1、基于单片机的智能语音广告牌控制系统摘 要信息社会的到来，使传统的静态广告窗在激烈的市场竞争中显得力不从心，广告进入自动控制时代已经成为必然，本文所设计的智能滚动式语音广告窗就是由单片机控制的一种静态广告 画面转换的自动控制系统，该系统可以将数幅广告画面循环滚动显示，并且每幅广告画面对应一 段语音信息，可以智能识别是否有人观看然后播放与滚动广告画面对应的语音信息 。本设计由单片机 STC89C52 芯片和专用时钟芯片 DS1302、热释红外传感器、WT588 语音模块和 LCD1602 显示屏组成，加上其他外围电路，组成的一个实用的单片机多功能广告控制系统。关键词：单片机，时钟芯片，热释红外感器
2、，语音模块，LCD 显示屏 AbstractThe advent of the information society, the traditional static advertising window in the fierce competition in the market is insufficient, the ads into the automatic control era has become inevitable, the design of the intelligent speech advertisement window is rolling automatic
3、 control system consists of a static advertisement picture conversion MCU control, the system can be the number of advertising pictures circular scrolling, and each advertisement picture corresponds to a voice message, can identify whether the intelligent voice information people watch and then play
4、 with rolling advertisement picture corresponding.This design by STC89C52 chip and clock chip DS1302, pyroelectric infrared sensor, WT588 voice module and LCD1602 display, and other peripheral circuits, a practical single chip multi-function control system composed of advertising.Keywords: Single ch
5、ip, clock chip, pyroelectric infrared sensor, voice module, LCD display目 录第一章 绪 论 .41.1 课题研究的背景和意义 .41.2 智能广告控制系统的功能 .4第二章 设计总体方案论证 .52.1. 智能广告控制系统设计思路 .52.1.1 单片机的方案选择 .52.1.2 数字时钟的方案选择 .62.1.3 人体感应方案 .62.1.4 显示电路的方案选择 .82.1.5 语音模块的方案选择 .102.1.6 步进电机驱动方案 .132.2. 智能广告控制系统方案 .13第三章 系统硬件设计 .153.1 单片机设
6、计方案 .153.2 时钟日历芯片设计 .173.3 语音模块电路的组成 .203.4 LCD 显示电路 .213.5 键盘控制系统的设计 .223.6 步进电机驱动电路 .223.7 人体检测电路 .233.8 电源电路 .24第四章 系统软件设计 .254.1 编程软件 keil .254.2 主程序设计 .254.3 键盘扫描程序 .274.4 步进电机驱动子程序 .284.5 LCD1602 显示子程序 .29设计总结 .30致 谢 .31参考文献 .32第一章 绪 论1.1 课题研究的背景和意义信息社会的到来，使传统的静态广告窗在激烈的市场竞争中显得力不从心，广告进入自动控制时代已经
7、成为必然，本文所设计的智能滚动式语音广告窗就是由单片机控制的一种静态广告 画面转换的自动控制系统，该系统可以将数幅广告画面循环滚动显示，并且每幅广告画面对应一 段语音信息，可以智能识别是否有人观看然后播放与滚动广告画面对应的语音信息 。 1.2 智能广告控制系统的功能随着商品市场的发展，广告从静态走向动态，也进入了自动控制的时代。本课题要求以单片机为核心，设计一个滚动式广告窗系统。该系统能够实现以下功能：1、自动输出多种广告画面；2、能自动识别广告窗前是否有人，若广告窗前有人，则播放语音；没人时，则继续滚动广告画面；3、系统具有时钟显示功能，能够自动精确走时；4、海报的展示时间可调，并可以由设
8、定的时间控制；5、系统具有自我保护功能，出现异常时，能自动停止运行。第二章 设计总体方案论证本智能广告控制系统可分为以下几个模块电路组成：单片机模块，时钟模块，人体检测模块，液晶显示模块，语音模块，步进电机驱动模块，键盘和电源。2.1. 智能广告控制系统设计思路2.1.1 单片机的方案选择在嵌入式领域中有多种微处理器可以选择，比如 FPGA、DSP、单片机、ARM 等，在这些处理器中单片机的价格最低，性能适中，适合此类场合。下面对一些常用的单片机类型进行说明：方案一：51 系列单片机。51 单片机是对目前所有兼容 Intel 8031 指令系统的单片机的统称，其代表型号有 ATMEL 公司的
9、AT89 系列等，Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司也有许多兼容的产品，它广泛应用于工业控制系统、白色家电等领域之中。目前很多公司都有 51 系列的兼容机型推出，在今后很长的一段时间内将占有大量市场。1方案二： AVR 系列单片机。AVR 单片机是 1997 年由 ATMEL 公司研发出的增强型内置 Flash 的 RISC (ReducedInstruction Set CPU)精简指令集高速 8 位单片机。AVR 单片机废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机( CISC)追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作
10、码安排在一字之中，广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。 1方案三： MSP430。MSP430 系列是一个 16 位、具有精简指令集、超低功耗的混合型单片机，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。片上集成了 AD、DA、PWM、LCD 驱动，其比较器 AD 采样方式能达到很高的精度，开发系统也很便宜。缺点是在位操作时有点麻烦，不适合用于逻辑控制以及对功耗不敏感的使用场合。 1从成本、开发的难易程度考虑，选用宏晶公司的 STC89C52 单片机。它是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，
11、具有 8K 可编程 Flash 存储器，与 80C51 产品指令和引脚完全兼容，有 8K 字节的 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，3 个 16 位定时计数器，1 个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口及时钟电路。 22.1.2 数字时钟的方案选择数字时钟是本设计的主要部分，有两种方案可以选择。方案一：本方案采用 Dallas 公司的专用时钟芯片 DS1302。一种低功耗、高性能的实时时钟芯片，附加 31 字节的静态 RAM，利用 SPI 三线接口和单片机进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 RAM 数据。实时时钟
12、可提供年、月、日、星期、时分、秒，每个月小于 31 天时可以自动调整，并且具有闰年补偿功能。工作电压为 2.55.5V 。并采用双电源供电（主电源和备用电源） ，也可设置备用电源充电方式，具有对备用电源进行涓细电流充电的能力。保证了时钟在电源电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作。当电源电压不足或突然掉电时，系统自动转换到外部备用电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，备用电池也能保证芯片的正常运行，可以随时提供正确的时间。 3方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。使用定时中断与软件结合来实现 1 秒定时中断，每产生
13、一次中断，存储器内对应的秒值加 1；当秒值达到 60，则将其清零，并将相应的分值加 1；若分值达到 60，则清零分字节，并将时字节值加 1；当时值达到 24，则将十字节清零。这种方案具有硬件电路简单的特点。然而，每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度较低。而且，因为是软件来实现时钟，当单片机断电时，程序将不再执行，时钟也会停止工作。基于本设计精度的考虑，这里采用方案一完成数字时钟的功能。2.1.3 人体感应方案人体感应模块其实就是热释电红外传感器，它是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在 1938 年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到
14、六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。它目标正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。除了在我们熟知的楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机。电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的机构。开启监视器或自动门铃上的应用。结合摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等。您可以根据自己的奇思妙想，结合其它电路开发出更加优秀的新产品。或自动化控制装置。 4热释电传感器基本知识：热释
15、电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有 T的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷 Q ，即在两电极之间产生一微弱的电压 V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷 Q 会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生 T，则有 T 输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或者动
16、物的活动传感。 由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于 2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于 7m。 使用中应注意以下几点： 第一、直流工作电压必须符合我们要求的数值，过高和过低都会影响模块性能，而且要求电源必须经过良好的稳压滤波，例如电脑 USB 电源、手机充电器电源、比较旧的 9V 的层叠电池都无法满足模块工作要求，建议客户用变压器的电源并经过三端稳压芯片稳压后再通过 220UF 和 0.1UF 的电容滤波后供电。第二、调试时人体尽量远离感应区域，有时虽然人体不在模块的正前方，但是人体离模块太近时模块也能感应到造成一直有输出，还有调试时人体不要触摸电路部分也会
17、影响模块工作，比较科学的办法是将输出端接一个 LED 或者是万用表，把模块用报纸盖住，人离开这个房间，等 2 分钟后看看模块是否还是一直有输出？第三、模块不接负载时能正常工作，接上负载后工作紊乱，一种原因是因为电源容量很小负载比较耗电，负载工作时引起的电压波动导致模块误动作，另一种原因是负载得电工作时会产生干扰，例如继电器或者电磁铁等感性负载会产生反向电动势，315M 发射板工作时会有电磁辐射等都会影响模块。解决办法如下： A、电源部分加电感滤波。B、采用负载和模块使用不同的电压的方法，例如：负载使用24V 工作电压，模块使用 12V 工作电压，其间用三端稳压器隔离。C: 使用更大容量的电源。
18、第四、人体感应模块只能工作在室内并且工作环境应该避免阳光、强烈灯光直接照射，如果工作环境有强大的射频干扰，可以采用屏蔽措施。若遇有强烈气流干扰，关闭门窗或阻止对流。感应区尽量避免正对着发热电器和物体以及容易被风吹动的杂物和衣物。第五、人体感应模块建议安装在密封的盒里，否则可能一直会有输出信号。第六、如果要求人体感应模块的探测角度小于 90 度时，可以用不透明胶纸遮挡镜片或裁剪缩小镜片来实现。第七、人体感应模块采用双元探头，人体的手脚和头部运动方向与感应灵敏度有着密切的联系，而且红外模块的特性决定了无法精确控制感应距离。第八、模块中的探头（PIR）可以装焊在电路板的另一面。也可将探头用双芯屏蔽线
19、延长，长度应在 20 厘米以内为好。本设计使用的 HC-SR501 模块是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口 LHI778 探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，尤其是干电池供电的自动控制产品，用于各类自动感应电器设备。 42.1.4 显示电路的方案选择常用的单片机显示电路分为 LED 显示屏和 LCD 显示屏两大类：方案一：LED 显示屏：是由若干个 LCD 显示屏组成，LCD 显示屏（LED Segment Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形
20、构成的，加上小数点就是 8 个。这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是 a 亮 b 亮 g 亮 e 亮 d 亮 f 不亮 c 不亮dp 不亮。LCD 显示屏有一般亮和超亮等不同之分，也有 0.5 寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为 1.8V 左右，电流不超过 30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一
21、起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用 LCD 显示屏显示的数字和字符是 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。LCD 显示屏要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据 LCD 显示屏的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动 5个数码管静态显示则需要 58=40 根 I/O 端口来驱动，要知道一个
22、 89S51 单片机可用的 I/O 端口才 32 个呢：） ，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 5动态显示：LCD 显示屏动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp“的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O 线控制，当单片机输出字形码时，单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流
23、受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 5方案二：LCD 显示屏：分为段式 LCD 和点阵式 LCD, 对于普通的段式 LCD，需要专门的驱动电路，LCD显示的可视角度较小，本身不发光；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵） ，一般采用并行接口，对微处理器的接口要求较高，占用资源多，但显示内容丰富。LCD160
24、2 液晶显示屏：也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好） 。LCD128642 液晶显示屏：带中文字库的 128X64 是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和
25、128 个16*8 点 ASCII 字符 集 .利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示 84 行 1616 点 阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 5本设计选用显示丰富灵活的 LCD1602 液晶显示屏作为显示模块。2.1.5 语音模块的方案选择方案一：ISD4000 系列语音芯片ISD4000 系列语音芯片是美国 ISD 公司生产的 2.7V3.3V 单电源单片语音录放电路。ISD4000 系列语音芯片采用多电平直接模拟量存储技术。每个取样值直接存储在片内闪存中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声” 。取样频率可分为4.0kHz、5.3kHz、6.4kHz、8.0kHz，取样频率越低，录音时间越长，而音质有所下降，片内信息存于闪存中，可在断电情况下保存 100 年（典型值） ，可反复录音 10万次。 6
