智能环保公交车系统.doc

目 录一、系统设计1（一）设计任务1（二）系统的组成框图1（三）方案论证21.控制模块22电机选择23电机驱动模块24寻迹模块35站台检测模块36语音模块37显示模块38电源模块39电子公交站4二、硬件设计4（一）电机驱动电路4（二）语音播报电路4（三）寻迹电路5（四）单片机最小系统6（五）电源电路7（六）显示电路7三、软件设计7（一）程序流程图7（二）寻迹算法8（三）站台检测算法9四、调试与应用9（一）测试仪器清单9（二）硬件联调9（三）功能测试9（四）结果分析9五、总结10参考文献10致谢10附录：11（一）元件清单11（二）程序代码12智能环保公交车系统摘 要：本系统采用STC89C52单片机为控制核心，设计了具有自动寻迹、到站检测、自动靠站、语音播报等功能的智能公交车系统，为充分体现当前的环保需求，本系统采用了非电池电源进行供电。在系统设计中运用了红外检测、电容电池等技术，具有一定的先进性。关键词：智能公交车；STC89C52;自动寻迹；语音播报 一、系统设计随着我国城市建设的发展，公交车作为市民出行的主要交通工具，已经被越来越多的市民所熟悉。应着社会的需求，对公交车环保、节能、智能的要求也越来越高。手动电子报站一般由司机或者乘务员控制，经常出现错报，误报的情况，因此我们结合环保、节能、智能这些方面设计出了一种基于单片机的环保智能公交车系统，该智能公交系统的提出，将大大改善公交管理水平，提高公交系统经济效益，减少政府财政补贴，缓解城市交通压力，减少环境污染，带来巨大的社会效益。（一）设计任务要求小车能够按照规定的路线寻迹，能够实现在到站前检测到站台，自动靠站，显示小车停靠站台名，同时语音播报站台名，在播报后停止30S后再走，使用环保能源给公交车供电，并制作两个电子站牌。（二）系统的组成框图总体组成框图如图1.1所示。图1.1 系统组成框图（三）方案论证1.控制模块方案一：采用凌阳61板，它是16位的控制器，体积小，驱动能力高、结果简单、中断处理能力强，尤其适用于语音处理和识别部分，但价格比较贵。方案二：STC89C52是一种低电压、高性能的COMS 8位单片机，片内8K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。且价格比较低廉，市场供应充足。从价格方面考虑，我们选择方案二。2电机选择方案一：直流电机。直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。方案二：步进电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。所以我们放弃了本方案。综上所述，我们选择方案一。3电机驱动模块表1 L298的功能方案一：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率比较高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。且可用PWM进行调速，用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。L298的功能如表1。方案二：采用H型全桥式驱动电路，由分立元件构成电机驱动电路，很方便的实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动,其结构简单，价格低廉，但是性能不稳定，所以我们放弃用分立元件H桥作为驱动电路。综上所述，我们选择方案一。4寻迹模块方案一：采用反射式红外发射接收对管，检测路面的黑色引导线。当发出的红外线照到白线上时，光线被反射，接收管接收到光线的照射，输出为低电平；当发出的红外线照到黑线上时，光线被吸收，接收管接收不到光线，输出高电平。且红外对管对黑线的识别率较高，且不易受外界光线的影响，能可靠的实现线路检测。方案二：采用光敏电阻实现对黑线引导线的识别。此方案电路结构简单，成本较低，但光敏电阻极易受外界光线的影响，容易造成误判，使小车失去控制。所以我们放弃本方案。综上所述，我们选择方案一。5站台检测模块方案一：采用超声波传感器，反应速度灵敏，距离远，受外界干扰小，但外界电路复杂。所以我们放弃了选择超声波传感器。方案二：采用成品红外发射接收探头，其使用方便，实现简单。综上所述，我们选择方案二。6语音模块本方案选用ISD4004芯片实现语音播报，特点是记录声音没有段长度限制，并且声音记录不要A/D转换和压缩的，其采用FLASH作为存储介质，不要电源可保持数据长达100年，可重复使用10000次以上。7显示模块方案一：使用传统的数码管作为显示部分，数码管具有低能耗，低损耗等特点，但本设计要求显示汉字和符号，所以我们放弃了选择数码管作为显示部分。方案二：采用12864液晶显示屏。液晶屏具有轻薄短小，耗电量低，无辐射危险可视面积大，能够显示汉字和符号，画面效果好，分辨率高，并且能够满足本设计的要求。所以我们选择了液晶显示屏。综上所述，我们选择方案二。8电源模块由于本设计要求非电池供电，所以我们选择运用电容作为电源。通过电容的充放电来给小车提供电压。9电子公交站由于本设计要求我们设计两个电子公交站，我们选择用发光二极管制作公交站，制作方便，电路简单。根据本设计的要求，我们最终确定用STC89C52单片机作为控制核心，采用直流电机，并且L298驱动电路作为电机的驱动电路，利用C语言编程来实现电机的调速；寻迹模块采用红外对管，运用ISD4004来进行语音报站，用液晶显示屏显示站名。二、硬件设计（一）电机驱动电路在本方案开始的设计中，我们采用的是H桥驱动电路，但是在实际的检测时，电压不稳定，所以我们改用L298来驱动电机。把L298的5、7、10、12引脚接到单片机上，2、3、13、14分别接左、右两电机，电路中的二极管起保护电路的作用，通过对单片机的编程来实现对电机的正反转的控制，还可以实现两个直流电机的PWM的调速。电路图如图2.1所示。图2.1 电机驱动电路（二）语音播报电路ISD4004的1、2、28引脚分别接到单片机上，它们分别为片选端、串行输入端、串行时钟端。所有串行数据传输都开始于CS的下降沿，CS在传输期间都必须保持低电平，在两条指令间必须保持为高电平，数据在时钟的上升沿移入，在下降沿移出。CS变低，输入指令和地址后，ISD才能开始录放操作，指令的格式是8位控制码（加16位地址码）。ISD的任何操作(含快进)如果遇到EOM或OVF,则产生一个中断,该中断状态在下一个SPI周期开始时被清除，使用读指令使中断状态位移出ISD的MISO引脚时,控制及地址数据也应同步从MOSI端移入,因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然,也允许在一个SPI周期里,同时执行读状态和开始新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。ISD的任何操作(含快进)如果遇到EOM或OVF,则产生一个中断,该中断状态在下一个SPI周期开始时被清除。所有操作在运行位(RUN)置1时开始,置0时结束，所有指令都在SS端上升沿开始执行。电路图如图2.2所示。图2.2 语音播报电路图（三）寻迹电路本系统采用红外反射式光电传感器作为小车的寻迹电路，电路如图2.3所示。图2.3 寻迹电路图（四）单片机最小系统 图2.4 单片机最小系统电路图单片机核心系统包括晶振电路和复位电路，P3.0和P3.1外接MAX232芯片连接串行接口（MAX232芯片的作用是电平的转换），便于下载程序。硬件电路图如图2.4所示，本设计的最小系统是制作成PCB板，PCB板如图2.5所示。图2.5 最小系统的PCB板（五）电源电路本系统是通过电容的放电来实现对系统提供电力。在本系统当中采用太阳能板为蓄电池补充电能，为电容电池充电，提供小车动力。电路组成如图2.6所示。图2.6 电源电路（六）显示电路图2.7 12864显示电路三、软件设计（一）程序流程图图3.1 程序流程图（二）寻迹算法采用三路寻迹，将三路寻迹传感器分别用数字1、2、3来表示。初始状态下黑线与第二个传感器对齐；用白色表示未检测到黑线，黑色表示检测到。当黑线从中间逐渐左移或右移时，对应的传感器状态及小车的行驶方式如图3.2所示。1 2 3 小车左拐小车右拐小车直走图3.2 寻迹算法说明图（三）站台检测算法当红外探头检测到站台时，返回给单片机0信号。T0中断执行PWM减速，同时执行放音程序并显示。四、调试与应用（一）测试仪器清单表2 制作过程中所需工具在小车制作过程中，确保每个部分的功能都能实现，能够完成设计任务，需要以下工具进行检测和调试，如下表2。（二）硬件联调在制作过程中，小车的驱动模块，我们开始用H桥驱动电路，在开始的调试中，小车是可以运动的，但是随着功能的不断完善，H桥的不稳定性就越明显，小车在开始启动时电压很大，正常行驶时电压过大，使得小车的车速过快，容易偏离轨道，不能按照规定的轨道行驶，所以最后我们用L298驱动芯片代替了H桥。小车组装完成后，按照设计任务的要求，不断的完善程序，实现了本设计的要求。（三）功能测试小车的软硬件联调成功后，检测并记录了结果如表3所示。表3 测试结果的记录（四）结果分析小车通电后，按下电源开关，小车按照规定的轨道行驶，液晶屏显示小车行驶状态，在检测到站台后，小车减速行驶，语音播报站台名，并适时显示站台名，在检测到站台标志线后，小车立即停止30S，然后再加速行驶，直到全速，液晶屏显示小车的当前状态。直到第二次检测到站台时，小车再停止，语音播报，站台显示。小车能够按照规定的路线寻迹，并且能够实现在到站前检测到站台，同时语音播报，在播报后停止30S后再走。五、总结通过对毕业设计的制作，我体会到了实际制作的意义，它不仅需要理论知识作为基础，而且还要很强的动手能力。在制作毕业设计的过程中，接触到了许多的新知识，把多门学科综合到一起的应用，不再是以前单一的模块，并且把大学里学到的知识联系起来，对大学学到的知识作了个总结。虽然本设计能够基本完成设计任务的要求，但还存在很多的不足之处，在实际实现中，由于加入的模块过多，小车车体过重，在一定程度上会影响其速度，所以在减轻小车重量，改变算法，提高精度等方面还要更努力去完善。在整个设计中，我们从中学到了很多，加强了团队合作精神，也增强了我们动手能力，相信对以后的工作会有很大的帮助。参考文献1 王静霞:单片机应用技术（C语言版）M，北京：电子工业出版社,2008 2 郭天祥: 新概念51单片机C语言教程M，北京：电子工业出版社,2009 3 胡宴如: 模拟电子技术M，第二版，北京：高等教育出版社,2009 4 谢自美: 电子线路设计测试与应用M，第二版，武汉：华中科技大学出版社，2004 5 宋雪臣: 传感器与检测技术M，北京：人民邮电出版社,2009致谢在本次毕业设计的制作过程中，首先要感谢学院对我们的支持，给我们提供了良好的制作环境；其次，我要感谢我们实验室里的老师们和我大学里所有的授课老师，在制作小车过程中，教授了我许多新的知识，在传授知识的同时，更重要的是教会了我们如何去学习新知识的方法，并在小车的制作过程中，给我们提供了许多帮助；最后，我要感谢我的队友，他们也给了我很多的帮助，让我体会到了团队合作的重要性，使我相信这一切对我以后的学习和工作都有很大的帮助。 附录：（一）元件清单序列号元件名称型号个数（个）备注0坦克车11单片机STC89C5212语音芯片ISD400413集成运放LM32434功率放大LM38615电机驱动芯片LM29816可调稳压电源LM31717稳压电源780518集成电路MAX23219串口110扬声器111麦克风112液晶屏12864113红外对管414红外探头115可调电阻103416二极管IN40071217发光二极管818瓷片电容104171930220电解电容10uf 25v1211uf 50v1224.7uf 50v1230.1uf 50v124100uf 16v2252.2uf 50v12622uf 50v12722uf 25v1282.2uf 16v129220uf 16v13047uf 25v131按键开关232三极管80501338550134电阻1K143510K3364.7K33722K4（二）程序代码#include#include#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define data P0sbit P10=P10;/小车最左循迹传感器sbit P11=P11;/小车中间循迹传感器sbit P12=P12;/小车最右循迹传感器sbit P13=P13;/小车底部左边传感器sbit E_A=P15;sbit E_B=P16;sbit P17=P17;sbit P20=P20;/电机右正sbit P21=P21;/电机右负sbit P22=P22;/电机左正sbit P23=P23;/电机左负sbit cs_4004=P30; sbit mosi_4004=P31;sbit sclk=P32;sbit P27=P33;sbit e=P24;sbit rs=P25;sbit psb=P26;uchar dis1=前方到达B!;uchar dis2=前方到达C!;uchar dis3=车辆行驶中!;uchar dis4=停靠站台!;uchar dis5= ;uchar t=0,tmp1,m2=0,tmp2,m1=0,a=0,b;void delay_1s()uint i,j;for(i=0;i255;i+)for(j=0;j0;j-); void write_com(uchar com)rs=0;e=0;P0=com;delay(5);e=1;delay(5);e=0;void write_data(uchar dat)rs=1;e=0;P0=dat;delay(5);e=1;delay(5);e=0;void pos(uchar X,uchar Y) uchar pos; if(X=0) X=0X80; else if(X=1) X=0X90; else if(X=2) X=0X88; else if(X=3) X=0x98; pos=X+Y; write_com(pos);void write_com_4004(uchar com)uchar m,i,j;sclk=0;m=com;for(i=0;i8;i+)m=_cror_(m,1);j=m1;mosi_4004=CY;sclk=1;sclk=0;void write_add_4004(uint add)uchar i;uint m,j;sclk=0;m=add;for(i=0;i16;i+)m=_iror_(m,1);j=m=-100 & speed=100) if(index=1) m1=abs(speed);if(speed0) P20=0; P21=1; else P20=1; P21=0; if(index=2) m2=abs(speed);if(speed0) P22=0; P23=1; else P22=1; P23=0; void init() psb=1; write_com(0x30); delay(5); write_com(0x0c); delay(5); write_com(0x01); 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