第三章 主要元器件的选择

3.1 单片机的选择
3.1.1单片机的概括
单片机，也叫单片微控器，是一种集成式的电流芯片。在单片机中主要包含CPU、只读存储器ROM和随机存储器RAM等,多样化数据采集与控制系统能够让单片机完成各项复杂的运算,无论是对运算符号进行控制,还是对系统下达运算指令都能通单片机完成。他所占空间较小，比重轻盈，市场价格便宜，因为这些特性也成为了日常教育以及应用开发的首要选择。
在开发的早期阶段，单片机是寻求最佳单片嵌入式系统的最佳架构。 英特尔公司的创新模式为单片机在独立嵌入式开发的道路上奠定了基础。 在中间阶段，人们开始扩展它的外围电路和接口，并逐渐走向对象的智能控制。 当前单片机的发展越来越倾向于开发单片机系统，即通过外围电路和接口以小的集成来完成系统的功能，这也是产生单片机的基础。
现代社会，我们的生活已经离不开单片机，许多高等电子设备以及智能化的电器就是以单片机来作为基础。所以现在大多数的企业或者厂家生产的电子设备的核心都是单片机。
3.1.2 stc89c52介绍
STC89C52单片机是一个8位的单片机，在系统可编程芯片中使用8051内核ISP。该芯片包含8K字节的Flash只读程序存储设备，可以被重写和重写1000次。它与标准的MCS-51指令系统和80C51脚结构兼容。
由于其低廉的价格和丰富的数据，51是目前在学习单片机程序的过程中必须学习的单片机之一，也是单片机课程的基础板之一。 STC89C52是51单片机中最受欢迎的型号之一。在资源和外围设备相同的情况下，它的最大优势是便宜且全面。 STC的单片机基于8051内核，它是新一代的增强型单片机。该指令代码与传统的8051完全兼容，速度提高了8-12倍，抗干扰能力强。
该系统中使用的主要设备是单片机的计时器。这次选择的主芯片STC89C52带有三个16位定时器。从本质上讲，计时器是一个加法计数器，即每个脉冲计数器都会增加1。通过晶体计算设置其初始值，计算1秒后计数器不累加多少次，您可以设置一个元素，即元素值累计的经过时间。

3.2传感器的选择
3.2.1 传感器的对比
该系统中传感器的主要功能是完成对上车和下车乘客的运动信号的检测，因此在选择传感器时应尽可能考虑实际需求。这需要检查范围的正确，较高的灵敏度，以及包括一些简要的电路还有价格合理。
而一般较为常用的有超声波、视觉、激光雷达以及反射红外等传感器。如图3.2.1所示，比较了几种传感器的优缺点。

图3.1 传感器对比图
超声波传感器的基本原理是超声波的线性传输特性。该传感器具有超声发射端和另一个超声接收端，该超声发射端在打开后发射超声波。如果前方有障碍物，则超声波被反射回接收端，并在输出端输出相应的电平信号。此方法通常用于移动机器人研究中。 优点是价格合理，操作简单，10 m以内测量准确。 但是，超声波传感器的工作原理是基于声音的。即使可以在最远100 m处进行测量，它在传输过程中也会受到其他信号的干扰，因此无法在本系统中使用。 视觉传感器广泛用于连续波系统。 它具有体积小，价格合理的优点，可以在一定的宽度和视野范围内测量和设置多个目标，并且可以使用测量的图像根据目标的形状和大小对目标进行分类。 但是，算法复杂，处理速度慢。 雷达传感器已经在军事和航空航天工业中使用了数十年。主要优点是可以可靠地识别障碍物，而不受天气或光照条件的限制。在过去的十年中，随着尺寸和价格的降低，它已在汽车行业中使用，但是在性价比方面仍然存在问题。
该设计使用集成了发送和接收功能的光电传感器。可以根据需要调整检测距离。该传感器具有检测距离大，可见光干扰小，价格低廉，安装简单，使用方便的特点。它可以在许多情况下使用，例如避免机器人障碍物并计算装配线。
3.2.2 反射红外线传感器
具有漫反射的光电开关是将发射器和接收器集成在一起的传感器。 当检测到的物体通过时，该物体将从光电开关的发射器发射的足够量的光反射到接收器，并且产生光电开关信号。 如果被测物体的表面较亮或反射率极高，则首选具有漫反射功能的光电开关。 带有漫反射的光电开关的原理图如图3.2.2所示。

图3.2 反射开关原理图

第四章 硬件设计

4.1 单片机模块电路的设计
4.1.1 单片机模块电路
单片机最主要的目的是完成检测模块传送线路的频率，检测车厢内的凹陷程度并计算车厢的承载能力。鉴于设计中的方案和数据数量很少，对于I/O口的需求也不用太多，STC89C52芯片的满足的要求能够很好地达到设计的需求量，因此，低性能的MCS-51大片即STC89C52已集成到系统设计中。我们使用ATMEL的89系列微型计算机标准微型计算机STC89C52。STC89C52是一种低功耗8位计算机计算微速率，具有4K字节的FLASH程序，该程序是只读存储器（EPROM）。它使用CMOS和ATMEL的非挥发性高密度存储技术（NURAM），其引脚和控件的使用与MCS-51兼容。此外，STC89C52还具有MCS-51系列微控制器的优势。128X8位内部RAM，32位内部和外部电源线，两组定时器/计算器，5个中断，两个高性能双核，高速无线连接和电气接线等。 FLASH的目的是使程序性重新编程或从非静态的正常意义上进行编程成为可能。因此，STC89C52是强大，灵活和自适应的微计算模型，可以在某些组织中使用。
STC89C52单片机引脚图如下图所示：

图4.1 STC89C52单片机引脚图
它总共有4个八位口，分别是
①、P0端口是三态两通端口。 因为这个口只能直接用于外部存储中的读/写目的。P0端口还用于提供外部存储器的8位地址。因为是分时的，因此，需要将地址数据由外部加锁的方式进行锁存，并且锁存的标签将使用ALE。
②、P1端口是为用户设置的I / O端口。这是一条双向口。
③、p2端口从系统扩展，用作第一个8位地址。它没有延伸到外界，配置后，P2端口也可以用作I / O端口，并且P2端口还是一条双向口。
④、P3端口是一个两个任务端口，该端口的每个端口都可以分别配置为主要I / O功能或第二个I / O端口。操作与p1端口相同。
4.1.2.单片机的计数器
由于此系统需要使用单片机中的计数接口，因此应在此处介绍定时器/计数器操作系统。主要原理图如下图所示：

图4.2 计数器原理图

第五章 软件的设计

5.1 程序的框架
5.1.1 要求
开发一个程序智能化工作的项目是一个十分复杂的过程。该过程包括分析仪器的功能需求，创建总体设计计划，从而去决定出适合的硬件布局和软件程序的设计，开发逻辑电路和编程程序以及调试和测试仪器的性能。软件设计应遵循组件化设计并执行特定子例程设计，功能分解，模块划分，实现解耦，详细的软件层次结构以及基于总体配置文件设计进行软件结构优化的原则，以实现模块功能的独立性和高效性执行。简而言之，该程序应可读，可理解，易维护且有用。
5.1.2 设计
总体方案设计思想首先对系统进行初始化，这包括设置指针和为定时器设置最大时间，设置计时器的工作模式以及设置中断激活控制。清除通用寄存器以识别计数器从0开始计数，并且一个单元存储最大位移，该最大位移由预定乘用车的最大负载转换，传感器由重力传感器单片机传输，然后由寄存器传输。存储的电流偏移量存储在累加器中。通过比较该指令和该单元的内容，确定当前乘用车的负载是否已经达到预定最大值。如果当前轿厢重量大于指定的最大值，则警报指令触发警报。 在每一个组件化的程序中，尝试从最少的指令中获得最大的收益，以使指令不会模棱两可，从而可以在系统中更好地执行整个程序，并显著提高单片机的工作效率。本设计的软件部分如下所述，整个软件流程图如图4.1所示。第一步是初始化系统，包括使用键盘，各种寄存器和计数器的工作模式手动设置乘客限制。 该测试程序包括：T0，T1可编程中断系统，核心操作系统，警报模式，显示程序。 主要部分分析如下。
（1）计数器中断程序T0，T1用于将传感器生成的脉冲信号输送到计数器的端口T0和T1。首先将计数的初始化为0FFFFH，接下来有计数器将每一个数记录下来。当T0和T1端口在高电平和低电平之间变化时。在这种情况下，计数器会产生溢出中断。
（2）用按键来处理按键程序从而达到设置上限值的效果。
（3）显示程序是用于将获得的数据在处理之后将结构输出到显示器从而达到数据监测的效果
（4）警报子程序将统计脉冲信号的数量与预设数量进行比较。如果大于预设数量，则触发警报；如果小于或等于预设数量，则取消警报。 该系统软件的总体流程图如图4.1所示。

图5.1 程序流程图

第六章 项目的测试

6.1 调试分析
调试和解析过程通常包括调试所有硬件电路，调试程序及其联合调试过程。 一旦确定了系统的整体框图，就可以快速开始电路图和程序的设计。系统硬件和软件分别进行调试，软件和硬件分别进行调整。 系统的最后阶段是系统特别重要的部分，因为这里无法反映设计和开发的系统的成功以及完整的功能。 因此，为了确保设计系统可以正常运行，必须对软件和硬件的每个部分进行调试和分析。 本章详细介绍了基于单片机的总线过载监控系统的硬件调试，软件调试和软硬件联合调试过程，并给出并分析了调试结果。

6.2 硬件调试
该主题的硬件回路是系统的中心部分。 它包括单片机的外围电路，传感器电路，方向识别电路，显示电路，报警电路和继电器锁存电路。 下面主要介绍设计和调试单片机最小系统电路和方向识别电路的方法和过程。
（1）调试单片机系统：按照设计的电路图焊接单片机系统，主要包括晶体振荡器电路和复位电路。 开启后，使用万用表测量每个电压。检查18和19晶体振荡器引脚的电压大约为2.0 V，并使用示波器检查ALE连接器是否具有固定的方波信号输出。 如果按下复位按钮，检查RST 9引脚是否存在可以达到3.5V以上的高电平。 一切正常之后，准备一个有延迟打开和关闭的小程序，然后将其刻录到单片机中，并再次检查单片机系统是否正常工作。
（2）调试方向检测电路：根据设计的方向检测电路图，将74LS04逆变器和74LS74双D触发器放入面包中，使用两个接地按钮的一端，另一端产生相应的脉冲去代替传感器。 连接到方向检测电路的输入。 然后使用万用表去测试Q1和Q2触发器的电平状态，并调整适当的电路设计，直到实现区分方向的功能为止。
另外，在焊接的时候中，必须非常小心谨慎，以免出现错误的焊接和漏焊情况。 焊接引脚时，应先去除芯片，然后再进行焊接这一步，以防止芯片过热被烧毁。 焊接完每条电线后，需使用万用表检查其路径。使用万用表检查焊点附近的点，以查看焊点是否焊接在一起以避免混合。 这样，很容易发现问题并一次接一个地纠正错误，这非常有针对性。 更为重要的一点是，必须对硬件系统进行部分和部分的焊接，即，必须先焊接系统的一部分，然后再将其焊接到下一个小型系统。 如果所有的硬件都焊接完毕在调试，因为电线和焊点很多，则很难区分特定的电路，并且故障排除也很困难。产品大制图如下图所示

图6.1 产品大致图

图6.2 产品背面图

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