基于單片機監(jiān)控系統(tǒng)的研究畢業(yè)論文
【摘要】文章所設(shè)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(nèi)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(nèi)的超速次數(shù)。
【關(guān)鍵詞】單片機；模塊；監(jiān)控
本文所設(shè)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(shè)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(shè)計
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：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(zhuǎn)速和用電負(fù)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(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、速度信號采集模塊的設(shè)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(nèi)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(zhuǎn)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(shè)計采用車輪旋轉(zhuǎn)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(yīng)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(shè)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(shè)計非常的簡單，且其性能非常好，計時的準(zhǔn)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(fù)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(fù)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(zhǔn)。
四、單片機模塊的設(shè)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(fù)位電路為自動上電復(fù)位。設(shè)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(shè)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(shè)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AT29C010AFlash性存儲器。其存儲空間為16K，能夠滿足設(shè)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(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會自動擦除分區(qū)的內(nèi)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(shè)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(shè)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(fù)位。
八、系統(tǒng)軟件流程圖的設(shè)計
由于本設(shè)計主要是完成系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，因此我對系統(tǒng)的軟件設(shè)計只進行了系統(tǒng)部分軟件流程圖的繪制。設(shè)計的流程圖有：記錄儀總體軟件設(shè)計流程圖、速度信號采集模塊軟件設(shè)計流程圖、時鐘模塊軟件設(shè)計流程圖、外部中斷軟件設(shè)計流程圖和LCD顯示實現(xiàn)的軟件設(shè)計流程圖。
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