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基于單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究
【摘要】文章所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)汽車行駛記錄儀所實(shí)現(xiàn)的主要功能：記錄汽車停車前2秒內(nèi)的行駛速度，并能實(shí)時(shí)地顯示汽車行駛的狀態(tài)信息，同時(shí)還對(duì)汽車的超速行駛進(jìn)行報(bào)警并記錄一天之內(nèi)的超速次數(shù)。
【關(guān)鍵詞】單片機(jī);模塊;監(jiān)控
本文所設(shè)計(jì)的汽車行駛記錄儀是基于兩片8051單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，整個(gè)系統(tǒng)分為六大模塊分別是：電源模塊、速度信號(hào)采集模塊、時(shí)鐘模塊、單片機(jī)模塊、存儲(chǔ)器模塊、顯示模塊。
一、電源模塊的設(shè)計(jì)
記錄儀作為車載設(shè)備，使用汽車電源。汽車上的電源有兩個(gè)：汽車發(fā)電機(jī)和蓄電池。記錄儀的電源直接取自蓄電池，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和用電負(fù)載發(fā)生較大變化時(shí)，可保持汽車電網(wǎng)電壓的相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)，還可吸收電路中隨時(shí)出現(xiàn)的瞬時(shí)過電壓，以保護(hù)電子元件不受損害。車輛使用的車載蓄電池標(biāo)稱值有兩種 12V的和 24V的，因此為了得到需要的 5V的電壓，我選用了 DC-DC 電源轉(zhuǎn)換芯片。
二、速度信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)
速度信號(hào)檢測(cè)模塊的原理是：汽車行駛過程中，車輪經(jīng)過傳感器，單位時(shí)間內(nèi)輸出一定的脈沖，傳感器輸出的脈沖通過差動(dòng)放大電路的放大與整形，然后送到單片機(jī) 8051 的 T0端口進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，與此同時(shí) 8051 的 T1 進(jìn)行計(jì)時(shí)開始待到定時(shí)器產(chǎn)生中斷請(qǐng)求后，由計(jì)數(shù)器得到的脈沖數(shù)經(jīng)過速度計(jì)算的公式和里程的計(jì)算后得到汽車行駛的速度和里程。從而得到汽車的行駛速度和里程，存儲(chǔ)與 8051 的 RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。
本系統(tǒng)采用霍爾傳感器將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，考慮到傳感器的體積要小，便于安裝，誤差要盡量減小等要求，設(shè)計(jì)采用車輪旋轉(zhuǎn)一周速度傳感器要輸出若干個(gè)脈沖的方法。本系統(tǒng)采用的是在變速器上安裝 3個(gè)小磁鋼，霍爾傳感器可相應(yīng)的輸出 3 個(gè)脈沖用于速度信號(hào)的采集。速度信號(hào)采集模塊采用 THS118 型霍爾元件作為速度信號(hào)采集部分的速度傳感器。
三、時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)
時(shí)鐘模塊主要是用于對(duì)時(shí)、分、秒、年、月、日和星期的計(jì)時(shí)。該模塊采用的芯片為DS12C887 時(shí)鐘芯片。此芯片集成度高，其外圍的電路設(shè)計(jì)非常的簡(jiǎn)單，且其性能非常好，計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性高。
DS12C887為雙列直插式封裝。其具體與單片機(jī)的連接如下所述：AD0~AD7雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線與單片機(jī)的P0口相聯(lián)，用于向單片機(jī)交換數(shù)據(jù);AS 地址選通輸入腳與單片機(jī)的 ALE 相聯(lián)用于對(duì)地址鎖存，實(shí)現(xiàn)地址數(shù)據(jù)的復(fù)用;CS 片選線與單片機(jī)的 P2.6 相聯(lián)，用于選通時(shí)鐘芯片;DS 數(shù)據(jù)選通讀輸入引腳與單片機(jī)的讀選通引腳相聯(lián)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片數(shù)據(jù)的讀控制;R/W 讀/寫輸入與單片機(jī)的寫選通引腳相聯(lián)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘芯片的寫控制;MOT 直接接地，選用 INTEL 時(shí)序。IRQ引腳與 8051 的 INT1 相連，用于為時(shí)間的采集提供時(shí)間基準(zhǔn)。
四、單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用兩片單片機(jī)，兩個(gè)單片機(jī)之間采用串行通訊，用于兩者之間的數(shù)據(jù)交換。其工作時(shí)序是由外部晶振電路提供的，本系統(tǒng)采用的晶振頻率是 12 兆 HZ。其復(fù)位電路為自動(dòng)上電復(fù)位。設(shè)計(jì)中所采用的單片機(jī)為 8051。
單片機(jī)在系統(tǒng)中主要是用來對(duì)其他模塊進(jìn)行控制，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件。主單片機(jī)主要是用于對(duì)速度信號(hào)采集模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊進(jìn)行控制，同時(shí)還要與從單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。其外圍的 I/O口主要與這些模塊的中心芯片的數(shù)據(jù)總線或地址總線相連，其控制總線與這些模塊的控制線相連。從單片機(jī)主要是用于對(duì)顯示和校時(shí)的控制，因此其 I/O口主要與 LCD顯示器的 I/O口相連，其控制線與 LCD顯示器的控制線相連。由于從單片機(jī)的外部中斷源只有兩個(gè)，而我所設(shè)計(jì)的對(duì)時(shí)鐘的校時(shí)主要是通過外部中斷完成的，所以要對(duì)從單片機(jī)的外部中斷源進(jìn)行擴(kuò)展。本系統(tǒng)采用了 8259A 進(jìn)行中斷源的擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘的校時(shí)。
五、儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)
汽車行駛記錄儀對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性及長(zhǎng)久性要求很高，因此本系統(tǒng)我采用了ATMEL 生產(chǎn)的 AT29C010A Flash 性存儲(chǔ)器。其存儲(chǔ)空間為 16K，能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。
AT29C010A是一種 5V在線閃速可電擦除的存儲(chǔ)器，具有掉電保護(hù)功能;方便的在線編程能力不需要高的輸入電壓，指令系統(tǒng)在 5V 電壓下即可控制對(duì) AT29C010A 的讀取數(shù)據(jù)，這與對(duì) EEPROM 的操作相似。再編程能力是以每一分區(qū)為單位的，128 字節(jié)的數(shù)據(jù)裝入AT29C010A 的同時(shí)完成編程。在一個(gè)再編程周期里，存儲(chǔ)單元的尋址和 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部鎖存器可釋放地址和數(shù)據(jù)總線，這樣可為其它操作提供地址和數(shù)據(jù)總線。編程周期開始后，AT29C010A會(huì)自動(dòng)擦除分區(qū)的內(nèi)容，然后對(duì)鎖存的數(shù)據(jù)在定時(shí)器作用下進(jìn)行編程。
六、示模塊的設(shè)計(jì)
顯示器主要是為人機(jī)交互提供即時(shí)的信息，能讓人們與機(jī)器進(jìn)行很好的交流。在眾多種類的顯示器中，越來越多的儀器儀表及人機(jī)交互界面采用液晶顯示器。LCD 可分為段位式LCD、字符式 LCD和點(diǎn)陣式 LCD。其中段位式和字符式只能用于數(shù)字和字符的簡(jiǎn)單的顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求;而點(diǎn)陣式不僅能夠顯示字符和數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，可以實(shí)現(xiàn)屏幕的上下左右滾動(dòng)等功能。
七、鍵的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的按鍵主要是用于對(duì)時(shí)鐘的校對(duì)，現(xiàn)對(duì)按鍵的功能簡(jiǎn)述如下：按鍵 1～7是用于對(duì)秒分時(shí)日月年星期校時(shí)的中斷申請(qǐng);按鍵 8 是用于對(duì)校時(shí)進(jìn)行加一的操作，鍵 9 是用于對(duì)校時(shí)進(jìn)行減一的操作;按鍵 10 是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)超速報(bào)警監(jiān)控功能的復(fù)位。
八、系統(tǒng)軟件流程圖的設(shè)計(jì)
由于本設(shè)計(jì)主要是完成系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，因此我對(duì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)只進(jìn)行了系統(tǒng)部分軟件流程圖的繪制。設(shè)計(jì)的流程圖有：記錄儀總體軟件設(shè)計(jì)流程圖、速度信號(hào)采集模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖、時(shí)鐘模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖、外部中斷軟件設(shè)計(jì)流程圖和 LCD 顯示實(shí)現(xiàn)的軟件設(shè)計(jì)流程圖。
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