基于51单片机智能安全带压力检测语音报警系统设计与制作

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目录

1产品功能分析...........................................................................................................1

2设计方案遴选...........................................................................................................2

2.1单片机的选择STC89C52单片机系统..........................................................2

2.2传感器的选择称重传感器........................................................................2

2.3系统框图设计................................................................................................2

3产品硬件设计...........................................................................................................3

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计.............................................................3

3.2电源电路设计................................................................................................4

3.3按键电路设计................................................................................................5

3.4LED信号指示灯模块电路............................................................................5

3.5称重传感器模块电路设计............................................................................6

3.6二挡拨动开关电路设计................................................................................7

3.7ISD1820语音录音模块电路设计..................................................................7

4产品软件设计...........................................................................................................9

4.1主程序流程图................................................................................................9

4.2C语言...........................................................................................................10

4.3Keil程序开发环境......................................................................................10

4.4产品程序清单..............................................................................................11

5产品装配与使用说明.............................................................................................12

5.1产品装配图..................................................................................................12

5.2产品使用说明..............................................................................................12

6产品设计技术标准.................................................................................................13

参考资料.....................................................................................................................13

附录.............................................................................................................................14

附录1元器件清单............................................................................................14

附录2电路原理图............................................................................................15

附录3PCB设计图............................................................................................15

I

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附录4产品实物图............................................................................................16

附录5主程序代码............................................................................................16

II

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基于51单片机智能安全带压力检测语音报警系统设

计与制作

1产品功能分析

汽车安全带压力检测语音报警系统，它通过一系列的电子元件和传感器来

监测安全带的状态，以确保驾驶员和乘客在行车过程中正确使用安全带，从而

提高乘车安全性。

其主要组成部分及其功能：

1.STC89C52单片机：这是系统的主控制单元，负责整个系统的控制和协调。

2.按键：用于模拟点火和熄火的操作，通过按键的状态变化来触发系统的

不同功能。

3.指示灯：

黄色指示灯：表示车辆处于点火状态，提醒驾驶员系统已激活。

绿色指示灯：当安全带系好时，指示绿灯闪烁，表示系统正常工作。

红色指示灯：当安全带未系好时，指示红灯闪烁，同时触发语音提示。

4.HX711称重传感器：用于检测车辆座椅上是否有人，通过测量压力来确

定是否有乘客坐在座位上。

5.拨动开关：用于模拟安全带的状态，表示安全带是否系好。

6.语音模块ISD1820：负责发出语音提示，例如在安全带未系好时提醒驾

驶员或乘客系好安全带。

7.电源：提供系统所需的电能。

系统的工作流程：

1.点火：按下点火按钮，系统激活，黄色指示灯亮起。

2.安全带状态检测：系统通过称重传感器检测座位上是否有人，并通过拨

动开关模拟安全带的状态。

3.系好安全带：如果安全带系好，绿色指示灯闪烁。

4.未系好安全带：如果安全带未系好，红色指示灯闪烁，同时语音模块发

出提醒。

5.停车熄火：再次按下点火按钮，系统熄火，黄色指示灯熄灭。

这样的系统设计有助于提高驾驶员和乘客在行车中佩戴安全带的意识，从

而减少交通事故时的伤害。

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2设计方案遴选

2.1单片机的选择STC89C52单片机系统

STC89C52RC使用精确的8位cpu和系统内可编程的flash，为许多嵌入式

控制应用系统提供灵活有效的解决方案。STC89C52微控制器系统是一款具有

高效、低电力、高度集成、丰富功能的微控制器，适合各种嵌入式控制应用系

统。

2.2传感器的选择称重传感器

称重传感器是一种将质量信号转换为可测量电信号输出的装置。在本系统

中选用的传感器为YZC-133悬臂梁5KG型电阻应变式称重传感器。该传感器

主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆四个要素构成。其显著特

征在于高精度、易加工、结构简单紧凑、卓越的抗偏载能力以及优越的固有频

率。这些独特属性使得该电阻应变式称重传感器在多领域工业应用中广泛受到

青睐，尤其是对于对重量测量要求准确可靠的特殊场景。

2.3系统框图设计

图2.1系统框图设计

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3产品硬件设计

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计

1、STC89C52RC单片机简介

STC89C52RC是STC公司推出的一款低功耗、高性能的控制器，采用了经

典的MCS-51核心，并进行了多方面的改进，提供了传统51微控制器无法实现

的功能。以下是STC89C52RC的主要特性：

（1）存储器：拥有8K字节可编程Flash存储器，用于存储用户程序；同

时有512字节的RAM，用于运行时临时数据存储。

（2）I/O口：提供32位I/O口线，用于连接外部设备和传感器，扩展了

控制器的应用范围。

（3）定时器/计数器：集成了3个16位定时器/计数器，为精确的时间测

量和控制提供支持。

（4）中断系统：具有4个外部中断和一个7向量4级中断结构，与传统

51的5向量2级中断结构兼容，提供了强大的中断处理能力。

（5）串行通信：集成了全双工串行口，支持串行通信协议，方便与其他

设备进行数据交互。

（6）EEPROM：内置了4KBEEPROM，用于非易失性数据的存储。

（7）看门狗定时器：集成了看门狗定时器，用于监控系统运行状态，确

保系统稳定性。

（8）复位电路：集成了MAX810复位电路，保障系统在异常情况下能够

正常恢复。

（9）节电模式：支持选择节电模式，能够将STC89C52RC的运行频率降

至0Hz，实现静态逻辑操作，有效降低功耗。

（10）空闲模式：在空闲模式下，CPU可以停止运行，但内存、计时器/

计数器、串行端口和中断仍然可以继续运行，以提高能效。

（11）停电保护：提供停电保护方式，确保RAM内容得以保存，振荡器

被冻结，单片机所有工作暂停，直到下一个中断或硬件重置触发为止。

STC89C52RC因其丰富的功能和灵活的性能，在嵌入式系统和控制应用中

得到广泛应用。

3

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2、STC89C52RC单片机核心电路设计

STC89C52RC单片机能够正常运行，最核心电路主要包括：主控单片机、

晶振电路、复位电路三个部分。其具体电路设计如下图3.1所示。

图3.1STC89C52RC单片机核心电路

3.2电源电路设计

本系统采用5V直流电源作为整个系统的主电源，以确保电路的简单和稳

定性。DC插座为电源的连接接口，支持直接连接USB电源线。用户可以通过

将USB电源线的一端插入DC插座，另一端连接至5V电源，如电脑USB接口、

充电宝或手机充电器等。

系统中包含一个红色LED指示灯，该LED通过一个1K电阻进行限流，

以保护LED免受电流过大的损害。LED的亮灭状态表示系统的工作状态，为

用户提供直观的指示。当系统电源为5V直流输出时，LED点亮，反之则熄灭。

此外，系统还配备了一个自锁开关（SW）。当用户按下开关时，系统电源

输出5V直流电压，此时红色LED亮起，表示系统处于开启状态。再次按下开

关时，系统电源停止输出，红色LED熄灭，系统处于关闭状态。

整个电源控制部分通过这样的设计，使得用户能够方便地控制系统的开关

状态，同时LED指示灯提供了对系统电源状态的直观反馈。这样的电源设计不

仅简单稳定，而且用户操作起来也更加便利。

电源电路设计如图3.2所示。

4

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图3.2电源电路接口

3.3按键电路设计

轻触按键是按键产品的一款分类产品，它其实相当于是一种电子开关，只

要轻轻的按下按键就可以使开关接通，松开时是开关就断开连接，主要是通过

轻触按键内部的金属弹片受力弹动来实现接通和断开的。在本系统中，按键起

到了人机交互的枢纽作用，作为系统的输入。按键的单片机控制引脚默认为高

电平，当按键按下后，单片机的相关引脚则变成低电平。进而实现对系统的手

动输入。其电路原理图如下图3.3所示

图3.3按键电路接口

3.4LED信号指示灯模块电路

LED（LightEmittingDiode，发光二极管）作为光源，相较于传统的灯泡

或荧光灯，具有许多优势，例如高效能、寿命长、体积小、高亮度等。这些优

势使LED在各种场合得到了广泛应用，特别是在信号指示灯中。

LED信号指示灯的特点：

1.高亮度与能效：LED具有高亮度，可提供强而清晰的光信号，同时具有

较高的能效，相对较少的能量转化为热量，更多地转化为可见光。

2.发光面积与均匀性：LED信号灯的设计能够提供大的发光面积，并且能

够实现均匀的光照，这有助于确保信号的可见性和一致性。

5

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3.穿透力：LED信号灯在雨雾等恶劣天气下也能提供良好的可见性，其光

线穿透能力较强，能够保证在恶劣天气条件下车辆和行人能够清晰辨认信号。

4.电池与电量管理：采用高能聚合物锂离子电池提供能量，这种电池具有

高容量和长寿命的特点。此外，LED信号指示灯还配置了电量检测功能，能够

随时监测电池电量，并在电量不足时发出提示进行充电，增加了其使用的便捷

性和可靠性。

电路的工作原理：

1.LED的工作特性：LED是一种半导体器件，具有单向导电性，只有在正

向电压下才能发光。当电流通过PN结（正负极）时，电子和空穴结合释放出

能量，产生光。

2.电路保护：在LED电路中，电阻被用来限流，以保护LED。控制LED

亮灭的是单片机控制引脚。当引脚拉低时，电路中的电流流经LED，LED发光；

当引脚电平高时，电路中的电流不足以点亮LED，LED不发光。

其具体电路原理图如下图3.4所示。

图3.4LED信号指示灯电路

3.5称重传感器模块电路设计

我们使用的是应变式力传感器，将应变片粘贴到受力的力敏型弹性元件上,

当弹性元件受力产生变形时,应变片产生相应的应变,转化成电阻变化。我们外

接了HY711芯片将称重传感器产生的模拟信号转化成高精度的数字信号，方便

单片机进行后续处理和应用。带HY711芯片的应变式力传感器，如下图3.5所

示；应变式力传感器与单片机的接口电路设计，如下图3.6所示。

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图3.5应变式力传感器模块实物

图3.6应变式力传感器模块接口电路

3.6二挡拨动开关电路设计

拨动开关是通过拨动开关使电路接通或断开，从而达到切换电路的作用。

通过拨动开关实现对信号的切换，当二档拨动开关拨下去时，单片机控制引脚

为低电平。当二档拨动开关拨上去时，单片机控制引脚为高电平。二挡拨动开

关电路设计如下图3.7所示

图3.7拨动开关接口电路设计

3.7ISD1820语音录音模块电路设计

ISD1820语音芯片是美国ISD公司生产的系列语音芯片，ISD1820语音录

音模块是一种功能强大、性能稳定、使用方便的语音录放模块。

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一、模块主要特点:

（1）主要芯片：ISD1820。

（2）使用方便的10秒语音录放。

（3）高质量、自然的语音还原。

（4）可用作喊话器模块。

（5）带循环播放，点动播放，单遍播放功能。

（6）本模块可直接驱动8欧0.5W小喇叭。

（7）供电电源：3-5V，可接排针上电。

（8）可用单片机控制,也可以不接单片机使用板上的按键控制。

（9）录放音控制方式：按键控制或单片机，控制线IO已引出。

二、按键控制录放音操作方法：

（1）REC键：录音按键，按住就能录音，松开按键停止录音；

（2）RLAYE键：按一下就播放当前整段的语音；

（3）PLAYL键：按住才放音，松开就停止放音；

ISD1820语音录音模块实物如下图3.8所示。

图3.8ISD1820语音录音模块实物图

语音录音模块与单片机接口电路如下图3.9所示。

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图3.9语音录音模块与单片机接口电路

4产品软件设计

本产品采用了c语言，keil程序开发环境，STC-ISP程序烧录。

4.1主程序流程图

图4.1程序主流程图

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4.2C语言

c是一种广泛使用的计算机程序设计语言，由美国计算机科学家丹尼斯里

奇(dennisritchie)于1972年在贝尔研究所开发。广泛应用于系统编程，嵌入式

系统编程，游戏开发，服务器方面开发等领域。

使用C语言具有如下优点:

使用C语言，程序员不需要直接考虑底层的处理器指令集或存储器结构。

这提供了更高层次的抽象，使得开发者可以更专注于问题的逻辑和算法，而不

必过于关注硬件细节。

（2）寄存器分配和寻址方式由编译器管理，这减轻了程序员的负担，使得

在不同的硬件平台上编写可移植的代码更为容易。

（3）C语言提供了一组关键字和标准的操作函数，这些更贴近人类思维，

使得代码更易读、易懂。这促进了代码的可维护性和团队协作。

（4）C语言的库文件提供了许多标准的例程。

（5）通过C语言可实现模块化编程技术，从而可将已编制好的程序加到新

程序中。

C语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势，

易学易用。

4.3Keil程序开发环境

Keil程序开发环境是由美国KeilSoftware公司出品的一款51系列兼容单

片机C语言软件开发系统。Keil软件是单片机开发者广泛使用的开发工具，简

单的单片内型都是使用keil软件的，可以极大的降低开发周期，减少很多成本。

它与汇编相比，C语言在功能、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，

因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功

能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）

将这些部分组合在一起。

其中Keil有以下特点：

（1）Keil软件同时支持WINXP和WIN7等多种操作系统，使得开发者可

以在不同的操作系统平台上使用Keil，增加了软件开发的灵活性。

（2）Keil可以完成从编辑、编译、到连接、调试的一套开发流程。

（3）Keil提供了丰富的库函数，这些函数涵盖了各种常用的功能，使得开

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发者可以更轻松地实现复杂的任务，而无需从头开始编写所有的代码。

Keil软件界面如下图所示。

图4.2Keil开发界面图

4.4产品程序清单

图4.3程序清单

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5产品装配与使用说明

5.1产品装配图

图5.1产品装配图

5.2产品使用说明

1、点火按键按下后，黄色指示灯亮，表示点火；再按一次，黄色指示灯灭，

表示熄火。如下图5.2所示。

STC89C52RC芯片

图5.2

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2、点火后，如果压力传感器没有检测到压力，无任何动作；

3、点火后，如果检测到压力超过一定值，且拨动开关关上表示系好了安全

带，这时绿色指示灯闪烁。如果开关拨下（没系好了安全带），这时红

色指示灯闪烁报警，同时语音提示：“请系好安全带”。直到安全带系

好后，语音停止同时红色指示灯灭，绿色指示灯闪烁。如下图5.3所示。

图5.3

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

参考资料

[1]谭浩强C语言程序设计

[2]基于STM32单片机的汽车安全带检测语音提醒系统

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附录

附录1元器件清单

序

元器件型号标志数量

号

1无极性电容30PC1,C22

2DC座（小）DC座（小）DC11

3极性电容10uFEC11

4下载口2.54排针3pinJD11

5LED灯REDLED1,LED22

6LED灯YellowLED31

7LED灯GREENLED41

8HX711称重模块HX711P11

9电阻1KR1,R3,R4,R54

10电阻10KR21

11按键BUTTOMS1,S22

12电源开关SW-DPDTSW11

132档拨动开关SWSW21

1451单片机STC89C52U11

15ISD1820语音模块ISD1820U21

16晶振11.0592MY11

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附录2电路原理图

附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

附录5主程序代码

#include<reg52.h>

#include<stdio.h>

#include"delay.h"

#include"hx711.h"

sbitkey_dh=P1^0;

sbitLED_R=P1^1;

sbitLED_Y=P1^2;

sbitLED_G=P1^3;

sbitCTRL_YY=P1^4;

sbitKey_aq=P1^5;

unsignedlongtime_20ms=0;

unsignedcharError1Num;

unsignedcharReadFlag=0;

unsignedcharWeithFlag=0;

unsignedcharrekey_dh=0;

unsignedcharblankFlag=0;

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unsignedcharreportYy=0;

bitstartFlag=0;

xdatalongWeight_Shiwu=0;

xdataunsignedlongWeight_Maopi=0;

voidInit_Timer0(void);

voidmain(void)

{

Init_Timer0();

LED_Y=0;

LED_G=0;

LED_R=0;

DelayMs(2);

Weight_Maopi=HX711_Read();

DelayMs(2);

Weight_Maopi=HX711_Read();

DelayMs(2);

LED_Y=1;

LED_G=1;

LED_R=1;

startFlag=0;

while(1)

{

if(key_dh==0)

{

if(rekey_dh==0)

{

DelayMs(10);

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if(key_dh==0)

{

rekey_dh=1;

if(startFlag==1)

{LED_Y=1;startFlag=0;}

else

{LED_Y=0;startFlag=1;}

}

}

}

else

{rekey_dh=0;}

if(ReadFlag==1)

{

ReadFlag=0;

Weight_Shiwu=HX711_Read();

Weight_Shiwu=Weight_Shiwu-Weight_Maopi;

if(Weight_Shiwu>0)

{

Weight_Shiwu=(unsignedint)((float)Weight_Shiwu/430);

if(Weight_Shiwu<350)

{

Error1Num=0;

blankFlag=0;

reportYy=0;

CTRL_YY=1;

}

else

{

Error1Num++;

if(Error1Num>=2)

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{

WeithFlag=1;

if(startFlag==1)

{

if(Key_aq==0)