1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/第25卷 第2期2010年4月液 晶 与 显 示Chinese Journal of Liquid Crystals and DisplaysVol125 ,No12Apr. ,2010文章编号:100722780(2010)0220225205具有液晶显示及语音提示功能的智能电动车设计徐正平1 ,2,葛文奇1,王晓坤3,李友一1,许永森1,李 军1,黄 浦1(1.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春
2、 130033 ,E2mail :xuzp090 ;2.中国科学院 研究生院,北京 100039 ;3.空军航空大学,吉林 长春 130022)摘 要:为实时获取智能电动车的状态信息,将液晶显示器及语音芯片应用于智能电动车系统。智能电动车由两个模块组成:电动车模块和无线控制模块。无线控制模块向电动车发送命令,电动车依据接收到的命令动作。无线控制模块在发送命令的同时,将命令信息实时显示在液晶显示器上,并通过语音芯片发出语音提示。语音提示部分同时具有现场重录功能。在概要介绍系统组成的基础上,着重分析了液晶显示及语音提示的设计,最后给出了无线控制模块实物图。实际系统运行结果表明,液晶显示和语音播放与
3、无线发射命令同步,语音模块现场重录功能便于实现。关 键 词:液晶显示器;语音芯片;无线控制;寻迹;避障中图分类号: TP212. 9 文献标识码: ADesign of Intelligent Motor Car with LCD and Voice DisplayingXU Zheng2ping1 ,2,GE Wen2qi1,WANG Xiao2kun3,LI You2yi1,XU Yong2sen1,LI Jun1,HUANG Pu1(1. Changchun Institute of Optics , Fine Mechanics and Physics , Chinese Academ
4、y of Sciences ,Changchun130033, China, E2mail :xuz p090 163. com;2. Graduate School of Chinese Academy of Sciences ,Beijing100039, China;3. Aviation University of Air Force , Changchun130023, China)Abstract : In order to get the information of the motor car in real time , the LCD and voicechip are u
5、sed in the intelligent motor car system. The intelligent motor car system includestwo modules , which are motor car and wireless control.The motor car operation is con2trolled by the instruction received from the wireless control system. When the instruction issent out , the instruction would be dis
6、played on the LCD and the voice chip would also sendout responsive sound. The voice module could be recorded in the field. Based on the generalintroduction to the system , the LCD and voice module are analysed. The picture of wirelesscontrol module is given at last. The result of the actual system s
7、hows that LCD display andvoice module are synchronous to the instruction sending , and the recording function of thevoice module is convenient to realize.Key words :LCD ;voice chip ;wireless control ;tracking ;avoiding obstacle 收稿日期: 2009210231 ;修订日期: 2009211226作者简介:徐正平(1983 - ) ,男,河南许昌人,博士研究生,主要研究方
8、向为CCD几何超分辨成像方法及基于DSP、FPGA的航空相机像面扫描控制系统设计。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/226液 晶 与 显 示第25卷1 引 言智能电动车是当今车辆工程研究的热点问题之一,它融合了车辆工程、 传感器技术、 自动控制、通信技术及计算机等多个学科。科研人员对此进行了研究并取得了很大进展1 ,2。在日常生活中,智能电动车在玩具电动车中随处可见。如果能在传统智能电动车中加入显示及语音录放功能,势必能拓展产品性能,提高产品销量。发
9、光二极管是一种最常见的显示器件,对于简单信息显示而言,因其价格低廉、 电路简单、 控制方便而得到广泛应用,但对于复杂信息显示,LCD则更具优势326。本文在简要介绍智能电动车模块设计的基础上,将液晶显示模块及语音芯片加入到智能电动车系统中。当无线控制模块发出新的控制命令时,该命令将以图像及语音形式同步输出,且语音模块可以现场重录。整个系统操作方便。2 智能电动车模块设计电动车模块结构框图如图1所示。图1 电动车模块结构简图Fig. 1Structural sketch of the motor car module2. 1 主控芯片选择主控芯片采用Atmel公司的ATMEGA28515L单片机
10、。ATMEGA8515L单片机是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制 器。为 了 获 得 高 性 能 及 并 行 性, AT2MEGA8515L单片机采用了Harvard结构,具有独立的程序和数据总线。2. 2 远程控制的实现为实现对电动车的无线控制,采用315 MHz无线数据收发模块配合编解码芯片PT2262/PT2272工作实现无线数据传输。315 MHz无线数据收发模块工作电压范围可达312 V ,当工作电压为5 V时,无线传输距离可达100200 m ,其信号调制方式为ASK,即幅移键控调制。编解码芯片通过各种措施来降低误码率,如:地址匹配、 电阻匹配及自身防误码机
11、制等。2. 3 电机驱动及测速功能设计电机驱动模块采用了L293D芯片。该驱动芯片可以同时驱动两个电机,每路含有两个信号:启动信号E和方向信号DIR。当启动信号E有效时,通过控制方向信号DIR ,电机可实现前进、后退、 左转及右转功能,见图1。电机同轴安装了刻有黑白条纹的码盘。该码盘为测量电机的转速提供了便利:黑色条纹能反射红外线,而白色条纹则只能透射红外线。在码盘附近以反射方式安装红外发射接收对管,当码盘旋转时,红外接收二极管能间歇收到反射回来的红外线,原理类似光电编码器,从而实现电机转速测量。2. 4 循迹及避障功能设计为使电动车在白色道路背景下跟踪黑色轨迹,在电动车的底部左右两侧安装有L
12、ED及光敏电阻。通过单片机I/ O口控制L ED :当LED点亮时,由于黑色背景与白色背景对光的反射率不同,从而导致光敏电阻阻值不同,以此识别轨道信息。在车的前部及后端分别装有红外发光接收对管。红外发射接收对管工作于反射模式,工作频率为50500 Hz。通过单片机I/ O口发射该频率段的方波信号使红外发射管导通。当红外发射管导通时,将发出红外线。如果电动车运行方向有障碍物,则障碍物将红外线折射回来,此时红外接收管将收到红外线而导通,从而判断行进道路上的障碍信息。3 无线控制模块无线控制模块结构框图如图2所示。依上所述,无线数据发射功能由无线数据发射模块配合编码芯片PT2262来实现。当有新的数
13、据发送时,数据端口D0D3将输出相应电平,控制器通过读取电平信息来判断当前命令,将命令实时显示在液晶显示屏上,同时给出语音提示。以下将对液晶显示及语音模块设计进行详细介绍。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/第2期徐正平,等:具有液晶显示及语音提示功能的智能电动车设计227图2 无线控制模块结构简图Fig. 2Structural sketch of the wire2less control module4 液晶显示模块的驱动液晶显示模块选用长沙太阳
14、人电子有限公司生产的SMC1620A LCM7。该模块的工作电压为4. 55. 5 V(最佳为5. 0 V) ,显示容量为202个字符。模块内部带有字库,若希望在液晶显示屏某一位置显示字符,则只需将该字符所对应的ASCII码写入片内相应地址即可。在硬件连接方面,可以采用总线方式或模拟口线方式,本系统采用模拟口线方式。3根控制线的状态决定了当前操作,如表1所示。表1SMC1620A真值表Table 1Truth values of the SMC1620ARSR/ WE操作011读状态00正脉冲写指令10正脉冲写数据111读数据SMC1620A LCM各指令说明如表2所示。SMC1620A LC
15、M写操作时序如图3所示。依据表1及图3 ,编制液晶模块写操作代码如下:/ /液晶显示,向液晶模块中写命令/ /当attribc = 1时,检测忙信号/ / waitidle() :检测忙信号子程序void lcdwc(uchar cmd ,uchar attribc)表2SMC 1620A指令说明Table 2Instruction explanation of the SMC 1620A指令码功 能00111000设置162显示00001DCBD = 1/ 0 :显示开/关C = 1/ 0 :显示光标开/关B = 1/ 0 :光标闪烁开/关000001NSN = 1/ 0 :读写一字符后,地
16、址指针及光标均加/减1S = 1 :写一字符后,整屏显示左移(N = 1)或右移(N = 0)S = 0 :写入字符后,屏幕显示不移动80H +地址码设置地址码:00H227H ;40H267H00000001数据指针及显示清零00000010数据指针清零图3 液晶显示模块写操作时序Fig. 3Timing diagram for writing the LCD moduleif (attribc)waitidle() ;RS = 0 ;RW = 0 ;nop (4) ;dataport = cmd ;nop (4) ;E = 1 ;nop (8) ;E = 0 ;为使液晶模块正常工作,还必须
17、依照特定顺序对其进行初始化。液晶模块需满足如下初始化步骤:(1)延时15 ms; 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/228液 晶 与 显 示第25卷(2)写指令38H(不检测忙信号)。(3)延时5 ms;(4)写指令38H(不检测忙信号) ;(5)重复步骤(3)、(4) ;(6)以下根据系统需要进行设置,从此刻开始,每次写指令、 读/写数据之后均需检测忙信号;本系统液晶模块初始化代码如下:/ /液晶模块复位子程序/ / delay(1) :延时1ms子
18、程序void LCDReset (void)delay(15) ;lcdwc(0 x38 ,0) ;delay(5) ;lcdwc(0 x38 ,0) ;delay(5) ;lcdwc(0 x38 ,0) ;delay(5) ;lcdwc(0 x38 ,1) ;lcdwc(0 x08 ,1) ;lcdwc(0 x01 ,1) ;lcdwc(0 x06 ,1) ;lcdwc(0 x0c ,1) ;5 语音模块设计语音模块采用语音芯片ISD2590来实现8。ISD2590是单片、 多信息段语音录/放器件,其录/放能力可达90 s。90 s的信息被分作600段,存储在片内存储区的0599地址范围内。
19、因而,每个地址所能存储的语音信号时间长度为0. 15 s。该器件采用CMOS工艺制造,内部有片上晶振、麦克风前置放大器、 自动增益控制、 平滑滤波、 扬声器放大器以及高密度多级存储阵列。ISD2590的最大特点是语音信号直接以原始的模拟信号进行存储,从而使高质量的语音还原成为可能。其接口与微处理器兼容,通过编程可以实现对指定段语音信号的回放。语音模块电路图如图4所示。语音模块录音时,ISD2590工作于按键模式下(A8 = A9 = A6 = H) ,该模式主要应用于低功耗场合,且所需外部电路最少,由此可降低系统成本。在按键工作模式下,/ CE、PD、/ EOM功能分图4 语音模块电路图Fig
20、. 4Circuit diagram of the voice module别为:/ CE负脉冲启动录音或回放操作;PD高脉冲结束当前操作且将内部地址设置为0 ;/ EOM为高时指示系统正在录音;/ EOM为低时表示录音结束。录音步骤如下:(1)将A8、A9、A6置高,使系统工作于按键工作模式;(2)将PD、P/ R信号置低;(3)通过按键给/ CE端口施加一负脉冲,启动录音。此时/ EOM电平变高,指示正在录音;(4)再次给/ CE端口施加一负脉冲,停止录音。此时/ EOM电平变低,指示录音结束;(5)如果需要再次录音,则只需重复步骤(3)、(4) ,则后续录音将保存在前一次录音存储位置之后
21、;(6)将A8、A9置低,A6交由单片机控制,器件模式转换为直接寻址模式;(7) P/ R信号置高,芯片处于回放模式。在录音时,为了得到各语音段的起始地址,将定时器1的定时时间设为0. 15 s ,同时将外部中断0、 外部中断1的中断触发类型分别设置为上升沿和下降沿触发。软件设计中,录音开始时/ EOM的上升沿将触发外部中断0。在外部中断0服务子程序中,启动定时器1。录音结束时/ EOM的下降沿将触发外部中断1。在外部中断1服务子程序中,关闭定时器1。最后,将定时器1中断次数加一,并送入单片机的EEPROM中,作为下一语音段的起始地址。以后录音操作,程 1994-2010 China Acad
22、emic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/第2期徐正平,等:具有液晶显示及语音提示功能的智能电动车设计229序循环执行上述过程。在每次录音时,应给语音芯片PD端一个正脉冲,使得语音芯片内部地址指针复位,以便于软件设计。在回放时,采用直接寻址模式。单片机通过图5 无线控制模块实物图Fig. 5Picture of the wire2less control module查询为播放指定语音段的内容,只需从单片机的EEPROM中读出其地址然后送至语音芯片地址总线,并使能语音芯片即可。无线控制部分实物图如图
23、5所示。6 结 论在原有电动车基础上,通过增添液晶显示器及语音模块,电动车系统性能得以拓展,使人们从视觉和听觉能够获得更多的信息。给出了液晶显示模块的硬件及软件设计,采用端口模拟方式实现对液晶模块的控制,该方法对利用FPGA等可编程器件控制液晶模块具有参考价值。详细分析了语音模块录音设计,针对语音芯片特性,采用定时器溢出中断次数来确定语音存储地址的方法。实验表明,上述设计合理可行。参 考 文 献: 1 Matthies Larry ,Litwin Todd ,Owens Ken ,et al.Performance evaluation of U GA obstacle detection w
24、ith CCD/ FLIRstereo vision and LADAR C/ /Proceedings of I EEE International S ymposium on Intelligent Control ,WashingtonDC , USA :IEEE ,1998 :6582670. 2 Goldberg Steven B ,Maimone Mark W ,Matthies Larry. Stereo vision and rover navigation software for planetary ex2ploration C/ /Proceedings of I EEE
25、 Aerospace Conf erence,Big Sky Montana ,USA ,IEEE ,2002 :202522036. 3 王海涛,刘兆甲,张文明,等.基于DSP的液晶图文显示技术J .液晶与显示,2008 ,23(1) :73276. 4 金钰,郑喜凤,丁铁夫.基于DSP的OL ED显示器软硬件设计及实现J .液晶与显示,2008 ,23(2) :2092213. 5 杨明远,何颖. TMS320C54XX系列DSP人机接口模块设计与实现J .液晶与显示,2008 ,24 (6) :7602764. 6 彭继慎,许文文,宋立业.彩色液晶显示器在压铸机实时压射控制器中的应用J
26、.液晶与显示,2009 ,24 (5) :7082711. 7 长沙太阳人公司. SMC1620A LCM使用说明书R.长沙:太阳人公司,2005. 8 Winbond Electronic Corporation. ISD2560/ 75/ 90/ 120 Datasheet R. America:Winbond Electronic Corporation , 2003.液晶与显示 关于作者署名的通告针对目前论文署名比较随便,论文作者要求增减合著者或改变排名顺序的情况时有发生,本刊编辑部特提请文章作者注意:论文署名是一件十分严肃的事情。在论文上署名的作者应为参与论文撰写或对论文所涉及的研究工作有贡献的人,所有署名作者均应对文章内容负责。凡合著的文章,投稿前应仔细斟酌,考虑周全,并征得所有合作者的同意,同时应写明联系人。署名及排序在投稿后确实需要改变时,应由联系人向编辑部出示有关合著者同意并签名(盖章)的函件。否则,编辑部有权拒绝其要求。液晶与显示 编辑部
