车载语音提示系统.docx
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车载语音提示系统
摘要
随着社会经济的发展和交通运输业日益兴旺,汽车数量在大幅攀升,交通拥挤状况也日趋严重,加上超速驾驶,错误估计车距等主观的原因,交通事故频频发生,造成了不可避免的人身伤亡和经济损失。
针对这种情况,设计一种响应快,可靠性高且较为经济的汽车预警系统势在必行。
当今电子技术的发展日新月异,汽车传感技术是随着汽车电子的发展而发展起来的一种技术。
汽车传感器是汽车电子控制系统的输入装置,汽车传感器可对温度、压力、位置、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动等信息,进行实时、有效而准确的测量和控制。
为了增强系统的辅助驾驶功能,一种具有语音功能的智能车载语音系统技术快速发展起来,该系统采用单片机为控制核心,配以传感器单元、显示、扬声器等几个部分,实时对汽车状态进行监控,并在出现告警情况时语音提示驾驶员。
本文首先对车载语音提示系统的现状及发展进行了简要描述,然后对传感器电路设计及信号采集原理等进行了分析,在理论分析以及ISD语音芯片分析的基础上,设计了基于AT89S52的单片机,通过传感器采集汽车状态参数,控制ISD4002语音芯片提示报警的车载语音提示系统。
由于汽车传感器还要经受来自发动机内部的各种干扰,以及行驶过程中的路况引起的振动,因此我们对传感器的设计要求极为苛刻,传感器必须具有稳定性和精度高、响应快、可靠性好、抗干扰和抗震能力强、使用寿命长等特点。
硬件设计部分主要包括ISD语音芯片外围电路、单片机外围控制电路,信号采集电路(传感器);软件设计部分主要是语音回放的软件编程。
其中信号采集电路的设计和ISD语音器件语音提示报警程序的实现是本次软件设计部分的重难点。
本次设计出的基于ISD语音芯片的语音提示系统具有成本低、音质好、开发周期短,在车载安全系统可以很好的应用。
仿真结果表明,该系统设计方案合理可行,参数实时性好,具有语音清晰、成本低廉、抗干扰性强等特点,可以广泛应用于各种车辆仪表中。
关键词:
单片机;传感器;语音报警;红外传输;车载
摘要
Abstract
第1章绪论1
1.1引言1
1.2国内外发展现状2
1.3本文研究的内容4
1.4论文结构安排4
第2章系统组成及工作原理4
2.1车载语音提示系统组成5
2.2车载语音提示系统原理6
2.2.1语音分解和合成6
2.2.2汽车用传感器8
第3章系统硬件电路设计思想10
3.1信号采集模块设计12
3.1.1油量(水位)信号采集电路及工作原理13
3.1.2车速信号采集电路及工作原理14
3.1.3安全带信号采集电路及工作原理15
3.1.4倒车安全提示电路及工作原理16
3.2语音模块电路设计18
3.2.1ISD4002芯片介绍18
3.2.2ISD4002外围控制电路的设计22
3.2.3ISD4002与单片机接口电路设计23
3.3单片机外围电路的设计24
3.3.1AT89S52芯片介绍24
3.3.2单片机复位电路27
3.3.3时钟振荡器28
3.4系统电源电路的设计29
第4章系统软件设计30
4.1程序设计思路30
4.2各模块程序流程图30
4.2.1主程序流程设计30
4.2.2ISD4002语音芯片操作模式31
4.2.3报警子程序设计33
第5章系统制作与调试34
5.1硬件电路的调试34
5.1.1总体特点34
5.1.2电路划分34
5.1.3焊接35
5.2调试35
第6章结论37
参考文献38
致谢40
附录141
附录242
第1章绪论
1.1引言
汽车是现代社会发展中的一种重要的交通工具,虽然汽车给现代的生产生活带来了众多的便捷,但与之同时汽车驾驶安全问题日益凸显,其中倒车、超速就是典型。
交通事故的发生必然会带来一定程度的经济损失和人身伤害。
针对这种现象,开发一套车载语音提示系统显得尤为重要的作用[1]。
本系统可以辅助汽车驾驶者对影响汽车行驶安全的物理状态进行实时监控,在危急情况下提醒驾驶员注意安全,防止汽车意外事故的发生。
如何实时有效监控汽车状态和及时提供语音报警成为我们首要解决问题。
汽车传感器技术是汽车电子技术的核心之一。
汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源,是汽车电子控制系统的关键部件,也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一,传感器的技术水平决定了汽车控制系统的性能。
由于本系统车载使用,要经受来自发动机内部的各种干扰,以及行驶过程中的路况引起的振动,必须要求系统必须具有稳定性和精度高、响应快、可靠性好、抗干扰和抗震能力强等特点。
论文中系统模型为车辆安全预警提示系统提供了一套可行的解决方案,系统运用单片机技术与语音芯片及传感器应用技术交叉融合.进行优化设计,利用传感器检测汽车在各种运行状态下器件的工作参数,经过数模转换将电信号后送SCM,进而发出指令,控制语音模块实现实时安全语音提示[2]。
其中信号采集模块集信号采集和A\D转换为一体,简化了硬件外围电路设计,而且降低了成本,更加经济化。
随着系统功能完善,基于安全技术的车载监测系统必将得到更多应用和肯定。
1.2国内外发展现状
在车载语音提示系统出现以前,汽车行驶安全问题都得靠驾驶员自己判断。
而当今电子技术的发展日新月异,电子技术在车载安全系统被广泛应用并已取代了传统机械提示系统。
近30年来,汽车产品发展和技术进步所取得的重大成就几乎每一项都和汽车电子技术的应用相关。
可以说,汽车电子化程度的高低已成为衡量汽车综合性能和现代化技术水平的重要标志。
自50年代,电子技术开始进人了汽车领域。
1958年,已有人研制成功燃油喷射装置,随后又开始研制汽车发动机上的各种电子控制系统。
当时主要是电子管产品,因体积大,成本高而未能进人实用阶段。
60年代,半导体器件在汽车电子产品中获得应用1960年,美国克莱斯勒公司和摩托罗拉公司共同开发的交越发电机整二极管,选到了大量生产的水平,完全取代了直流发电机,至今仍在采用。
不过,近几年已出现雪崩型整流二极管,可避免二极管大电流击穿失效,可靠性得到提高,不久将有可能替代目前用的整流二极管。
1964年,美国通用汽车公司和福特汽车公司首先采用晶体管点火装置,1987年实现集成化,但由于成本高,可靠性差,使其推广应用受到阻碍。
70年代,微处理器使汽车工业产生划时代的变革。
微处理器的出现,才使汽车发动帆的电子控制得到了长足发展。
特别是1976年,美国通用汽车公司将微处理器成功地应用在汽车发动机的系统控制上,使传统的机械式结构汽车发生了巨大变化。
1973年美国通用汽车公司第一次在汽车上采用电子点火装置以来,从此,汽车电子技术的发展十分迅速,已由少数零部件扩大到许多总成及整车,微处理器在汽车上的应用迅速地发展并普及起来。
微处理器的应用范围已由发动机控制系统发展到安全系统、速度控制系统、自动故障诊断系统等。
并在向更广泛的应用平台发展。
80年代,汽车电子技术迅速发展,微处理器使汽车性能改善、功能增加,引起汽车行业采用电子技术的兴趣,大大推动了汽车电子产品的发展。
汽车音响系统、车载信息系统,电子化仪表显示系统等方面相继开发出一系列新产品。
如今,汽车电子产品已广泛应用于发动机、传动、悬架、制动、仪表等系统。
今后汽车电子技术发展的重点将是系统模型、电源系统、多通道信息处理系统、汽车电子软件及故障自诊断、智能化技术等[3]。
展望汽车电子技术的发展,现代汽车电子从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入一个有本质性提高的新阶段,其中最有代表性的核心器件就是传感器。
随着汽车半导体技术的发展,汽车会变得越来越人性化,甚至会实现全部功能的电气化,操作更加舒适、方便、环保,汽车的安全、环保、娱乐等需求推动着汽车传感器市场快速发展。
目前,随着国际汽车电子产品市场的成熟,带动了还处于发展不成熟阶段的我国汽车电子产业的发展。
中国汽车电子产业正快速成长起来,并将成为我国又一个新的独立的支柱产业。
我国汽车电子企业现正处于起步发展阶段,应用层次落后,与国外差距明显与国外汽车电子产品相比,我国汽车电子产品的应用层次十分落后。
虽然我国企业也能自主开发出一些产品,但总体水平与国外相比差别很大,与国际先进水平相比,要落后10~15年。
主要差距是在电子控制单元的软硬件、系统的可靠性和控制精度方面,企业的技术主要来源于国外,而且虽然某些产品已形成一定的生产能力,但是规模化大生产还未形成[4]。
我国汽车工业起始于50年代,已有近40年历史,以载重汽车为主,国产车型汽车上电子产品的应用比例很小。
据悉,1988年每辆日产汽车的电子产品产值为109元,1984年为130元,1985年为169元。
无论是电子产品在汽车上的占有率还是增长率,都远低于美国、日本、欧洲等发达国家。
国产车上应用较多曲电子产品限于交流技电机用整流二极管、倒车报警器、晶体管闪光器、间歇刮水继电器及电压调节器等简单产品。
目前此类产品的生产厂家有四、五十家,这些厂家的规模和生产能力没有一家能形成规模经济,而且产品技术档次、质量和可靠性与国外同类产品都不可比。
尽管目前开发的产品技术水平还不高,真正能提高汽车性能和动力性能的产品还不多,真正达到汽车装车实用要求的产品也不多,但可看出我国汽车电子产品已在悄俏地起步发展了。
展望我国汽车电子产品的发展。
到2000年我国将要形成年产170万辆汽车的规模,其中轿车的年产量为90万辆。
无论是引进车型的国产化还是国产车的电子化都需要大量可靠的、价廉质优的电子产品。
可见,我国汽车电于产品具有广阔的市场前景。
1.3本文研究的内容
本课题以数字化语音技术的实际应用为背景,阐述了使用单片机控制ISD4002实现语音提示报警,所做的工作主要有以下几方面:
(1)概括车载语音提示系统的原理与组成。
(2)设计ISD4002语音芯片外围电路、单片机控制电路电路等基本组成部分。
(3)设计合理的信号采集电路,红外传输模块。
(4)使用C语言编写相应的程序,制作硬件实物,进行调试。
基于以上几个方面的内容来研究设计一种基于AT89s52单片机及ISD4002语音芯片的车载语音提示系统。
系统硬件设计系统硬件设计主要是完成汽车数据的实时采集、数据传输、语音提示等功能。
我们要解决的问题主要包括如何设计合理的传感器电路来采集汽车油量、液位、车速及测距系统的信号;最终将信号采集模块,SCM控制模块,语音报警模块三部分整合为一个整体,使之能正确有效的进行语音报警提示[6]。
1.4论文结构安排
本文将从硬件和软件两个部分进行论述。
论文第2章对研究内容作整体性原理阐述,从总体上给该系统所需的理论支持,论述系统组成结构及设计原理。
第3章硬件部分重点是信号采集电路的设计和语音芯片及外围电路的设计。
信号采集电路设计集信号采集和数模转换为一体,简化系统外围电路。
这一章主要论述4个汽车不同部位工作状态参数相对应合适的信号采集电路设计。
第4章软件部分重点是ISD4002语音芯片的调试程序。
第5章主要是硬件电路焊接及软硬件程序调试。
第2章系统组成及原理
2.1车载语音提示系统组成
车载语音提示系统框如图2-1:
图2-1车载语音提示系统总体结构框图
车载语音提示系统关键设计包括硬件和软件两部分的设计。
硬件设计又包括:
信号采集系统,c51单片机控制,报警电路三部分:
[1]信号采集模块:
对于汽车不同部位的状态参数,设计了不同电路采集信号,并将信号通过红外模块传输给SCM。
[2]单片机控制中心:
对接收到的信号进行分析,满足一定预定值后,产生一个处理信号,触发报警电路报警。
[3]报警电路:
当车速超过一定数值或油量不足时,单片机发出一个信号,触发报警电路(语音提示和警示灯亮)。
数字式智能车载仪表的控制核心要求具有强大的数据采集能力,复杂
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- 车载 语音 提示 系统