基于单片机的公交车监控系统的本科毕业论文设计

本 科 毕 业 设 计 论文题目： 公交车监控系统的设计 学生姓名： 訚 专业年级： 电子信息科学与技术 指导教师： 职称： 2008年 6 月 2 日 I 目 录 摘 要 . I 1 前言 . 1 统开发的目的 . 1 统开发的意义 . 1 2 系统功能概述 . 1 案论证 . 1 3 系统硬件设计 . 2 统硬件总体思路 . 2 统各个模块的设计 . 3 片机介绍 . 3 荡器特性 . 4 编程时钟输出 . 4 位 . 5 功耗模式 . 5 时器 0 和 1 的操作 . 6 线收发模块 . 9 介 . 9 特性 . 10 脚定义及电气参数说明 . 11 作方式 . 12 置 块 . 14 钟芯片 . 18 钟芯片 简介 . 18 能指标 . 18 脚排列及功能 . 18 据操作原理 . 19 据输入输出 (I/O). 20 寄存器 . 20 息存储 . 21 简介 . 21 脚配置及功能描述 . 21 几个操作 . 22 晶显示模块 . 24 晶显示模块概述 . 24 块引脚 . 25 块时序 . 25 2. 26 盘硬件设计 . 28 系统软件设 计 . 28 功能模块的软件设计 . 28 体系统软件设计 . 28 钟模块软件设计 . 28 储模块软件设计 . 29 线收发模块软件设计 . 29 置编程 . 29 晶显示模块软件设计 . 30 5 总结 . 31 参考文献 . 31 致 谢 . 31 附录一 系统总体原理图 . 33 附录二 流程图 . 35 附录三 程序清单 . 40 吉林农业大学本科毕业设计 I 公交车监控系统设计 学生： 訚 忠均 专业：电子信息科学与技术 指导教师：宫鹤 摘 要 ： 公交车监控系统与人们的生活息息相关。该系统的设计随着技术的进步而不断趋于人性化，本文介绍一种利用单片机为核心， 线收发模块实现数据的无线收发，时钟芯片 实现时钟的控制，同时，将时钟数据通过存储模块 储起来，液晶显示用来显示当前时间，实现对公交车行驶过程的监控。 关键词： 单片机；无线收发；时钟 芯片；信息存储；液晶显示 e to s of as of a as is to is in to of of 林农业大学本科毕业设计 1 1 前言 统 开发的目的 随着城市人口的迅猛增加和面积的不断扩大，城市公交车的数量在不断增加，公交线路日益增多；给人们的交通带来了很大的方便。但在公交系统的管理上，与之相关的管理设备和手段大都处于落后的手工操作上，与其快速发展步伐不相适应。其中，在城市里的每一路公交车线路都有调度员，调度员的一个重要的职责的监控每一班公交车在运行过程中的到站情况 ，如到站时间、地点、公交车号和驾驶员等数据。目前，这些数据都是手工完成，在管理上存在极大漏洞，如夜间收班车，往往某些驾驶员未到终点站抛客调头，造成极坏影响。但在此基础上，本文介绍一种公交车线路监控系统设计和实现的方法。 统 开发的意义 公交车监控系统是一种安装在公交车上实现类似于飞机“黑匣子”功能的一种设备，它可以全程记录公交车行驶数据，并通过对所记录的行驶信息数据进行分析从而对车辆的各种状况予以精确的掌控，利用它可以有效的预防驾驶员违章驾驶，遏制重大交通事故。 本文 利用 51 单片机实现 对公交车行驶状态的控制，该系统将公交车的行驶信息存储在存储设备上，为运输企业和管理部门监控车辆的运行状态提供了保障。 2 系统 功能概述 案论证 利用 51 单片机实现公交车监控系统的电路比较简单，易懂。各个模块使用起来也比较方便，比较适用于初学者单片机并学习软件编程和硬件搭接。其中，时钟芯片 一种比较常见的芯片，它能够实现对时钟的控制，信息存储模块储车辆到每个站点的时间。另外，液晶显示 当前的时间，时刻提醒司机车辆的运行状态， 51 单片机作为整个系统的核心器件，对各个模块进 行控制。 整个系统比较简单，人性化，它基本能够实现对车辆运行状态的控制。 方案一：采用 有线传输数据的方式，这种方式目前见于大多数公交车监控系统中，当公交车到站后，乘务员拿着记载着该车信息的 到站台进行刷卡，也就是我们常见的刷卡形式。这种方式比较简单，而且易于实现，但是，这种方式有非常大的缺点：首先，它需要人工操作， 在繁华的马路上，乘务员下车需要下车打卡，所以吉林农业大学本科毕业设计 2 存在很大的安全隐患，其次，这种方式对公交车根本起不到监控的作用，驾驶员可以随便找个人在站点上替它打卡，至于车什么时候到，完全取决与驾驶员。 方案二： 使用无线传输方式，它不需要人工操作，当公交车到站后，装在公交车上和站点上的无线收发模块进行数据传输， 自动记录到站时间、地点，对线路运行情况进行自动数据库管理，提高工作效率和透明度。 因此，本系统采用了第二 种 方式 。 3 系统硬件设计 统硬件总体思路 在整个系统的设计过程中，系统需要对信息进行处理、显示、存储。系统的总体设计如图 33和 图 33所示。 主机模块 ： 图 3 3机模块： 图 3 3图中，单片机系统是整个系统的核心，通过硬件和内部软件的配合控制整个系统的运行。 键盘 输入 液晶显示 时钟模块 信息存储 吉林农业大学本科毕业设计 3 无线收发模块是指到公交车到站时站点上发送模块发送数据给公交车上的接受模块。 时钟芯片 指提供系统的工作时间，以便驾驶员时刻掌握公交车的运行状况，同时也提供公交车的到站时间。 信息存储是指单片机系统将公交车到站的时间信息经过处理后存储到存储芯片，运营企业和管理部门可以通过存储的时间信息了解车辆的运营状态，对违章的进行处理。 键盘输入和液晶显 示是常用的单片机输入输出模块，为用户提供友好方便的人机操作界面，用户可以输入特定的信息，也可以看到当前的时间，可以做出实时判断。 统各个模块的设计 片机介绍 本设计由于采用了无线收发模 工作电压为 以采用了36. 司 列单片机中最基本的产品，它采用 艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 品。它结合 了 高速和高密度技术及 低功耗特征，它继承和扩展了 作电压范围可达 内含 4k 可反复擦写的 读程序存储器和 128 内部随机存取数据存储器（ 器件采用 司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 储单元，功能强大的 处理器可为您提供许多高性价比的应 用 场合。 脚兼容 80列芯片， 40个引 脚， 32个外部双向输入 /输出 （ I/O）端口， 2 个外中断口， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，其将通用的微处理器和 储器结合在一起，可有效地降低开发成本。同时该芯片还具有 三种封装形式，以适应不同产品的需求。此外，可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结 时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存 据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。 主要功能特性： 标准 核和指令系统 4部 部可扩展至 64 吉林农业大学本科毕业设计 4 32 个可编程双向 I/O 口 128部 扩充 64 ) 2个 16 位可编程定时 /计数器 时钟频率 0 5个中断源 作电压 可编程全双工串行通信口 布尔处理器 2层优先级中断结构 电源空闲和掉电模式 快速脉冲编程 2层程序加密位 装形式 图 3 兼容 辑电平 3 振荡器特性 分别作为一个反相放大器的输入和输出。此管脚可配置为使用内部振荡器。要使用外部时钟源驱动器件时， 部时钟信号无占空比的要求，因为时钟通过触发器二分频输入到内部时钟电路。但高低电平的最长和最短时间必须符合手册的规定。 编程时钟输出 可从 0%占空比的时 钟信号。 ，还有两个可选功能。它可编程为： 1. 用于定时 /计数器 2的外部时钟输入； 2. 使用 1612时钟模式下输出 50%占空比的 616时钟模式时为 122 要将定时 /计数器 2配置为时钟发生器， C/必须清零，而 20启动定时器 2还必须将 置位。 时钟输出频率由振荡器频率和定时器 2捕获寄存器的重新装入值确定，公式如下 ： 振荡器频率 n （ 65536 此处 n = 16（ 6时钟模式）或 32（ 12时钟模式） （ = 6位无符号整数 。 吉林农业大学本科毕业设计 5 在时钟输出模式中，定时器 2的翻转将不会产生中断。这和它作为波特率发生器时相似。定时器 2可同时作为波特率发生器和时钟发生器。但需要注意的是，波特率和时钟输出频率相同。 位 在振荡器工作时，将 12时钟模式为 24个振荡器周期， 6时钟模式为 12振荡器周期）可实现复位。为了保证上电复位的可靠 ， 常为几个毫秒）再加上两个机器周期。复位后，振荡器以 12时钟模式运行（当已通过并行编程器设置为 6时钟模式时除外）。 功耗模式 钟停止模式 静态设计使时钟频率可以降至 0停止 ）。 当振荡器停振时， 模式允许逐步应用并可将时钟频率降至任意值以实现系统功耗的降低。如要实现最低功耗则建议使用掉电模式。 闲模式 空闲模式见表 3 中， 片内的外围电 路仍然保持工作状态。正常操作模式的最后一条指令执行进入空闲模式。空闲模式下，容、片内 何被使能的中断（此时，程序从中断服务程序处恢复并继续执行）或硬件复位（与上电复位使用相同的方式启动处理器）均可终止空闲模式。 电模式 为了进一步降低功耗，通过软件可实现掉电模式见表 3 该模式中，振荡器停振并且在最后一条指令执行进入掉电模式。降到 内 退出掉电模式之前 硬件复位或外部中断均可结束掉电模式。硬件复位使所有的 不改变片内 部中断允许 从掉电唤醒）使能或禁止通过外部中断唤醒掉电。 禁止； 使能 要正确退出掉电模式，在 位或外部中断开始执行并且要保持足够长的时间（通常小于 10以使振荡器重新启动并稳定下来。 使用外部中断退出掉电模式时， 须使能且配置为电平触发。将管脚吉林农业大学本科毕业设计 6 电平拉低使振荡器重新启动，退出掉电模 式后将管脚恢复为高电平。一旦中断被响应， 后所执行的是进入掉电模式指令的后一条指令。 表 3闲模式和掉电模式时外部管脚的状态 of 式 程序存储器 0 口 1 口 2 口 3 空闲 内部 1 1 数据 数据 数据 数据 空闲 外部 1 1 悬浮 数据 地址 数据 掉电 内部 0 0 数据 数据 数据 数据 掉电 外部 0 0 悬浮 数据 数据 数据 时器 0 和 1 的操作 定时和计数功能由特殊功能寄存器 。这两个定时 /计数器有 4种操作模式，通过 1和 个定时 /计数器的模式 0、 1和 2都相同，模式 3不同。如下所述： 式 0 将定时器设置成模式 0时类似 8048定时器，即 8位计数器带 32分频的预分频器。图 工作方式。 此模式下，定时器寄存器配置为 13位寄存器。当计数 从权为“ 1”翻转为全为“ 0”时，定时器中断标志位 同时 或 时定时器计数。置位 样可实现脉宽测量。 该 13位寄存器包含 个位及 位。 位不定，可将其忽略。置位运行标志（ 不能清零此寄存器。 模式 0的操作对于定时器 0及定时器 1都是相同的。两个不同的 分别分配给定时器 0及定时器 1。 式 1 模式 1除了使用了 6位外，其它与模式 0相同。 式 2 此模式下定时器寄存器作为可自动重装的 8位计数器（ 如图 而且将 装时 式 2的操作对于定时器 0及定时器 1是相同的。 吉林农业大学本科毕业设计 7 式 3 在模式 3中，定时器 1停止计数，效果与将 相同。 此模式下定时器 0的 位计数器。图 时的定时器 0逻辑。 的控制位： C/T， 数器周期） ，占用定时器 1的 此时 时器 1” 中断。 模式 3可用于需要一个额外的 8位定时器的场合。定时器 0工作于模式 3时，个定时器 /计数器，当定时器 0工作于模式 3时，定时器 1可通过开关进入 /退出模式 3， 它仍可用作串行端口的波特率发生器，或者应用于任何不要求中断的场合。下图 定时器 /计数器控制寄存器（ 。 图 林农业大学本科毕业设计 8 图 时 /计数器 0/1的模式 2： 8位 自动重装 / 1 in :8 时 /计数器 0 的模式 3： 双 8 位计数器 : 林农业大学本科毕业设计 9 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V . 0 / R X . 1 / T X . 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W 6P 3. 7 / R A L 218X T A L 019V s c . 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732E A / V p E / P R O E . 728P 2. 627P 2. 526P 2. 425P 2. 324P 2. 223P 2. 122P 2. 021L 5 1+ 5V+5u 2 K+ 5片机的硬件实现原理图 线收发模块 介 线收发模块由单片无线收发一体芯片 发设计而成，挪威 司推出的单片射频收发器，工作电压为 2 引脚 装 (5 5工作于 433/868/915业、科学和医学 )频道，频道之间的转换时间小于 650频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器， 作模式，自动处理字头 和 环冗余码校验 )，使用 口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以 输出功率发射时电流只有 11作于接收模式时的电流为 建空闲模式与关机模式，易于实现节能。 线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域 2。 内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等模块，曼彻斯特编码 /解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。 详细结 构如图 所示 。 吉林农业大学本科毕业设计 10 图 成的高频头用户接口 of 特性 制收发合一 吉林农业大学本科毕业设计 11 发模式特适用于低功耗应用 多频道应用 兼容 道切换时间小于 650 最大输出功率 10调 ,接收灵敏度高达 需外接 4330天线 载波监听（ 能有效防止 输碰撞 成功收发数据包信号提示 使您能有效的控制数据收发时机 接收数据包自动地址匹配 便利于点对多和多对多传输 发送数据包自动重传 自动生成数据包报头及 验码 数据传输速率高达 100 间使用 行可编程接口协议传输数据简单易用 16 脚双排接口，可直接与 式 脚连接 工作电压： 工作电流： 接收 :12.5 发射 :11 F 输出功率； 3010F 输出功率 待机 :脚定义及电气参数说明 产品图片如下 图 3脚说明 脚 名称 描述 1 源地 吉林农业大学本科毕业设计 12 2 统电源 3 能芯片接收和发送 4 发状态选择： 1 发射状态； 0 接收状态 5 统时钟分频输出 6 作状态控制： 1 正常工作状态； 0 待机微功耗状态 7 源地 8 源地 9 址匹配 10 波监听 11 出 ,此口从 片读入数据 12 收或发送就绪 13 钟 14 入 ,此口向 片写入数据 15 源地 16 能，低激活 片无线收发器工作在 433/868/915 段由一个完全集成的频率调制器一个带解调器的接收器一个功率放大器一个晶体震荡器和一个调节器组成 作模式的特点是自动产生前导码 和 以很容易通过 口进行编程配置电流消耗很低在发射功率为 10发射电流为30收电流为 进入 式可以很容易实现节电 . 作方式 其中有两种活动 X 模式和两种节电模式。 活动模式 X X 节电模式 掉电 和 作模式由 设置来设定。 吉林农业大学本科毕业设计 13 表 3工作模式 0 X X 掉电和 程 1 0 X 程 1 1 0 X 1 1 1 X 式 用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用 (低速微处理器也能进行高速射频发射 )；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。 在 接收数据时，自动把字头和 发送数据时，自动加上字头和 发送过程完成后， X 发送流程 典型的 A. 当微控制器有数据要发送时，通过 时序把接收机的地址和要发送的数据送传给 B. 微控制器置高 发 C. (1) 射频寄存器自动开启； (2) 数据打包 (加字头和 ； (3) 发送数据包； (4) 当数据发送完成，数据准备好引脚被置高； D. 到 E. 当 动进入空闲模式。 注意： 模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论 送 过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕， X 接收流程 A. 当 B. 650待接收数据； C. 当 波检测引脚被置高； D. 当接收到一个相匹配的地址， E. 当一个正确的数据包接收完毕， 址和 后把 F. 微控 制器把 低， 入空闲模式； 吉林农业大学本科毕业设计 14 G. 微控制器通过 一定的速率把数据移到微控制器内； H. 当所有的数据接收完毕， I. 当正在接收一个数据包时， 据包则丢失。当微处理器接到 其就知道 其可以决定是让 接收该数据包还是进入另一个工作模式。 节能模式 在关机模式， 般为 入关机模式后， 不会接收或发送任何数据。 空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较短。在空闲模式下， 置 块 所有配置字都是通过 A. 频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器 5个寄存器组成。状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息；射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送的数据包的信息，如字节数等；接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。 口由 5 个内部寄存器组成执行 寄存器的回读模式来确认寄存器的内容 表 个内部寄存器 he PI 存器名称 内容 状态寄存器 存器包含数据就绪 地址匹配 态 置寄存器 寄存器包含收发器的频率 ,输出功率等配置信息 发送地址 存器包含目标器件地址字节长度由配置 寄存器设置 发送有效数据 寄存器包含发送的有效 据包数据字节长度由配置寄存器设置 接收有效数据 存器包含接收到的有效 据包数据字节长度由配置寄存器设置在寄存器中的有效数据由数据准备就绪 示 吉林农业大学本科毕业设计 15 B. 令设置 当 低时 , 何一条新指令均由 由高到低的转换开始。用于 口的有用命令见下表： 表 3行接口指令 指令名称 指令格式 操作 0000写配置寄存器 出写操作的开始字节字节数量取决于 出的开始地址 0001读配置寄存器 出读操作的开始字节字节数量取决于 出的开始地址 ( 00100000 写 效数据 1节写操作全部从字节 0 开始 ( 00100001 读 效数据 1节读操作全部从字节 0 开始 ( 00100010 写 址 1节写操作全部从字节 0 开始 ( 00100011 读 址 1节读操作全部从字节 0 开始 ( 00100100 读 效数据 1节读操作全部从字节 0 开始 1000快速设置配置寄存器中 专 用命令 h C. 序 图 PI 林农业大学本科毕业设计 16 图 操作 PI . 配置寄存器 明 表 3数 位宽 说明 9 同 起设置中心频率默认值 =001101100b=180d 0 *(1+ 1 设置 433 或 868/915式默认值 =0 0 33段 1 68/915段 2 输出功率默认值 =00 00 1 0 +61 +101 降低接收模式电流消耗至 敏度降低默认值 =0 0 1 重发数据如果 存器的 设置为高默认值 =0 0 3 址宽度默认值 =100 001 节 址宽度 100 X 地址宽度 3 址宽度默认值 =100 001 节 址宽度 100 节 址宽度 6 收有效数据宽度默认值 =100000 000001 节 效数据宽度 000010 节 效数据宽度 100000 节 效数据宽度 6 效数据宽度默认值 =100000 000001 节 效数据宽度 000010 节 效数据宽度 100000 节效数据宽度 32 址使用字节依赖于 认值 =2 输出时钟频率默认值 =11 00 1 0 1 1 输出时钟使能默认值 =1 0 17 表 3置寄存器内容 he R/W) 字节 内容位 7 0 初始化值 0 0 0110_1100 1 :6没用 :0 8 0000_0000 2 没用 :0 没用 :0 0100_0100 3 :6没用 :0 0010_0000 4 :6没用 :0 0010_0000 5 址