滚梯安全节能系统-课程设计.doc

滚梯安全节能系统

目 录

一、系统设计 2
（一）设计背景 2
（二）设计要求 2
（三）方案的比较和论证 2
1．检测模块 2
2．主控模块 3
3．提醒模块 3
（四）系统设计 4
1.系统设计思路 4
2.原理设计 5
二、单元电路设计 6
（一）最小系统模块 6
1.电源部分 6
2. 串口电路 6
3．单片机STC89C52RC核心模块 7
4.晶振电路 7
5.复位电路 8
（二）激光传感器电路和语音播报模块的设计 8
1.语音播报模块 8
2.激光传感器模块 9
三、系统软件设计 11
（一）主程序流程图 11
（二检测模块流程图 11
（三）语音模块 13
四、系统测试 14
(一)硬件电路测试 14
1.电源测试 14
2.入侵模块测试 14
(二) 测试数据及实验结果 14
1. 测试数据 14
2. 实验结果 14
五、结论 15
参考文献 15
附录 16
附图 18
实训心得体会 19

一、系统设计
（一）设计背景
在商场、车站等一些公共场所会安装滚动电梯，大多数电梯在有人和无人时会一直不停工作，浪费大量电能，此系统主要实现电梯在无人搭载的情况下，自动最大限度的节省电能，从而实现节能减排。
（二）设计要求
◆当电梯无人时，电梯平缓减速直至停止，当有人上电梯时平缓加速直到设置速度
◆当出口处，有人长时间停在出口处，而不离开出口，影响其他人走出电梯，系统提示：

“电梯出口处，请勿逗留”
◆电梯一定要确保把每个已经上梯的人送出电梯。即：只要梯上有人，就不能半途停梯。
◆当发现电梯异常倒转，启动另外一安保系统，断电停梯，系统提示“系统出现故障，请大家不要惊慌。同时报警声报警
（三）方案的比较和论证
1．检测模块
随着社会的进步，各种传感器层出不穷，其中以红外传感器和激光传感器应用较为广泛。红外传感器检测的特点是对近距离的障碍物反应速度灵敏，不同方位的传感器之间信号不会相互干扰，造成误动作，红外传感器适用于距离近的地方，且易受到自然光的干扰。而激光传感器是由激光器、激光检测器和测量电路组成，激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
由于在本设计中应用的距离较远，综合考虑我选用激光传感器来实现该检测功能。
2．主控模块
因为本系统要求的性能不是太高，而且处于模拟阶段，利用单片机芯片就可以控制。其中单片机的芯片种类很多，有凌阳公司的16位单片机，也有51系列的单片机。
方案一：选用AT89C51，该芯片能使用C语言进行程序的编写，方便阅读。但是，其集成程度低功能单一，需要使用到其它功能时，只能通过扩展外电路来实现，使得整个电路复杂，成本高，稳定性低。同时，I/O口输出功率小，一般器件都需要加驱动才能够正常使用。
方案二： STC29C52RC是微处理器低功耗，超低价高速（ 0 -90M），高可靠，3.3V 工作电压单片机，使产品更小，更轻，功耗更低，如果相关新增功能没有用到，则不需看相应部分。用STC 提供的STC-ISP.exe 工具可以将原有的代码下载进STC 相关的单片机即可，内部Flash 擦写次数为100,000 次以上。用户程序是用ISP/IAP 机制写入，一边校验一边写，无读出命令。
综合考虑我们选择方案二STC89C52RC作为我们的主控芯片 。
3．提醒模块
该模块设计是为了能及时提醒乘客在火车即将到达站台时退出安全警戒线，所以选择语音芯片进行控制。
方案一：ISD4004语音芯片是一种采用CchipCorder专利技术的语音芯片，即此芯片无须A/D转换就可以直接储存，没有A/D转换误差，在记录位（BIT)可存储250级信号，相当于通常的A/D记录的8倍，片内集成了警惕振荡器。麦克风前置放大器。自动增益控制等，只要很少的外围器件，就可以构成一个完整的声音录放系统，模拟和数字信号处理模块。具有多段信息处理的能力，不耗电信息保存100年，10万次录音周期，但是音质不是太好。
方案二：采用WT588D语音芯片做语音处理核心，拥有工业级稳定性能的表现；配合电脑上位机软件WT588D VIOCECHIP，可任意更换语音支持在线下载，完美体现语音更换的便捷性；内置飞利浦音频放大器，声音响亮，清晰度高；单电源供电方式，有效的利用电源使用率。
就针对于完美的音质和下载方便这两方面因素，综合考虑我们这里采用方案二WT588D芯片。
（四）系统设计
1.系统设计思路
系统设计思路如下图：

。
2.原理设计
由于该项目处于模拟阶段，我们这里只选用三个激光传感器。首先将三个激光传感器接口接在单片机的P2.0,P2.1，P2.2三个端口上，再将语音芯片的两个端口接在单片机的P3.4,P3.5两个端口上。激光传感器检测信号，当火车即将到达站台、如有人站在警示线内和火车到站停站后，则会遮挡激光信号，使得激光传感器的接收端接收不到信号，产生一个低电平，使LED灯发光，分别提示火车即将到站，警戒线内有人，火车已经到站。同时单片机产生驱动信号，使语音芯片工作，提醒乘客火车来临，要求乘客退出警戒线外和排队上车。

二、单元电路设计
（一）最小系统模块
该单片机的最小系统包括电源部分，串口部分，单片机部分，晶振电路和复位电路。
最小系统原理图如图2.1：

图2.1 最小系统

1.电源部分
如图2.2是单片机小系统的电源部分原理图：

上图电路是为了给整个设计的各个部分提供电源（+5V），由图可知，电源部分由一个电源插槽J1和电源开关J2、一个发光二极管、一个1K电阻和一个容值为1UF的稳压电容组成。当电源接通后，打开开关，发光二极管会发光。
2. 串口电路
串口原理图如图2.3:
图2.3 串口原理图

如上图所示，串口电路是由一个MAX232芯片、5个0.1UF的电容和一个串口组成。电路中的MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电，在电路中的CX1～CA4是必不可少的，缺一不可，具有调节电压值的作用。由图可知，当数据线接上串口DB9时数据经过3号引脚送给MAX232的13号引脚，在经过12号引脚输出将电平转换送往单片机芯片中，在经过一系列单片机讲信号送给11号引脚经过芯片电平转换由14号引脚送给串口的2号引脚，已达到电平转换的作用。
3．单片机STC89C52RC核心模块
如图2.4是51芯片接入电路的原理图
图2.4 51芯片原理图

该控制芯片接收处理传感器采集到的信息，对信号进行综合判断，再将信号送往语音模块，以达到设计效果。
4.晶振电路
晶振电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，电路选用11.0592MHZ的晶振和容值为20PF的电容，在单片机芯片的18（XTAL1）、19（XTAL2）号引脚之间跨界警惕震荡器和微调电容，就可以构成一个稳定的自激振荡器。
5.复位电路
复位是使CPU和系统中其他功能部件都恢复到确定的初始状态，并从该状态开始工作。
（二）激光传感器电路和语音播报模块的设计
激光传感器电路和语音播报模块PCB板电路图如图2.5：

下面介绍一下语音播报模块和激光传感器模块
1.语音播报模块
本系统设计选用的是WT588D语音芯片，该芯片的控制模式有一线串口控制模式，三线串口控制模块，为了减少单片机端口的使用，所以使用一线串口模式，简单方便。一线串口只通过一条数据通信线控制时序，依照电平占空比不同的数据位。高电平与低电平数据占空比1：2即代表数据位0，高电平与低电平数据位占空比为2：1代表数据位1，高电平在前，低电平在后。

该芯片的工作原理如图2.6所示：
图2.6 WT588D语音芯片工作原理

RST为复位信号，发数据前芯片进行复位，在电池供电的情况下可不加此信号。DATA
为一线串口数据通信线，复位芯片稳定后先拉低5ms以唤醒芯片，低位在前，BUSY对语音芯片忙信号输出，数据成功发送后等待1ms，BUSY输出将做出响应。
WT588D芯片的外围电路如图2.7：
图2.7 WT588D芯片外围电路图

如图所示，AMS1117-3.3V是稳压芯片，给WT588D语音芯片提供稳定的工作电压，旁边的电容具有整流的作用。WT588D语音芯片通过单片机的P34,P35接入相应的数据，首先对该芯片进行复位处理，即发数据前对芯片进行复位。DATA为一线串口数据通信线，复位芯片稳定后先拉低5毫秒以唤醒芯片低位在前，BUSY为语音芯片忙信号输出，数据成功发出后等待1毫秒，BUSY输出将作出响应。单片机接入的信号进入芯片的P0.3接口，经过处理，从PWM+,PWM-两个端口输出音频信号，再经喇叭放出声音。放音的同时，该芯片的BUSY端口，处于低电平，则二极管发光。
图2.8 激光传感器电路图
2.激光传感器模块
其电路连接原理图如图2.8：

如图2.8所示，用单片机的的三个端口分别接在三个激光传感器的接口。三个激光传感器分别放在离站台不远的地方(在此假设200米)，以检测火车是否即将到来、检测站台警戒线内部是否有人和检测火车是否已经到达站台，当条件满足时即激光传感器的发射端发出的信号被遮挡，接收端口接收不到对面的信号，使得传感器的G1～G3点为低电平，则三个LED灯发光，发出相对应的信号并送入单片机内处理。

三、系统软件设计
（一）主程序流程图
首先对所有硬件进行初始化，激光传感器检测数据，再将检测信号传输给单片机进行处理，单片机做出相应判断，语音芯片是否进行工作，即语音提醒。流程图如图3.1：

（二）检测模块流程图
激光传感器检测是否接到信号，若接收不到对面发出的信号，G1～G3为低电平，则LED灯点亮，并发出语音提示信号，反之，则传感器继续检测信号。流程图如下图3.2：

图3.2 激光检测流程图
图3.3 语音模块流程图

（三）语音模块
首先对WT588D语音芯片进行初始化，首先对该芯片进行录制所需声音，然后接收单片机传来的信号，且对数据进行处理，判断是否语音提示。流程图如上图3.3：
以下是我们做出的实物图,如图3.4、3.5、3.6：

图3.4 激光传感器实物图
图35 驱动模块实物图

图3.6 主控模块

四、系统测试
(一) 硬件电路测试
1.电源测试
用数字万用表电压档测量电池输出的电压值是否正常,如果显示不正常，将数字电压表打到蜂鸣器挡，用两个表笔检测电路是否短路或断路。
2.入侵模块测试
用万用表在输出端测量电压值是否为高电平，用手遮挡激光接收端，观察电压值是否变为低电平。
3.语音模块测试
将所需要的语音录入语音芯片中，通过按键看是否播放录音。
(二) 测试数据及实验结果
表4.1 数据及结果
1. 测试数据

激光传感器1（JG1）
激光传感器2（JG2）
激光传感器2（JG3）
LED1
LED2
LED3
语音是否提示
1
1
1
灭
灭
灭
无
0
1
1
亮
灭
灭
播报语音段0
0
0
1
亮
亮
灭
播报语音段1
0
1/0
0
亮
亮/灭
亮
播报语音段2
上表4.1经过反复实验得出的结果。
2. 实验结果
经测试，该火车站台检测系统具有检测火车是否即将到站、警戒线上是否有人、火车是否已经到站，语音播报的功能。当激光传感器检测到火车即将到站时，语音模块播报语音段0提醒工作人员做好接车准备；当激光传感器检测到警戒线上有人时，语音模块播报语音段1提醒乘客退出警戒线外，当激光传感器检测到火车到站时，语音模块播报语音段2提醒乘客一次排队上车；而且该系统优化后在火车往返程中也可达到其基本功能。

五、结论
参考文献
[1]王静霞：单片机应用技术（C语言版）[M]，北京：电子工业出版社,2008
[2]张志良：单片机原理和控制技术[M]，第二版，北京：机械工业出版社,2010
[3]周立功：单片机基础实验指导书[M]，广州：周立功单片机发展有限公司出版社，2010
[4]宋雪臣：传感器与检测技术[M]，第二版，北京：机械工业出版社,2009
[5]谢自美：电子线路设计测试与应用[M],第二版,武汉：华中理工大学出版社,2004

附录 滚梯安全节能系统驱动程序
#include"at89x52.h"
#ifndef uchar
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#endif
void delay_Voice(uint z);
void delayus_Voice(uint z);
void Read_Voice(uchar add);
unsigned char j;
void Delay(uint time)
{ uchar base=255;
for(;time;time--)
for(base=255;base;base--);
}
sbit rst=P3^4;
sbit sda=P3^5;
sbit JG1=P2^0;
sbit JG2=P2^1;
sbit JG3=P2^2;
void delay_Voice(uint z)
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
void delayus_Voice(uint z)
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=10;y>0;y--);
}
void Read_Voice(uchar add)
{
uchar i;
EA=0;
rst=0;
delay_Voice(1);
rst=1;
delay_Voice(17); /*复位延时 17MS*/
rst=1;
delay_Voice(6); /* delay_voice 6ms */
sda=0;
delay_Voice(5); /* delay_voice 5ms /
for(i=0;i<8;i++)
{sda=1;
if(add & 1)
{delayus_Voice(4); /* 400us */
sda=0;
delayus_Voice(2); /* 200us */
}
else {
delayus_Voice(2); /* 200us */
sda=0;
delayus_Voice(4); /* 400us */
}
add>>=1; }
sda=1;
EA=1;
}
main()
{ while(1)
{
if(JG1==0)
{
j=1;
}
if(JG2==0&&JG1==0)
{
j=2;
}
if(JG3==0&&JG1==0)
{
j=3;
}
{ switch(j)
{
case 1:Read_Voice(0);delay_Voice(2500);break;
case 2:Read_Voice(1);delay_Voice(5500);break;
case 3:Read_Voice(2);delay_Voice(5500);break;
default: ;
}
}
}
}

附图
一． 基础板图

二． 滚梯安全节能系统图

实训心得体会
通过此次课程设计，让我学到了：能够进一步熟练的掌握Multisim仿真软件， 以便以后更好的使用；还使我重温了以前学过的知识，也对课本有了进一步的了解；在 实验期间也遇到了一些麻烦，让我很好的利用了互联网和图书馆带来的便捷，也通过请 求老师来解决问题，还让我懂得了同学间交流的重要性。此次实验还使我大大的提高了 自己的动手能力，巩固了我所学的知识。 总之很感谢学校安排这次实验设计课，真的让我学的了很多东西。也找到了一 些自己的不足之处。谢谢老师，同学的帮助！
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