基于單片機的新型后備箱

陳嘉偉,劉天野

（中北大學(xué)(朔州校區(qū))山西 朔州 038500）

1 引言

現(xiàn)在的大多數(shù)的出租車的后備箱都沒有提醒乘客拿行李的功能。有一些車內(nèi)安裝的語音提醒的裝置，但是無論后備箱是否有行李，它每過兩分鐘就會提醒，這會使乘客感覺到煩躁，并且浪費資源。而這種新型的后備箱，與傳統(tǒng)的相比有很大的改進。首先，它會根據(jù)壓力傳感器判斷后備箱是否放置了物品，并且語音播報的開關(guān)與打表器相連，當(dāng)乘客在到達目的地最后打表時，如果后備箱放置了物品，語音播報在這時才會提醒乘客：“請攜帶行李”。其次，如果壓力傳感器感受到壓力的話，會有一個提示燈一直常亮，直到?jīng)]有東西為止。最后，通過壓力傳感器，可以為不同的車型設(shè)置不同的承載重量，當(dāng)超過后備箱的最大重量時，提示燈會一直閃爍，語音系統(tǒng)會自動播放：“請注意”。這樣可以使車輛的載重安全受到保障，做到安全出行。

2 主要結(jié)構(gòu)與原理

新型后備箱由單片機，壓力傳感器，語音芯片還有矩陣鍵盤構(gòu)成。單片機采用STC89C52，STC89C52在運算速度和存儲容量上滿足要求，操作簡單，可以作為控制部件。壓力傳感器采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，與其他類型相比，它準(zhǔn)確性更高，不會因為環(huán)境而產(chǎn)生較大的影響，實用性更強。A/D轉(zhuǎn)換采用的是海芯科技集成電路專利技術(shù)的HX711，HX711芯片集成了同類型其它同類型的芯片都具有的的外圍電路，具有反應(yīng)速度快，防干擾性強，成本較低等優(yōu)點。語音芯片是技針對市場推出的一款具有PWM輸出的OTP語音標(biāo)準(zhǔn)芯片。一共有3個I/O口，外圍最低僅需要一個104電容的就可以穩(wěn)定工作，使后備箱的總成本降低。矩陣鍵盤可以輸入0～9數(shù)字、小數(shù)點，可以通過鍵盤來設(shè)置不同類型的后備箱的承載重量。

3 模塊電路分析

3.1 電阻應(yīng)變式壓力傳感器

該傳感器是通過電阻的形變產(chǎn)生電壓差轉(zhuǎn)換為其它信號的電阻式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器具體在后備箱中的應(yīng)用：是在后備箱底部設(shè)置一個夾層，夾層的上下通過一根承重臂相連。在承重臂的中間貼上電阻應(yīng)變片，通過承重臂的微小形變而使附著在上面的應(yīng)變片一起形變，產(chǎn)生電壓差并將電壓差傳輸至HX711芯片中。電阻應(yīng)變片的接法有多種，而在本設(shè)計中，全橋式接法即可滿足要求，即是準(zhǔn)確性，線性度高。原理圖下圖示：

3.2 語音模塊電路

芯片控制分析：語音芯片的控制方式是通過了模擬串行的控制方式。出廠默認芯片中有不同的語音內(nèi)容，本設(shè)計中將語音播報的內(nèi)容改為“請注意”和“請攜帶行李”。在需要播放時，只需調(diào)用其地址，發(fā)送地址的脈沖，即可達到效果。

語音芯片工作時各I/O口的作用：

BUSY：BUSY負責(zé)控制播放聲音。在播放時，輸出低電平，停止工作后，保持高電平。

DATA：控制播放的聲段，需要播放那個聲段，就接受哪個聲段的地址所需要的脈沖。

REST：即復(fù)位功能，可以使芯片停止工作，不播放任何聲段。電路圖如下：

3.3 24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711電路

HX711的通訊引腳為PD-SCK和DOUT，串口通訊線通過這兩個引腳來輸出數(shù)據(jù)和選擇輸入通道和增益。當(dāng)DOUT引腳為高電平且PD-SCK引腳為低電平時，表明還沒有輸出數(shù)據(jù)，A/D轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備就緒，無法正常工作。當(dāng)DOUT引腳變?yōu)榈碗娖胶螅琍D-SCK引腳會相應(yīng)輸入25～27個不等的時鐘脈沖。而當(dāng)中的第一個時鐘脈沖的上升沿將會讀出輸出的24位數(shù)據(jù)的最高位，一直到最后一個即第24個時鐘脈沖用來選擇下一個A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道，A/D此時開始正常工作，將應(yīng)變片產(chǎn)生的電壓進行轉(zhuǎn)換。HX711內(nèi)部方框圖如下圖所示：

3.4 矩陣鍵盤電路

一開始STC89C52單片機將行線全部輸出為低電平，然后讀入列線的數(shù)據(jù)，列線通過電阻接入正電，即高電平。將行線接入的I/O口設(shè)為輸出端，列線接入的I/O口的是輸入端。如果有按鍵按下，列線就會變?yōu)榈碗娖?，通過電平的狀態(tài)就可以判斷出是否有按鍵按下，本設(shè)計中采用的是行掃描法，即是通過檢測電平的狀態(tài)來判斷按鍵是否被按下。

3.5 單片機STC89C52

STC89C52系列單片機是由STC公司生產(chǎn)的一種消耗低，功能多，性價比高的CMOS8位微控制器，并且具有8K字節(jié)系統(tǒng)和可編程的Flash存儲器。STC89C52使用的是大多數(shù)單片機都在使用的MCS-51內(nèi)核，但是卻做了許多的改進使得STC89C52芯片具有傳統(tǒng)的51單片機不具備的多種功能。在單芯片上，擁有靈活的8位CPU和系統(tǒng)可編程Flash存儲器，使得STC89C52不僅可以完成普通嵌入式系統(tǒng)的功能，還能更靈活地和有效地解決其他問題。STC89C52系列單片機有多種封裝形式，本設(shè)計中選用40DIP封裝，后備箱的STC89C52單片機的應(yīng)用電路如下圖所示：

圖中的DOUT引腳和PDSCK引腳為HX711和單片機進行AD轉(zhuǎn)換電路數(shù)據(jù)交換的通信線。alert為提示燈報警線，TXD和RXD為串口通信線，也可以用于支持單片機程序的ISP下載和拓展額外功能。

4 軟件流程及設(shè)計

4.1 初始化程序設(shè)計流程

當(dāng)STC89C52連接5V電源后，進行的第一個步驟是初始化程序，完成STC89C52內(nèi)各端口的設(shè)置和A/D轉(zhuǎn)換器HX711的功能初始化設(shè)置，然后進入主程序，進行各個函數(shù)的調(diào)用與執(zhí)行。

4.2 信號采樣流程與A/D轉(zhuǎn)換圖示

4.3 矩陣按鍵流程

本設(shè)計的主程序使用了定時計數(shù)器，即通過每0.5秒自加，來檢測后備箱上否有行李的功能，流程圖如下圖左圖所示。鍵盤掃描程序如下圖右圖所示。

5 結(jié)論

本文提出一個可以解決社會需要的，基于單片機的新型后備箱。涉及了單片機，傳感器，信息處理等多個學(xué)科領(lǐng)域。闡述了其工作原理與過程，對硬件與軟件方面都進行了細致的選擇，最后使這種后備箱具有成本低，易控制，方便快捷，實用性高等優(yōu)點。能夠滿足大多數(shù)出租車的需求，具有很高的社會價值和經(jīng)濟價值。