基于單片機的行車記錄儀的設計學士學位論文-資料下載頁

【導讀】的信息做為交通事故發生時的證據，保障受害人的權益。隨著社會經濟的快速發。速等交通違章行為，避免一些不必要的災難。因此，行車記錄儀的出現極大的降。低了交通事故的發生率。熟的地步，或者是技術水平不夠，不能夠得到讓人滿意的效果，或者是費用過高，本畢業設計所設計的行車記錄儀不追求市場上那種強大的功能，它基于。單片機進行設計。通過GPS模塊的天線接收數據，將數據通過GPS模塊處理后。示將信息顯示出來。詳細介紹了單片機的各個引腳功能以及如何實現和其他設備之間的通信。示，以及如何通過鍵盤切換液晶屏顯示的內容，最終實現記錄儀所要完成的功能，即實時記錄車輛的位置與行駛狀態。

　　

【正文】 晶顯示器、圖形液晶顯示器和專業液晶顯示器（如手機、 PDA 等）。 各種顯示器都有自己特殊的功能，每個顯示器都有自己的優點，同時也都有一些小的缺憾，因 此選擇什么樣的顯示器要根據系統需要而定。在本次設計的這個系統中， 要求能夠進行字符、數字的液晶顯示，因此本文選用了可以顯示圖形和字符圖形的液晶顯示器。顯示器的作用主要是為人機交流提供即時的信息，能讓人們與機器可以進行很好的交流。在眾多種類的顯示器中，液晶顯示器作為人機交互的界面受到越來越多人的歡迎。 其中液晶顯示器（ LCD）也分為好多種型號， 按照顯示方式來分 的話，可 以 分為段位式 的 LCD、字符式 的 LCD 以及 點陣式 的 LCD。其中段位式和字符式 的 LCD 只能用于數字和字符的簡單的顯示， 無法顯示圖形和漢字 ； 但是 點陣式液晶 顯示器 就不僅僅是這樣了，它 不僅能夠 清楚完美的 顯示字符和數字等 簡單信息，還可以顯示各種圖形 等復雜的信息 ，除此之外 它 還可以實現屏幕的上下左右滾動等復雜功能。 考慮到本系統只需要顯示字符與數字信息，因此 LCD1602 完全可以滿足設計的要求。因此在本次畢業設計中采用 LCD1602 作為液晶顯示的顯示器。LCD1602 的引腳接口說明如下表： 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業設計 20 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的 點陣 型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等 點陣 字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，也正因如此它不能很好地顯示圖形。 [9] LCD1602 與單片機連接的部分原理圖如下圖所示： 圖 LCD1602 與單片機連接的部分原理圖 第五節 鍵盤模塊 鍵盤是單片機應用系統中使用最廣泛的一種數據輸入設備。鍵盤是一組 按鍵天津科技大學 20xx 屆本科生畢業設計 21 的組合。按鍵通常是一種常開型的開關按鈕，通常情況下，按鍵的兩個觸點處于斷開狀態（開路），按下鍵時它們才閉合（短路）。 鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤由檢測鍵閉合的硬件電路、去抖動的硬件電路以及產生相應鍵編碼的硬件電路和一個選通脈沖組成。選通脈沖可以作為 CPU 的中斷請求信號，以通知 CPU 以中斷的方式接收按下的鍵的編碼。此種編碼鍵盤雖然使用起來很方便，但是它硬件開銷大、電路比較復雜、成本也比較高，因此常常不被單片機系統所采用，在單片機系統中一般是用非編碼鍵盤來代替編碼鍵盤。非編碼鍵盤用一些按鍵排 成行列矩陣，按鍵的作用只是使相應點接通或斷開，在相應程序配合下產生被按鍵的編碼。這種結構的特點是按鍵較少，硬件設計簡單且相應的鍵掃描軟件實現也比較簡單。 非編碼鍵盤按組成結構來分又可以分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤的工作過程與矩陣式鍵盤類似，無論是硬件結構還是軟件設計都比較簡單，每個按鍵占用一條 I/O 線，當按鍵數量較多時， I/O 口利用率不高，但程序編制簡單，適用于所需按鍵較少的場合。 [10] 本次設計的行車記錄儀采用四個獨立按鍵，主要控制液晶顯示屏的翻頁，占用資源少，設計簡單，所以用獨立鍵盤完全可以 滿足要求，單片機與獨立鍵盤的連接的原理圖如圖所示： 圖 單片機與獨立鍵盤連接的原理圖 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業設計 22 第四章 行車記錄儀系統的軟件設計 第一節 編程語言的選擇 汽車行駛記錄儀軟件部分主要是結合硬件系統來實現整個記錄儀的各項功能。軟件部分主要是由編程語言來實現，對于單片機的系統的軟件設計來說，我們可以用匯編語言和 C 語言程序來實現單片機系統的軟件功能。 匯編語言（ Assembly Language）是一種面向機器的程序設計語言。它用助記符（ Mnemonic）代替操作碼，用地址符或標號代替指令 或操作數的地址，如此就增強了程序的可讀性，且降低了編寫難度，像這樣符號化的程序設計語言就是匯編語言，因此亦稱為符號語言。 [10] 匯編語言是面向機器的語言，是最底層的語言，因此他被稱為低級語言。匯編語言通常是為特定的硬件系統而專門設計的。因此，處理器不同，采用的匯編語言語法和編譯器也就不一樣，不同的編譯的程序無法在不同的處理器上執行，可移植性非常差；而且想要從匯編語言代碼上理解程序設計的想法或者是意圖那是非常困難的，因此也就導致了它的可維護性非常的差，即使是完成簡單的工作也一定要編寫大量的程序代碼，這樣的話 產生 bug 那是很正常的，調試工做也就理所當然的變得很困難；使用匯編語言必須對某種處理器做到特別的了解，而且只能針對特定的體系結構和處理器進行優化，開發效率特別的低，周期特別長并且特別單調乏味。 相比于匯編語言的這些缺點，基于單片機的 C 語言的程序設計完全解決了匯編語言的這些缺點。 C 語言是一種面向過程的程序設計語言， [17]它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的優點。它把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來。即可以像匯編語言一樣對計算機最基本的工作單元位、字節和地址進行操作，又可以作為工作系統設 計語言，編寫系統應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。它的應用范圍廣泛，具備很強的數據處理能力，不僅可以用在軟件開發上，編寫系統軟件，也可以用于硬件系統的開發，具體應用比如單片機以及嵌入式系統開發等。 C 語言功能齊全、適用范圍廣、簡潔緊湊、靈活方便、表達方式靈活實用，允許直接訪問物理地址、對硬件進行操作、生成目標代碼的質量高，程序執行效率高、可移植性好、表達力強。雖然在數據的封裝性上， C 在數據的安全性有很大缺陷，但這對這次要完成的記錄儀的軟件設計沒有一點影響，考慮到這些因素，在這次的軟件設計中我們用 C 語言做為主要編程語言。 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業設計 23 第二節 主程序的設計 主程序的名稱為 Main()，主要完成系統的初始化工作，然后進入一個無限期的循環，在這個循環中，主要有判斷語句來判斷來自鍵盤的信息，還有確定 GPS輸入信號是否為有效信號的語句，根據鍵盤輸入的信息并且判斷接收到的信息是否有效，都成立的話，在液晶屏上顯示相應的接收到的來自 GPS 模塊的內容。如果數據無效，返回初始化。程序的流程圖如下所示： 圖 主程序流程圖 主程序內容見附錄。 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業設計 24 第三節 GPS 接收模塊的軟件設計 GPS 模塊的程序的軟件設計主要是初始化 GPS 模塊的信息，判斷 GPS 模塊初始化是否準備完畢，準備完畢則接收數據，進行數據解析，如果沒有初始化完畢的話，延遲一段時間，繼續判斷 GPS 模塊是否準備完畢， 直到 初始化完成結束，才開始執行下面的步驟。由于 GPS 冷啟動時，初始化的時間比較長，大概為 30S 左右，所以延遲應該設置的長一些，讓 GPS 有充分的等待時間。 GPS 模塊程序設計的流程圖如下圖所示： 圖 GPS 模塊程序設計的流程圖 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業設計 25 第四節 數據存儲模塊的軟件設計 汽車行駛記錄儀所需要存儲的數據有車速信息、海拔高度信息、經緯度信息等汽車的位置信息以及實時的時鐘信息。數據存儲任務的流程圖如圖所示，首先在開始要完成對存儲器的初始化，第一次運行該程序時，首先要對 EEPROM 進行全片擦除工作。在以后的程序運行中，初始化后首先應等待消息并判斷所接受到的消息的類別，然后按照時間、車速、經緯度，海拔和水平面高度的順序進行數據存儲，在數據的存儲時首先要判斷存儲空間是否已滿，滿的話先用串口通信方式把所有的存儲數據發送給 PC 機，并將他們全部存儲，然后 進行 EEPROM的擦除工作。如果存儲器還有存儲空間的話，則存儲數據。 圖 數據存儲流程圖 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業設計 26 第五節 鍵盤和液晶顯示模塊的軟件設計 顯示器根據鍵盤按鍵的不同，可以顯示出不同的內容；按鍵的作用主要控制液晶屏的翻頁。在默認顯示狀態，可顯示 GPS 的初始化信息，當初始化完畢后，通過按鍵選擇，可以分別顯示出當前的日期和時間，汽車的行駛速度，當前位置的經度和緯度以及海拔高度和水平面高度等信息。鍵盤和液晶顯示模塊的程序流程圖如下圖所示： 圖 鍵盤和液晶顯示模塊的程序流程圖 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業設計 27 結 論 在兩個多 月的時間里，經過閱讀大量的文獻，借鑒各國的前輩們設計的行車記錄儀的經驗，經過方案評估，電路設計，調試和總結等階段，并且在自己不斷的努力和同學們的幫助下，最終完成了這個基于單片機的行車記錄儀的產品的設計。經過最終的調試和測試，在本次設計的行車記錄儀可以完整的實現計劃當初所需要實現的功能。即利用 GPS 模塊接收信號和單片機的處理最終可以在液晶屏上顯示汽車當前的位置信息以及車輛的行駛狀態和當前的日期和時間，并且可以用鍵盤來控制液晶屏顯示的內容。 本課題涉及的知識面較廣，涵蓋了通訊系統， GPS 系統，和單片機系統設計等方方面面的知識。通信系統的知識包括對接收到的數字信號的處理， GPS 方面的知識主要包括 GPS 系統的構成和工作原理， GPS 定位儀的設計原理和方案等。單片機系統方面的知識主要包括微處理器的工作原理，單片機系統硬件的設計和調試，應用軟件的設計和測試等等。除此之外，實際工作中還需要學習一些實用的知識，例如不同集成電路芯片的設計指南，包括微控制器 STC90C51RD+， GPS接 收 模塊 NEO5Q 以及其他一些存儲器，外設等芯片的使用和設計指南。同時一些 必要的工具也必須要學習和掌握，比如說硬件電路原理圖和印制板圖繪制工具 Protel等。 [11]這些東西好多對我來說都是首次接觸， 如果想要對它們靈活運用就必須將它們 完全消化 吸收 。因此參閱大量文獻 是必不可少的一項工作 ， 除此之外我們還可以 從網上獲取 一些 最新的硬件設計開發指南和 相關的 芯片開發手冊等資料 。在工作中 也要 向老師和同學 多多的請教 ，通過系統的學習和 實踐 的鍛煉，積累 一定 的基礎知識和 提高自己 實際開發 的 技能。 完成畢業設計的過程并不是一帆風順的，除了在閱讀資料時，遇到了大量的外文文獻，讓自己看得一頭霧水，在進行的產品 的最終的調試的時候也碰到了很多的困難。例如，在調試液晶顯示屏顯示內容的時候，液晶屏只是會亮，但是不出現任何的內容，反復查程序的錯誤所在，卻沒有一點收獲，后來在無意中發現原來是液晶屏電路圖看錯了導致引腳插反，導致在液晶屏上看不到任何的內容。還有一次，鍵盤模塊可以很好的控制液晶屏的換頁，單片機也可以將輸入的數據從液晶屏中顯示出來，但是當接收到來自 GPS 模塊的信號時，卻不能將數據很好的從液晶顯示器輸出，開始以為 GPS 模塊的數據沒有輸入到單片機中，但是經過了串口輸入的調試發現數據可以很好的進行傳輸，在發現硬件好多都 沒問題之后，又對軟件設計進行檢查，發現沒有一點問題。當時就覺得，做一個產品，想法很容易想出來，但是調試過程真是特別的難。雖然問題很難，但是我以及幫助我的同學們沒有一點放棄，最終經過各種測試，發現原來是單片機晶振的原因，單片機的時鐘頻率和接收到的 GPS 模塊的數據的頻率不一致，導致 GPS 數據不天津科技大學 20xx 屆本科生畢業設計 28 能很好的接收。在換過晶振之后，單片機可以很好的接收來自 GPS 模塊的數據并且在液晶屏上顯示出來。 雖然本次的題目做了出來，但是由于設備以及開發者本人能力的關系，設計完成的產品還有特別多的不足。例如存儲模塊，本次使用的存儲模塊 為 EEPROM存儲器， EEPROM 的特點是存儲空間小并且存儲速度慢，雖然對于本次的設計影響不大，但是當設計一個更好一點的行車記錄儀的時候， EEPROM 就遠遠不能滿足要求，這就需要存儲空間更大存儲速度更快的存儲器來代替它。還有液晶顯示模塊，由于資源的原因，這次使用的液晶屏為 1602，只能用來顯示字符和數字，遠遠不能滿足行車記錄儀的國標要求。假如換成彩色液晶屏來實現內容顯示的話，只是用單片機又是不能實現的，必須換成處理速度更快內存空間更大的處理設備，例如基于 32 位嵌入式系統的行車記錄儀的設計。 本次的畢業設計在 忙碌與歡笑中完成了，經過了這段過程，我學到了很多的東西。在本次的畢業設計中，我了解了行車記錄儀的發展史以及國內外的研發現狀，知道了行車記錄儀設計的國家要求，也知道了行車記錄儀對我們生活的重要性，讓我更進一步的對行車記錄儀有了一定的了解，開始只是弱弱的認為行車記錄儀只是一個汽車導航設備。同時在這次的課題中我還學習到了國內外關于電子領域的研究經驗，更深一步的把自己在大學中學到的知識同實踐聯系了起來，讓我對單片機， GPS，液晶顯示，存儲器有了更徹底的了解，對我以后的發展一定會起到不一樣的影響。 本次設計的產品并不 是完美的，他只是我在大學中學習到的知識的簡單運用。現在電子技術的快速發展及汽車功能的不斷擴展，汽車行駛記錄儀不斷的推陳出新，會有更多