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基于單片機監控系統的研究
【摘要】文章所設計的基于單片機監控系統汽車(chē)行駛記錄儀所實(shí)現的主要功能：記錄汽車(chē)停車(chē)前2秒內的行駛速度，并能實(shí)時(shí)地顯示汽車(chē)行駛的狀態(tài)信息，同時(shí)還對汽車(chē)的超速行駛進(jìn)行報警并記錄一天之內的超速次數。
【關(guān)鍵詞】單片機;模塊;監控
本文所設計的汽車(chē)行駛記錄儀是基于兩片8051單片機作為控制系統的核心來(lái)進(jìn)行設計的，整個(gè)系統分為六大模塊分別是：電源模塊、速度信號采集模塊、時(shí)鐘模塊、單片機模塊、存儲器模塊、顯示模塊。
一、電源模塊的設計
記錄儀作為車(chē)載設備，使用汽車(chē)電源。汽車(chē)上的電源有兩個(gè)：汽車(chē)發(fā)電機和蓄電池。記錄儀的電源直接取自蓄電池，在發(fā)電機轉速和用電負載發(fā)生較大變化時(shí)，可保持汽車(chē)電網(wǎng)電壓的相對穩定，同時(shí)，還可吸收電路中隨時(shí)出現的瞬時(shí)過(guò)電壓，以保護電子元件不受損害。車(chē)輛使用的車(chē)載蓄電池標稱(chēng)值有兩種 12V的和 24V的，因此為了得到需要的 5V的電壓，我選用了 DC-DC 電源轉換芯片。
二、速度信號采集模塊的設計
速度信號檢測模塊的原理是：汽車(chē)行駛過(guò)程中，車(chē)輪經(jīng)過(guò)傳感器，單位時(shí)間內輸出一定的脈沖，傳感器輸出的脈沖通過(guò)差動(dòng)放大電路的放大與整形，然后送到單片機 8051 的 T0端口進(jìn)行脈沖計數，與此同時(shí) 8051 的 T1 進(jìn)行計時(shí)開(kāi)始待到定時(shí)器產(chǎn)生中斷請求后，由計數器得到的脈沖數經(jīng)過(guò)速度計算的公式和里程的計算后得到汽車(chē)行駛的速度和里程。從而得到汽車(chē)的行駛速度和里程，存儲與 8051 的 RAM數據存儲區。
本系統采用霍爾傳感器將速度信號轉換為脈沖信號，考慮到傳感器的體積要小，便于安裝，誤差要盡量減小等要求，設計采用車(chē)輪旋轉一周速度傳感器要輸出若干個(gè)脈沖的方法。本系統采用的是在變速器上安裝 3個(gè)小磁鋼，霍爾傳感器可相應的輸出 3 個(gè)脈沖用于速度信號的采集。速度信號采集模塊采用 THS118 型霍爾元件作為速度信號采集部分的速度傳感器。
三、時(shí)鐘模塊的設計
時(shí)鐘模塊主要是用于對時(shí)、分、秒、年、月、日和星期的計時(shí)。該模塊采用的芯片為DS12C887 時(shí)鐘芯片。此芯片集成度高，其外圍的電路設計非常的簡(jiǎn)單，且其性能非常好，計時(shí)的準確性高。
DS12C887為雙列直插式封裝。其具體與單片機的連接如下所述：AD0~AD7雙向地址/數據復用線(xiàn)與單片機的P0口相聯(lián)，用于向單片機交換數據;AS 地址選通輸入腳與單片機的 ALE 相聯(lián)用于對地址鎖存，實(shí)現地址數據的復用;CS 片選線(xiàn)與單片機的 P2.6 相聯(lián)，用于選通時(shí)鐘芯片;DS 數據選通讀輸入引腳與單片機的讀選通引腳相聯(lián)，用于實(shí)現對芯片數據的讀控制;R/W 讀/寫(xiě)輸入與單片機的寫(xiě)選通引腳相聯(lián)，用于實(shí)現對時(shí)鐘芯片的寫(xiě)控制;MOT 直接接地，選用 INTEL 時(shí)序。IRQ引腳與 8051 的 INT1 相連，用于為時(shí)間的采集提供時(shí)間基準。
四、單片機模塊的設計
本系統采用兩片單片機，兩個(gè)單片機之間采用串行通訊，用于兩者之間的數據交換。其工作時(shí)序是由外部晶振電路提供的，本系統采用的晶振頻率是 12 兆 HZ。其復位電路為自動(dòng)上電復位。設計中所采用的單片機為 8051。
單片機在系統中主要是用來(lái)對其他模塊進(jìn)行控制，是整個(gè)系統的核心部件。主單片機主要是用于對速度信號采集模塊、時(shí)鐘模塊和存儲模塊進(jìn)行控制，同時(shí)還要與從單片機進(jìn)行數據的交換。其外圍的 I/O口主要與這些模塊的中心芯片的數據總線(xiàn)或地址總線(xiàn)相連，其控制總線(xiàn)與這些模塊的控制線(xiàn)相連。從單片機主要是用于對顯示和校時(shí)的控制，因此其 I/O口主要與 LCD顯示器的 I/O口相連，其控制線(xiàn)與 LCD顯示器的控制線(xiàn)相連。由于從單片機的外部中斷源只有兩個(gè)，而我所設計的對時(shí)鐘的校時(shí)主要是通過(guò)外部中斷完成的，所以要對從單片機的外部中斷源進(jìn)行擴展。本系統采用了 8259A 進(jìn)行中斷源的擴展，從而實(shí)現對時(shí)鐘的校時(shí)。
五、儲模塊的設計
汽車(chē)行駛記錄儀對系統存儲數據的實(shí)時(shí)性及長(cháng)久性要求很高，因此本系統我采用了ATMEL 生產(chǎn)的 AT29C010A Flash 性存儲器。其存儲空間為 16K，能夠滿(mǎn)足設計的要求。
AT29C010A是一種 5V在線(xiàn)閃速可電擦除的存儲器，具有掉電保護功能;方便的在線(xiàn)編程能力不需要高的輸入電壓，指令系統在 5V 電壓下即可控制對 AT29C010A 的讀取數據，這與對 EEPROM 的操作相似。再編程能力是以每一分區為單位的，128 字節的數據裝入AT29C010A 的同時(shí)完成編程。在一個(gè)再編程周期里，存儲單元的尋址和 128 字節的數據通過(guò)內部鎖存器可釋放地址和數據總線(xiàn)，這樣可為其它操作提供地址和數據總線(xiàn)。編程周期開(kāi)始后，AT29C010A會(huì )自動(dòng)擦除分區的內容，然后對鎖存的數據在定時(shí)器作用下進(jìn)行編程。
六、示模塊的設計
顯示器主要是為人機交互提供即時(shí)的信息，能讓人們與機器進(jìn)行很好的交流。在眾多種類(lèi)的顯示器中，越來(lái)越多的儀器儀表及人機交互界面采用液晶顯示器。LCD 可分為段位式LCD、字符式 LCD和點(diǎn)陣式 LCD。其中段位式和字符式只能用于數字和字符的簡(jiǎn)單的顯示，不能滿(mǎn)足圖形曲線(xiàn)和漢字顯示的要求;而點(diǎn)陣式不僅能夠顯示字符和數字，還可以顯示各種圖形、曲線(xiàn)及漢字，可以實(shí)現屏幕的上下左右滾動(dòng)等功能。
七、鍵的設計
本系統的按鍵主要是用于對時(shí)鐘的校對，現對按鍵的功能簡(jiǎn)述如下：按鍵 1～7是用于對秒分時(shí)日月年星期校時(shí)的中斷申請;按鍵 8 是用于對校時(shí)進(jìn)行加一的操作，鍵 9 是用于對校時(shí)進(jìn)行減一的操作;按鍵 10 是用于實(shí)現對超速報警監控功能的復位。
八、系統軟件流程圖的設計
由于本設計主要是完成系統的硬件電路設計，因此我對系統的軟件設計只進(jìn)行了系統部分軟件流程圖的繪制。設計的流程圖有：記錄儀總體軟件設計流程圖、速度信號采集模塊軟件設計流程圖、時(shí)鐘模塊軟件設計流程圖、外部中斷軟件設計流程圖和 LCD 顯示實(shí)現的軟件設計流程圖。
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