一種多功能汽車尾號限行車載語音提醒器設計

彭建

摘 要：國內(nèi)多個城市頒布了小客車尾號限行的交通管制辦法。為避免駕駛員在限行期間駕車誤入限行區(qū)域遭受處罰，提出了一種基于AT89S51單片機的多功能汽車尾號限行車載語音提醒器電路設計方案。利用車內(nèi)點煙器插座輸出的12 V直流電源供電，將限行語音提醒器、USB充電器、點煙器、LCD屏和設置按鍵集成于一體，可通過按鍵設置LCD屏上顯示的時鐘、日歷、汽車尾號限行日和限行時段等信息，以適應國內(nèi)不同地區(qū)交管部門對汽車尾號限行的規(guī)定。

關(guān)鍵詞：單片機;汽車;尾號限行;車載語音提醒器

中圖分類號：TP399 ?文獻標志碼：B

隨著國內(nèi)城市車輛的日益增多，為了緩解市內(nèi)交通壓力，推動形成城市道路交通安全[1]治理新格局，已有多個城市頒布了小客車尾號限行規(guī)定[2]的交通管制辦法。隨著時間的推移，施行尾號限行的城市將會不斷增多。據(jù)調(diào)查，很多駕駛員常在不經(jīng)意間就忘記了自己車輛的限號日期和時段而誤入限行區(qū)域，造成被罰款和扣分。如果此時有一個語音限行提醒器[3]發(fā)出車輛限行的語音提示，就可以避免駕駛員不必要的經(jīng)濟損失和麻煩。

本文基于現(xiàn)有汽車尾號限行語音提醒器的設計思路，在提高提醒器的實時準確性、設置信息的靈活性、顯示信息的豐富性以及電源配置的合理性等方面做了進一步的探究。

1 設計思路

設計上仍將提醒器電子模塊和USB充電模塊[4]組合在一起，并補充增設一個點煙器接口以替代被提醒器占用的原車載點煙器接口，將其直接插在原車載點煙器接口中，這樣在便于安裝的同時又不影響原車的配置，對廣大駕駛員來說無疑是更加樂于接受的。12 V工作電源直接從原車載點煙器接口取出，使提醒器的工作與車輛通電隨動。如果車輛正處在限行時間段內(nèi)，只要車鑰匙一通電，限行提示音就會即刻發(fā)出，否則提醒器將處于靜默狀態(tài)。另外，通過軟件控制，即便車輛正處于行駛狀態(tài)中，一旦在時間上進入限行時段，也會立即發(fā)出限行提示音，提高了提醒器提示音發(fā)出的實時準確性。利用時鐘芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器保存設置的信息，時鐘芯片的備用電池采用可充電的紐扣鋰電池，車輛每一次的通電或行駛都會對電池充電，可保持時鐘芯片內(nèi)設置的信息“永不丟失”。用液晶屏顯示時鐘、日歷、限行日和限行時段等多種信息，且均可通過設置按鍵靈活方便地設置和調(diào)整，這樣就為提醒器能適用于國內(nèi)更多的城市提供了條件。

2 整體外形結(jié)構(gòu)

車載語音提醒器采用車載插頭式一體化絕緣塑料外殼，內(nèi)置限行語音提醒器電路、USB接口充電模塊電路和點煙器接口。車載語音提醒器的整體外形結(jié)構(gòu)[5-6]如圖1所示。

1—金屬正極接電頭;2—金屬卡環(huán);3—右金屬負極接地片;4—塑料外殼;5—LCD顯示模塊;6—設置按鍵;7—USB接口;8—揚聲器;9—LED工作指示燈;10—點煙器接口;11—左金屬負極接地片。

3 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

車載語音提醒器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)[7-9]由限行語音提醒器電路、USB接口充電模塊電路和點煙器接口3部分組成。限行語音提醒器電路包括：中控單元AT89S51單片機、+5 V穩(wěn)壓電源、LIR2032備用充電電池、DS1302時鐘芯片、設置按鍵、NV020C語音芯片、0.5W/8Ω揚聲器、LCD1602顯示模塊、LED工作指示燈。USB接口充電模塊電路包括充電模塊和USB接口。整個電路由+12 V車載電源輸入接口供電。車載語音提醒器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 電路組成及工作原理

車載語音提醒器內(nèi)部電路原理圖如圖3所示。由圖3可以看出：車載+12 V直流電源經(jīng)過保險管FR為點煙器插座J1、充電模塊U5和限行語音提醒器電路提供工作電源。由穩(wěn)壓管D1，集成穩(wěn)壓器U1，電容C1、C2、C3和C4等組成限行語音提醒器電路的+5 V穩(wěn)壓電路。DS1302時鐘芯片U2為系統(tǒng)提供時鐘、日歷、星期等數(shù)據(jù)，并保存設置好的限行日、限行時段信息。LIR2032紐扣備用充電電池E1是時鐘芯片U2的備用電源，在整個電路通電時由+5 V穩(wěn)壓電源為其充電，在整個電路斷電的情況下繼續(xù)維持時鐘芯片U2的走時和保持已設置好的限行日、限行時段信息不變，可長期使用不用更換。LCD1602顯示模塊U7上的顯示屏實時顯示時鐘、日歷、星期、限行日和限行時段信息，其顯示對比度由電位器R3控制。5個設置按鍵K1、K2、K3、K4、K5分別對應 “OK”（確認）、“<”（光標左移）、“>”（光標右移）、“+”（數(shù)字加1）、“-”（數(shù)字減1），用于時鐘、日歷、星期、限行日、限行時段等信息的設置及LCD1602顯示模塊U7上屏幕顯示的開關(guān)控制和關(guān)閉限行提示語音的操作。NV040C語音芯片U4內(nèi)置限行時段語音播報信息，并向揚聲器提供模擬語音音頻電信號，使揚聲器SP向外發(fā)出限行語音提示信息。LED工作指示燈D2以1 s為周期閃爍表示系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)，D2以0.5 s為周期急速閃爍表示系統(tǒng)處于異常的工作狀態(tài)。充電模塊U5采用12 V轉(zhuǎn)5 V/3 A并帶有USB接口U6的充電模塊，實現(xiàn)對車載移動設備的充電。點煙器接口J1作為車內(nèi)電源輸出插座或點煙器插座的擴展。貴州大學學報（自然科學版） 第38卷第2期 彭 建：一種多功能汽車尾號限行車載語音提醒器設計

限行語音提醒器的工作由內(nèi)置控制程序的AT89S51單片機作為控制器U3統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。電路上電后，單片機隨時讀取時鐘芯片U2內(nèi)的“星期”和“時間”數(shù)據(jù)，將其與通過設置按鍵K1、K2、K3、K4、K5等設置好的保存在時鐘芯片U2內(nèi)的“限行日”和“限行時段”數(shù)據(jù)進行比較。一旦“星期”與“限行日”數(shù)據(jù)相同，且“時間”的小時數(shù)據(jù)又處在“限行時段”數(shù)據(jù)之內(nèi)，單片機P0.0輸出“1”電平使LCD顯示模塊U7上的顯示屏打開顯示，同時單片機使P3.4為“0”，使語音芯片U4的PA0為“0”，啟動語音芯片U4并通過揚聲器SP向外循環(huán)發(fā)出限行提示語音。此時，可隨時點擊“OK”鍵即設置按鍵中的K1取消限行提示語音的播報。取消播報10 s后，單片機P0.0輸出“0”電平，關(guān)閉屏幕顯示。此“播報”過程在限行語音提醒器電路斷電后又重新通電的情況下會重復產(chǎn)生，除非重新通電的時間已不在“限行時段”內(nèi)。LCD顯示模塊U7上的顯示屏在限行語音提醒器電路上電時，會立即顯示時間、日歷、星期、限行日和限行時段信息，如當前時間已不在“限行時段”內(nèi)，10 s后會自動熄滅顯示，以達到節(jié)省電能的目的。如果在顯示屏關(guān)閉的狀態(tài)下想要了解時間、日歷、星期、限行日和限行時段信息，可隨時點擊“OK”鍵，10 s后會自動關(guān)閉屏幕顯示。

限行語音提醒器的設置步驟：電路在正常工作狀態(tài)下，按下“OK”鍵并保持3 s即可進入設置狀態(tài)，光標出現(xiàn)在第一行的左起第一位并閃爍，根據(jù)實際時間、日歷、星期、限行日和限行時段，通過點擊設置按鍵K2、K3，即“<”或“>”鍵將光標移動到需要改動的數(shù)字處，再點擊K4、K5，即“+”或“-”鍵修改該數(shù)字，設置完成后，點擊“OK”鍵，光標消失，系統(tǒng)返回正常工作狀態(tài)。

5 信息顯示格式

LCD顯示屏上信息顯示格式如圖1所示，顯示的信息有時間、日歷、星期、限行日和限行時段等5項信息。顯示的“時間”對應顯示屏上第二行的“10∶15∶52”， 表示24小時制的10∶15∶52;顯示的“日歷”對應顯示屏上第一行的“20 - 01 - 28”，表示2020年1月28日;顯示的“星期”對應顯示屏上第一行的“W∶2”，表示當日是星期二;顯示的“限行日”對應顯示屏上第一行的“T∶1”，表示本車限行時段在每周的星期一;顯示的“限行時段”對應顯示屏上第二行的“T∶07 - 20”，表示本車的限行時段從7點到20點。

6 結(jié)語

按照本文提出的設計方案，已做成實物并通過長期車載運行，驗證了其功能的實用性，操作的簡易性、工作的穩(wěn)定性和可靠性，達到了準確及時地提醒限行車輛駕駛?cè)藛T不要在車輛限行日的限行時段違規(guī)駕車出行從而避免不必要的經(jīng)濟損失的目的。該方案已獲得國家實用新型專利。參考文獻：

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（責任編輯：周曉南）

Abstract： Some cities in China have issued the regulation of vehicle traffic restrictions based on the last digit of license numbers，. In order to remind drivers of staying away from the restricted areas so as to be free of traffic penalty concerns， this paper proposes the design scheme of a vehicle mounted multi-functional voice reminder in terms of the restriction rules on car-use， based on AT89S51 single chip microcomputer. In this device， the 12 V DC power output from the cigarette lighter socket in the car will be used to supply power. The voice reminder， USB charger， cigarette lighter， the setting button and LCD screen that can display detailed information on， are integrated. Specifically， all the information shown on the screen can be adjusted by the setting button， enabling the device to be better adopted in different cities.

Key words： single chip microcomputer; vehicle;car-use restriction based on the last digit of license numbers; vehicle mounted multi-functional voice reminder