公交车无线自动报站系统—硬件设计本科论文.doc

西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文)题目：公交车无线自动报站系统硬件设计37毕业设计（论文）任务书系别 电子信息系 专业 自动化 班级 姓名 学号 1.毕业设计(论文)题目： 公交车无线自动报站系统硬件设计 2.题目背景和意义：公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响服务的质量。传统的由乘务人员人工报站，因其效果太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰。公交车自动报站器的设计主要是为了弥补改变传统语音报站器必须有司机操控才能工作的落后方式，进站、出站自动播报站名及服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务 。 3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标)： 主要内容：结合单片机技术、语音技术、测温技术、无线数据传输技术和LCD显示技术，充分发挥了报站器的报站功能，同时应具有测温功能和汉字显示功能。实现了公交车进站前预报前方到站的信息提示；技术指标：1、实时轮流显示当前时间，车内温度，下个站点的站名和一些温馨的提示。2、完成无线数据的接收和解析，并且通过语音芯片和扬声器播放站台信息和其他信息。3、供电电压：直流12V。 4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点)： 1、掌握单片机原理及外围接口电路设计。2、掌握Protel99se电路设计工具的使用。3、掌握一定的模电数电的基本概念原理。进度安排：1-3周：查阅资料，了解公交车报站系统的背景以及国内外的现状；了解组成本次设计的各个芯片的资料以及做好开题报告的准备工作。5-9周：根据查阅掌握的资料，拟定此次设计的制作方案，以及PCB板的制作。 10-11周：完成中期答辩。 12-16周：完成剩余部分，焊接，调试电路板。 5.毕业设计(论文)的工作量要求 撰写15000字论文 实验(时数)*或实习(天数)： 300机时 图纸(幅面和张数)*： 其他要求： 查阅资料不少于10份 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 日说明：1本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。2 带*项可根据学科特点选填。公交车无线自动报站系统硬件设计摘 要随着科学技术的日益发展和进步,无人售票公交车在街头多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。对于报站器的设计国内已有相关的文献评论，但是总的来说以前的设计，功能相对比较单一，无法充分利用单片机系统的资源，最大程度的发挥报站器的全部功效。本文则结合单片机技术、语音技术、测温技术、无线数据传输技术和LCD显示技术，不但发挥了报站器的报站功能，而且同时拥有测温功能和汉字显示功能。实现了公交车进站前自动预报前方到站；全市公交车辆都可以到那站报那站，线路的变化都没有关系；同样可以实现自动预报站，无须司机按键。不但给乘客带来方便，而且能让司机更加专心于驾驶，加强了道路行驶安全性。关键词：语音；测温；无线数据传输；LCD显示The bus wireless Auto Reports station systemHardware DesignAbstractAlong with the increasing development and progress of science and technology,the bus without ticket-seller becomes more and more popular today, at the same time the audio stop-reporting device finds a wide use. This exempts the bus stewards from the trouble of reporting stops along the route and facilitates the passengers who are not familiar with the route.In our country, there have been relevant documents about the design of stop-reporting device. But from the whole, their designs have the deficiency of comparative single function, and inability to make full use of the resources of Monolithic machine system to bring out the entire efficacy of the device in largest degree. This paper incorporating the technology of Monolithic machine, Pronunciation，temperature-measuring, radio data transmission and LCD, gives a new design which have not only the stop-reporting function, but also the temperature-measuring and character-indication functions. Thus it realizes the basic arrive, no matter the routes change or not; at the same time, it have the function of pre-reporting stops function of reporting stops: the buses of the whole city can report stops where they: at a certain distance before the stop, it can automatically and accurately report the stops without the driver pushing the button. At the time of bringing convenience to the passengers, it also makes the driver more intent on their working, thus increasing the security of the traffic. Key words: pronunciation; measure the temperature; wireless data transmission; LCD is demonstrate目 录1 绪论11.1引言11.2课题研究的背景及意义11.3报站器的动态发展趋势及国内外相关研究情况11.4系统可行性分析21.5研究步骤和方法21.6设计的主要任务32 系统的硬件方案设计42.1系统功能及技术要求42.2采用的研究方案43 系统接口电路的分析与设计73.1单片机的介绍73.2系统电源部分的设计83.3CPU其他外围电路设计93.3.1看门狗电路的设计93.3.2时钟电路103.4电平转换电路的设计103.4.1 RS232标准103.4.2电平转换芯片的选择113.4.3无线数据模块的工作介绍123.5温度采集电路设计133.5.1温度采集芯片DS18B20的功能特点133.5.2 DS18B20温度传感器的内部硬件结构143.5.3 DS18B20和单片机的接口143.6实时时钟接口电路设计163.6.1实时时钟DS12887的特点和功能163.6.2 DS12887 时钟芯片的结构163.6.3 DS12887和单片机的接口电路183.7语音接口电路设计193.7.1 ISD2560的功能特点193.7.2 ISD2560的内部结构193.7.3 ISD2560和单片机的接口设计213.8液晶显示电路设计223.8.1液晶显示功能概述223.8.2液晶显示的外形尺寸图233.8.3液晶显示的接口电路233.9存储电路244 电路原理图的设计和电路板的制作印刷板264.1电路原理图的设计264.2电路板的制作和印刷274.2.1布局274.2.2布线284.2.3去耦合电容配置294.2.4单片机系统调试295 总结31参考文献32致 谢33毕业设计（论文）知识产权声明34毕业设计（论文）独创性声明35附录136附录2371 绪论1 绪论1.1引言作为一个城市的公交企业，它既要代表政府体现当地城市的形象，又要尽一切力量减少政府投资，创造良好的社会效益和经济效益。而传统的公交运营系统的装备和管理模式较难达到这两者的完美结合。随着科学技术的发展，公交应用系统带给公交企业的将不仅是形象的提升，也是效益的增长。虽然现在已经有些车上已经采用GPS定位系统自动报站，但其昂贵的成本，难以实现普及。为了实现城市公交车的自动报站，本文设计了一套低廉、高性能的城市公交车无线自动报站系统。1.2课题研究的背景及意义当前国内主要大城市的公交车大都采用人工语音报站，即每到一站由司机或者乘务员按语音键来进行报站，而车站的识别、语音的播放还要靠驾驶员控制，不仅增加了驾驶员的操作,还存在一定的安全隐患。另外由于受到各种因素如雨雪天路滑，车上拥挤，乘务员心情的变化等的影响，会出现报错,漏报的情况，给乘客带来了不必要的麻烦，特别是给不熟悉本市地形的外来乘客带来了不必要的麻烦,从而影响到了一个城市的窗口形象工程建设，因此公共汽车自动报站系统的研发势在必行。 公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响服务的质量。传统的由乘务人员人工报站，因其效果太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的日益发展和进步，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得公交车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车报站系统的不足之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车自动报站系统 。公交车自动报站器的设计主要是为了弥补传统语音报站器必须有司机操控才能工作的落后方式，进站、出站自动播报站名及服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务。如果采用了我们研发的公共汽车自动报站系统不会出现由于受到各种因素如雨雪天路滑,车上拥挤,乘务员心情的变化等的影响而出现报错站，漏报的情况。从而给乘客带来了极大的方便；不会因坐车过站而走冤枉路,为我们城市的窗口形象工程建设贡献一份力。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）1.3报站器的动态发展趋势及国内外相关研究情况行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。作为公共汽车还要求有醒目和减少乘务人员劳动强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普及。公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公交车的服务质量。目前公交车报站有三种方式：(1)利用GPS全球卫星定位系统的公交车报站系统即在司机座位后面隔板上，安装了一台15英寸的液晶电视和GPS信号接收器，目前美国部分城市投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受；(2)手动电子报站；(3)人工报站；目前我国部分城市采用手动电子报站和人工报站的方式，而它们都离不开司务人员，加大司乘人员的工作强度。1.4系统可行性分析要做一个实用性比较高的公交报站系统，前期的调研是必不可少的。通过在各个车站收集公交司机及各个年龄阶段的乘客对报站系统的看法和他们心中理想的报站方式，得出以下两个结论：(1)准确报站：由于司机在操作报站系统时经常会按错键或忘记按键，而且在调整系统时会连续报出几个站点，让不熟悉路线的乘客不知所措。(2)普通话报站：许多外来人员对此深有感触，听不懂的报站语言让乘客不知是否已到达目的地，经常下错车带来很多不必要的麻烦，因而普通话报站对于外来人员来往频繁的大城市是非常有必要的。然而各个公交车站并没有对现有报站系统进行改进，根据调查走访，主要原因在于现今仍然没有一个性能比较好且制作改装成本低、可以普及的报站系统，因而一直没有对报站系统进行改良。针对该现象，本文所设计的城市公交车无线自动报站系统，其创新之处在：(1) 采用编码技术对每一个车站点进行编码，当车行驶到车站点信号范围内时，系统将自动识别该站并发送指令启动语音报站系统进行语音报站及站名显示。(2)采用短距离无线数据通讯技术，自动报站，高效准确。(3)该系统能利用现有系统进行改装，而且改装容易，制作成本低，运行几乎不需要成本。1.5研究步骤和方法第一：理论准备阶段，理解题目，研究题目所涉及到的内容，能够较好的掌握有关题目的知识。第二：确定系统各个硬件部分电路，理清各个硬件部分电路与单片机之间的连接关系，并开始进行相关硬件电路的资料收集。第三：规划课题，确定组成结构，提出大体系统框架并在结构框架的基础上提出原理框图。第四：完成硬件设计部分并画出各部分电路图，将系统部件通过接口电路集合在一起，并画出电路图。第五：根据系统控制过程完成软件设计部分，绘制出主流程图。第六：检查是否可以实现要求的控制目的，能够按照要求实现控制功能。第七：整理论文。1.6设计的主要任务本文对系统的理论分析、硬件电路的设计制板和功能方法都有了详细的介绍。系统设计的重点：（1）接口电路的设计（2）RS232与TTL的电平转换电路（3）其他外围电路的设计2 系统的硬件方案设计2 系统的硬件方案设计2.1系统功能及技术要求公交车无线自动报站系统是针对公共汽车公司需求而设计开发的，与其他国内同类产品区别在于：采用全自动的方式进行自动报站，完全不需要驾驶员在进站前操作键盘，分散注意力，真正实现自动报站功能。同时可以与LCD液晶显示实时时钟、车内温度和到站的文本信息，并配有真人语音报站功能，为公交车装备现代化，提高服务档次起到本产品应尽的责任。技术要求：1) 无需按键实现自动语音报站，到站前每个10秒连续播报并配有文字提示。2) 车辆内部温度实时采集，温度采集精度：13) LCD字符显示4) 实时时钟5) 语音报站6) 使用电源：直流：12V7) 使用环境：温度：40502.2采用的研究方案根据公交车无线自动报站系统的功能要求及技术要求，为实现全自动报站，将本系统分成两个子系统：站台系统和车载系统。两个子系统的信息交换通过无线数据模块来完成，进而完成自动报站。整个系统的结构图如图2.1所示。站台系统上电自检后，自动处于休眠状态。当车辆驶进入到无线数据模块收发的距离范围（具体可参考下一章）之内，站台系统接收到车载系统发来的正确命令数据后（具体数据协议参考下一章），将本站的站台信息回发到车载系统，车载系统接收到站台系统回发的数据后，根据数据协议，解析数据查表得到本站信息，然后通过语音芯片进行语音输出，并利用LCD进行文本滚动提示乘客。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）站台系统图2.1 系统的结构图根据上述的整个系统的功能和结构图，以及市场的调研和相关资料的查询，确定整个系统硬件框图如图2.2所示。图2.2 系统硬件框图如图2.2所示,整个系统有两个子系统组成,车载系统和站台系统。站台系统功能比较简单，主要完成TTL电平与RS232电平的转换及串口数据的接收和发送。为此，该子系统硬件设计较简单。公交车无线自动报站系统主要的功能主要集中在车载系统，为此，车载系统以单片机89C52为核心，利用DALLAS公司的DS18B20温度传感器和DS12887时钟芯片，完成车内温度的实时检测和时间数据的读取，最终将温度和时间数据送至LCD实时显示。另外通过无线数据模块和电平转换电路完成车载系统与站台系统的数据通信，从而实现全自动语音报站。本次毕业设计的主要任务是完成公交车无线自动报站系统的硬件电路的设计，而车载系统的设计则是本设计最核心的部分。3 系统接口电路的分析与设计3 系统接口电路的分析与设计系统接口电路的设计系统的最重要的部分，在确定系统功能要求及系统硬件方案后，选定芯片，查阅芯片的使用手册及其引脚的定义的后，根据CPU总线与I/O设备之间信号要求及时序进行相应的接口设计，通常设计接口时应对完成的功能所需要的硬件和软件作统筹考虑，确定那些功能由硬件完成，哪些功能由软件实现，两者之间做出合理的接口电路设计思路。在此基础上，合理的选用I/O接口芯片，进行硬件接口电路设计及如何与CPU的连接是至关重要的。微处理器是公交车无线自动报站系统的核心部件，它的结构、特性对所研制的系统的性能有很大影响。因此，对微处理器的选择尤为重要。我们通过选取和对比各种型号的微处理器芯片的功能特性和价格，发现AT98C5X以其低廉的价格、强大的功能，完全符合经济的原则并且完全满足本系统的功能要求。所以，在两个子系统中我们分别选用AT89C51和AT89C52作为CPU芯片。3.1单片机的介绍单片机小系统选择的是ATMEL公司的低功耗，高性能的CMOS8位单片机AT89C52芯片，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。主要性能参数：a. 与MCS-51产品指令和引脚完全兼容b. 8k字节可重复擦写Flash闪速存储器c. 1000次擦写周期d. 全静态操作：0Hz-24Hze. 三级加密程序存储器f. 256乘8字节内部RAMg. 32个可编程I/O口线h. 3个16位定时/计数器i. 8个中断源j. 可编程串行UART通道k. 低功耗空闲和掉电模西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） AT89C52的引脚排列如图所示图3.1 AT89C52的引脚排列3.2系统电源部分的设计在本系统中所涉及的两个子系统均需要用到电源，电源是系统的能量来源，另外电源电压的要求及其稳定性和可靠性将是系统首要考虑的问题。两个子系统的CPU及外围芯片的供电均需要稳定的5V电源，因此两个子系统的电源电路的设计类似，因此在本设计中以车载系统的电路设计为例，必须给CPU提供一个比较稳定的5V电源电压。在此本次设计中采用了三端集成稳压LM7805CV来稳压。集成稳压器LM7805CV是将非稳定的直流电压变换成稳定的直流电压的IC芯片。LM7805CV集成稳压器有输入端、输出端及公共端三个引脚。芯片内部设有过流保护、过热保护及调整管安全保护电路，其所需外接元件少，使用方便、可靠。广泛地用于各种电子设备中。LM7805CV最大的输入电压为35V，最小输入电压为7.5V，其输出电压为+5V。具体电路图3.2如下：图3.2 电源电路LM7805CV输入端1脚接VS，VS是12V直流电压，符合LM7805CV的电压范围，管脚2接地，这样管脚3就可输出5V的稳定电压。为了滤除输入和输出电压上的纹波，分别在LM7805CV的输入和输出管脚分别接以电解电容和陶瓷电容，使其得到较稳定的电源电压。3.3CPU其他外围电路设计3.3.1看门狗电路的设计看门狗就是在程序飞跑或死机时,对系统进行复位重新置位,以使系统恢复正常运行的一种专用电路。现在常用的看门狗主要有两种：软件狗和硬件狗。软件狗实际上就是通常说的软件指令,一旦程序跑飞,只要程序指针指向这些地址,便立即被强行跳转至程序的开头或其他指定地址处,从而使程序继续正常执行。硬件狗现在更多的被采用。所谓硬件狗，就是一个能够发送“复位”信号的计数器或定时器电路。以前常用的硬件狗由脉冲计数器和一些外围电路组成，计数清零和溢出端分别和单片机的I/O与RST相连接。其工作原理是：由脉冲发生电路产生脉冲，计数器对脉冲进行计数。程序正常运行时，CPU在计数器溢出之前通过I/O口对计数器清零，使计数器不能溢出，此时由于溢出端与CPU的RST端相连接，所以使单片机系统“复位”，使其能重新正常运行。单片机系统的供电电源有时候因为各种不同原因而不稳定，发生电压波动或瞬时掉电的现象，从而影响系统的正常工作和数据保存。如果能对电源电压进行监视，当电源电压下降到某一特定值时，发生一个信号给单片机和电源切换电路，那么就使CPU及时进行必要的操作和维持工作电源的稳定。MAX813能够完全满足要求。所以本系统采用MAX813作为电源监视和看门狗芯片。电路图如图3.3所示。将第7脚接CPU的复位脚，第1脚与第8脚相连，第6脚与CPU的P1.6相连。在软件设计中，P1.6不断输出脉冲信号。如系统死机导致P1.6无脉冲信号输出，则1.6秒后在MAX813的第8脚输出低电平。该低电平加到第1脚，使MAX813产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为200ms，使CPU有效复位，摆脱死循环的困境。看门狗复位电路如图3.3所示：如果在1.6秒内没有触发该电路(即第6脚无脉冲输入)则第8脚输出一个低电平，是单片机复位图3.3 看门狗电路电路连接图如图所示。在这个系统中，P16作为看门狗的“喂狗”信号；REST和单片机的复位信号连接。3.3.2时钟电路在单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为单片机的XTAL1，其出端为单片机的XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和两个33PF微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。在此我们采用11.0592MHZ即可满足两个子系统的要求。图3.4 晶振电路3.4电平转换电路的设计车载系统与站台系统均采用无线数据模块传输数据，其接口是RS232串口，电平是RS232电平，而单片机的串口是TTL电平，为此在车载系统和站台系统均需要设计RS232电平转换电路。3.4.1 RS232标准RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS（ecommeded standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIA；RS-232-C、EIA;RS-422-A、EIA；RS-423、EIA；RS-485。 我们这里用的是EIA；RS-232-C（简称232，RS232）。EI RS-232C与TTL转换：EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。MAX232芯片可完成TTLEIA双向电平转换。这里我们选用DB-9连接器，在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此，若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆线。电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。传输电缆长度由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，在9600的时候可以达到250英尺，即75米。3.4.2电平转换芯片的选择在两个系统中均采用MAX232APE，它是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。每个接收器将EIA/TIA-232-E电平输入转换为5V TTL/CMOS电平。这些接收器具有1.3V的典型门限值及0.5V的典型迟滞，而且可以接收V的输入。每个驱动器将TTL/CMOS输入电平转换为EIA/TIA-232-E电平。MAX232的工作温度范围为0至70。MAX232APE的特点1) 单5V电源工作2) LinBiCMOS工艺技术3) 两个驱动器及两个接收器4) V的输入电平5) 低电源电流:典型值是8mA6) 符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.287) 可与Maxim公司的MAX232互换8) ESD保护大于MIL-STD-883(方法3015)标准的2000V引脚排列图3.5 MAX232芯片引脚图3.4.3无线数据模块的工作介绍本设计采用采用LACUP型微功率无线数据传输模块，其特点如下：a. 微功率发射：最大发射功率为10MWb. 工作频率在1SM频段，无需申请频点。载频频率430MHZ434MHZ，也可提供315/868/915MHZ载频。c. 高抗干扰能力和低误码率：基于FSK的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-510-6。d. 传输距离远：在视距情况下，天线高度3M，可靠传输距离300M（BER=10-3/1200Bit/s）e. 透明的数据传输：提供透明的数据接口，能使用任何标准或非标准的用户协议。自动过滤空中产生的噪音信号及假数据。f. 多信道，多速率：LACUP型模块标准配置提供8个信道，根据用户需要，可扩展到16/32信道。满足用户多种通信组合方式。同时，LACUP型可提供1200Bit/s,2400Bit/s,4800Bit/s,9600Bit/s等多种通信波特率，并且接口波特率与无线传输波特率一样，以满足客户设备对不同波特率的需要。g. 双串口，3种接口方式：LACUP型模块提供2个串口，COM1为TTL电平UART接口。COM2由用户自定义为标准的RS232/RS485口。h. 大的数据缓冲区：可1次传输无限长度的数据，用户编程更灵活。i. 智能数据控制，用户无需编制多余的程序。j. 低功耗及休眠功能：接收情况下，电流30MA，休眠时电流仅为10UA。k. 高可靠性，体积小，重量轻：采用CC1000单片射频集成电路及单片MCU，外围电路少，可靠性高，故障率低。查阅MAX232相关资料及无线模块接口定义后，设计电平转换电路图如图3.6所示。图3.6 电平转换电路3.5温度采集电路设计由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求3.5.1温度采集芯片DS18B20的功能特点本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。DS18B20 单线数字温度计1) 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯2) 简单的多点分布应用3) 无需外部器件4) 可通过数据供电5) 零待机功耗6) 测温范围-55+125以0.5递增。华氏器件-67+257，以0.9递增。7) 温度以9位数字量读出8) 温度数字量转换时间200ms（典型值）9) 用户可定义的非易失性温度报警设置10) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件11) 应用包括温度控制，工业系统，消费品，温度计或任何热感测系统DS18B20通过一个单总线口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。因为每个DS18B20都有一个独特的片序列号，所以多只DS18B20可以同时连在一根单总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在HVAC环境 控制，探测建筑物，仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。3.5.2 DS18B20温度传感器的内部硬件结构图3.7 DS18B20内部结构示意图3.5.3 DS18B20和单片机的接口DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，本设计采用第二种供电方式，如图3.8所示单片机P3.4口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个4.7k电阻来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。图3.8 原理连接图 DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用的是单总线的通信协议，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证复位时序和读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用C等高级语言进行系统程序设计时，对DS18B20操作部分最好采用汇编语言实现。(2)在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题。(3)连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 (4)在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。3.6实时时钟接口电路设计为了方便乘客出行掌握准确的时间，车载系统带有实时时钟显示功能，实时显示日期和时间。而实时时钟芯片有很多种，比如飞利浦公司的PCF8563等等。在此我们选择美国DALLAS公司的自带锂电的DS12887时钟芯片。3.6.1实时时钟DS12887的特点和功能DS12887时钟芯片的主要特点：1) 可作为IBM AT 计算机的时钟和日历2) 与MC146818B和DS1287的管脚兼容3) 在没有外部电源的情况下可工作10年以上,不丢失数据4) 自带晶体振荡器及锂电池5) 可计算到2100年前的秒、分、小时、星期、日、月、年7 种日历信息，并有闰年补偿功能6) 用二进制码或BCD 码代表日历和闹钟信息7) 有12和24小时两种制式，12小时制式带有PM 和AM 提示8) 可选用夏令时模式9) 可以应用于MOTOROLA和INTER两种总线10) 数据/地址总线复用11) 内建128字节RAM单元与软件接口，其中14 字节为时钟单元和控制H 状态寄存器，114字节为通用RAM，可由用户使用，所有RAM 单元数据都具有掉电保护功能（ 非易失性RAM）；12) 可编程方波输出；中断信号输出IRQ 和总线兼容，定闹中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行置位测试。13) 总线兼容中断（/IRQ）14) 三种可编程中断-时间性中断 可产生每秒一次直到每天一次中断-周期性中断122ms到500ms-时钟更新结束中断3.6.2 DS12887 时钟芯片的结构 DS12887时钟芯片内部由振荡电路、分频电路、周期中断/方波选择电路、14 字节时钟和控制单元、114 字节用户非易失RAM、十进制/二进制计数器、总线接口电路、电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成，DS12887芯片的内部结构框图如图所示。图3.9 DS12887内部结构框图DS12887时钟芯片的引脚排列如图所示。图3.10