资源描述
山东大学（成人教育） 毕 业 设 计（论文）题 目 新手驾驶辅助控制系统设计 副标题 性 质： 毕业设计 毕业论文学生姓名 陈增林 年 级 2015级 函 授 站 烟台工程职业技术学院 专 业 机械电子工程 指导教师 孙松舜 目 录一、 绪 论1（一）选题的背景及意义1（二）国内外研究的现状1（三）论文的主要工作及结构安排3二、 汽车换挡理论基础3（一）汽车换挡原理3（二） 发动机换挡最佳工作曲线的计算4（三）汽车档位、发动机转速和汽车车速之间的关系6三、 系统的硬件设计7（一）控制系统整体方案设计7（二）器件选型8（三）基于单片机的转速测量方法及原理13四、 系统的软件设计16(一)单片机C语言与汇编语言16（二）程序流程图17（三）单片机转速测量程序设计20（四）转速测量程序设计21（五）档位计算24（六）语音输出设计25五、程序调试及固化28（一）单片机开发平台简介28（二）本系统开发平台28 总 结32 致 谢33参考文献34新手驾驶辅助控制系统设计 陈增林【摘 要】随着时代的发展，越来越多的人有了私家车来作为代步工具，对与许多新手来说由于技术的不熟练导致不能很好的驾驶车，在遇到突发状况下不能很好的解决遇到的问题，尤其是开手动档的汽车时，换挡是令众多驾驶新手最为头疼的问题。如果驾驶员不能及时换挡会浪费燃油，对汽车发动机有着极大的损坏甚至会导致熄火。如果有一款能够根据该车的最佳换挡规律给出换挡的语音提示，就可以使驾驶员了解车辆行驶中发动机的工作状况进而进行正确的换挡操作。也有利于驾驶员改正不良的操作习惯并且纠正错误的操作，以充分发挥汽车的经济性和动力性。对于提高驾驶的舒适性和安全性方面有着很大的帮助。本论文所作的工作是开发一款能够根据汽车最佳的换挡规律给驾驶员提供换挡的语音提示的装置。它集合了信号采集模块、信号处理模块以及语音输出模块。汽车最佳的换挡时机是依据汽车车速以及汽车发动机转速来判定的，所以精确采集汽车的车速信号以及发动机转速信号对本系统来说是十分重要的。所以本系统运用霍尔传感器来采集汽车运行时的车速信号以及发动机转速信号，然后通过51单片机对采集的信号进行处理，判断出汽车应该处于的档位，然后与档位传感器采集的档位信号进行比较，提醒驾驶员进行换挡的操作。在设计中对车速以及发动机转速的测量方法采用测频率法进行行测量，编译语言采用C语言进行编译。本课题完成了系统软件的设计，实现了对汽车车速信号的采集、发动机转速信号的采集以及运用语音芯片进行语音输出，完成了设计的要求。【关键词】单片机；转速测量；换挡；语音输出AbstractWith the development of life, more and more people have private cars as transport, For novice drivers because of the driving unskilled may lead to can not drive the car well.They can not solve the problems well in the unexpected situation.especially when you derive manual car. Shift is a headache to many new drivers.If the drive can not shift on time .it may waste a lot of fuel.It is a great damage to car and even may lead to extinction.If there is a device can give the driver voice prompts to shift according to the shift schedule.The drive can know the working condition of the engine and then make the correct shift operation.It is good for drivers to correct the bad driving habits and wrong operation.It is also good for car to maximize the cars economy and dynamic.For improving driving comfort and safty has a lot of help.The work done by this paper is to develop a device according to the best of the shift rule toremind drive to shift by the prompts. It combines the signal acquisition module, signal processing module and the speech output module.The best time to shift car is based on vehicle speed and the vehicle engine speed . So collecting accurate vehicle speed signal and engine speed signal of the system is very important. Therefore, this system uses Hall sensors to gather vehicle speed signal, and run-time engine speed signal.through the SCM process the collected signal and then determine the vehicle should be in the stall and compare with the stall signal To remind the driver to shift operations In the design of speed and engine speed measurement method by measuring the line frequency measurements, compiled language using C language compiler.The subject completed a software system design, implementation of vehicle speed signal acquisition, engine speed signal acquisition and use voice chip for voice output, completed the design requirements.Keywords: SCM; Speed measurement; Shift; Voice export IV一、 绪 论（一）选题的背景及意义安全是汽车驾驶的永恒主题。随着公路交通特别是高速公路的交通的飞速发展，交通事故特别是恶性交通事故呈现不断上升的趋势，交通安全越来越受到广泛关注。因此世界各国在研究车辆的驾驶辅助系统，投入大量的人力、物力，致力于提高车辆的驾驶安全性。全世界每年应为车辆碰撞所造成的财产损失以千亿计算，人员死亡约百万人，而70%90%的交通事故是人为因素造成的，期中56%是司机识别错误引起的。配备安全辅助驾驶系统的智能车辆的引入，可以提高交通的安全性。信息技术是21世纪最具生命力技术。它所涵盖的领域越来越广，新的信息技术层出不穷。信息技术的应用与发展将推动智能车进入一个全新的时代。人类自发明第一辆汽车至今，已经走过100多年，在汽车的第二个世纪中，汽车将不仅在高速公路上行驶，而且将在信息高速公路上奔驰。作为智能交通系统的一个重要组成部分，智能车辆系统利用传感器技术、信号处理技术、通讯技术、计算机技术等，辨识车辆所处的环境和状态，并根据各种传感器所得到的信息作出分析和判断，或者给司机发出劝告和报警信息提醒驾驶员注意规避危险；或者在紧急情况下么，帮助司机操作车辆，防止事故的发生使车辆进入一个安全的状态。汽车在行驶过程中，其自身状况（车速、车况、驾驶人员的状态等）和环境因素（天气状况、道路状况、行人和公路上的车辆情况）构成一种驾驶状态，这种状态体现出了瞬息万变、不确定、无法精确描述的特点，长期以来一直困扰着对自动驾驶和提高驾驶安全性的研究。智能车辆可以自动检测周围情况应该做出何种快速反应以及车辆应该多快减速等，然后根据情况发出各种警示信号。这些工作都能在瞬间完成，以使驾驶员有足够的时间做出反应。本课题研究的内容是新手驾驶辅助系统。该系统包括了信号采集、信号处理、语言输出等子系统的综合模块。它以51单片机为基础，运用霍尔元件对车速信号、发动机转速信号以及档位信号进行采集，通过模糊控制运算将信号进行处理传给语音电路进行语音输出。该系统的目的主要是为了对汽车驾驶新手进行换挡提醒，降低由于驾驶员的错误的换挡操作而造成对车辆发动机的损害。（二）国内外研究的现状1、 发达国家安全辅助驾驶研究动态安全辅助驾驶研究在近几年世界各国都对其非常重视，而且各个国家都根据本国的实际情况对安全辅助驾驶研究的内容及目标也做了不同的规定。日本人认为，司机的人为局限性及操作失误是造成交通事故的主要原因，只有安全排除司机的人为因素，才能彻底根除交通事故的隐患，所以日本人研究安全辅助驾驶的最终目的是实现无人驾驶。日本于1989年开始定位研究安全辅助驾驶。他们的研究方向有两个：自动高速公路系统和高级安全汽车。日本于1992年即开发出第一个可使一辆车在其上自动行走的系统。1995年，自动高速公路和高级安全汽车系统的全自动无人驾驶车队在时速60KM，车距15M的条件下可以连续运行了。德国人认为，在高速公路上开车很有乐趣，他们研究安全辅助驾驶的目的仅仅是增加司机驾车的有效性和可靠性，从而减轻司机的工作负担，减少因司机的失误而造成交通事故，所以他们将安全辅助驾驶系统仅看作是司机的一个有效及可靠的工具，德国安全辅助研究包括5个方面的内容：自适应巡航控制系统、向前行进控制系统、导航系统、交通信息通道系统和紧急呼救系统。到1997年10月底为止，德国的安全辅助驾驶研究实施方案报告已经通过国家的系统评估和论证，有的产品比如导航系统和紧急呼救系统，已经完成实验论证，正在走向市场；有的产品比如覆盖全德国的无线电信号数据系统和交通信号通道系统，有望近期能够问世。现在他们正在逐步完善各个子系统的功能，并且准备把各个子系统的功能机构集成化。美国人的想法与日本人相似。他们认为，美国90%的交通事故是因为司机的认为因素引发的，同时交通拥挤是造成交通事故的另一个致命因素，所以他们决定以全自动高速公路上的无人驾驶车队来解决交通安全的问题。1991年12月，美国政府通过提高陆路交通功能的法案，接着又播出66000万美元来资助全美智能运输交通6年的研究工作。在美国的6个智能运输系统研究子系统中就有5个是围绕着交通安全的问题而进行的。美国国家自动高速系统协会受国会的委托，于1997年8月710日再San Diego向世人举办了他们的自动高速公路系统研究成果展示会。展示会期间，自动高速公路系统以全自动的模式，105KM的时速615M的车距，使1350人在无人驾驶的车队里行走了16000KM。日本人的最新研究成果表明：安全辅助驾驶系统的信息技术和控制技术，可以使在交通事故中死亡人数减少40%，可以使由司机引发的认为交通事故明显减少，可以使车流更加通畅，由此而带来的经济效益是每一年挽回115亿美元的经济损失；美国人的最新研究成果表明：安全辅助驾驶系统的控制技术和自适应巡航技术，可以使美国的交通事故减少90%，可以在现有的道路上2倍甚至3倍地增加车流量，还可以大大地降低空气的拖拽力，可以增加20%到25%的燃油经济性，减少20%到25%的废气排放，从而大大地减缓了交通拥挤，并且被动地保护了我们的环境。2、中国安全辅助驾驶研究现状中国是一个发展中国家，其机动车拥有量远远不如美国和日本，但每年造成的交通事故伤亡人数及经济损失却远远超过两个国家。因此，为了更好地发挥我国交通设施的效能，有效地利用我国有限的财力资源，在我国开展安全辅助驾驶研究，就显得尤为重要。中国的安全辅助驾驶研究工作现在才刚刚起步。调查研究我国高速公路及车辆整体发展水平，制定适合我国国情的安全辅助驾驶研究实现目标；跟踪和分析国外安全辅助驾驶研究的研究方法和发展方向，使得我国在此领域中能够符合国际上的主流。我国的相关研究已经展开。清华大学汽车研究院是国内最早成立的主要从事智能汽车及智能交通的研究单位之一。在汽车导航、主动避撞、车载微机等方面进行了广泛而深入的研究。清华智能车THMR-V是用三星SXZ6510七座箱式车改装的。配置规划计算机、监控计算机、视觉计算机和多台测控计算机，它们是按照分层递阶的结构，分为智能级（规划计算机），协调级（监控计算机）和执行级（视觉计算机和多台测控计算机）。各台计算机之间通过10M以太网实现数据通信。清华智能车THMR-V在公路上，车道线自动跟踪时平均时速100KM，最高时速达到150KM。（三）论文的主要工作及结构安排本次研究工作主要是基于51单片机的换挡语言提醒装置的软件设计。采用了STC12C5628AD系列单片机，采用了以霍尔元件为基础的速度采集、汽车发动机转速采集技术。论文的主要内容可以概括为以下几个方面：1） 研究汽车换挡原理，了解汽车换挡与车速及发动机转速之间的关系2） 对汽车发动机各种工作曲线进行分析获得最佳的发动机工作曲线3） 系统进行整体方案设计4）对系统进行测速模块软件设计包括：发动机转速模块，汽车测速模块5）对系统进行语音模块软件设计二、 汽车换挡理论基础（一）汽车换挡原理我们知道，汽车发动机在一定的转速下能够达到最好的状态，此时发出的功率比较大，燃油经济性也比较好。因此，我们希望发动机总是在最好的状态下工作。但是，汽车在使用的时候需要有不同的速度，这样就产生了矛盾。这个矛盾要通过变速器来解决。 汽车变速器的作用用一句话概括，就叫做变速变扭，即增速减扭或减速增扭。为什么减速可以增扭，而增速又要减扭呢？设发动机输出的功率不变，功率可以表示为 N = wT，其中w是转动的角速度，T是扭距。当N固定的时候，w与T是成反比的。所以增速必减扭，减速必增扭。汽车变速器齿轮传动就根据变速变扭的原理，分成各个档位对应不同的传动比，以适应不同的运行状况。一般的手动变速器内设置输入轴、中间轴和输出轴，又称三轴式，另外还有倒档轴。三轴式是变速器的主体结构，输入轴的转速也就是发动机的转速，输出轴转速则是中间轴与输出轴之间不同齿轮啮合所产生的转速。不同的齿轮啮合就有不同的传动比，也就有了不同的转速。例如郑州曰产ZN6481W2G型SUV车手动变速器，它的传动比分别是：1档3.704:1；2档2.202:1；3档1.414:1；4档1:1；5档（超速档）0.802:1。当汽车启动司机选择1档时，拨叉将1/2档同步器向后接合1档齿轮并将它锁定输出轴上，动力经输入轴、中间轴和输出轴上的1档齿轮，1档齿轮带动输出轴，输出轴将动力传递到传动轴上（红色箭头）。典型1档变速齿轮传动比是3:1,也就是说输入轴转3圈，输出轴转1圈。当汽车增速司机选择2档时，拨叉将1/2档同步器与1档分离后接合2档齿轮并锁定输出轴上，动力传递路线相似，所不同的是输出轴上的1档齿轮换成2档齿轮带动输出轴。典型2档变速齿轮传动比是2.2:1，输入轴转2.2圈，输出轴转1圈，比1档转速增加，扭矩降低。 当汽车加油增速司机选择3档时，拨叉使1/2档同步器回到空档位置，又使3/4档同步器移动直至将3档齿轮锁定在输出轴上，使动力可以从轴入轴中间轴输出轴上的3档变速齿轮，通过3档变速齿轮带动输出轴。典型3档传动比是1.7:1，输入轴转1.7圈，输出轴转1圈，是进一步的增速。当汽车加油增速司机选择4档时，拨叉将3/4档同步器脱离3档齿轮直接与输入轴主动齿轮接合，动力直接从输入轴传递到输出轴，此时传动比1:1，即输出轴与输入轴转速一样。由于动力不经中间轴，又称直接档，该档传动比的传动效率最高。汽车多数运行时间都用直接档以达到最好的燃油经济性。 换档时要先进入空档，变速器处于空档时变速齿轮没有锁定在输出轴上，它们不能带动输出轴转动，没有动力输出。一般汽车手动变速器传动比主要分上述14档，通常设计者首先确定最低（1档）与最高（4档）传动比后，中间各档传动比一般按等比级数分配。另外，还有倒档和超速档，超速档又称为5档。当汽车要加速超过同向汽车时司机选择5档，典型5档传动比是0.87:1，也就是用大齿轮带动小齿轮，当主动齿轮转0.87圈时，被动齿轮已经转完1圈了。倒档时输出轴要向相反方向旋转。如果一对齿轮啮合时大家反向旋转，中间加上一个齿轮就会变成同向旋转。利用这个原理，倒档就要添加一个齿轮做“媒介”，将轴的转动方向调转，因此就有了一根倒档轴。倒档轴独立装在变速器壳内，与中间轴平行，当轴上齿轮分别与中间轴齿轮和输出轴齿轮啮合时，输出轴转向会相反。 倒档用的同步器也控制5档的接合，所以5档与倒档位置是在同一侧的。由于有中间齿轮，一般变速器倒档传动比大于1档传动比，增扭大，有些汽车遇到陡坡用前进档上不去就用倒档开上去从驾驶平顺性考虑，变速器档位越多越好，档位多相邻档间的传动比的比值变化小，换档容易而且平顺。但档位多的缺点就是变速器构造复杂，体积大，现在轻型汽车变速器一般是45档。同时，变速器传动比都不是整数，而是都带小数点的，这是因为啮合齿轮的齿数不是整倍数所致，两齿轮齿数是整倍数就会导致两齿轮啮合面磨损不均匀，使得轮齿表面质量产生较大的差异。（二） 发动机换挡最佳工作曲线的计算图1某发动机工作曲线如图1某一只发动机，它的特性曲线基本是一定的，不跟挂挡不同而变化，换挡只是为了保证发动机在某一合适的转速内运转。基本上同类型发动机（自然吸气跟涡轮增加是不同类）的曲线都相似，主要是平缓、弧度、最高点、最低点位置不同。发动机的曲线，我们这次只看两条线：扭矩曲线：发动机输出的扭力，即发动机的力量，越大证明此时的加速性越好油耗曲线：发动机的油耗，但不是指每百公里用多少油，而是指在该转速下，每小时喷多少油（虽然不是指每百公里耗油，但对于我们了解车辆是否耗油怎样省油有很大的指导意义，如一个很省油的车，但你着车停着一整天，在跑几公里，算出来的油耗绝对高，然后就说这车很耗油，这是不正确的。一般我们行驶时保持发动机在油耗最低的转速是最省油的。 现在我们来看看M2发动机的扭矩曲线，最有力的时候是在4000多转，但此时发动机应该很响，并且油耗较高，所以不可能作为换挡点，只能做爬坡、越野、拉重货时的用啦，真正越野车的发动机一般会将此点往前调校2000转以前，这个图没有标出来，但实际上会是一条比较陡的线，即转速降一点，力气已经小了很多，如果挂高档，要切断动力（如踩离合，挂空挡），挂档后慢放离合（此时离合在半离合状态，传输到轮的动力必然减少），到完全放完离合，如果在此期间没有稍微加油，发动机转速必然有所下降，即动力下降更大，没力怎么加速，所以感觉到肉就在这里了。此时换挡还有另外一个缺点就是相对耗油，为什么呢，上面的油耗曲线没有标到2000转以前的，其实这条曲线是一条碗型的曲线，最低值约在2000转左右（大家可以参考其他车型的曲线），即随转速降低油耗也有所增加，具体增加多少要看前面曲线的弯曲度才知道，但一般来说不会很多在2200-2500转时，可以看到曲线比较平缓，即转速下降一些但动力下降不大，解决了换挡时转速下降动力损失的问题，并且在该转速期间，扭矩也不小，在2500转的时候就可输出最大扭矩的90%。另外有个好处就是在换完档后，只要保持油门，转速刚好落在2000转这个经济转速上，可以保证燃油的消耗水平低。（三）汽车档位、发动机转速和汽车车速之间的关系精确计算发动机转速与车速的关系，首先需要要知道轮胎的规格，其次还要知道变速箱各档位的传动比（包括最终传动比）,条件是离合器完全结合。轮胎规格：轮胎宽度/高宽比R轮毂直径，例如规格为195/55R15的轮胎，其宽度是195mm，高宽比是0.55，轮毂直径是15吋（英寸）。车速(km/h)轮胎宽度(mm)(高宽比/100)2轮毂直径(吋)25.43.1415960/1000000/最终传动比/对应档位传动比发动机转速(rpm)其中：“60”是将每分钟的发动机转速(rpm)，转换为每小时的转速(rph)，“/1000000”则是将以毫米(mm)为单位的轮胎圆周长，转换成以公里(km)为单位。在上式中，对于一辆特定的汽车，轮胎规格、最终传动比是固定的参数，而且，对于某一档位，其传动比也是固定的，因此，只要已知档位和发动机的转速，即可求出对应的车速。例如，对于凯越五档手动变速箱（1.6DOHC），各档的传动比、发动机转速与车速关系如下（表1）：最终传动比：3.722，轮胎195/55R15，车速(公里/小时)0.03/对应档位传动比发动机转速(rpm)表1各档的传动比、发动机转速与车速档位（传动比）1500rpm2000rpm2500rpm3000rpm3500rpm一档(3.545)12.76117.01621.26825.52229.755二档(2.158)20.96327.95034.93841.92548.913三档(1.478)30.60740.8151.01261.21471.417四档(1.129)40.06953.42566.78180.13793.493五档(0.886)51.05868.07785.097102.116119.135倒档(3.333)13.57318.09722.62127.14531.669档位（传动比）4000rpm4500rpm5000rpm5500rpm6000rpm一档(3.545)34.02938.28342.53646.7951.044二档(2.158)55.9062.88869.87676.86383.851三档(1.478)81.61991.823102.024112.226122.429四档(1.129)106.85120.206133.562146.918160.274五档(0.886)136.155153.174170.193187.213204.232倒档(3.333)36.19440.71845.24249.76654.290三、 系统的硬件设计（一）控制系统整体方案设计该系统包括车速信号采集系统、汽车发动机信号采集系统、中央控制器、语音输出装置组成。该系统的主要功能是通过车速传感器和汽车发动机转速传感器来采集车速信号以及发动机转速信号，进过信号的处理整形输送给中央处理器，然后通过运算对信号进行处理，最后将信号给语音电路进行语音输出。本系统中所需要的中央处理器为单片机，单片机的工作电压为35V，而一般的车载电压为12V，所以需要电源电路给单片机供电。其控制方案如下图所示：图2控制系统方案在本系统中选用的中央处理器为单片机，由发动机转速传感器、汽车车速传感器采集发动机的转速信号以及车速信号。发动机传感器和车速传感器都是采用霍尔元件采集的信号。由于汽车发动机对霍尔元件采集的信号有干扰作用，所以需要电源隔离，使得采集到得车速信号以及发动机转速信号更加精确可靠。此外，由于本系统采用的语音芯片需要存储一些语音信号，所以对语音芯片进行扩展，外加一个语音芯片存储装置用来存储一些语音信号，其硬件框图如图3所示：图3系统硬件流程图（二）器件选型1、中央控制器选型该系统选用的单片机是STC12C5620AD系列单片机，该单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快812倍。内部集成MAX810专用复位电路，4路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。 增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统80511） 工作电压：5V2） 工作频率范围035MHZ，相当于普通8051的0420MHZ3） 用户应用程序空间30K/28K/24K/20K/16K/12K/8K/4K4） 片上集成768字节RAM5） 通用I/O，复位后位：准双向口/弱上拉可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上啦，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20MA，但整个芯片不要超过55MA6） ISP(在系统可编程)/IAP(在应用课编程)无需专用编程器，无需专用仿真器课通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序数秒即可完成一片7） 有EEPROM8） 看门狗9）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，可省外部复位电路）10）时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器用户在下载程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：5.2MHZ6.8MHZ,精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准11）共用6个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，PCA模块可再实现4个16位定时器12）2个时钟输入出口，可由T0溢出在P1.0输出时钟，可由T1的溢出在P1.1输出时钟13）外部中断9路，下降沿中断或低电平触发中断，PCA模式可分别或同时支持上升沿中断/下降沿中断，POWERDOWN模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RXD/P3.0，PCA0/P3.7，PCA1/P3.5，PCA2/P2.0，PCA3/P2.414）PWM/PCA也可用来当4路D/A使用、也可用来再实现4个定时器、也可用来再实现4个外部中断15）A/D转换，10位精度ADC，共8路16）通用全双工串行口，由于STC12系列高速8051，也可再用定时器软件实现多串口17）SPI同步通信口，主模式/从模式18）工作温度范围-4085度图4为STC12C5620AD单片机的内部结构：图4STC12C5620AD单片机的内部结构STC12C5620AD系列单片机的内部结构包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、UART串口、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶振电路电路模块，几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。2、语音芯片介绍该系统所运用的语言芯片是WT588D。WT588D是意乱功能强大的可重复擦除烧写的语言单片机。WT588D让语音芯片不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足浴取代复杂的外围控制电路。配套WTAPP上位机操作软件可随意更换WT588D语音单片机芯片的任何一种控制模式。把信息下载到SPIFLASH上即可，软件操作方式简洁易懂，撮合了语音组合技术，大大减少了语音编辑时间，完全支持在线下载，即便是WT588D通电情况下，一样可以通过下载器给关联的SPIFLASH下载信息，给WT588D电路复位一下，就能更新到刚下载进来的控制模式。支持插入静音模式，插入静音不占用SPIFLASH内存的容量，一个地址位可插入10ms25min的静音；按键控制模式 下触发方式灵活，课随意设置任意按键为脉冲可重复触发、脉冲不可重复触发、无效按键、电平保持不循环、电平保持可循环、非电平保持可循环、单键向前不循环、单键向后不循环、单键向前可循环、单键向后可循环、音量+、音量、播放/暂停、停止、播放/停止等15种触发方式，最多可控制10个按键触发输出；一线串口控制模式 可通过发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发0219地址位的任意语音，发码速度600us2000us；三线串口控制模式和三线串口控制I/O口扩展输出模式之间可通过发码切换，三线串口控制模式下，能控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发0219地址位任意语音，发码速度40us4000us可调，三线串口控制I/O口扩展输出可以扩展输出8位，早两种模式下切换，能让上一个模式的最后一种状态保持着静茹下一个模式。3、系统主要的传感器介绍霍尔效应是一种磁电效应，是德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。根据霍尔效应，人们用半导体材料制成霍尔元件，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、 输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。霍尔效应在应用技术中特别重要，如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电压(V)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。好比一条路, 本来大家是均匀的分布在路面上, 往前移动。当有磁场时, 大家可能会被推到靠路的右边行走。故路(导体)的两侧, 就会产生电压差。这个就叫“霍尔效应”。其原理图如下图6所示。图5 霍尔效应原理图霍尔传感器常用来检测车辆上车速和转速的信号。霍尔传感器由传感头和齿心组成，其传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。霍尔车速传感器的工作原理：在齿蹦转动的过程中，使得通过霍尔元件的磁力线密度发生变化，从而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一准正旋波电压，此信号由电子电路转换成表中的脉冲电压。由霍尔原理可知，霍尔传感器的输出电压与被测物体的运动速度无关，因此它的高、低、速特性都很好，若用其测量物体的转速，其下限速度可以接近于0，上限速度从理论上讲可以不受限制，即它可以满足工程中各种运行速度的测量。霍尔轮速传感器还有1000Km/h，以下优点：一是输出信号电压幅值不受转速的影响；二是频率响应高，其幅频响应可高达,相当于车速为时所检测的信号频率；三是抗电磁波干扰能力强。正因为如此，车辆上的车速传感器大都采用霍尔式传感器。霍尔元件产生的霍尔电压U的大小为： 式中：控制电流，A；：带电粒子的电荷，=；B：磁感应强度，T；d：半导体的厚度，mm；n：电子浓度。当齿圈转到两个齿轮都与霍尔元件对正时，永磁体转到霍尔元件的磁力线分散，磁场较弱，输出的霍尔电压较小；当齿圈转到一个齿与霍尔元件对正时，永磁体转到霍尔元件的磁力线集中，磁场较强，输出的霍尔电压较大。齿轮转动过程中，使得通过霍尔元件的磁力线密度发生变化，从而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一准正弦波电压，此信号由电子电路转换成表中的脉冲电压。该系统主要采集的信号是车速信号和发动机转速信号。主要的传感器是发动机转速传感器和汽车车速传感器。目前汽车车速传感器多采用霍尔式结构，霍尔车速传感器是一种基于霍尔效应的磁电传感器，具有对磁场干扰能力强、结构简单、使用方便等特点。它主要是由特定刺激对数的永久磁铁（一般为4或8对）、霍尔元件、旋转机构及输入/输出插件等组成。其工作原理是当传感器的旋转机构在外驱动作用下旋转时，会带动永久磁铁的旋转，穿过霍尔元件的磁场将产生周期性变化，引起霍尔元件输出电压变化，通过后续电路处理形成稳定的脉冲电压信号，作为车速传感器的输出信号。霍尔结构的车速传感器主要电气技术参数包括：输出信号高电压、低电压、占空比、周期、上升时间、下降时间、周期脉冲数等。同理发动机转速传感器也用霍尔传感器，原理与车速传感器相同。图6为转速信号采集电路：图6转速信号采集电路（三）基于单片机的转速测量方法及原理1、单片机测量转速的方法转速是工程中应用非常广泛的一个参数，早期模拟量的模拟处理一直是作为转速测量的主要方法，这种测量方法在测量范围和测量精度上，已不能适应现代科技发展的要求。而随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字测量系统得到普遍应用，利用单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，应用全数字化的结构，使数字测量系统的越来越普及。在测量范围和测量精度方面都有极大的提高。下面对测量系统进行探讨。2、转速测量原理1）测周期法“T法”转速可以用两脉冲产生的间隔宽度TP来决定。用以采集数据的码盘，可以是单孔或多孔，对于单孔码盘测量两次脉冲间的时间，就可测出转述数据，TP也可以用时钟脉冲数来表示。对于多孔码盘，其测量的时间只是每转的1/N，N为码盘孔数。如图7“T”法脉宽测量所示。TP通过定时器测得。定时器对时基脉冲(频率为fc)进行计数定时，在TP内计数值若为m2，则 计算公式为： n=60/PTp （1）即：n=60fc/Pm2 （2）P-为转轴转一周脉冲发生器产生的脉冲数；fc-为硬件产生的基准时钟脉冲频率：单位（Hz）；n-转速单位：（转/分）；m2-时基脉冲。输入脉冲 时基脉冲 图7 测周期法脉宽测量由 “T”法脉宽测量可知“T”法测量精度的误差主要有两个方面，一是两脉冲的上升沿触发时间不一致而产生的；二是计数和定时起始和关闭不一致而产生的。因此要求脉冲的上升沿（或下降沿）的计数和定时严格同步。测周期法在低转速时精确度较高，但随着转速的增加，精度变差，有小于一个脉冲的误差存在。2）测频法“M法”在一定测量时间T内，测量脉冲发生器（替代输入脉冲）产生的脉冲数m1来测量转速，如图8“M”法测量转速脉冲所示，设在时间T内，转轴转过的弧度数为X，则转速n可由下式表示：n=60X/2T (3)转轴转过的弧度数X可用下式所示X=2m1/p (4)图8测频率法脉冲图将（4）式代入（3）式得转速n的表达式为： n=60m1/TP (5)n-转速单位：（转/分）；T-定时时间单位：（秒）。在该方法中，测量精度是由于定时时间T和脉冲不能保证严格同步，以及在T内能否正好测量外部脉冲的完整的周期，可能产生的1个脉冲的量化误差。因此，为了提高测量精度，T要有足够长的时间。定时时间可根据测量对象情况预先设置。设置的时间过长，可以提高精度，但在转速较快的情况下，所计的脉冲数增大（码盘孔数已定情况下），限制了转速测量的量程。而设置的时间过短，测量精度会受到一定的影响。3）测频测周法M/T法所谓测频测周法，即是综合了“T”法和“M”法分别对高、低转速具有的不同精度，利用各自的优点而产生的方法，精度位于两者之间，如图9“M/T”法定时/计数测量所示。“M/T”法采用三个定时/计数器，同时对输入脉冲、高频脉冲（由振荡器产生）、及预设的定时时间进行定时和计数，m1反映转角，m2反映测速的准确时间，通过计算可得转速值n。该法在高速及低速时都具有相对较高的精度。测速时间Td由脉冲发生器脉冲来同步，即Td等于m1个脉冲周期。由图可见，从a点开始，计数器对m1和m2计数，到达b点，预定的测速时间时，计算机发出停止计数的指令，因为TC不一定正好等于整数个脉冲发生器脉冲周期，所以，计数器仍对高频脉冲继续计数，到达c点时，脉冲发生器脉冲的上升沿使计数器停止，这样，m2就代表了m1个脉冲周期的时间。“M/T”法综合了“T”和“M”两种方法，转速计算如下：设高频脉冲的频率为fC，脉冲发生器每转发出P个脉冲，由式（2）和（5）可得M/T法转速计算公式为n=60fc m1/p m2。其中n为转速值，其单位为转/分；fc为晶体振荡频率，其单位为Hz；m1为输入脉冲数，反映转角；m2为时基脉冲。 图9 “M/T”法定时/计数测量通过误差和精度分析可知，M法适合于高速测量，当转速越低，产生的误差会越大。T法适合于低速测量，转速增高，误差增大。M/T这种转速测量方法的相对误差与转速n无关，只与晶体振荡产生的脉冲有关，故可适合各种转速下的测量。保证其测量精度的途径是增大定时时间T，或提高时基脉冲的频率fc。因此，在实际操作时往往采用一种称变M/T的测量方法，即所谓变M/T法，在M/T法的基础上，让测量时间Tc始终等于转速输入脉冲信号的周期之和。并根据第一次的所测转速及时调整预测时间Tc，兼顾高低转速时的测量精度。基于M法测量速度，电路和程序均较为简单，且可以在一定的条件下满足精度的要求，所以本设计中采用测频测周期法（M法）进行测量。四、系统的软件设计（一）单片机C语言与汇编语言在单片机的开发应用中，逐渐引入了高级语言，C语言就是其中的一种。对用惯了汇编语言的人来说，高级语言的可控行不好，不如汇编语言那样能够随心所欲。但是使用汇编语言会遇到很多问题，首先它的可读性和可维护性不强，特别是当呈现没有很好的标注时，其次就是代码的可重用性也比较低。使用C语言就可以很好的解决这些问题。C语言具有良好的模块化，容易阅读和维护等优点。由于模块化，用C语言编写的程序有很好的可移植性，功能化代码能够很方便地从一个工程移植到另一个工程，从而减少开发时间。用C语言编写程序比用汇编编写程序更符合人们的思考习惯，开发者可以更专心地考虑算法而不是考虑一些细节问题，这样就减少了开发和调试时间。使用像C这样的语言，编写者不必十分熟悉处理器的运算过程。很多处理器支持C编译器，这意味着对新的处理器也能很快上手，而不必知道处理器的具体内部结构，这使得用C语言编写的程序比汇编程序有更好的可移植性。C语言的特点就是可以使编写者尽量少地对硬件进行操作，它是功能性和结构性很强的语言。对大多数51系列单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点：(1)不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构；(2)寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的 寻址和数据类型等细节；(3)指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性；(4)可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数；(5)与使用汇编语言编程相比，程序的开发和调试时间大大缩短；(6)C语言中的库文件提供许多标准的方程，例如：格式化输出、数据转换和浮点运算等；(7)通过C语言可实现模块编程技术，从而可将已编制好的程序加入到新程序中；(8)C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统，已完成的软件项目可以很容易地转换到其它的处理器或环境中。所以在本毕业设计数据采集系统的软件设计中我选用单片机C语言来进行程序代码的编写。51系列单片机对C语言的扩展在51系列单片机中使用的C语言与标准C语言还有一些不同，或者说51单片机对标准C语言有一些扩展。51单片机语言的特色主要体现在以下几个方面：(1)51单片机虽然继承了标准C语言的绝大部分的特性，而且基本语法相同，但是本身又在特定的硬件结构上有所扩展，如关键字sbit、data、idata、pdata、xdata、code等。(2)应用51单片机更要注重对系统资源的理解，因为单片机的系统资源相对PC机来说很贫乏，对于RAM、ROM中的每一字节都要充分利用。可以通过看编译生成的.m51文件来了解自己程序中资源的利用情况。(3)程序上应用的各种算法要精简，不要对系统构成过重的负担。尽量少用浮点运算，可以用unsigned无符号型数据的就不要用有符号型数据，尽量避免多字节的乘除运算，多使用移位运算等。51单片机相对于标准C语言的扩展直接针对51系列CPU硬件，大致有以下几个方面：(1)数据类型51系列单片机具有标准C语言所具有的标准数据类型，除此之外，为了更加有效地利用51单片机的结构，还加入了以下特殊的数据类型。(2)存储区51编译器支持51单片机及其扩展系列，并提供对51单片机所有存储区的访问。存储区可分为内部数据存储区、外部数据存储区以及程序存储区。CPU内部的数据存储区是可读写的，8051派生系列最多可有256字节的内部数据存储区，其中低128字节可直接寻址，高128字节（从0 x80到0 xFF）只能间接寻址，从20H开始的16字节可位寻址。内部数据区又可分为3个不同的存储类型：data、idata、bdata。外部数据区也是可读写的。但是访问起来比较慢，因为外部数据区是通过数据指针加载地址来间接访问的。 (3)特殊功能寄存器（SFR）51单片机提供128字节的SFR寻址区，地址为80HFFH。51单片机中除了程序计数器PC和4组通用寄存器组之外，其它所有的寄存器均为SFR，并位于片内特殊寄存器区。（二）程序流程图单片机控制的换挡语音提示系统软件设计可分为信号采集模块、信号处理模块、语音输出模块。其程序流程图10如下：开始程序初始化计算发动机特性曲线载入相应的换挡规律以及发动机工作曲线进入主消息循环计算发动机转速、车速油门开度计算当前档位和发动机工作点判断升档或降档转化为语音信号输出图10系统主流程图系统的主程序如下：void main() INT16U ADC_10bit;INT8U flag;INT8U ADC_car_speed;INT8U ADC_round_speed;float dang_wei; initiate_RS232(); /波特率 = 9600 ADC_CONTR |= 0 x80; /1000,0000 打开 A/D 转换电源flag = 0 x00; while(1) Send_Byte(0 xAA); Send_Byte(0 xAA); ADC_10bit = get_AD_result(2, flag);/P3.2 为 A/D 当前通道,代表车速if(flag)ADC_car_speed = ADC_10bit 8;flag = 0 x00;elsebreak; delay(0 x1); ADC_10bit = get_AD_result(3, flag);/P3.3 为 A/D 当前通道, 代表转速if(flag)ADC_round_speed = ADC_10bit 8;flag = 0 x00;elsebreak;dang_wei = 0.03 * ADC_round_speed / ADC_car_speed;if(dang_wei 2.158)P1 = 0 x20;else if(dang_wei 1.478)P1 = 0 x40;else if(dang_wei 1.129)P1 = 0 x60;else if(dang_wei 0.886)P1 = 0 x80;else if(dang_wei 0)P1 = 0 xA0;while (1) /等待A/D转换结束 if (ADC_CONTR & 0 x10) /0001,0000 测试A/D转换结束否 flag = 0 x01;break; ADC_CONTR &= 0 xE7; /1110,0111 清 ADC_FLAG 位, 关闭A/D转换, return (ADC_DATA8 | ADC_LOW2); /返回 A/D 10 位转换结果（三）单片机转速测量程序设计由于本次设计的系统要实现的功能是将霍尔传感器的信号送到单片机的外部中断口，再对周期方波进行内部计数，调用计算程序把转速测出来。1测速范围软件设计中，采用的闸门时间是1 s，T0的最大
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