【《基于单片机的名胜古迹智能讲解器的设计》4300字（论文）】

PAGE2PAGEI基于单片机的名胜古迹智能讲解器的设计目录TOC\o"1-3"\h\u32078引言 1204911．绪论 15661.1国内外研究现状综述 1271391.2.总体方案设计 2326092．硬件设计原理模块 3168702.1AT89C52单片机主控模块（最小系统模块） 4306322.2展示模块 538062.3压力模块 6200902.5电压转换模块 8132803．软件部分 9151483.1核心程序流程图 9210554．系统调试 9引言 旅游业在当今社会不断发展，而越来越多的名胜古迹的讲解的需要也不断扩大。在这样的条件下，为了更好的满足各个旅游景点的发展，本次设计应运而生。在对市面上各个讲解器考察的条件下，结合专业知识，设计出能够涵盖重庆大部分景区的讲解器，该讲解器能够在实现在使用者按压后，自动讲解该古迹的相关内容，并且在讲解过程中，古迹对应的名片应能够自动亮灯，且不允许两个古迹同时讲解。该设计在实现市面上大多数讲解器功能的基础上，做到成本更大，创新性更强，更能受旅游景区青睐。1．绪论1.1国内外研究现状综述近几年电子信息技术的发展迅速，其应用范围也越来越广泛。各种电子导游在国内外业迅速发展起来。目前国内外主要有以下几种电子导游方式:(1)蓝牙自动解说系统。蓝牙是一种短距离、高速率无线通信技术，主要用于语音等高速数据传输。由于蓝牙网络最多可以容纳8个设备，因此.一个覆盖区域内要根据游客流量布置多个主节点，成本控制实现起来比较困难。(2)基于GPS和PDA的电子导游系统。该电子导游系统是利用PDA的强大功能处理GPS实时接收到的数据，再结合电子地图以实现各种功能。这种电子导游系统所面临的关键问题也是成本过高，不仅包括前期设备的高投入，而且包括后期运行费用问题。(3)利用ActiveX控件对景区自助导游语音讲解仪器进行设计的操作不断增加传统景区自助导游语音讲解仪器设计利用科技性较高的语音系统对系统进行结构性调整,使得仪器设计的效果较好,且内部存储空间较大,能够进行容量较高的数据存储操作,利于语音讲解仪器的发展,但在传统讲解仪器的系统设计过程中容易忽视数据信号的收集力度,导致内容分析的力度较低,无法实现对数据的精简分析,且成本投入较高,操作较为繁琐,消耗时间较长,不符合系统需求。1.2.总体方案设计 本次设计的目的是设计出一款能够包含重庆众多景区在内的智能讲解器，该讲解器能够实现按压后进行对应景区的讲解播报。经过不断调试与试验，该设计确定由5个模块组成，分别是单片机最小系统、电源模块、播音模块、展示模块、转换模块以及压力模块等组成。以AT89C52芯片为核心，控制播音模块进行讲解播放；展示模块通过展示重庆各地方的旅游景点的图片实现景区的覆盖，展示模块包涵一个LED灯来实现按压亮灯的功能；压力模块使用柔性薄膜压敏传感器IMS054-C04A对压力进行感应，而转换模块是对压敏传感器所检测到的压力进行转换，转化为电平信号来实现对播放的触发；整个系统主要以5V电压源来进行供电。其中总体方案图如图1：图1重庆名胜古迹智能讲解器系统总体模块框图2．硬件设计原理模块本次设计硬件设计总体模块框图如图2：图2重庆名胜古迹智能讲解器硬件设计总体模块框图硬件电路主要以AT89C52芯片的最小系统为核心，主要控制播音模块JZ-TRIG-MP的运作。而整个播音功能的驱动主要是以柔性薄膜压敏传感器IMS054-C04A所检测的压力变化，通过转换电路进行电平的高低转换来实现的。使得整个系统实现按压即开始讲解的功能，展示板与LED灯带都AT89C52芯片的最小系统直接控制，其中展示板能够对对应景区的场景进行显示，并在按压后对相应景点进行亮灯。整个系统由额定电压为5V，灯带需要另外供电。2.1AT89C52单片机主控模块（最小系统模块）2.1.1电源电路模块：本次设计主要采用5v电源，能够通过对MCU供电来实现各个部分模块的供电，控制的开关能够及时开关电源，常见的切换装置是按钮。2.1.2单片机模块：单片机AT89C52相对于AT89C51是一款增强型芯片，它相对于AT89C系列中的其他芯片有三个优点：第一，他所拥有的单片机内部存储器容量相当于AT89C51芯片的一倍，即片内拥有8KB的Flash程序存储器和256B的RAM；第二，它还增加了16位定时／计数器2等功能，使得单片机功能性具有极大的提升；第三，它不需要烧写器就可以进行下载程序，实现了能轻松、方便的修改单片机的软件。于是，通过不断的对比，选择这款芯片为本次设计使用，能够完全满足这次设计的功能需求。而在本次设计中，AT89C52单片机主要是一个核心的连接作用，不仅控制播音模块的音频播放和供电，而且也控制着展示模块的展板和LED灯带。2.1.3晶振模块：晶振模块的作用是提供稳定的周期脉冲，之所以能够提供稳定的周期脉冲，是因为其利用了石英晶体的压电效应。设计中常用到的概念有时钟周期，它就是直接供内部CPU使用的晶振的倒数。晶振两旁通常需要连接电容，便于起振。而本次设计使用AT89C52芯片为外置芯片，为11.0592MHz的晶振，一个机器周期为1us，C1、C2为30PF。通过节拍延时函数来实现时间的调试，使得系统能够正常运行。其中各调1/4节拍时间为：调4/4节拍函数的时间为125ms，调3/4节拍函数的时间为187ms，调2/4节拍函数的时间为250ms。其中典型晶振电路的图示如图3：图3典型晶振电路图示2.1.4复位电路模块：复位电路分为上电自动复位和按键手动复位，RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效。上电自动复位通过电容C和电阻R来实现，按键手动复位是图中复位键来实现的，复位电路图示如图4图4复位电路图示2.2展示模块2.2.1LED概述LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。如下图5所示，LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来，这就组成了发光二极管。由于具有容易控制、低压直流驱动、组合后色彩表现丰富、使用寿命长等优点，被用于各种场景下，在本设计中被用于展示模块的展板灯光上，本次设计选择的LED灯带的额定电压为5V。图5LED的结构图2.2.2展示板展示板主要是由涵盖重庆各个名胜古迹的代表性图片，能够进行展示该名胜古迹的景色，具有标志性与代表性，能够让观者看着就能联想到景区的各个风光景色。展示板通过弹簧固定，可以通过按压进行驱动。2.3压力模块 压力模块主要是功能是进行压力的感应，而所应用的原件为-IMS054-C04A-10KG。薄膜电子的IMS054-C04A（简称IMS-C04A）属于单节点传感器家族中的一员，它们都是非常可靠的压阻传感器。柔性膜压敏传感器是一种具有优良的感应系数的传感器，能够灵敏识别压力的变化，它是由聚酯薄膜，高导电材料和纳米级压敏材料构成。顶层是由柔性薄膜和压敏层组成，底层由柔性薄膜和导电线路组成。由于他的灵敏度高，作用性强，它被广泛应用于智能手表，体重秤，智能门控系统等需要测试物体受压程度的多种场合中。柔性膜压敏传感器是一种电阻值随着作用于感应区上的压力增大而减小的柔性薄膜传感器。在受力下工作时，相当于一个双端口可变电阻，其电阻值由压力控制，可变的电阻值必须转换成处理器能够识别的电压信号。在本次设计中柔性膜压敏传感器作为压力模块可以在识别到按压后配合转换模块产生高电平，以此来驱动音频的播放2.4播音模块2.4.1JZ-TRIG-MP3简介JZ-TRIG-MP3模块是一个音频播放的综合性模块，其中它包含了触发控制和音频输出两个小模块。其中触发控制由A1到A9共9个触发口组成，由这9个触发口所触发的方式有两种。其中一种触发方式为普通触发，即一共有9个触发口，每个触发口对应一个音频，则一共触发9首音频；而另一种触发方式为编码模式，即可以通过软件编程实现31首音频的触发。音频输出包含两个功放输出口，其中一个能够使用插头连接耳机或者其他带功放影响的设备，另一个则能通过接口接入一个3W的功放输出。而音频的输出的音量大小由一个滑动变阻器来实现，顺时针调节声音变小，逆时针调节声音变大。音频的存放由一个TF卡槽和一个microUSB接口来组成。TF主要用于插入TF卡来实现音频存放，根据模块限制，最大可插入16G内存的TF卡。microUSB接口可以用于USB供电，实现对模块的直接供电，亦可接入电脑使模块当U盘使用，实现对TF卡里内容的读写，来增减音频数量。2.4.2播音模块运作原理触发控制控制音频输出，而控制方法则是通过高低电平的转换以及单片机软件模块相互配合进行音频输出的控制，不仅控制输出内容，而且控制在进行一个项目的输出时，不允许另一个项目的输出，来实现不同时播放两个音频的功能。其中触发控制为电平控制，由A0—A10触发，模上电后A1-A10脚默认都是高电平，也就是有5V的电压，如果要触发其中的某个脚，就必须在这个脚为高电平的状态下，再拉低电平50毫秒以上（大于50ms就可以，就是拉低一天也是算一个触发），这时就算一个触发命令，如果该脚要再次触发，必须保证触发前该脚高电平状态下超过50毫米以上，其中驱动时的电平变化如图6所示：图6A1一个完整触发电平的变化图2.5电压转换模块电压转换模块是将变化的电阻值转换为可以被处理器识别的电压信号的模块。由于柔性薄膜压敏传感器受力工作时相当于一个电阻值由压力控制的双端口可变电阻，需要将变化的电阻值转换为可以被处理器识别的电压信号。最简单最常用的方法是电阻分压方式，但电阻分压的方式具有线性度差、不同型号传感器适配性差等缺点。为此我们使用了一款基于运算放大器的信号转换模块，该模块信号输出线性度高，放大倍数可调、测量准确度高等特点，可适配多种型号薄膜压敏传感器。该模块使用简单方便，能够输出0~3.3V电压信号输出，可兼容5V、3.3V的控制系统。本次设计主要是运用转换模块的DO输出功能，完成AO-RES调节后，根据实际需求调节比较阈值电阻DO-RES大小，运用高低电平来驱动播音模块对于音频的播放3．软件部分3.1核心程序流程图通过图7所示，本设计的主要是通过电位的高低来触发播放，而软件部分思路的第一步则是将所有电位置为高电平来设定初始值，则当通过按压传感器触发音频播放时，系统收到转换模块所发出的电平信号后，则用条件语句，将相应的端子电平调低，实现触发。而为了实现触发不允许两个古迹同时讲解的功能，则需要创建条件判定的子函数BUSY，通过每次触发前进行BUSY函数的条件判断，实现只能一个古迹进行讲解，而节拍延时函数主要能够更有效的进行芯片反应，防止系统陷入死胡同。图7软件设计总体思路4．系统调试该系统主要是实现一个基于AT89C51单片机的重庆名胜古迹智能讲解器，该设备必须具备能够实现使用者按压后，可自动讲解该古迹的相关内容，同时不允许两个古迹同时讲解，并且在讲解过程中，古迹对应的名片应能够自动亮灯等功能。第一步：压