李明娟， 胡 波，劉偉波

(濱州學(xué)院 a. 飛行學(xué)院； b. 光電工程系， 山東 濱州 256603)

?

基于單片機(jī)的防公車私用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李明娟a， 胡 波a，劉偉波b

(濱州學(xué)院 a. 飛行學(xué)院； b. 光電工程系， 山東 濱州 256603)

以兩片AT89S52單片機(jī)為主控制器，利用單片機(jī)控制和無(wú)線傳輸?shù)挠嘘P(guān)知識(shí)，結(jié)合降壓、單片機(jī)最小系統(tǒng)和系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)等電路設(shè)計(jì)出一款集機(jī)車自鎖、機(jī)車狀態(tài)信息采集、信息傳輸和信息顯示于一體的防公車私用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)理念，電路相對(duì)簡(jiǎn)單、集成度高、易于制作、安裝方便、可靠性高且價(jià)格較低，適宜大規(guī)模推廣。本系統(tǒng)具有耐用性強(qiáng)、靈活性好、安全系數(shù)高、方便升級(jí)的特點(diǎn)，并且可安裝在不同品牌的汽車上，有助于保證駕駛員的安全性。

AT89S52單片機(jī)； 公車私用； 無(wú)線傳輸； 模塊化設(shè)計(jì)

0 引 言

公車私用問(wèn)題一直是和腐敗聯(lián)系在一起的，公車私用問(wèn)題的嚴(yán)重性也隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷加深。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)要求公車改革的聲音不絕于耳，說(shuō)明公車管理存在諸多問(wèn)題和漏洞[1]。從最初的制度防治，到最近幾年的技術(shù)防治，無(wú)論哪種方式都沒(méi)有起到預(yù)期的目標(biāo)[2]。盡管近年來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)公車私用控制和管理的力度，許多地方也紛紛出臺(tái)相應(yīng)的“禁令”，一些地方也先后推行了新一輪的“車改”，可公車私用之風(fēng)依然沒(méi)有得到根治[3-6]。這不僅給國(guó)家造成巨大損失，而且政府部門工作人員的形象受到嚴(yán)重破壞，人民群眾也大都把這看成是一種貪污腐敗的行為[7]。目前，防治的手段也不斷推陳出新。但由于成本和技術(shù)復(fù)雜等原因，能夠大規(guī)模推廣的防公車私用的系統(tǒng)幾乎沒(méi)有，不能滿足當(dāng)前的需求。所以，市場(chǎng)對(duì)一種技術(shù)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單可靠的防止公車私用系統(tǒng)的需求就顯得十分迫切。這樣的系統(tǒng)既可以節(jié)約財(cái)政開支，又能在一定程度上有效防止貪污腐敗。

1 系統(tǒng)組成及基本工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)整體分為兩大部分：接收端和檢測(cè)端。其具體包括微控制器模塊、機(jī)車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)模塊、語(yǔ)音提示模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、顯示模塊和信息記錄模塊共6個(gè)部分。

1.2 基本工作原理

防公車私用系統(tǒng)以兩片AT89S52單片機(jī)為主控制器，分別作為接收端和檢測(cè)端。

(1) 檢測(cè)端。用黑白線傳感器檢測(cè)公車運(yùn)動(dòng)情況，當(dāng)公車開始運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)記錄小車轉(zhuǎn)的圈數(shù)來(lái)計(jì)算小車運(yùn)行的里程；BMP5008語(yǔ)音模塊作為一種提示性的器件通過(guò)語(yǔ)音提示使用戶能更好更容易地獲知公車是否被允許開動(dòng)，使人機(jī)關(guān)系更加和諧；通過(guò)NRF24L01無(wú)線傳輸實(shí)時(shí)傳輸公車的使用狀態(tài)并將里程數(shù)實(shí)時(shí)傳給接收端，以便工作人員可以隨時(shí)確定公車是否被私用[8]。

(2) 接收端。通過(guò)NRF24L01將發(fā)送端發(fā)送的公車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及公車運(yùn)行的里程數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，將相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)接收端單片機(jī)控制的LED顯示屏進(jìn)行顯示，以便于工作人員記錄公車的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行里程數(shù)，方便日后查詢用。

2 軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 微控制器模塊

AT89S52是一種功耗低、高性能CMOS 8 b微控制器，具有8 kB系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。其使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 b CPU和在系統(tǒng)可以編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案[9-11]。

2.1.2 機(jī)車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)模塊

考慮實(shí)際所需，本設(shè)計(jì)選擇光電傳感器。此處采用黑白線傳感器，接口少檢測(cè)方便，且有效探測(cè)距離遠(yuǎn)，一旦機(jī)車啟動(dòng)便會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)供單片機(jī)檢測(cè)機(jī)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[12]。

2.1.3 語(yǔ)音提示模塊

BMP5008語(yǔ)音錄放板使用專門用于錄音控制的芯片加上全新的設(shè)計(jì)思路，使用不同容量的Flash可得到0.5～32 min的錄音容量；并且有8 kHz和12 kHz兩種樣式的采樣頻率可供用戶選擇。該語(yǔ)音版自帶MIC/LINE IN 線路輸入口，多種錄音都可與其連接。并且自帶穩(wěn)壓電路，5 V或6 V的電壓直接可以輸入使用；主芯片本身就攜帶0.5 W 功放；并且已錄錄音信息斷電后會(huì)自動(dòng)保存。用戶可隨便定義6個(gè)I/O端口的觸發(fā)功能為單段觸發(fā)放音或是62段地址選段放音。這種錄音板應(yīng)用簡(jiǎn)單且具有較大的容量，單片機(jī)控制簡(jiǎn)單?？紤]到其具有較好的錄音功能特性并且控制方便，本設(shè)計(jì)采用BMP5008語(yǔ)音錄放板[13]。實(shí)物如圖1所示。

圖1 BMP5008錄放板接線示意圖

2.1.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊

采用NRF24L01無(wú)線收發(fā)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，NRF24L01無(wú)線收發(fā)芯片具有功耗低、控制簡(jiǎn)單、可自動(dòng)處理字頭的優(yōu)點(diǎn)，不僅有利于單片機(jī)間的數(shù)據(jù)通信而且體積小不會(huì)妨礙機(jī)車的運(yùn)行。由于本設(shè)計(jì)要求能對(duì)機(jī)車進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，所以選擇NRF24L01為數(shù)據(jù)收發(fā)裝置。

2.1.5 顯示模塊

采用(128*64)圖形漢字兩用液晶作為主要顯示工具。液晶顯示功耗低，輕便防震。接口電路簡(jiǎn)單，可以和單片機(jī)直接相連，采用液晶顯示界面友好清晰，顯示信息豐富。為了避免占用大量I/O口，決定采用串行輸出方式，缺點(diǎn)是價(jià)格有些高，編程較難[14-15]。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 程序設(shè)計(jì)步驟

本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)最主要的兩個(gè)模塊：無(wú)線接收模塊和無(wú)線發(fā)送模塊。雖然程序設(shè)計(jì)較復(fù)雜，但制定好計(jì)劃，可以將其條理化、簡(jiǎn)單化。其步驟概括如下：

(1) 明確系統(tǒng)要求，選擇算法。對(duì)于復(fù)雜的問(wèn)題，要將其化繁為簡(jiǎn)，抽絲剝繭，理清頭緒，就可以逐步制定出大致方略，選擇出合適的算法。

(2) 繪制流程框圖。程序流程圖簡(jiǎn)單、直觀卻又包含了所有重要的信息，可以一目了然地查看進(jìn)程，防止出錯(cuò)與漏項(xiàng)。

(3) 編寫程序。依據(jù)程序流程圖對(duì)程序進(jìn)行編寫，采用簡(jiǎn)短有效的程序語(yǔ)言完成系統(tǒng)所要求的功能，并使之完整流暢，渾然一體。

2.2.2 系統(tǒng)部分程序

#include "stm32f10x.h"

#include "stm32_eval.h"

#include "stm32f10x_adc.h"

#include "stm32f10x_dma.h"

#include "iic.h"

#include "stm32f10x_tim.h"

#include "stm32f10x_gpio.h"

#include "stm32f10x_it.h"

#include "chaoshengbo.h"

#include "USART.h"

#include

#define pwm1 TIM1->CCR1

#define pwm3 TIM1->CCR3

#define pwm4 TIM1->CCR4

int main(void)

{

unsigned char i;

u8 count,ave1=0,ave2=0,b=1;

uint16_t data;

system_init();

while(1)

{ GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12); GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);

GPIOB->IDR=GPIOB->IDR&0x000F;

data=GPIOB->IDR;

if((data&1<<0)&&(b==1))

{ GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_8);

pwm1=1650;

pwm3=1650;

for(i=0;i<200;i++)

{

pwm1=pwm1-2;

pwm3=pwm3-2;

Delay(40);

}

b++; GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_8);

}

if((data&1<<1)&&(b==2))

{

pwm1=1250;

pwm3=1250;

for(i=0;i<255;i++)

{

pwm1=pwm1+2;

pwm3=pwm3+2;

Delay(40);

}

b++;

}

if((data&1<<2)&&(b==3))

{ GPIO_ResetBits(GPIOE,

GPIO_Pin_9);

pwm1=1760;

pwm3=1760;

for(i=0;i<125;i++)

{

pwm1=pwm1-2;

pwm3=pwm3-1;

Delay(40);

}

b++;

GPIO_SetBits(GPIOE,

GPIO_Pin_9);

}

if(result1<40)

{ GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_6);

}

}

}

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)AT89S52，經(jīng)過(guò)查閱資料、設(shè)計(jì)電路、編寫程序等步驟最終設(shè)計(jì)出一種能夠有效防止公車被私用的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)接收端就會(huì)接收到發(fā)射端傳來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及變化。本系統(tǒng)與市場(chǎng)上現(xiàn)有的同類產(chǎn)品相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低、易于大規(guī)模推廣、采用模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方案，使系統(tǒng)具有相對(duì)獨(dú)立性，有利于實(shí)現(xiàn)跨系列產(chǎn)品間的模塊的通用。但是，由于本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)NRF24L01進(jìn)行的，其存在傳輸距離短，抗干擾能力不強(qiáng)，保密性不高等不足。今后在技術(shù)方面可嘗試加入GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這樣只要是有手機(jī)信號(hào)的地方系統(tǒng)就可以發(fā)揮功效，此方面的研究有待今后進(jìn)一步開展。

[1] 董仲舒.公車私用：歐洲付費(fèi)，美國(guó)處罰[J]. 文史博覽，2014(1):62-63.

[2] 張?jiān)鰪?qiáng).我國(guó)公車治理的再思考—抽薪之策：依法界定和嚴(yán)懲公權(quán)力腐敗[J].河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，13(2):89-93.

[3] 高小平.政府管理與服務(wù)方式創(chuàng)新[M].北京:國(guó)家行政學(xué)院出版社，2011.

[4] 樊新新.我國(guó)公車改革的問(wèn)題及對(duì)策分析[J].大眾文藝，2011(4):179.

[5] 曾 力.我國(guó)公車消費(fèi)現(xiàn)狀、問(wèn)題及對(duì)策研究[J].現(xiàn)代商業(yè)，2012(21):101.

[6] 陳 雷，李國(guó)正，梁紅超.中國(guó)公車使用現(xiàn)狀及改革的政策工具分析[J].長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2013,14(3):6-7.

[7] 周訓(xùn)超. 查處公車私用過(guò)程中存在的問(wèn)題及思考[J].理論與當(dāng)代，2012(7):40-41.

[8] 何希才,薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[9] 燕麗紅, 王飛飛,楊 星. 基于AT89S52的智能家居門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2013,21(22):137-140.

[10] 陳京培, 徐永梅. 基于AT89S52 單片機(jī)的液晶顯示控制電路設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008(22):22-25.

[11] 張志良. 單片機(jī)原理與控制技術(shù)[ M ].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2001.

[12] 陳黎敏.傳感器技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[13] 王立明.提高單片機(jī)儀器儀表抗干擾的綜合措施[J].測(cè)控自動(dòng)化，2004(5):38- 39.

[14] 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程[M].北京:電子工業(yè)出版社，2010.

[15] 焦娟麗,郭學(xué)良.液晶顯示器在單片機(jī)控制 系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代顯示，2006(9):39- 42.

Design of Prevention System for the Private Use of Official Vehicles with MCU

LIMing-juana,HUBoa,LIUWei-bob

(a. Flying College; b. Department of Opto-electronic Engineering, Binzhou University, Binzhou 256603, China)

This design with two pieces of AT89S52 microcomputer as the master controller, and uses knowledge of SCM control, wireless transmission, step-down circuit, the smallest single-chip system circuit, system driver circuit to achieve the function of prevention of the private use of office vehicles. This system holds many functions such as motorcycle self-locking, status information collection, information transmission, information display. This system uses modular design concept, and its circuits are relatively simple, high integration, easy to make and install, high reliability, low price, suitable for large-scale promotion.

AT89S52 microcomputer; private use of official cars; wireless transmission; modular design

2014-09-01

國(guó)家“本科教學(xué)工程”大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地建設(shè)項(xiàng)目(284)；山東省高等學(xué)校教改立項(xiàng)項(xiàng)目(2012488)；濱州學(xué)院實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(BZXYSYXM201202)

李明娟 (1980-)，女，山東博興人，碩士，講師，研究方向：主要從事航空電子技術(shù)方面的研究。

Tel.：15865205625； E-mail：mingjuanli2008@163.com

U 463.5

A

1006-7167(2015)05-0123-03