单片机课程设计(论文）-免超载长途车自动控制系统设计.doc

单片机课程设计 题目：免超载长途车自动控制系统设计 目录1 绪论 22系统的整体结构 2 2.1 系统的组成 2 2.2 系统的原理 3 系统的硬件设计 3.1 系统硬件总体的组成 3.2 检测模块电路 3.3 单片机模块电路 3.4 控制模块电路 3.4.1 数码管显示电路设计 3.4.2 报警电路设计 3.4.3 继电器控制电路设计 4 系统软件的设计 4.1 系统软件的整体设计 4.2 计数功能程序设计 4.3 led显示电路的程序设计 4.4 报警电路程序设计 5 结语 6 心得体会 参考文献 3333799111313131414141516171. 绪论 随着人们生活水平的提高，人们出门旅行，探亲的人数越来越多，尤其是节假日，而与此相关的公路客运的能力没有随之相应增加，只是超员现象频繁出现。目前，它已成为严重影响交通环境和人民生命财产的社会问题，严重的制约着我国可持续发展道路，目前虽然国家出台了有关政策制止客车超载现象，各地政府也出台了相关政策管理客车超载。虽然在一定程度上减少客车超载现象，但是在节假日等客流高峰期，客车超载现象屡禁不止，因此采取行政监督的同时，通过高科技的科学手段用来消除客车超载现象有着极其重要的意义和实用性。本系统通过红外线接收对管来实现人数检测，由单片机组成中的央处理单元中对乘客进行人数分析，以判断人数是否超载，如果超载，则通过扬声器发出警告，同时通过继电器控制电路对发动机进行锁定以抑制事故的发生，减少国家和人民群众的损失和伤害。2. 系统的整体结构2.1 系统的组成 本系统由三部分组成：前端的检测模块，单片机模块，控制模块。系统的总体框架由图1所示。图1系统设计框图检测模块的主要功能是通过俩组红外线发射接收对管来判断乘客上车和下车的人数，从而对乘客人数进行统计，而单片机模块主要是对乘客人数进行分析处理，同时把分析的结果输送给控制模块以实现对它的控制。led显示模块用于对当前车内乘客数进行显示，当超载时通过扬声器报警，并通过继电器对客车进行锁定。2.2 系统的原理系统由俩组红外线发射接收管来实现对上车人员的检测。俩组红外线发射接收对管把收集到的信息传递给单片机系统，也就是本系统的中央处理单元，单片机实现对人数的加计数和减计数并把这些信息转化为bcd码通过led数码管显示出来，同时单片机通过比较指令和预先设定的单元进行比较，来判定当前车内人数是否达到预定人数，如果当前人数小于预定人数，则继续对车内人数进行判定，如果当车前人数大于预定人数，则启动扬声器报警电路，实现对人们的警告，如果在数分钟后人数还是大于预定人数则由继电器控制电路对汽车车门进行锁定，如果人数减少到小于预定人数时，则解除对汽车车门的锁定，是汽车继续运行。3 系统硬件的设计3.1 系统硬件总体的组成 硬件电路的设计是整个系统设计的核心内容，由系统的功能模块决定了本系统主要包括三个部分设计：检测模块的设计，单片机模块的设计以及控制模块电路的设计。3.2 检测模块电路 该部分电路设计采用俩组红外线发射接收对管，安装在车门适当的位置处，根据乘客过车门时遮挡俩个红外线发射接收对管发出的红外线的不同时序，通过单片机判断乘客是上车还是下车。该部分的电路设计总体电路路如图2所示。图2检测电路模块在图2电路图中fia-f4a是采用cmos集成的六反相放大器cd4069组成的放大滤波部分电路，ica是构成的双触发器，是四个输入端与门，这俩部分与输出的俩路传感器检测信号进行逻辑运算，最后在和俩端输出合适的电平信号分别送至单片机的脚和脚即计数器和计数器的时钟输入端俩个传感器之间一定要有一定的距离，一般在之间，当无人经过传感器时，红外线二极管发出的红外线照射不到光电三极管上，送给单片机的信号一直是不变的低电平，系统不会计数，当有人上车时，先遮挡，则的红外线二极管发出的光照射在人身上，反射到受光三极管上，电路中的点产生一个高电平信号，经过放大滤波，逻辑运算最后在端输出一个低电平信号，随后人的身体全部遮挡和，然后是离开遮挡，最后离开。由此类推在整个上车过程中点的电平是高低变化的，即一个上车脉冲信号，送至单片机寄存器进行加计数，而此时点的输出状态是不变的。具体点检测方法和脉冲产生的时序如图，图所示图人的走动方向图4各点时序波图同时人上车时各点逻辑关系如下图a所图a当下车的时候则是把这个遮挡的顺序反过来，b3点产生的脉冲时序是相反的，信号送至单片机的status寄存器进行减数，单片机即可通过程序模拟把车厢内的实际人数计算出来并寄存在寄存器中。红外线传感器把能够发射红外线和接收红外线的器件。红外线传感器根据其机理不同可以分为被动型红外线传感器和主动型传感器。其中主动型红外线传感器，包括红外发射管和红外接收传感器，这两组传感器配套使用可组成一个完整的红外线检测，遥控系统，这类传感器也称光探测型感器本系统使用了其中的红外发射二极管和红外接收三极管来检测判断客车载客人数。cd4013是cmos双d触发器，内部集成了两个性能相同，引脚独立的d触发器，采用14引脚双列直插塑料封装，是目前设计开发电子电路的常用器件，它的使用相当灵活方便易掌握，受到许多电子爱好者的喜爱。cd4013管脚排列如图5所示，内部有俩个完全相同的d触发器ff1和ff2，图中，d为数据输入端，cp为时钟脉冲输入端，q和为q一对互补输出端，s为置位端，r为复位端vdd和vcc分别为电源正负端。图5cd4013管脚cpdrsqn+100001001x00qnxx100xx011cd4013的功能如表2所示，由表可见，当r=s=0时，在cp上升沿作用下，q端状态与d端相同，即qn+1=d，也就是将d段数据置入触发器，当r=0，s=1时，q=1:；当r=1，s=0时，q=0，称为直接置1和置0，无需cp和d的配合，一般情况下不允许同时在r，s俩端加上高电平，因此在此时触发器的俩个输出端为高电平，是不正常的工作状态。表2cd4013的功能表cd4013有四种基本工作方式，即数据锁存器，单稳态工作方式，无稳态工作方式和双稳态工作方式。3.3单片机模块电路 单片机模块电路主要用来实现对上，下车人数的加，减计数。单片机模块的设计中，考虑到系统中的程序量和数据量较少，需要的io资源也相对较少，at2mel公司的at89c51芯片的资源就能很好的满足系统的需求，所以在设计中采用了mcs-51系列单片机的at89c51芯片的最小系统来实现，它是一种低功耗，高性能的8位单片机，片内带有一个4k字节的flash可编程可擦除的只读存储器，它采用了cmos工艺和公司的高密度非易失性存储器技术。而且其输出引脚和指令系统都与兼容，另外还包括的所有优点，位的内部，位双向输入输出线，俩个十六位定时计时器，五个中断源，俩级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等。片内的存储器允许在系统内改编程序或是用常规的非易失性存储器来编程，因此是一种功能性强，灵活性高价格合理的单片机。的主要功能： 与mcs-51微控制器产品兼容 4kb可编程flash存储器 全静态工作；0hz-24mhz 三级存储器保密 1288字节内部ram 32条可编程i/o线 2个16位定时/计时器 6个中断源 可编程串行通道 片内时钟振荡器 空闲状态维持低功耗和掉电状态保存片内ram内容管脚功能at89c51单片机为49引脚芯片如下图6所示图6at89c51引脚1：i/o口线：p0，p1，p2，p3共四个八位口p0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。p0口也能用于输出外部存储器的低8位地址，由于分时输出，故因在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存信号用ale。p1口是专门供用户使用的i/o口是准双向口p3是双功能口，该口的每一位均可独立定义为第一i/o功能和第二i/o功能，作为第一功能操作使用时同p1，p3口的第二功能。如表3所示。表3 p3口的第二功能2：控制口线：psfn片外取控制 ale地址锁存控制 ea片外存储器选择 rf-sft复位控制3：电源及时钟：ccc， vss；xtal1，xtal2本系统选择如此高性能的单片机方便了以后的功能扩展，基本电路如7图所示。图7单片机基本电路3.4控制模块电路控制模块利用在单片机内预先设定载客人数，当上车人数超过此设定值时，单片机通过继电器控制客车的车门，锁定客车执行机构，是客车车门无法启动，并以led显示当前人数，同时通过扬声器发出警报并且车门红色灯亮，如果人数未达到预定人数时，车门绿色灯亮，如果正常满员时，车门黄色灯亮。3.4.1数码管电路显示设计 在数码管显示电路设计中，将待显示数据转化为bcd码输出，经过共阴极数码管译码驱动器74ls48将bcd码转化成七段码送给数码管显示。显示电路如图8所示。图8显示电路 74ls48为3-8线的译码器，译码器输入端a,b,c分别接at89c51的p1.0，p1.1，p1.2，译码器输出端y0-y7接8个数码管从低位到高位的共阴极端。电路中要显示的数字通过串行口p1送到74ls48，经过它的翻译，把单片机送过来的bcd码，转换成高低电平，通过y0-y7送给led显示器，不同的电平会有顺序的控制七个数码管的灭与亮，进而显示不同的数字。所有的led显示器都是将多个发光二极管组合而成。段式led显示器应用最为广泛，它是一种低成本，高可靠性，高稳定的显示器，而且亮度高，使用寿命长。点阵led显示器作为户外文字广告和信息牌被广泛使用。led显示器的缺点是消耗功率大，容易发热，体积相对以较大，led显示器都是由若干led组合而成的，当某一个led导通时，该led表示的点或段被点亮，单片机控制多个不同的点或段的亮灭，可以显示出不同的数码或字符，常用段式led显示器包括“七段”结构led显示器和“米”字结构led显示器。它们都有共阴极和共阳极俩种结构，其中共阴极led显示器内部所有发光二极管的阴极连在一起，而所有发光二极管的阳极各自独立，共阳极led显示器内部二极管的阳极连接在一起，而所有发光二极管的阴极各自独立。段式led显示器控制方式分为静态显示控制和动态显示控制俩种。所谓“静态显示控制”，就是当一个led显示器显示某字符时，控制码控制相应的led段处于恒定导通状态，静态显示控制在电路上需要将控制码锁存在led显示器各段输入引脚，如果有多位led显示器，每个位必须一个8位锁存器，at89c51单片机仅在需要时更改显示器的显示内容时，才重新将新的控制码所存在8位所存器中，静态显示控制的led显示器的亮度与各段导通的电流大小有关，静态控制的显示时非常稳定的。所谓“动态显示控制”，就是多个显示器逐个扫描，任意时刻仅有某个显示器是亮的，而其他各位都不亮，一个位亮一定时间后转向另一个位。这种动态逐个扫描多位led显示器的方式会造成显示位的“闪烁”，但是，适当地调整扫描速度，利用人的视觉暂留，是人的眼睛看起来“不闪烁”。动态扫描led显示器方式比静态显示控制方式的电路更为简单，将多位led显示器的段的引脚连接成“段”总线，仅需要一个8位锁存器和多各位选通控制线就可以达到控制多位led显示器的目的。动态扫描led显示器的亮度与各段的导通电流有关，另外，亮度还与扫描频率有关。3.4.2报警电路设计 在报警电路中，由单片机传送过来的报警信号通过一个功率放大器来驱动扬声器，其总体框架图如图9所示。图9报警电路框图扬声器功率放大器单片机 当单片机判断车上人数超过规定人数时，将通过p1.0口输出1khz的音频信号驱动扬声器，作为报警信号，电路如图10所示。图10报警电路 lm386是专为低损耗电源设计的功率放大器，它的内建增益为20，透过pin1和pin8脚位间电容的搭配，增益最高可达200，它可使用电池为供应电源，输入电源电压可4v12v，无动作时仅消耗4ma电流，且失真低。lm386的接脚图及内部方块图如图11，图12所示。图11接脚图图12内部方块图3.4.3继电器控制电路设计 对汽车的锁定部分通过在车门电路中加一继电器控制开关来实现，当开启车门时，由p1.5口处于低电平，所以继电器不动作，对汽车车门开关没有影响。当单片机判断出车上人数超出规定时，将通过p1.5口输出一高电平，继电器工作，锁定车门，车门无法开启，如有乘客要下车按一开关计数器进行减数计算，单片机系统再次送一低电平到p1.5，继电器又恢复原来状态，汽车门又可以正常启动，从而有效的限制超载行为。继电气电路中一般都要在继电器线圈俩头加一个二极管以吸收继电器线圈断电时产生的反电势，防止干扰。4系统软件的设计4.1系统软件的总体设计 按照整体方案的设计思想，系统框图如图13所示。首先初始化系统，包括设置堆栈指针，设置定时器计数初值，设置定时器工作方式，设置中断允许控制。将通用寄存器清零，用来存放车内当前乘客人数，其中一个单元存放预定客车能承载乘客的最大人数，然后将寄存器中存放的当前车内乘客人数放入累加器中，通过比较指令和单元的内容比较，判断当前车内人数是否达到预定人数，如果车内人数小于预定人数，则继续对车内的人数进行判断，如果当前人数大于预定人数，则跳到报警指令，是扬声器报警，同时使继电器动作，锁定汽车门的控制系统。 图13程序框图程序还实现了对车内人数的实时显示。对当前车内人数进行循环判断，当车内人数小于预定人数时，要随时清除报警程序，使继电器的常闭触头闭合，以便汽车门能再次启动。在显示子程序中，主要实现的是将外部中断所产生的计数值，由十六位进制转换为8位bcd码，然后进行显示。4.2计数功能程序设计 该部分程序的主要功能是将传感器检测到的俩路上下车信号送到at89c51单片机的status寄存器以进行加减计数，将实时的数据和预置在w寄存器的上线人数（50人）循环不间断地进行查询比较，一旦等于50则产生报警信号进行报警，大于50则执行汽车门锁定电路程序。4.3 led显示电路的程序设计 该部分程序的主要功能是对单片机的显示控制位进行查询并查表，说数码管的高位和低位能不断刷新，达到实时显示客车人数的目的，并且可以控制车门上的灯的颜色变化。4.4报警电路的程序设计该部分程序的主要功能是不断地查询单片机的报警控制位，一旦有到电平输出，通过lm386驱动扬声器对客车司机进行报警，以便及时限制超载。5结语本设计的优点是采用了红外线发射接收器这一经济实惠的检测器，并用双d触发器组成的互锁电路来有效的防治外界的干扰。本设计完成的工作有：（1） 用红外线检测上下车人数（2） 信号的检测进行了最优的设计是检测和输出的信号不失真的反应到显示器上。（3） 系统采用的红外线发射接收器可以实时，连续的检测，显示。（4） 系统的扬声器在系统检测到超载时进行报警（5） 系统的继电器控制电路还可以锁定汽车车门。系统运行稳定，可靠，快速，准确，结果能实时显示，且具有抗干扰性强，操作方便等优点。（6）用单片机控制各种颜变灯的转化，实现实时观察6.心得体会做了两周的课程设计，让人感受颇深，有关于单片机知识，当时让我感到很有压力。因为我们平时接触的都是纯粹理论的东西，做实验也是雾里看花，对硬件的认识是很缺乏的。一回来我就去图书馆查阅的大量的单片机和数字芯片的资料，由于资料比较分散，所以整理有用的资料就显得很重要，有些东西实在是不懂我就把资料带回来请教同学，让我受益匪浅。然后在硬件电路的设计中，由于要涉及软件设计的具体情况，又和同学共同讨论，最终确定了一个大家都可以接受的方案，理论知识同样很重要，有些问题都是由于基础知识掌握不好才出现的。在两个星期后的今天我已明白课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结，虽然我们这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多。懂得了理论联系实际,只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才是正确的理论，从而提高自己实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计