武汉科技大学本科毕业设计
各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件正是以霍尔效应为其工作基础，霍尔效应的检测原理如图3.5所示。
图3.5 霍尔效应原理
霍尔器件具有很多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐振动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染获腐蚀。
霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达um级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔
[8]器件的工作温度范围宽，可达-55℃~+150℃。
几经斟酌考虑，选用了44E开关型霍尔集成元件。其硬件电路如图3.6所示。
图3.6 测速电路
3.4.2 A/D转换器PCF8591T
PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591
- 11 -
武汉科技大学本科毕业设计
具有4个模拟输入、一个模拟输出和一个串行IIC总线接口。PCF8591的三个地址引脚A0，A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个IIC总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向IIC总线以串行的方式进行传输[9]。芯片内部结构如图3.7所示。
图3.7 芯片内部结构图
PCF8591T芯片从霍尔传感器处采集模拟电压信号，并通过IIC总线实现与单片机间的双向通信，其电路原理如图3.8所示。
图3.8 PCF8591T电路原理图
- 12 -
武汉科技大学本科毕业设计
其中，AIN0~AIN3为模拟信号输入端。A0~A2与GND相连并接地，从而确定了芯片的硬件地址。VDD、VSS为芯片的电源端，接5V。SDA、SCL分别作为IIC总线的数据端和时钟端，与单片机的两个具有输入/输出功能的I/O引脚相连，实现数据的串行传输功能。
3.5 人机交互模块
3.5.1 按键部分
根据设计要求，为了能够在液晶显示器上直观的显示车速的具体数字同时还可以通过人工输入的方式设置三个报警阈值，硬件电路上采用了6个轻触微动开关。一个作为翻页键，一个作为换行键，剩余四个用于设置报警阈值，实现+1，-1，+10，-10的功能。按键部分的电路原理如图3.9所示。
图3.9 按键输入电路
其中Ka1，Ka2，Ka3，Ka4，Ka5，Ka6分别接单片机的PH3，PH2，PH1，PH0，PE3，PE2引脚。当有按键按下时，引脚上电压为高电平状态，当无按键按下时，这六个I/O口均处于低电平状态。
3.5.2 OLED显示部分
在液晶显示上采用了由北京龙丘公司生产的OLED液晶显示屏。因为具备轻薄、省电等特性，因此从2003年开始，这种显示设备在MP3播放器上得到了广泛应用，而对于同属于数码类产品的DC与手机，此前只是在一些会展上展示过采用OLED屏幕的工程样品。自2007年后，其寿命得到很大提高，具备了许多LCD不可比拟的优势。其OLED屏如图3.10所示。
- 13 -
武汉科技大学本科毕业设计
图3.10 龙丘OLED屏
该OLED模块有7个引脚，用于与单片机间的通信。PCB板的七个引脚从左到右依次为GND（接地）、VCC（接+5V电源）、D0（CLK时钟）、D1（MISO数据）、RES（复位）、DC（数据/命令）、CS（片选，已接地，不用接）。
OLED屏与单片机间的接口电路原理图如图3.11所示。
图3.11 OLED接口电路
其中，DIN、CLKK、CE、DC端分别接单片机的PS5、PS4、PS7、PS6引脚[10]。
3.6 语音报警模块
根据设计要求，当超限小于<20%时，需要灯光报警。为此，采用了一个红色的小LED灯，与单片机的I/O引脚相连，串联一个1KΩ的电阻（限制导通电流，使灯光处于一个比较合适的亮度值），然后接地。具体的电路原理如图3.12所示。
- 14 -
武汉科技大学本科毕业设计
图3.12 闪烁报警电路
当超限>20%时，采用语音报警。由于语音报警需要预先存储一段音频报警文件，为了尽可能的不占用单片机有限并且宝贵的内存资源，设计中用到了具有128Mb存储容量的SD卡，存储支持播放的4Bit ADPCM格式文件。通过音频解码芯片读取文件，音频解码芯片和SD卡的工作电压为3.3V，不插SD卡时的静态电流为16uA，支持单片机控制和按键控制，可以调用任意段落的语音进行播放[11]。
TF卡语音模块可应用在汽车电子（防盗报警器、倒车雷达、GPS导航仪、电子狗等）、智能家居系统、家庭防盗报警系统、理疗器人声提示、音乐播放、家电（电磁炉、电饭煲、微波炉）、娱乐设备、学习模型（早教机、儿童有声读物）、智能交通设备（收费站、停车场）、通信设备（电话）、工业控制领域（电梯、工业设备）、玩具等。
该语音模块的实物如图3.13所示。
图3.13 语音模块实物图
关于各个引脚的功能描述，如表3.1所示。
封装引脚 引脚标号 - 15 - 功能描述