車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)

1、摘 要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車(chē)數(shù)量在大幅攀升，交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，加上超速駕駛，錯(cuò)誤估計(jì)車(chē)距等主觀的原因 ,交通事故頻頻發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車(chē)預(yù)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。當(dāng)今電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，汽車(chē)傳感技術(shù)是隨著汽車(chē)電子的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。汽車(chē)傳感器是汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的輸入裝置，汽車(chē)傳感器可對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動(dòng)等信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效而準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的輔助駕駛功能,一種具有語(yǔ)音功能的智能車(chē)載語(yǔ)音系統(tǒng)技術(shù)快速發(fā)展起來(lái), 該系統(tǒng)采用單片機(jī)

2、為控制核心, 配以傳感器單元、 顯示、 揚(yáng)聲器等幾個(gè)部分，實(shí)時(shí)對(duì)汽車(chē)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并在出現(xiàn)告警情況時(shí)語(yǔ)音提示駕駛員。本文首先對(duì)車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述，然后對(duì)傳感器電路設(shè)計(jì)及信號(hào)采集原理等進(jìn)行了分析，在理論分析以及isd語(yǔ)音芯片分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于at89s52的單片機(jī)，通過(guò)傳感器采集汽車(chē)狀態(tài)參數(shù)，控制isd4002語(yǔ)音芯片提示報(bào)警的車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)。由于汽車(chē)傳感器還要經(jīng)受來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的各種干擾，以及行駛過(guò)程中的路況引起的振動(dòng)，因此我們對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)要求極為苛刻，傳感器必須具有穩(wěn)定性和精度高、響應(yīng)快、可靠性好、抗干擾和抗震能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 硬件設(shè)計(jì)部分主要包括

3、isd語(yǔ)音芯片外圍電路、單片機(jī)外圍控制電路，信號(hào)采集電路（傳感器）；軟件設(shè)計(jì)部分主要是語(yǔ)音回放的軟件編程。其中信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)和isd語(yǔ)音器件語(yǔ)音提示報(bào)警程序的實(shí)現(xiàn)是本次軟件設(shè)計(jì)部分的重難點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)出的基于isd語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音提示系統(tǒng)具有成本低、音質(zhì)好、開(kāi)發(fā)周期短，在車(chē)載安全系統(tǒng)可以很好的應(yīng)用。仿真結(jié)果表明,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案合理可行, 參數(shù)實(shí)時(shí)性好,具有語(yǔ)音清晰、成本低廉、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于各種車(chē)輛儀表中。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；語(yǔ)音報(bào)警；紅外傳輸；車(chē)載目 錄摘 要abstract第1章 緒論11.1 引言11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.3 本文研究的內(nèi)容41.4 論文結(jié)構(gòu)安排

4、4第2章 系統(tǒng)組成及工作原理42.1車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)組成52.2車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)原理62.2.1語(yǔ)音分解和合成62.2.2汽車(chē)用傳感器8第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)思想103.1 信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)123.1.1油量(水位)信號(hào)采集電路及工作原理133.1.2 車(chē)速信號(hào)采集電路及工作原理143.1.3 安全帶信號(hào)采集電路及工作原理153.1.4 倒車(chē)安全提示電路及工作原理163.2語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)183.2.1 isd4002芯片介紹183.2.2 isd4002外圍控制電路的設(shè)計(jì)223.2.3 isd4002與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)233.3單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)243.3.1 at89s52芯片介紹2

5、43.3.2單片機(jī)復(fù)位電路273.3.3時(shí)鐘振蕩器283.4 系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì)29第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)304.1程序設(shè)計(jì)思路304.2各模塊程序流程圖304.2.1主程序流程設(shè)計(jì)304.2.2 isd4002語(yǔ)音芯片操作模式314.2.3 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)33第5章 系統(tǒng)制作與調(diào)試345.1 硬件電路的調(diào)試345.1.1 總體特點(diǎn)345.1.2 電路劃分345.1.3 焊接355.2 調(diào)試35第6章 結(jié)論37參考文獻(xiàn)38致 謝40附錄141附錄2423浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1 引言汽車(chē)是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中的一種重要的交通工具，雖然汽車(chē)給現(xiàn)代的生產(chǎn)生活帶來(lái)了眾多的便捷，但與之同時(shí)汽

6、車(chē)駕駛安全問(wèn)題日益凸顯，其中倒車(chē)、超速就是典型。交通事故的發(fā)生必然會(huì)帶來(lái)一定程度的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害。針對(duì)這種現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)一套車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)顯得尤為重要的作用1。本系統(tǒng)可以輔助汽車(chē)駕駛者對(duì)影響汽車(chē)行駛安全的物理狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在危急情況下提醒駕駛員注意安全, 防止汽車(chē)意外事故的發(fā)生。如何實(shí)時(shí)有效監(jiān)控汽車(chē)狀態(tài)和及時(shí)提供語(yǔ)音報(bào)警成為我們首要解決問(wèn)題。汽車(chē)傳感器技術(shù)是汽車(chē)電子技術(shù)的核心之一。汽車(chē)傳感器作為汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車(chē)電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一，傳感器的技術(shù)水平?jīng)Q定了汽車(chē)控制系統(tǒng)的性能。由于本系統(tǒng)車(chē)載使用，要經(jīng)受來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的各種干擾，以及行

7、駛過(guò)程中的路況引起的振動(dòng)，必須要求系統(tǒng)必須具有穩(wěn)定性和精度高、響應(yīng)快、可靠性好、抗干擾和抗震能力強(qiáng)等特點(diǎn)。論文中系統(tǒng)模型為車(chē)輛安全預(yù)警提示系統(tǒng)提供了一套可行的解決方案，系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)與語(yǔ)音芯片及傳感器應(yīng)用技術(shù)交叉融合進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用傳感器檢測(cè)汽車(chē)在各種運(yùn)行狀態(tài)下器件的工作參數(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換將電信號(hào)后送scm，進(jìn)而發(fā)出指令,控制語(yǔ)音模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)安全語(yǔ)音提示2。其中信號(hào)采集模塊集信號(hào)采集和ad轉(zhuǎn)換為一體，簡(jiǎn)化了硬件外圍電路設(shè)計(jì)，而且降低了成本，更加經(jīng)濟(jì)化。隨著系統(tǒng)功能完善，基于安全技術(shù)的車(chē)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必將得到更多應(yīng)用和肯定。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)出現(xiàn)以前，汽車(chē)行駛安全問(wèn)題都得

8、靠駕駛員自己判斷。而當(dāng)今電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，電子技術(shù)在車(chē)載安全系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用并已取代了傳統(tǒng)機(jī)械提示系統(tǒng)。近30年來(lái),汽車(chē)產(chǎn)品發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步所取得的重大成就幾乎每一項(xiàng)都和汽車(chē)電子技術(shù)的應(yīng)用相關(guān)?？梢哉f(shuō)，汽車(chē)電子化程度的高低已成為衡量汽車(chē)綜合性能和現(xiàn)代化技術(shù)水平的重要標(biāo)志。自50年代，電子技術(shù)開(kāi)始進(jìn)人了汽車(chē)領(lǐng)域。1958年，已有人研制成功燃油噴射裝置，隨后又開(kāi)始研制汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種電子控制系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)主要是電子管產(chǎn)品，因體積大，成本高而未能進(jìn)人實(shí)用階段。60年代，半導(dǎo)體器件在汽車(chē)電子產(chǎn)品中獲得應(yīng)用1960年，美國(guó)克萊斯勒公司和摩托羅拉公司共同開(kāi)發(fā)的交越發(fā)電機(jī)整二極管，選到了大量生產(chǎn)的水平，完全

9、取代了直流發(fā)電機(jī)，至今仍在采用。不過(guò)，近幾年已出現(xiàn)雪崩型整流二極管，可避免二極管大電流擊穿失效，可靠性得到提高，不久將有可能替代目前用的整流二極管。1964年，美國(guó)通用汽車(chē)公司和福特汽車(chē)公司首先采用晶體管點(diǎn)火裝置，1987年實(shí)現(xiàn)集成化，但由于成本高，可靠性差，使其推廣應(yīng)用受到阻礙。70年代，微處理器使汽車(chē)工業(yè)產(chǎn)生劃時(shí)代的變革。微處理器的出現(xiàn)，才使汽車(chē)發(fā)動(dòng)帆的電子控制得到了長(zhǎng)足發(fā)展。特別是1976年，美國(guó)通用汽車(chē)公司將微處理器成功地應(yīng)用在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)控制上，使傳統(tǒng)的機(jī)械式結(jié)構(gòu)汽車(chē)發(fā)生了巨大變化。1973年美國(guó)通用汽車(chē)公司第一次在汽車(chē)上采用電子點(diǎn)火裝置以來(lái), 從此，汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展十分迅速

10、,已由少數(shù)零部件擴(kuò)大到許多總成及整車(chē)，微處理器在汽車(chē)上的應(yīng)用迅速地發(fā)展并普及起來(lái)。微處理器的應(yīng)用范圍已由發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展到安全系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、自動(dòng)故障診斷系統(tǒng)等。并在向更廣泛的應(yīng)用平臺(tái)發(fā)展。80年代，汽車(chē)電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器使汽車(chē)性能改善、功能增加，引起汽車(chē)行業(yè)采用電子技術(shù)的興趣，大大推動(dòng)了汽車(chē)電子產(chǎn)品的發(fā)展。汽車(chē)音響系統(tǒng) 、車(chē)載信息系統(tǒng)，電子化儀表顯示系統(tǒng)等方面相繼開(kāi)發(fā)出一系列新產(chǎn)品。如今,汽車(chē)電子產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)、懸架、制動(dòng)、儀表等系統(tǒng)。今后汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)將是系統(tǒng)模型、電源系統(tǒng)、多通道信息處理系統(tǒng)、汽車(chē)電子軟件及故障自診斷、智能化技術(shù)等3。展望汽車(chē)電子技術(shù)的

11、發(fā)展，現(xiàn)代汽車(chē)電子從所應(yīng)用的電子元器件到車(chē)內(nèi)電子系統(tǒng)的架構(gòu)均已進(jìn)入一個(gè)有本質(zhì)性提高的新階段，其中最有代表性的核心器件就是傳感器。隨著汽車(chē)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)會(huì)變得越來(lái)越人性化，甚至?xí)?shí)現(xiàn)全部功能的電氣化，操作更加舒適、方便、環(huán)保，汽車(chē)的安全、環(huán)保、娛樂(lè)等需求推動(dòng)著汽車(chē)傳感器市場(chǎng)快速發(fā)展。目前,隨著國(guó)際汽車(chē)電子產(chǎn)品市場(chǎng)的成熟 ,帶動(dòng)了還處于發(fā)展不成熟階段的我國(guó)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國(guó)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)正快速成長(zhǎng)起來(lái),并將成為我國(guó)又一個(gè)新的獨(dú)立的支柱產(chǎn)業(yè)。我國(guó)汽車(chē)電子企業(yè)現(xiàn)正處于起步發(fā)展階段 ,應(yīng)用層次落后,與國(guó)外差距明顯與國(guó)外汽車(chē)電子產(chǎn)品相比,我國(guó)汽車(chē)電子產(chǎn)品的應(yīng)用層次十分落后。雖然我國(guó)企業(yè)也能自主

12、開(kāi)發(fā)出一些產(chǎn)品，但總體水平與國(guó)外相比差別很大,與國(guó)際先進(jìn)水平相比,要落后10 15年。主要差距是在電子控制單元的軟硬件、系統(tǒng)的 可靠性和控制精度方面 ,企業(yè)的技術(shù)主要來(lái)源于國(guó)外 ,而且雖然某些產(chǎn)品已形成一定的生產(chǎn)能力，但是規(guī)?；笊a(chǎn)還未形成4。我國(guó)汽車(chē)工業(yè)起始于50年代，已有近40年歷史，以載重汽車(chē)為主，國(guó)產(chǎn)車(chē)型汽車(chē)上電子產(chǎn)品的應(yīng)用比例很小。據(jù)悉，1988年每輛日產(chǎn)汽車(chē)的電子產(chǎn)品產(chǎn)值為109元， 1984年為130元 ，1985年為169元。無(wú)論是電子產(chǎn)品在汽車(chē)上的占有率 還是增長(zhǎng)率，都遠(yuǎn)低于美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家。國(guó)產(chǎn)車(chē)上應(yīng)用較多曲電子產(chǎn)品限于交流技電機(jī)用整流二極管、倒車(chē)報(bào)警器 、晶體

13、管閃光器、間歇刮水繼電器及電壓調(diào)節(jié)器等簡(jiǎn)單產(chǎn)品。目前此類產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家有四、五十家，這些廠家的規(guī)模和生產(chǎn) 能力沒(méi)有一家能形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，而且產(chǎn)品技術(shù)檔次 、質(zhì)量和可靠性與國(guó)外同類產(chǎn)品都不可比。盡管目前開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品技術(shù)水平還不高，真正能提高汽車(chē)性能和動(dòng)力性能的產(chǎn)品還不多，真正達(dá)到汽車(chē)裝車(chē)實(shí)用要求的產(chǎn)品也不多，但可看出我國(guó)汽車(chē)電子產(chǎn)品已在悄俏地起步發(fā)展了。展望我國(guó)汽車(chē)電子產(chǎn)品的發(fā)展。到2000年我國(guó)將要 形成年產(chǎn)170萬(wàn)輛汽車(chē)的規(guī)模 ，其中轎車(chē)的年產(chǎn)量為90萬(wàn)輛。無(wú)論是引進(jìn)車(chē)型的國(guó)產(chǎn)化還是國(guó)產(chǎn)車(chē)的電子化都需要大量可靠的、價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的電子產(chǎn)品?？梢?jiàn)，我國(guó)汽車(chē)電于產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。1.3 本文研究的內(nèi)

14、容本課題以數(shù)字化語(yǔ)音技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用為背景，闡述了使用單片機(jī)控制isd4002實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示報(bào)警，所做的工作主要有以下幾方面：(1)概括車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)的原理與組成。(2)設(shè)計(jì)isd4002語(yǔ)音芯片外圍電路、單片機(jī)控制電路電路等基本組成部分。(3)設(shè)計(jì)合理的信號(hào)采集電路，紅外傳輸模塊。(4)使用c語(yǔ)言編寫(xiě)相應(yīng)的程序，制作硬件實(shí)物，進(jìn)行調(diào)試?；谝陨蠋讉€(gè)方面的內(nèi)容來(lái)研究設(shè)計(jì)一種基于at89s52單片機(jī)及isd4002語(yǔ)音芯片的車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要是完成汽車(chē)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)傳輸、語(yǔ)音提示等功能。我們要解決的問(wèn)題主要包括如何設(shè)計(jì)合理的傳感器電路來(lái)采集汽車(chē)油量、液位、車(chē)速及測(cè)

15、距系統(tǒng)的信號(hào)；最終將信號(hào)采集模塊，scm控制模塊，語(yǔ)音報(bào)警模塊三部分整合為一個(gè)整體，使之能正確有效的進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示6。1.4 論文結(jié)構(gòu)安排本文將從硬件和軟件兩個(gè)部分進(jìn)行論述。論文第2章對(duì)研究?jī)?nèi)容作整體性原理闡述，從總體上給該系統(tǒng)所需的理論支持,論述系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理。第3章硬件部分重點(diǎn)是信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)和語(yǔ)音芯片及外圍電路的設(shè)計(jì)。信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)集信號(hào)采集和數(shù)模轉(zhuǎn)換為一體，簡(jiǎn)化系統(tǒng)外圍電路。這一章主要論述4個(gè)汽車(chē)不同部位工作狀態(tài)參數(shù)相對(duì)應(yīng)合適的信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)。第4章軟件部分重點(diǎn)是isd4002語(yǔ)音芯片的調(diào)試程序。第5章主要是硬件電路焊接及軟硬件程序調(diào)試。 第2章 系統(tǒng)組成及原理2.1

16、車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)組成車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)框如圖2-1：圖2-1 車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩部分的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)又包括：信號(hào)采集系統(tǒng)，c51單片機(jī)控制，報(bào)警電路三部分：1信號(hào)采集模塊：對(duì)于汽車(chē)不同部位的狀態(tài)參數(shù)，設(shè)計(jì)了不同電路采集信號(hào)，并將信號(hào)通過(guò)紅外模塊傳輸給scm。2單片機(jī)控制中心：對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，滿足一定預(yù)定值后，產(chǎn)生一個(gè)處理信號(hào)，觸發(fā)報(bào)警電路報(bào)警。 3報(bào)警電路:當(dāng)車(chē)速超過(guò)一定數(shù)值或油量不足時(shí)，單片機(jī)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，觸發(fā)報(bào)警電路（語(yǔ)音提示和警示燈亮）。數(shù)字式智能車(chē)載儀表的控制核心要求具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，復(fù)雜 的計(jì)算能力與快速音頻處理能力，同時(shí)

17、為了適應(yīng)車(chē)輛的惡劣路況環(huán)境，還 應(yīng)具 有穩(wěn)定性好、抗干擾性要強(qiáng)等點(diǎn)。因此，該系統(tǒng)選用at89s52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。at89s52單片機(jī)是將控制功能、數(shù)據(jù)處理功能以及數(shù)字信號(hào)處理(dsp)功能集與一身的一種新型單片機(jī)，溫度傳感器與油量傳感器所采集的信號(hào)可以直接通過(guò)單片機(jī)的p四個(gè)口引腳輸入單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件電路，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾性能，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性7。系統(tǒng)傳感器單元主要分為安全帶傳感器、測(cè)速傳感器、油位和水位傳感器、倒車(chē)傳感器四類。單片機(jī)通過(guò)這四類傳感器來(lái)確定車(chē)輛的當(dāng)前車(chē)速、油是否用完、倒車(chē)安全。2.2車(chē)載語(yǔ)音系統(tǒng)原理2.2.1語(yǔ)音分解和合成語(yǔ)音分解與合成理論

18、簡(jiǎn)介語(yǔ)音信號(hào)是隨時(shí)間變化的連續(xù)波形，在數(shù)學(xué)上表達(dá)則為連續(xù)時(shí)間變量的連續(xù)函數(shù)。語(yǔ)音信號(hào)的處理技術(shù)分為模擬信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)處理兩大類。模擬信號(hào)處理是人們所熟悉的，例如廣泛使用的磁帶錄音機(jī)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的貯存和重放。語(yǔ)音的模擬信號(hào)處理技術(shù)已相當(dāng)成熟，但存在靈活性差和不便于計(jì)算機(jī)控制的缺點(diǎn)。而語(yǔ)音的數(shù)字化處理剛好可以克服上述缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)語(yǔ)音分析是語(yǔ)音分解和合成的基礎(chǔ)。語(yǔ)音分析有時(shí)域分析、頻域分析和語(yǔ)譜分析三種，其中時(shí)域分析應(yīng)用最廣，時(shí)域波形圖的橫坐標(biāo)是時(shí)間參數(shù)，縱坐標(biāo)是幅度參數(shù)。時(shí)域分析比較直觀且數(shù)字化處理比較容易實(shí)現(xiàn)。因此，語(yǔ)音的分解與合成多采用時(shí)域分析方法8。（1）語(yǔ)音的編碼與譯碼圖2-2 語(yǔ)音編碼

19、和譯碼程（2）采樣語(yǔ)音信號(hào)的連續(xù)波形xa(t)經(jīng)低通濾波并以適當(dāng)速率進(jìn)行采樣，得到一個(gè)時(shí)間上離散而幅度為連續(xù)的采樣序列x(n)。信號(hào)中的最高頻譜分量稱為奈奎斯特頻率。當(dāng)采樣頻率至少是兩倍奈奎斯特頻率時(shí)，采樣序列是信號(hào)的唯一表示。因此，采樣器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題就是確定信號(hào)帶寬。精確表征語(yǔ)音的采樣頻率大于20khz，但僅表征語(yǔ)音的主要特征，采用4khz的奈奎斯特頻率已達(dá)到要求。因此，輸入信號(hào)的低通濾波器的上限頻率常定為4khz。（3）量化為使采樣序列x(n)數(shù)字化，必須進(jìn)行量化處理，以得到時(shí)間和幅度均為離散的數(shù)字序列x.(n)。量化器常用其輸出電平數(shù)目m來(lái)表征。當(dāng)m使用二進(jìn)制編碼時(shí)，有m=2b為量

20、化比特?cái)?shù)。評(píng)價(jià)量化效應(yīng)時(shí)用量化誤差，定義為:e(n)=x.(n)-x(n)，其中e(n)為量化誤差或噪聲，x.(n)為量化后的離散采樣序列，x(n)為量化前的采樣序列。（4）碼化碼化是指把經(jīng)量化的離散采樣序列，經(jīng)代碼變換為m個(gè)碼字，一般常用b位二進(jìn)制碼字。碼字用符號(hào)c(n)表示。碼化器是b位二進(jìn)制碼字，可以表示m=2b個(gè)不同的量化電平。它決定了數(shù)字信號(hào)傳送和貯存所需的信息容量。信息容量i=bf，單位為比特/s或稱為比特率。f為采樣頻率。b為比特/采樣。采樣、量化和碼化的過(guò)程就構(gòu)成了語(yǔ)音信號(hào)的分解過(guò)程，也可以認(rèn)為是a/d轉(zhuǎn)換和編碼。（5）譯碼譯碼是碼化的逆過(guò)程。把一個(gè)碼字序列c.(n)經(jīng)譯碼后變

21、換為量化后的采樣序列分x.(n)，如數(shù)字信號(hào)在傳送和貯存過(guò)程中未引入誤碼，就應(yīng)有c.(n)=c(n)，x.(n)=x(n)，則這個(gè)理想的譯碼器的輸出恒等于在語(yǔ)音分解過(guò)程中量化后得到的離散采樣序列。經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后就得到了基本特征與原語(yǔ)音信號(hào)相同的模擬語(yǔ)音信號(hào)。因此，譯碼和d/a轉(zhuǎn)換的過(guò)程就是語(yǔ)音合成過(guò)程，把數(shù)字量還原為語(yǔ)音信號(hào)。語(yǔ)音合成方法主要有三種：波形合成法、參數(shù)合成法、音素合成法。對(duì)于相同時(shí)間段長(zhǎng)度的語(yǔ)音信號(hào)，波形合成法所需的數(shù)據(jù)量最大，參數(shù)合成法次之，因素合成法所需數(shù)據(jù)量最小。因此，采用適當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)音合成方法可以大大減少數(shù)據(jù)量。但應(yīng)該考慮到，波形合成法所獲得的音質(zhì)是最好的，參數(shù)合成法次之，因

22、素合成法所獲得的音質(zhì)最差。編碼壓縮和變換壓縮都屬于直接壓縮技術(shù)，這些方法廣泛應(yīng)用于波形合成法當(dāng)中。與直接壓縮技術(shù)相對(duì)的是通過(guò)建模來(lái)壓縮。求出表征語(yǔ)音信號(hào)的特征參數(shù)，如聲源、振幅、頻率、共振峰頻率、頻譜等。對(duì)語(yǔ)音信源建立模型，將特征參數(shù)輸入此模型，即可還原為語(yǔ)音信號(hào)。此方法應(yīng)用于參數(shù)合成法當(dāng)中。 2.2.2汽車(chē)用傳感器車(chē)用傳感器是汽車(chē)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車(chē)運(yùn)行中各種工況信息,如車(chē)速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等，轉(zhuǎn)化成電訊號(hào)輸給計(jì)算機(jī)，以便發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。車(chē)用傳感器很多，判斷傳感器出現(xiàn)的故障時(shí)，不應(yīng)只考慮傳感器本身，而應(yīng)考慮出現(xiàn)故障的整個(gè)電路。因此，在查找故障時(shí)，除了檢查傳感

23、器之外，還要檢查線束、插接件以及傳感器與電控單元之間的有關(guān)電路。(1)傳感器特性 傳感器是指能感受規(guī)定的物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸入信號(hào)的器件或裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成：1)、敏感元件是指能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)量的部分，即將被測(cè)量通過(guò)傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系的非電量或其它量。 2）、轉(zhuǎn)換元件則將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量。 3）、測(cè)量電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸入的電參量經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等可測(cè)電量，以便進(jìn)行顯示、記錄、控制和處理的部分。(2)傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)指標(biāo) 1靈敏度 靈敏度是指穩(wěn)

24、態(tài)時(shí)傳感器輸出量和輸入量之比，或輸出量的增量和輸入量的增量之比，用表示為k=dy/dx2分辨力 傳感器在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)能夠檢測(cè)出的被測(cè)量的最小變化量稱為分辨力。 3測(cè)量范圍和量程 在允許誤差限內(nèi)，被測(cè)量值的下限到上限之間的范圍稱為測(cè)量范圍。 4線性度（非線性誤差） 在規(guī)定條件下，傳感器校準(zhǔn)曲線與擬合直線間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比稱為線性度或非線性誤差。 5遲滯 遲滯是指在相同的工作條件下，傳感器的正行程特性與反行程特性的不一致程度。 6重復(fù)性 重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特性曲線的不一致性。 7零漂和溫漂 傳感器在無(wú)輸入或輸入為另一值時(shí)，

25、每隔一定時(shí)間，其輸入值偏離原示值的最大偏差與滿量程的百分比為零漂。而溫度每升高1，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比，稱為溫漂9 。第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)思想車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車(chē)行車(chē)安全預(yù)警提示，系統(tǒng)可利用車(chē)載電瓶供電。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，控制部分得電工作，同時(shí)報(bào)警器打開(kāi)，汽車(chē)安全帶語(yǔ)音提示裝置的回路導(dǎo)通，控制器驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出提示聲音，同時(shí)提示燈亮，提示駕駛員系上安全帶，此時(shí)控制器開(kāi)始不停地檢測(cè)車(chē)速信號(hào)、安全帶信號(hào)和油量信號(hào)。如果此時(shí)只是打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)或開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)而未行車(chē)（即車(chē)速低于某一預(yù)定初值，假定10km/h），提示聲音持續(xù)9 s后停止。當(dāng)車(chē)進(jìn)入行駛狀態(tài)且駕駛員未按提示系上安全

26、帶，控制器得到車(chē)速傳感器的車(chē)速信號(hào)后，車(chē)速達(dá)到10km/h時(shí)持續(xù)發(fā)出提示聲音，同時(shí)提示燈亮，提示駕駛員系上安全帶，系上安全帶后，安全帶插扣插進(jìn)安全帶鎖扣，阻斷內(nèi)置開(kāi)關(guān)電路，安全帶提示系統(tǒng)電源被斷開(kāi)，從而提示聲音停止。此時(shí)控制器仍在檢測(cè)油量、車(chē)速信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)告警情況時(shí)，控制器重新啟動(dòng)語(yǔ)音告警10?；诖嗽?，我選擇了at89s52單片機(jī)和isd4002語(yǔ)音芯片來(lái)完成此課題。本系統(tǒng)語(yǔ)音部分就是語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放的應(yīng)用。語(yǔ)音模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采集、離散化、量化、編碼變成二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。這些數(shù)據(jù)即語(yǔ)音合成時(shí)所需數(shù)據(jù)的來(lái)源。單片機(jī)語(yǔ)音生成過(guò)程,可以看成是語(yǔ)音采集過(guò)程的逆過(guò)程,但又不是原封不動(dòng)地恢復(fù)原來(lái)的語(yǔ)音,而是

27、對(duì)原來(lái)語(yǔ)音的可控制、可重組的實(shí)時(shí)恢復(fù)。在放音時(shí),只要依原先的采樣值經(jīng)d/ a 接口處理,便可使原音重現(xiàn)。然而，上述方法有其的一些不好的地方，比如錄放時(shí)間短，音質(zhì)差，人機(jī)控制不理想等。所以我采用單片機(jī)和isd語(yǔ)音芯片來(lái)完成數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的制作，從而能夠很好的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警。數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的基本原理是對(duì)語(yǔ)音的錄音與放音的數(shù)字控制。主要包括為了增加語(yǔ)音存儲(chǔ)時(shí)間，提高存儲(chǔ)器的利用率，采用了非失真壓縮算法對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行壓縮后再存儲(chǔ)，而在回放時(shí)再進(jìn)行解壓縮；同時(shí)，對(duì)輸入語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波以抑制雜音和干擾，從而確保了語(yǔ)音回放的可靠質(zhì)量。isd4002語(yǔ)音芯片是基于串行spi接口單片語(yǔ)音芯

28、片，電路采用多電平模擬量直接存儲(chǔ)技術(shù)，音質(zhì)比14/25系列更出色，單片錄放時(shí)間可達(dá)216分鐘，多芯片級(jí)聯(lián)錄放，可延長(zhǎng)錄放時(shí)間，適用于手機(jī)錄音，公交車(chē)報(bào)站，及校園廣播自動(dòng)播放，消防及空防報(bào)警等場(chǎng)合。isd 公司的專利技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了模擬數(shù)據(jù)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的儲(chǔ)存。這種突破性的eeprom 存儲(chǔ)方法可以將模擬語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需要經(jīng)過(guò)a /d 或d/a 轉(zhuǎn)換。這種技術(shù)產(chǎn)生了兩個(gè)效果：其一，比同等的數(shù)字方式具有更大的集成度；其二，存儲(chǔ)的模擬數(shù)據(jù)不揮發(fā)。單片機(jī)語(yǔ)音生成過(guò)程可看作是語(yǔ)音采集過(guò)程的逆過(guò)程，但不是像磁帶錄音機(jī)那樣原封不動(dòng)地恢復(fù)原來(lái)的語(yǔ)音，而是對(duì)原來(lái)的語(yǔ)音語(yǔ)匯進(jìn)行可控制、可重組的實(shí)時(shí)

29、恢復(fù)。我們選用的 isd1400語(yǔ)音芯片簡(jiǎn)單實(shí)用，采用直接模擬量存貯技術(shù)，音質(zhì)好，信息存放在芯片內(nèi)部flashram中，抗斷電，無(wú)需專用語(yǔ)音開(kāi)發(fā)工具，能隨意更改內(nèi)容和耗電省，既提高了存儲(chǔ)密度，又使模擬數(shù)據(jù)可以得到永久保存。本系統(tǒng)中芯片采用邊緣觸發(fā)方式放音，isd4002語(yǔ)音芯片是基于串行spi接口單片語(yǔ)音芯片，音質(zhì)比14/25系列更出色，適用于手機(jī)錄音，車(chē)載語(yǔ)音預(yù)警等場(chǎng)合11。本文設(shè)計(jì)車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)硬件電路主要包括：(1) 信號(hào)采集電路和傳輸模塊電路，(2) isd4002外圍電路的設(shè)計(jì)，(3) isd4002與單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)，(4)單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)等。下面將對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)論述

30、。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖，見(jiàn)附錄1。3.1 信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)目前汽車(chē)使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開(kāi)關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等。車(chē)速傳感器種類繁多，有敏感車(chē)輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動(dòng)力傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，還有敏感差速?gòu)膭?dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的9。當(dāng)車(chē)速高于100km/ h時(shí)，一般測(cè)量方法誤差較大，且費(fèi)用昂貴，為此我們開(kāi)發(fā)一些廉價(jià)實(shí)用的信號(hào)傳感器。我設(shè)計(jì)的信號(hào)采集模塊電路主要通過(guò)lm339比較器實(shí)現(xiàn)。圖3-1 lm339管腳排列圖lm339電壓比較器的特點(diǎn)和一些參數(shù)：1）電壓失調(diào)小，一般是2mv；2）共模范圍非常大，為0v到電源電壓減1.5v；3）他對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制很寬；4）lm

31、339 vcc電壓范圍寬，單電源為2-36v，雙電源電壓為1v-18v；5）輸出端電位可靈活方便地選用。6）差動(dòng)輸入電壓范圍很大，甚至能等于vcc；lm339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器。lm339集成塊采用c-14型封值裝，圖3-1為外型及管腳排列圖。lm339使用靈活，應(yīng)用廣泛。lm339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門(mén)限電平，它可選擇lm339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“

32、+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mv就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把lm339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。lm339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15k）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值12。3.1.1油量(水位)信號(hào)采集電路及工作原理油量（水位），安全帶信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)，如圖：圖3-2 油量

33、（水位）信號(hào)傳感器電路行車(chē)過(guò)程中單片機(jī)控制器一直監(jiān)測(cè)油量傳感器信號(hào)。郵箱油位改變時(shí)，會(huì)使滑動(dòng)變阻器阻值發(fā)生變化，從而改變比較器輸入端電壓。當(dāng)郵箱油位低于我們事先設(shè)好的預(yù)定值，比較器輸出管輸出一個(gè)低電平，通過(guò)紅外傳給單片p2.1口，由單片機(jī)控制發(fā)出處理指令，觸發(fā)報(bào)警電路，指示燈亮，并語(yǔ)音提示駕駛員油量已到達(dá)警告位置。比較器輸入端參考電壓u=r22/(r22+r23)*vcc，調(diào)節(jié) r22的值來(lái)改變比較器門(mén)限電壓，既設(shè)定我們所需要的預(yù)警值。主控芯片實(shí)時(shí)檢測(cè)油量信號(hào)，每6個(gè)脈沖計(jì)數(shù)一次，若油量持續(xù)低于預(yù)警值，則產(chǎn)生出發(fā)報(bào)警電路。這樣可以避免因車(chē)子傾斜而造成系統(tǒng)油量預(yù)警誤報(bào)13。這種油量傳感器簡(jiǎn)單實(shí)用

34、，改變了傳統(tǒng)油量傳感器靠擺臂的弧線運(yùn)動(dòng)為浮子的直線運(yùn)動(dòng)，很好的適應(yīng)了郵箱的不規(guī)則形狀，并且油量傳感器和液位報(bào)警傳感器合在一起。3.1.2 車(chē)速信號(hào)采集電路及工作原理下圖是本人設(shè)計(jì)的車(chē)速信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)，主要是采用紅外計(jì)數(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。紅外對(duì)管主要包括紅外發(fā)射二極管和紅外接受二極管組成，它們之間傳輸為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，當(dāng)它們之間沒(méi)有障礙物時(shí)，紅外計(jì)接受二極管導(dǎo)通，否則為截止，就由這個(gè)特性就可以通過(guò)單片機(jī)控制，從而達(dá)到計(jì)脈沖周期的功能。設(shè)計(jì)電路圖如下所示：圖3-3車(chē)速信號(hào)傳感器電路圖3-3中send端為紅外發(fā)射二極管，正端串聯(lián)一個(gè)小電阻接5v電源，另一端接地。通電后，send端則一直在發(fā)射信號(hào)。rece

35、ive端為接受二極管，它負(fù)端接5v電源，正端接2k電阻到地，運(yùn)放lm339在這里起到比較器的作用。rk為電位器，調(diào)節(jié)運(yùn)功反向輸入端的基準(zhǔn)電壓，即比較電壓，接受二極管的電壓信號(hào)從同相輸入端進(jìn)來(lái)，運(yùn)放由單電源供電，10k為上拉電阻用來(lái)提升輸出高電平。工作原理是：當(dāng)沒(méi)有障礙物時(shí)，receive接受二極管輸出為高電平，通過(guò)比較器，在lm339的2端輸出為高電平，反之則低電平，把這個(gè)信號(hào)輸入到單片機(jī)p2.2中,單片機(jī)完成計(jì)數(shù)處理14。待汽車(chē)啟動(dòng)1分鐘后接通此模塊電源，模塊開(kāi)始工作，電源由車(chē)載電瓶提供。單片機(jī)采用速度脈沖周期測(cè)量法,車(chē)速信號(hào)讀入過(guò)程采用終端方式讀每個(gè)脈沖周期，然后根據(jù)車(chē)速脈沖數(shù)和車(chē)輪直徑算

36、出車(chē)速。此電路測(cè)速部分與a/d轉(zhuǎn)換結(jié)合在一起，這樣設(shè)計(jì)減少了外部硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。3.1.3 安全帶信號(hào)采集電路及工作原理圖3-4 安全帶信號(hào)采集電路圖3-4中，k6為分別安裝在安全帶鎖扣內(nèi)。汽車(chē)點(diǎn)火時(shí)，電路通電開(kāi)始工作，a、b導(dǎo)通，比較器輸出低電平傳至單片機(jī)p2.3口，單片機(jī)控制isd4002輸出語(yǔ)音“請(qǐng)系上安全帶”提醒駕駛員；系上安全帶時(shí)，鎖扣斷開(kāi)開(kāi)關(guān)處時(shí)，比較器的一個(gè)輸入端電壓變低，比較器lm339輸出低電平給單片機(jī)，關(guān)閉安全帶提示裝置的控制器，停止聲音15。當(dāng)駕駛員進(jìn)入駕駛室并打開(kāi)點(diǎn)火鑰匙，控制器開(kāi)始工作，汽車(chē)安全帶聲音提示裝置的回路導(dǎo)通，控制器驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出提示聲音，

37、同時(shí)提示燈亮，提示駕駛員系上安全帶，此時(shí)控制器在不停地檢測(cè)車(chē)速。當(dāng)車(chē)進(jìn)入行駛狀態(tài)且駕駛員未按提示系上安全帶，控制器得到車(chē)速傳感器的車(chē)速信號(hào)后，音箱在達(dá)到預(yù)定初值的車(chē)速時(shí)發(fā)出提示聲音，同時(shí)提示燈亮，提示駕駛員系上安全帶16。3.1.4 倒車(chē)安全提示電路及工作原理現(xiàn)代測(cè)距方式有4種:超聲波測(cè)距、毫米波雷達(dá)測(cè)距、激光測(cè)距、紅外線測(cè)距. 超聲波測(cè)距采用回波測(cè)距法,超聲波發(fā)生器不斷地發(fā)射出 40千赫茲超聲波脈沖串,該超聲波脈沖遇到障礙物后即反射回反射波,超聲波接收器接收到反射波信號(hào)后,根據(jù)超聲波脈沖來(lái)回所用的時(shí)間及超聲波在空氣中的傳播速度,經(jīng)運(yùn)算處理電路處理,從而自動(dòng)測(cè)出車(chē)與障礙物之間的距離。超聲波的特

38、點(diǎn)是對(duì)雨、霧、雪的穿透力強(qiáng)、衰減小 , 因此超聲波測(cè)距系統(tǒng)可以在雨雪、大霧等惡劣天氣下工作。超聲波測(cè)距的原理簡(jiǎn)單、制作方便、成本低。目前超聲測(cè)距技術(shù)一般應(yīng)用在汽車(chē)倒車(chē)避撞方面。在倒車(chē)過(guò)程當(dāng)中,可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)尾部數(shù)米以內(nèi)障礙物和突然闖入危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)行人的自動(dòng)探測(cè) , 并警告、提示司機(jī)采取措施17。圖3-5 超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖毫米波測(cè)距系統(tǒng)工作在毫米波段。毫米波雷達(dá)與其他系統(tǒng)(如超聲波、激光)相比,具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。它不但可以探測(cè)目標(biāo)的距離 , 而且還可以測(cè)定相對(duì)速度和方位。尤其在雨、雪、霧天氣惡劣環(huán)境下優(yōu)點(diǎn)更為突出。但毫米波測(cè)距系統(tǒng)電路復(fù)雜、價(jià)格相對(duì)較高。考慮到我國(guó)的實(shí)際國(guó)情 , 本系統(tǒng)沒(méi)有采用毫米波

39、測(cè)距方法。激光測(cè)距系統(tǒng)是一種光學(xué)雷達(dá) , 它具有測(cè)量時(shí)間短,測(cè)距遠(yuǎn),誤差小、分辨力高等優(yōu)點(diǎn),且價(jià)格適中,考慮到多方面的因素,我們?cè)谘兄破?chē)防碰撞報(bào)警系統(tǒng)時(shí),選擇了激光測(cè)距法來(lái)及時(shí)連續(xù)精確地測(cè)量行駛中的車(chē)輛前方障礙物的距離。因?yàn)榈管?chē)時(shí)速度較慢等因素，對(duì)傳感器的探測(cè)距離要求較低，距離分辨率為 3 m ，以上測(cè)距技術(shù)均能夠滿足倒車(chē)碰撞報(bào)警系統(tǒng)的測(cè)程要求。通過(guò)比較，本系統(tǒng)使用紅外測(cè)距。如果后方障礙物的距離太近,系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警聲,提醒駕駛員采取措施進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)還可以完成自動(dòng)減速剎車(chē)的作用。而且紅外線測(cè)距是效果好、無(wú)污染、成本低的測(cè)距方式。圖3-6 倒車(chē)安全提示系統(tǒng)組成示意圖紅外測(cè)距系統(tǒng)工作時(shí)，紅外線發(fā)射器

40、不斷發(fā)射出頻率為40 khz的紅外線，經(jīng)障礙物反射，紅外線接收器接收到反射波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。測(cè)出發(fā)射波與接收到反射波的時(shí)間差 t ,即可求出距離 s :s = ct/2 (3-1)式中 , c 為光速度 ,一般取3 108m/s 。本文采用“計(jì)數(shù)”方式，通過(guò)單片機(jī)處理進(jìn)行測(cè)量，其基本原理是:紅外線發(fā)射器始終處于發(fā)射紅外線的狀態(tài)，當(dāng)紅外接收器第一次接收到障礙物反射回的紅外線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)計(jì)數(shù)啟動(dòng)信號(hào)，單片機(jī)的計(jì)數(shù)器開(kāi)始以一定頻率計(jì)數(shù)；當(dāng)紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)停止計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。通過(guò)編程，單片機(jī)自動(dòng)處理 ,用脈沖的周期

41、t 乘以脈沖數(shù) n 就得到發(fā)射紅外線到接收紅外線的時(shí)間差t ,即: t = nt (3-2)代入(3-1)式就可以測(cè)得距離16。當(dāng)物體距離少于1.2m時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。3.2語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)研究的是車(chē)載語(yǔ)音提示系統(tǒng)，是司機(jī)安全行車(chē)過(guò)程中的語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，關(guān)乎駕駛員的人生安全，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，我們?cè)趯?duì)元器件選擇上必須要求靈敏度高，能適應(yīng)較惡劣環(huán)境。經(jīng)過(guò)分析考慮，本系統(tǒng)使用isd4002語(yǔ)音芯片。3.2.1 isd4002芯片介紹圖3-7 isd4002芯片圖3-7為isd4002的管腳圖。電路采用多電平模擬量直接存儲(chǔ)技術(shù)，音質(zhì)比14/25系列更出色，單片錄放時(shí)間可達(dá)2-16分鐘，多芯片級(jí)聯(lián)錄

42、放，可延長(zhǎng)錄放時(shí)間，適用于手機(jī)錄音、公交車(chē)報(bào)站、車(chē)載語(yǔ)音報(bào)警、等場(chǎng)合18。工作電壓3v,單片錄放時(shí)間2至6分鐘,音質(zhì)好,適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用cmos技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過(guò)串行通信接口(spi或microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。采樣頻率可為 4.0,5.3,6.4,8.0

43、khz,頻率越低,錄放時(shí)間越長(zhǎng),而音質(zhì)有所下降,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中,可在斷電情況下保存100年(典型值),反復(fù)錄音10萬(wàn)次19。 （1）引腳描述 電源:(vcca,vccd) 為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的不同管腳上,模擬和數(shù)字電源端最好分別走線,盡可能在靠近供電端處相連,而去耦電容應(yīng)盡量造近器件。 地線:(vssa,vssd) 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。幾個(gè)vssa盡量在引腳焊盤(pán)上相連,并用低阻通路連至電源上,vssd也用低阻通路連至電源上。這些接地通路要足以使vssa與vssd之間的阻值小于3。串行輸出(miso)：isd的

44、串行輸出端。isd未選中時(shí),本端口呈高阻態(tài)。串行時(shí)鐘(sclk) isd的時(shí)鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步mosi和miso的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在sclk上升沿鎖存到isd,在下降沿移出isd。 中斷(/int) 本端口為漏極開(kāi)路輸出。isd在任何操作(包括快進(jìn))中檢測(cè)到eom或ovf時(shí),本端口變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè)spi周期開(kāi)始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用rint指令讀取。 ovf標(biāo)志-指示isd的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的末尾。 eom標(biāo)志-只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的eom標(biāo)志時(shí),此狀態(tài)位才置1。 行地址時(shí)鐘(rac) 漏極開(kāi)路輸出。每個(gè)rac周期表示isd存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行。該信號(hào)175m

45、s保持高電平,低電平為25ms。快進(jìn)模式下,rac的218.75s是高電平,31.25s為低電平。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。外部時(shí)鐘（xclk）：本端口內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時(shí) 鐘在出廠前已調(diào)校,誤差在+1%內(nèi)。 （2）spi(串行外設(shè)接口) isd4002工作于spi串行接口。spi協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的spi移位寄存器在sclk的下降沿動(dòng)作,因此對(duì)isd4002而言,在時(shí)鐘止升沿鎖存mosi引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至miso引腳。協(xié)議的具體內(nèi)容為：1.所有串行數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始于ss下降沿。2.ss在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間則保持為高電平。3

46、.數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入,在下降沿移出。4.ss變低,輸入指令和地址后,isd才能開(kāi)始錄放操作。 5.指令格式是(5位控制碼)加(11位地址碼)。6.isd的任何操作(含快進(jìn))如果遇到eom或ovf,則產(chǎn)生一個(gè)中斷,該中斷狀態(tài)在下一個(gè)spi周期開(kāi)始時(shí)被清除。7.使用讀指令使中斷狀態(tài)位移出isd的miso引腳時(shí),控制及地址數(shù)據(jù)也應(yīng)同步從mosi端移入。因此要注意移入的數(shù)據(jù)是否與器件當(dāng)前進(jìn)行的操作兼容。當(dāng)然,也允許在一個(gè)spi周期里,同時(shí)執(zhí)行讀狀態(tài)和開(kāi)始新的操作(即新移入的數(shù)據(jù)與器件當(dāng)前的操作可以不兼容)。8.所有操作在運(yùn)行位(run)置1時(shí)開(kāi)始,置0時(shí)結(jié)束。9.所有指令都在ss端上升沿開(kāi)始執(zhí)行18

47、。（3）信息快進(jìn) 用戶不必知道信息的確切地址,就能快進(jìn)跳過(guò)一條信息。信息快進(jìn)只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍,遇到eom后停止,然后內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器加1,指向下條信息的開(kāi)始處。 （4）上電順序器件延時(shí)tpud(8khz采樣時(shí),約為25毫秒)后才能開(kāi)始操作。因此,用戶發(fā)完上電指令后,必須等待tpud,才能發(fā)出一條操作指令。例如：從00從處發(fā)音,應(yīng)遵循如下時(shí)序:1.發(fā)power up命令;2.等待tpud(上電延時(shí));3.發(fā)地址值為00的setplay命令;4.發(fā)play命令。器件會(huì)從此00地址開(kāi)始放音,當(dāng)出現(xiàn)eom時(shí),立即中斷,停止放音。如果從00從處發(fā)音,則按以下時(shí)序:1. 發(fā)powe

48、r up命令;2.等待tpud(上電延時(shí));3.發(fā)power up命令4.等待2倍tpud;5發(fā)地址值為00的setrec命令;6.發(fā)rec命令。器件便從00地址開(kāi)始錄音,一直到出現(xiàn)ovf(存貯器末尾)時(shí),錄音停止7。表3-1isd33000系列操作一覽表指令 控制(5位),地址(10位)操作說(shuō)明powerup00100(xxxxxxxxxxx)器件上電，tpud(約25ms)后進(jìn)入待命狀態(tài)recpwr10100(xa9a0)上電后從一個(gè)地址開(kāi)始錄音stoppwrd0x0xx(xxxxxxxxxxx)停止本次操作并進(jìn)入省電狀態(tài)stop0x1xx(xxxxxxxxxxx)停止錄音或放音操作pla

49、ypwr11100(xa9a0)上電后從一個(gè)地址開(kāi)始放音recd10110(xxxxxxxxxxx)從下一個(gè)地址開(kāi)始錄音playmc11101(xa9a0)從指定a9a0地址開(kāi)始放音和信息快速檢索playmcd+11111(xxxxxxxxxxx)在下一個(gè)地址開(kāi)始放音和信息檢索piaydd11110(xxxxxxxxxxx)在下一個(gè)地址放音(忽略地址位）rint0x100(xxxxxxxxxxx)讀出中斷狀態(tài)：ovf(溢出)或eom3.2.2 isd4002外圍控制電路的設(shè)計(jì)圖3-8 isd4002語(yǔ)音提示部分電路圖3-8為isd4002語(yǔ)音芯片及外圍電路，包括isd4002語(yǔ)音芯片，lm38

50、6放大器，喇叭。isd芯片sclk管腳接單片機(jī)p1.0口，由主控制器at89s52產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào),用于同步mosi和miso的數(shù)據(jù)傳輸。電路中元器件主要包括：麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器（喇叭）、少數(shù)電阻、電容，再加上電源， 這樣就構(gòu)成了一個(gè)語(yǔ)音播放系統(tǒng)。其他的功能塊包括內(nèi)部時(shí)鐘、前置放大器、濾波器、自動(dòng)增益控制器(agc)、功率放大器、控制邏輯和模擬存儲(chǔ)器全部都做在芯片上19。3.2.3 isd4002與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)isd4002與scm接口電路是系統(tǒng)控制信號(hào)的傳輸接口，如圖3-9所示圖3-9 isd4002與scm接口電路isd4002與單片機(jī)以串口方式相連，p1.0控制isd4002的片選端，p1

51、.1串口控制時(shí)鐘，p1.2串口輸入端，p1.3為串口輸出端，p3.2與isd4002中斷標(biāo)志位相接。當(dāng)isd4002的第一腳ss為低電平時(shí)，選中該芯片工作，ss在傳輸期間必須保持為低電平,在兩條指令之間則保持為高電平。isd在任何操作(包括快進(jìn))中檢測(cè)到eom或ovf時(shí),int變低并保持。該信號(hào)輸入到單片機(jī)中用來(lái)控制放音，中斷狀態(tài)在下一個(gè)spi周期開(kāi)始時(shí)清除20。行地址時(shí)鐘(rac) 漏極開(kāi)路輸出。每個(gè)rac周期表示isd存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行(isd4003系列中的存貯器其1200行)。該信號(hào)175ms保持高電平,低電平為25ms?？爝M(jìn)模式下,rac的218.75s是高電平,31.25s為低

52、電平。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)3.3單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)3.3.1 at89s52芯片介紹 圖3-10 芯片實(shí)物圖at89s52單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲(chǔ)器。使用atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案21。主要性能參數(shù)： 與mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8k字節(jié)在系統(tǒng)

53、可編程flash存儲(chǔ)器 1000次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作：0hz33hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程i/o口線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 全雙工uart串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門(mén)狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符 at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89s52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式22。圖3-11 at89s51引腳圖(1)信號(hào)引腳介紹輸入/

54、輸出口線p0.0p0.7 p0口8位雙向口線；p1.0p1.7 p1口8位雙向口線；p2.0p2.7 p2口8位雙向口線；p3.0p3.7 p3口8位雙向口線；p3口除了作為一般的io口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3-2所示：表3-2 單片機(jī)p3口第二功能表口線第二功能信號(hào)名稱p3.0串行數(shù)據(jù)接收p3.1串行數(shù)據(jù)發(fā)送p3.2外部中斷0申請(qǐng)p3.3外部中斷1申請(qǐng)p3.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入p3.5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入p3.6wr外部ram寫(xiě)選通p3.7外部ram讀選通rst: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，rst腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，rst 腳輸出

55、96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無(wú)效。disrto默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ale/prog：地址鎖存控制信號(hào)（ale）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ale 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用作外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為8eh的sfr的位置 “1”，ale操作將無(wú)效。這一位置 “1”，ale 僅在執(zhí)行movx 或movc指令時(shí)有效。否則，ale 將被微弱拉高。這

56、個(gè)ale 使能標(biāo)志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效23。psen:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（psen）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)at89s52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，psen在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，psen將不被激活10。ea/vpp:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000h 到ffffh的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，ea必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc。在flash編程期間，ea也接收12伏vpp電壓。xtal1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2: 振蕩器反相放大器的輸出端24。3.3.2單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)如果要正常工作，其復(fù)位電路是少不了的。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式。其中按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻于vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)。本課題采用按鍵電平復(fù)位方式。復(fù)位電路如圖3-12：圖