基于单片机监控系统的研究

【摘要】文章所设计的基于单片机监控系统汽车行驶记录仪所实现的主要功能：记录汽车停车前2秒内的行驶速度，并能实时地显示汽车行驶的状态信息，同时还对汽车的超速行驶进行报警并记录一天之内的超速次数。
【关键词】单片机；模块；监控

　　本文所设计的汽车行驶记录仪是基于两片8051单片机作为控制系统的核心来进行设计的，整个系统分为六大模块分别是：电源模块、速度信号采集模块、时钟模块、单片机模块、存储器模块、显示模块。
　　一、电源模块的设计
　　记录仪作为车载设备，使用汽车电源。汽车上的电源有两个：汽车发电机和蓄电池。记录仪的电源直接取自蓄电池，在发电机转速和用电负载发生较大变化时，可保持汽车电网电压的相对稳定，同时，还可吸收电路中随时出现的瞬时过电压，以保护电子元件不受损害。车辆使用的车载蓄电池标称值有两种 12V的和 24V的，因此为了得到需要的 5V的电压，我选用了 DC-DC 电源转换芯片。
　　
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二、速度信号采集模块的设计
　　速度信号检测模块的原理是：汽车行驶过程中，车轮经过传感器，单位时间内输出一定的脉冲，传感器输出的脉冲通过差动放大电路的放大与整形，然后送到单片机 8051 的 T0端口进行脉冲计数，与此同时 8051 的 T1 进行计时开始待到定时器产生中断请求后，由计数器得到的脉冲数经过速度计算的公式和里程的计算后得到汽车行驶的速度和里程。从而得到汽车的行驶速度和里程，存储与 8051 的 RAM数据存储区。
　　本系统采用霍尔传感器将速度信号转换为脉冲信号，考虑到传感器的体积要小，便于安装，误差要尽量减小等要求，设计采用车轮旋转一周速度传感器要输出若干个脉冲的方法。本系统采用的是在变速器上安装 3个小磁钢，霍尔传感器可相应的输出 3 个脉冲用于速度信号的采集。速度信号采集模块采用 THS118 型霍尔元件作为速度信号采集部分的速度传感器。
　　三、时钟模块的设计
　　时钟模块主要是用于对时、分、秒、年、月、日和星期的计时。该模块采用的芯片为DS12C887 时钟芯片。此芯片集成度高，其外围的电路设计非常的简单，且其性能非常好，计时的准确性高。
　　DS12C887为双列直插式封装。其具体与单片机的连接如下所述：AD0~AD7双向地址/数据复用线与单片机的P0口相联，用于向单片机交换数据；AS 地址选通输入脚与单片机的 ALE 相联用于对地址锁存，实现地址数据的复用；CS 片选线与单片机的 P2.6 相联，用于选通时钟芯片；DS 数据选通读输入引脚与单片机的读选通引脚相联，用于实现对芯片数据的读控制；R/W 读/写输入与单片机的写选通引脚相联，用于实现对时钟芯片的写控制；MOT 直接接地，选用 INTEL 时序。IRQ引脚与 8051 的 INT1 相连，用于为时间的采集提供时间基准。
　　四、单片机模块的设计
　　本系统采用两片单片机，两个单片机之间采用串行通讯，用于两者之间的数据交换。其工作时序是由外部晶振电路提供的，本系统采用的晶振频率是 12 兆 HZ。其复位电路为自动上电复位。设计中所采用的单片机为 8051。
　　单片机在系统中主要是用来对其他模块进行控制，是整个系统的核心部件。主单片机主要是用于对速度信号采集模块、时钟模块和存储模块进行控制，同时还要与从单片机进行数据的交换。其外围的 I/O口主要与这些模块的中心芯片的数据总线或地址总线相连，其控制总线与这些模块的控制线相连。从单片机主要是用于对显示和校时的控制，因此其 I/O口主要与 LCD显示器的 I/O口相连，其控制线与 LCD显示器的控制线相连。由于从单片机的外部中断源只有两个，而我所设计的对时钟的校时主要是通过外部中断完成的，所以要对从单片机的外部中断源进行扩展。本系统采用了 8259A 进行中断源的扩展，从而实现对时钟的校时。
 

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　　汽车行驶记录仪对系统存储数据的实时性及长久性要求很高，因此本系统我采用了ATMEL 生产的 AT29C010A  Flash 性存储器。其存储空间为 16K，能够满足设计的要求。
　　AT29C010A是一种 5V在线闪速可电擦除的存储器，具有掉电保护功能；方便的在线编程能力不需要高的输入电压，指令系统在 5V 电压下即可控制对 AT29C010A 的读取数据，这与对 EEPROM 的操作相似。再编程能力是以每一分区为单位的，128 字节的数据装入AT29C010A 的同时完成编程。在一个再编程周期里，存储单元的寻址和 128 字节的数据通过内部锁存器可释放地址和数据总线，这样可为其它操作提供地址和数据总线。编程周期开始后，AT29C010A会自动擦除分区的内容，然后对锁存的数据在定时器作用下进行编程。
　　六、示模块的设计
　　显示器主要是为人机交互提供即时的信息，能让人们与机器进行很好的交流。在众多种类的显示器中，越来越多的仪器仪表及人机交互界面采用液晶显示器。LCD 可分为段位式LCD、字符式 LCD和点阵式 LCD。其中段位式和字符式只能用于数字和字符的简单的显示，不能满足图形曲线和汉字显示的要求；而点阵式不仅能够显示字符和数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，可以实现屏幕的上下左右滚动等功能。
　　七、键的设计
     本系统的按键主要是用于对时钟的校对，现对按键的功能简述如下：按键 1～7是用于对秒分时日月年星期校时的中断申请；按键 8 是用于对校时进行加一的操作，键 9 是用于对校时进行减一的操作；按键 10 是用于实现对超速报警监控功能的复位。
　　八、系统软件流程图的设计
　　由于本设计主要是完成系统的硬件电路设计，因此我对系统的软件设计只进行了系统部分软件流程图的绘制。设计的流程图有：记录仪总体软件设计流程图、速度信号采集模块软件设计流程图、时钟模块软件设计流程图、外部中断软件设计流程图和 LCD 显示实现的软件设计流程图。

【参考文献】
[1]戴佳，苗龙，陈斌．51单片机应用系统开发典型实例[M]．中国电力出版社．
[2]周航慈．单片机应用程序设计技术[M]．北京航空航天大学出版社．
[3]胡汉才．单片机原理及其接口技术[M]．清华大学出版社．
[4]余发山．单片机原理及应用技术[M]．中国矿业大学出版社．

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