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基于單片機監(jiān)控系統(tǒng)的研究
【摘要】文章所設計的基于單片機監(jiān)控系統(tǒng)汽車行駛記錄儀所實現(xiàn)的主要功能：記錄汽車停車前2秒內的行駛速度，并能實時地顯示汽車行駛的狀態(tài)信息，同時還對汽車的超速行駛進行報警并記錄一天之內的超速次數(shù)。
【關鍵詞】單片機;模塊;監(jiān)控
本文所設計的汽車行駛記錄儀是基于兩片8051單片機作為控制系統(tǒng)的核心來進行設計的，整個系統(tǒng)分為六大模塊分別是：電源模塊、速度信號采集模塊、時鐘模塊、單片機模塊、存儲器模塊、顯示模塊。
一、電源模塊的設計
記錄儀作為車載設備，使用汽車電源。汽車上的電源有兩個：汽車發(fā)電機和蓄電池。記錄儀的電源直接取自蓄電池，在發(fā)電機轉速和用電負載發(fā)生較大變化時，可保持汽車電網(wǎng)電壓的相對穩(wěn)定，同時，還可吸收電路中隨時出現(xiàn)的瞬時過電壓，以保護電子元件不受損害。車輛使用的車載蓄電池標稱值有兩種 12V的和 24V的，因此為了得到需要的 5V的電壓，我選用了 DC-DC 電源轉換芯片。
二、速度信號采集模塊的設計
速度信號檢測模塊的原理是：汽車行駛過程中，車輪經(jīng)過傳感器，單位時間內輸出一定的脈沖，傳感器輸出的脈沖通過差動放大電路的放大與整形，然后送到單片機 8051 的 T0端口進行脈沖計數(shù)，與此同時 8051 的 T1 進行計時開始待到定時器產(chǎn)生中斷請求后，由計數(shù)器得到的脈沖數(shù)經(jīng)過速度計算的公式和里程的計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，存儲與 8051 的 RAM數(shù)據(jù)存儲區(qū)。
本系統(tǒng)采用霍爾傳感器將速度信號轉換為脈沖信號，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，設計采用車輪旋轉一周速度傳感器要輸出若干個脈沖的方法。本系統(tǒng)采用的是在變速器上安裝 3個小磁鋼，霍爾傳感器可相應的輸出 3 個脈沖用于速度信號的采集。速度信號采集模塊采用 THS118 型霍爾元件作為速度信號采集部分的速度傳感器。
三、時鐘模塊的設計
時鐘模塊主要是用于對時、分、秒、年、月、日和星期的計時。該模塊采用的芯片為DS12C887 時鐘芯片。此芯片集成度高，其外圍的電路設計非常的簡單，且其性能非常好，計時的準確性高。
DS12C887為雙列直插式封裝。其具體與單片機的連接如下所述：AD0~AD7雙向地址/數(shù)據(jù)復用線與單片機的P0口相聯(lián)，用于向單片機交換數(shù)據(jù);AS 地址選通輸入腳與單片機的 ALE 相聯(lián)用于對地址鎖存，實現(xiàn)地址數(shù)據(jù)的復用;CS 片選線與單片機的 P2.6 相聯(lián)，用于選通時鐘芯片;DS 數(shù)據(jù)選通讀輸入引腳與單片機的讀選通引腳相聯(lián)，用于實現(xiàn)對芯片數(shù)據(jù)的讀控制;R/W 讀/寫輸入與單片機的寫選通引腳相聯(lián)，用于實現(xiàn)對時鐘芯片的寫控制;MOT 直接接地，選用 INTEL 時序。IRQ引腳與 8051 的 INT1 相連，用于為時間的采集提供時間基準。
四、單片機模塊的設計
本系統(tǒng)采用兩片單片機，兩個單片機之間采用串行通訊，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。其復位電路為自動上電復位。設計中所采用的單片機為 8051。
單片機在系統(tǒng)中主要是用來對其他模塊進行控制，是整個系統(tǒng)的核心部件。主單片機主要是用于對速度信號采集模塊、時鐘模塊和存儲模塊進行控制，同時還要與從單片機進行數(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。從單片機主要是用于對顯示和校時的控制，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。由于從單片機的外部中斷源只有兩個，而我所設計的對時鐘的校時主要是通過外部中斷完成的，所以要對從單片機的外部中斷源進行擴展。本系統(tǒng)采用了 8259A 進行中斷源的擴展，從而實現(xiàn)對時鐘的校時。
五、儲模塊的設計
汽車行駛記錄儀對系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)的實時性及長久性要求很高，因此本系統(tǒng)我采用了ATMEL 生產(chǎn)的 AT29C010A Flash 性存儲器。其存儲空間為 16K，能夠滿足設計的要求。
AT29C010A是一種 5V在線閃速可電擦除的存儲器，具有掉電保護功能;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 AT29C010A 的讀取數(shù)據(jù)，這與對 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 的同時完成編程。在一個再編程周期里，存儲單元的尋址和 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)通過內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會自動擦除分區(qū)的內容，然后對鎖存的數(shù)據(jù)在定時器作用下進行編程。
六、示模塊的設計
顯示器主要是為人機交互提供即時的信息，能讓人們與機器進行很好的交流。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和點陣式 LCD。其中段位式和字符式只能用于數(shù)字和字符的簡單的顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求;而點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，可以實現(xiàn)屏幕的上下左右滾動等功能。
七、鍵的設計
本系統(tǒng)的按鍵主要是用于對時鐘的校對，現(xiàn)對按鍵的功能簡述如下：按鍵 1～7是用于對秒分時日月年星期校時的中斷申請;按鍵 8 是用于對校時進行加一的操作，鍵 9 是用于對校時進行減一的操作;按鍵 10 是用于實現(xiàn)對超速報警監(jiān)控功能的復位。
八、系統(tǒng)軟件流程圖的設計
由于本設計主要是完成系統(tǒng)的硬件電路設計，因此我對系統(tǒng)的軟件設計只進行了系統(tǒng)部分軟件流程圖的繪制。設計的流程圖有：記錄儀總體軟件設計流程圖、速度信號采集模塊軟件設計流程圖、時鐘模塊軟件設計流程圖、外部中斷軟件設計流程圖和 LCD 顯示實現(xiàn)的軟件設計流程圖。
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