摘  要： 采用STC89C52單片機(jī)結(jié)合LM2596-5.0開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器、DS12C887時(shí)鐘芯片、AT24C64串行存儲(chǔ)器、74HC595移位寄存器以及接觸式IC卡等器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)場(chǎng)車(chē)輛速度的實(shí)時(shí)顯示以及超速后的自行報(bào)警，并將超速情況以數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，可用IC卡對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。該系統(tǒng)通過(guò)超速報(bào)警來(lái)提醒司機(jī)減速，從而減少車(chē)輛刮碰飛機(jī)等事件的發(fā)生。

　　1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

　?。?）按鍵調(diào)整時(shí)間以及實(shí)時(shí)顯示時(shí)間；

　?。?）實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛行駛的速度；

　?。?）當(dāng)車(chē)輛超過(guò)規(guī)定的速度值時(shí)，違規(guī)情況以數(shù)據(jù)形式保存在串行存儲(chǔ)器中，并發(fā)出聲音警報(bào)，同時(shí)警報(bào)燈閃爍；

　　（4）管理人員使用IC卡讀取車(chē)輛的違規(guī)情況并取消報(bào)警。

　　1.2 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。它采用STC89C52單片機(jī)為主控芯片，主要有電源模塊、信號(hào)采集模塊、時(shí)鐘模塊、LED顯示模塊、按鍵模塊、報(bào)警模塊、AT24C64串行存儲(chǔ)器模塊和接觸式IC卡存儲(chǔ)模塊。時(shí)鐘模塊提供LED顯示的實(shí)時(shí)時(shí)間；LED顯示模塊使用74HC595驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)時(shí)間和速度的顯示；按鍵模塊主要用來(lái)調(diào)整時(shí)間；報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)超速后的聲音報(bào)警和閃燈警示；AT24C64串行存儲(chǔ)器對(duì)超速信息進(jìn)行存儲(chǔ)；接觸式IC卡存儲(chǔ)器可讀取AT24C64中的數(shù)據(jù)，讀取完數(shù)據(jù)即可取消報(bào)警。

　　1.2.1 主控模塊

　　主控模塊主要采用STC89C52單片機(jī)[1-2]，該單片機(jī)有4個(gè)并行I/O端口，每個(gè)端口有8條端口線，其中P0端口在沒(méi)有外存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O端口使用，外接存儲(chǔ)器時(shí)可作為地址線/數(shù)據(jù)線使用；P1、P2和P3端口均可作為8位準(zhǔn)雙向I/O端口使用，P3口和其他I/O端口有很大區(qū)別，除作為一般I/O口外，每個(gè)引腳還有專(zhuān)門(mén)的功能。所有的外部芯片都可以通過(guò)這些端口進(jìn)行擴(kuò)展。

　　1.2.2 電源模塊

　　電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應(yīng)器，其特點(diǎn)是可為專(zhuān)用集成電路（ASIC）、數(shù)字信號(hào)處理器 （DSP）、微處理器、存儲(chǔ)器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 （FPGA） 及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。

　　電源模塊使用LM2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3 A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。該系統(tǒng)中選擇固定輸出5 V版本，即調(diào)節(jié)器型號(hào)為L(zhǎng)M2595-5.0。該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為150 kHz，與低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4個(gè)外接元件，極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。原理圖如圖2所示。

　　一般來(lái)說(shuō)，這類(lèi)模塊稱(chēng)為負(fù)載點(diǎn) （POL） 電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng) （PUPS）。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多，因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車(chē)電子等。

　　尤其近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和分布式供電系統(tǒng)的不斷推廣，模塊電源的增幅已經(jīng)超出了電源。隨著半導(dǎo)體工藝、封裝技術(shù)和高頻軟開(kāi)關(guān)的大量使用，模塊電源功率密度越來(lái)越大，轉(zhuǎn)換效率越來(lái)越高，應(yīng)用也越來(lái)越簡(jiǎn)單。

　　人們?cè)陂_(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開(kāi)發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開(kāi)發(fā)愛(ài)浦電子電源模塊（4張）開(kāi)關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開(kāi)關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類(lèi)，DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題

　　1.2.3 信號(hào)采集模塊

　　目前機(jī)場(chǎng)車(chē)輛轉(zhuǎn)速傳感器大多使用霍爾傳感器，其輸出信號(hào)為脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的高電平值基本與車(chē)載電源電壓值相同，需要通過(guò)光電耦合器將其轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可采集的5 V脈沖信號(hào)[3]。如圖3所示，Signal為轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)際輸出的信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)與單片機(jī)INT1/P3.3引腳連接，通過(guò)外部中斷功能記錄脈沖數(shù)并通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換為速度值。

　　1.2.4 時(shí)鐘模塊

　　時(shí)鐘模塊使用DS1302浚流充電時(shí)鐘芯片，該芯片包含一個(gè)RTC/日歷和31 B的靜態(tài)RAM。它通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。RTC/日歷提供秒、分、小時(shí)、天、日期、月和年。如果當(dāng)月天數(shù)小于31天將自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，包含閏年校正。時(shí)鐘可以工作在24小時(shí)制和12小時(shí)制，12小時(shí)制下用AM/PM來(lái)指示，該系統(tǒng)中選擇使用24小時(shí)制。

　　在DS1302和微處理器之間使用同步串行方式進(jìn)行通信。只需要3條線就可以通信，分別為RST（reset）、I/O（數(shù)據(jù)線）和SCLK（串行時(shí)鐘），Vcc1連接至3 V備用電源，在主電源Vcc2供應(yīng)失效時(shí)，備用電源以保持時(shí)間和數(shù)據(jù)，原理圖如圖4所示。

　　1.2.5 LED顯示模塊

　　LED顯示模塊使用2片74HC595級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)8位LED數(shù)碼管[4]，前6位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，后2位顯示速度值。

　　LED顯示屏（LED display）：又叫電子顯示屏或者飄字屏幕。是由LED點(diǎn)陣組成，通led電子顯示屏（1張）過(guò)紅色或綠色燈珠的亮滅來(lái)顯示文字、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻，內(nèi)容可以隨時(shí)更換，各部分組件都是模塊化結(jié)構(gòu)的顯示器件。通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。顯示模塊由LED燈組成的點(diǎn)陣構(gòu)成，負(fù)責(zé)發(fā)光顯示；控制系統(tǒng)通過(guò)控制相應(yīng)區(qū)域的亮滅，可以讓屏幕顯示文字、圖片、視頻等內(nèi)容，恒舞動(dòng)卡主要是播放動(dòng)畫(huà)的；電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)將輸入電壓電流轉(zhuǎn)為顯示屏需要的電壓電流。

　　LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。

　　74HC595芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的通用移位寄存器芯片。并行輸出端具有輸出鎖存功能，與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單方便，只需3個(gè)I/O口即可。本系統(tǒng)采用2片74HC595芯片級(jí)聯(lián)，一片用于段碼的傳輸，另外一片用于數(shù)碼管位選。原理圖如圖5所示。

　　1.2.6 按鍵模塊

　　按鍵模塊采用三個(gè)獨(dú)立按鍵，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)整。S2為功能鍵，通過(guò)此鍵來(lái)選取要調(diào)整的小時(shí)、分鐘和秒，調(diào)整完畢后此鍵還有確定功能；S3為增加鍵，當(dāng)功能鍵選定后，按此鍵來(lái)增加選定項(xiàng)值；S4鍵用以減小選定項(xiàng)的值。各項(xiàng)功能均通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，原理電路較簡(jiǎn)單，如圖6所示。

　　1.2.7 報(bào)警模塊

　　報(bào)警模塊采用三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，三極管驅(qū)動(dòng)繼電器并通過(guò)繼電器控制12 V的LED警示燈，原理圖如圖7所示。

　　1.2.8 AT24C64串行存儲(chǔ)器模塊和接觸式IC卡存儲(chǔ)模塊

　　單片機(jī)在工作時(shí)，因某種原因造成突然掉電，將會(huì)丟失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）里的數(shù)據(jù)。雖然單片機(jī)主電源里有大容量濾波電容器，當(dāng)?shù)綦姇r(shí)，單片機(jī)靠貯存在電容器里的能量，一般能維持工作10 ms 左右。為此，要求一旦系統(tǒng)發(fā)生瞬間斷電時(shí)，必須要在小于10 ms的時(shí)間內(nèi)將RAM中的數(shù)據(jù)及時(shí)地轉(zhuǎn)存到EEPROM數(shù)據(jù)寄存器中，以確保車(chē)輛超速信息的完整度。在本系統(tǒng)中，采用AT24C64存儲(chǔ)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

　　IC卡存儲(chǔ)模塊中使用24C64 IC卡對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。AT24C64存儲(chǔ)器及IC卡均通過(guò)I2C總線接口進(jìn)行操作，由于IC卡器件地址只能為默認(rèn)的000，所以通過(guò)將AT24C64的A0接VCC改變其器件地址為001，IC卡座的10管腳與單片機(jī)P3.2引腳連接，使用外部中斷0執(zhí)行插卡后的數(shù)據(jù)讀取操作，LED0為插卡指示燈。原理圖如圖8所示。

　　IC卡 （Integrated Circuit Card，集成電路卡）是繼磁卡之后出現(xiàn)的又一種新型信息工具。IC卡在有些國(guó)家和地區(qū)也稱(chēng)智能卡（smart card）、智慧卡（intelligent card）、微電路卡（microcircuit card）或微芯片卡等。它是將一個(gè)微電子芯片嵌入符合ISO 7816標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式；已經(jīng)十分廣泛地應(yīng)用于包括金融、交通、社保等很多領(lǐng)域。

　　IC卡讀寫(xiě)器是IC卡與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁，在ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中稱(chēng)之為接口設(shè)備IFD（Interface Device）。IFD內(nèi)的CPU通過(guò)一個(gè)接口電路與IC卡相連并進(jìn)行通信。IC卡接口電路是IC卡讀寫(xiě)器中至關(guān)重要的部分，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的不同，可選擇并行通信、半雙工串行通信和I2C通信等不同的IC卡讀寫(xiě)芯片。

　　2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)的軟件采用結(jié)構(gòu)化和模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)軟件系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編程，包括一個(gè)主模塊和3個(gè)子模塊，3個(gè)子模塊分別是鍵盤(pán)掃描、時(shí)鐘程序模塊和I2C協(xié)議程序?？傮w軟件流程圖如圖9所示。

　　主模塊包括單片機(jī)初始化、信號(hào)采集、速度顯示、超速報(bào)警程序以及插卡判斷與執(zhí)行程序；鍵盤(pán)掃描程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)整，為了安全起見(jiàn)只允許在車(chē)輛靜止時(shí)對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整；74HC595驅(qū)動(dòng)顯示程序是將顯示緩沖區(qū)的BCD碼經(jīng)查表譯碼后送數(shù)碼管顯示；I2C協(xié)議程序主要是實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器與單片機(jī)之間數(shù)據(jù)的正確通信。

　　本文介紹了一種基于STC單片機(jī)的車(chē)輛超速報(bào)警系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，論證了該方法的可行性和實(shí)用性，實(shí)驗(yàn)中各項(xiàng)功能正常，運(yùn)行可靠，使用方便，效果好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，具有一定的價(jià)值。