车防超载系统的设计 系统的总体结构设计 由前面的分析容易知道， 课题 所要设计的客车防超载智能语音提示系统由把人产生的信号转化成电信号的电路、电信号 通过单片机处理的电路以及经过处理后的信号最后转化成声音、光线等信号的电路三部分构 成。 图 31 是其原理框图： 图 31 系统总体方案示意图 基本设计思路为：乘客由于上下车的行为而产生信号， 信号被敏感器件捕获然后经由转化电路转化为电信号，然后单片机对信号进行处理，处理过后的信号再转化成电信号驱动显示模块、语音模块等外围模块，最终转化为声音、光线等易被人感知的信号，完成智能语音提示。 乘客上下车 转化电路 单片机处理 转化电路 显示语音模块 第 3 章 客车防超载系统的设计 9 计数方式的确定 综合分析前述各种计数方法的特点，可知用 红外线传感器 来进行计数非常合适，既准确又经济，可实现性好。 可用 红外线传感器 分 别对上车乘客和下车乘客的数量进行计数。 当上车部分的 红外线传感器 捕获到信号时，将信号转化为电信号传送给单片机，利用单片机内部逻辑进行加一计数，即车载乘客数加一； 当 下 车 部分 的 红外线传感器 捕获到信号时， 将信号 转化为电信号传送给单片机，利用单片机内部逻辑进行 减 一计数，即车载乘客数 减 一。 由当前车载人数和上下车乘客数量即可实现对车载乘客数量的计数。 发生信号的捕获 作为 整个客车防超载智能语音提示系统的基础环节，如何准确、快速地捕获由于乘客上下车而产生的信号是重中之重。 前面已经说明要用 红外线传感器 来对上下车的 乘客进行计数， 红外线传感器 的作用过程为乘客通过传感器前面的感应区域时，挡住红外线，使原来的状态发生变化，相应的传感器电路中电信号也发生变化，电信号再传递给单片机进行逻辑处理。 通常情况下， 大部分 客车 有两个门或三个门， 分 别 为上车门与下车门，分门专用，既简单又方便。 只要分别在上车门与下车门安置各自的 红外线传感器 即可对上车人数与下车人数进行计数。 然而， 有些车两门 通 用，既能上车又能下车，如果还按照上述方法安置传感器进行计数 ，则 将差生误差，无法有效达成计数的目的。 对于这种情况，可在同一门处安置两个并排的 红外线传感器 ，根据两个传感器捕获到信号的顺序即可判断出乘客是上车还是下车，这样大大提高了计数的准确性和这种方法的适用性。 并排双传感器作用过程 如下图所示： 燕山大学本科生毕业设计（论文） 10 图 32 并排双传感器 示意图 假设 红外线传感器 未感应到人体运动时的状态为 0，感应到人体通过时的状态为 1，则上图的乘客上车运动过程可表示为： （ 0， 0） →（ 1， 0） →（ 1， 1）→（ 0， 1）→（ 0， 0） 步骤 1 步骤 2 步骤 3 步骤 4 步骤 5 同理，乘客下车的运动过程可表示 为： （ 0， 0）→（ 0， 1）→（ 1， 1）→（ 1， 0）→（ 0， 0） 步骤 1 步骤 2 步骤 3 步骤 4 步骤 5 （红外线发射器） （红外线接收器） 步骤 1 步骤 2 步骤 4 步骤 5 步骤 3 第 3 章 客车防超载系统的设计 11 控制系统对信号的处理 在 客车防超载智能语音提示系统 的设计中， 中央控制单元是极其重要的部分。 其性能直接影响到整个系统的性能指标。 因此，如何选取 合适的中央控制单元 ，如何正确使用 控制单元 也就变得 尤为 重要了。 中央控制单元 在 客车防超载智能语音提示系统 中的主要作用就是将 传感器传递过来的电信号转化为逻辑信号 ， 并依靠其内部所储存的程序对信号进行运算处理，最终用处理好的信号驱动外围 的 模 块（ 如 显示 模块、语音模块等） 实现在 系统所要求的功能 [11]。 如前所述， 目前 适合 的 中央控制单元是单片机。 单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强以及运算速度快等优点，因此非常适合用在客车防超载智能语音提示系统中作为中央控制单元。 单片机在本次客车防超载智能语音提示系统中的作用是中央控制与处理，分析各个模块传递来的信号，并将所有信号依据单片机所下载的程序进行处理，最后返回给各个模块，驱动模块实现功能。 当传感器将外部由人体运动所产生的声光等信号转化为电信号并传递给单片机时，单片机通过 I/O 口及相关电路将信 号转化为以 0 和 1 表示的数字信号，并依靠单片机强大的运算控制功能对信号进行分析处理，得出所需要的结果后在转化成电信号 I/O 口 传递给相应的外围模块，驱动外围模块工作，实现系统所要求的功能。 目前，比较常见 常用 的单片机有 基于 8051 内核 的 51 单片机、 PIC 系列单片机、 飞思卡尔单片机 、 意法半导体公司生产 的 8/32 位单片机（ STM8系列、 STM32 系列） 以及 美国德州仪器（ TI） 推出的的 MSP430 系列单片机 等。 以上所述的 单片机功能强大，技术成熟，对于客车防超载智能语音提示系统课题中所要求的功能完全可以胜任运算控制单 元，都是完成课题非常不错的选择。 要完成课题，可在其中任意选择一种。 燕山大学本科生毕业设计（论文） 12 语音功能的选择 本设计为客车防超载智能语音提示系统，顾名思义，最终要用语音进行提示，即当满足某一条件（客车超载）时播放相对应的录音，这就首先要对语音进行收集和记录。 将声音信号记录在媒质上的过程 称为录音。 将媒质上记录的信号重放出声音来的过程称为放音。 录音的一般方法为：发出声音， 使声音通过传声器、放大器 等电路 转换为电信号， 然后 用不同的材料和工艺记录下来。 录音方法分为机械录音 (唱片录音 )、磁性录音、光学录音等。 随着激光技术的发展，出现了 激光录音法，提高了录音的音质 [12]。 记录声音的方式常用的不外乎两种，一种是模拟，一种是数字。 模拟方式，就是将声音 在 空气 中产生的 震动，变成大小强弱 相对应的连续的电信号，然后转变 为连续的磁信号，记录在能被磁化的 某些 介质上，如钢丝录音机（ 这是 很早的设备） ， 磁带录音机就是 一用 这个原理 制作成的。 被磁化的介质以 特 定的速度通过线圈（磁头） 的 时 候 ，变化的磁场感生出变化的电场， 然后 形成对应变化的电流， 最后 将这种电流通过 某种方式 放大，即 可 还原出原来 记录的声音。 还有一种 模拟方式是 不 用磁介质的， 那 就是黑胶唱片，它的原理前面 和磁介质 方法的原理 是一样的，也 就 是将空气 的 震动信号变成 相应 电信号，但后面 不同， 是将电信号 重新 再转换成一种机械振动， 通过 带动一根记录针，将振动的规律 完整的记录在黑胶母碟上， 就是在母碟 的表面 上刻出一圈一圈的凹槽， 这样 就制作出黑胶唱片的母版， 再 然后通过一定的技术手段 进行 翻版 ，就能做 出能实用的黑胶唱片。 还原声音 的时候 ，则正好是上述记录过程的 逆向 ，将唱针放 在 凹槽里，转动唱片， 这时 唱针就会根据凹槽的深浅、弯曲 而 产生对应的机械振动，这种机械振 动再 转变 为电信号，通过检波和放大，就可以 还原出记录的声音。 数字方式，也就是 先将 声音的空气振动转变为连续变化的电信号，然后对这种连续变化的信号进行 周期 采样（每隔一个时间段， 采集 得到电信号的第 3 章 客车防超载系统的设计 13 一个值， 中间 间隔的时间越短， 所 得到的的电信号 的 值 就 越接近连续的波形值），将采样得到的一 系列 数据通过一定的算法进行 变换 、压缩，最后得到代表原 声音信号的 一组 数据，然后以文件的形式记录下来。 放音 则是 录音过程 的逆向运算， 经过一系列的电路转化， 最后得到一个变化的电信号，驱动扬声器，将这种变化的电信号转换为空气振动， 最终 形成我们听到的声音。 对于本课题来说， 由于用元件搭建语音录放电路比较复杂， 可以采用集成的语音 模块来实现语音提示的功能。 语音模块是一种集成的语音录放电路， 通常内含话筒前置放大、 振荡器、防混淆滤波器、 自动增益控制、扬声器驱动以及 FLASH 阵列等。 可以方便地进行语音的录制与播放。 显示功能的选择 为了更加清楚直观的表示当前车载乘客数量，本设计在整个系统中加入了显示功能。 这就要用到显示器。 显示器是属于 计算机 的 I/O 设备，即输入输出设备。 它可以分为 CRT、LCD、 LED 等多种。 它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具。 LED 显示屏（ LED panel）： LED 就是 light emitting diode， 即 发光二极管的英文缩写，简称 LED。 它是一种通过半导体发光二极管的显示 的屏幕 ，可以 显示文字、图形、动画、视频信号等各种信息的显示屏幕 [13]。 随着大规模集成电路 与 计算机技术的不断 发展 ， LED 显示器正在迅速崛起。 LED 结构： 基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片排列而成的。 可实现0～ 9 的显示。 其具体结构有 “条形七段式” 、 “反射罩式” 以及“单片集成多位数字式”等。 反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED 贴在与反射罩的七个反射腔 互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是 LED 芯片。 反射罩式数码管有空封和实封两种 封装方式。 燕山大学本科生毕业设计（论文） 14 实封方式采用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。 空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，在芯片和底板上涂以透明绝缘胶， 可以器件的可靠性， 还可以提高光效率。 这种方式一般用于四位 及 以上的数字显示（或符号显示） [14]。 条形七段式数码管 与其他数码管不同，它是 属于混合封装形式。 它 先 把用于 管芯的磷化镓或磷化镓 的 圆片，划成内含一只或数只 LED 的 发光条，然后把 一模一样 的七条 发光条 粘在日字形框上，用压焊工艺连 好内引线， 然后 再用环氧树脂包封起来。 单片集成多位数字显示器是在发光材料 的 基片上（大圆片），利用集成电路 的 工艺制作出大量七段数字显示图形， 再 通过划片把合格芯片选出， 然后 对位贴在印刷电路板上， 最后 用压焊工艺引出引线，在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。 它们适用于小型数字仪表中。 符号管、米字管的制作方式与数码管类似。 矩阵管（发光二极管点阵）也可 以采用类似单片集成 多位数字显示器 的工艺方法制作。 LED 分类： 按字高分：笔画显示器字高最小有 1mm（单片集成式多位数码管字高一般在 2～ 3mm）。 其他类型笔画显示器最高可达 （ 英寸）甚至达数百 mm； 按颜色分有红、橙、黄、绿等数种； 按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式； 从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种 [15]。 目前，市面上的 显示屏各式各样，种类繁多，可满足不同特殊的的功能需求。 本课题所要求实现的显示内容简洁明了，只需实时显示当前的车载乘客数量以及是否超载的状态标志即可，故可采用简单的 LED 显。