Thiết kế hệ thống thông tin trên ô tô bằng âm thanh

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG THÔNG TIN BẰNG ÂM THANH 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA CÁC MẠCH Sơ đồ khối của mạch xử lý KHỐI HIỂN THỊ KHỐI ĐIỀU KHIỂN KHỐI NHẬN TÍN HIỆU KHỐI LƯU TRỮ VÀ PHÁT ÂM THANH Hình 3.1 Sơ đồ khối của mạch vi xử lý. Sơ đồ khối mạch tạo tín hiệu KHỐI HIỂN THỊ KHỐI ĐIỀU KHIỂN NÚT NHẤN ĐIỀU CHỈNH KHỐI XUẤT TÍN HIỆU Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch tạo tín hiệu. 3.2 THIẾT KẾ CÁC MẠCH 3.2.1 MẠCH XỬ LÝ 3.2.1.1 KHỐI NGUỒN Chức năng: Chuyển nguồn 12V sang nguồn 5V nuôi các linh kiện điện tử được sử dụng trong mạch. Bảo vệ mạch khi cấp lộn cực nguồn, tạo nguồn ổn định, chống nhiễu. Hình 3.3: Sơ đồ mạch nguồn cho vi điều khiển. 3.2.1.2 KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN Chức năng: Nhận và xử lý thông tin, hiển thị lên LCD. Điều khiển quá trình thu phát của ISD. Hình 3.4: Khối vi điều khiển. 3.2.1.3 KHỐI THU& PHÁT ÂM THANH Chức năng: Làm nhiệm vụ thu và phát âm thanh. Chịu sự điều khiển của vi điều khiển. Hình 3.5: Khối thu phát âm thanh. 3.2.1.4 KHỐI NHẬN TÍN HIỆU Chức năng: Nhận tín hiệu 12V, 0V từ mạch tạo tín hiệu và chuyển thành tín hiệu 5V, 0V để vi điều khiển xử lý. Hình 3.6: Khối nhận tín hiệu. 3.2.1.5 KHỐI HIỂN THỊ Chức năng: Hiển thị các thông tin cần thiết để người sử dụng dễ điều khiển. Chịu sự điều khiển của vi điều khiển. Hình 3.7: Khối hiển thị LCD. 3.2.2 MẠCH TẠO TÍN HIỆU Cũng có khối nguồn, khối vi điều khiển như mạch xử lý. Ngoài ra ở mạch tạo tín hiệu còn có khối hiển thị và khối xuất tín hiệu, khác với mạch xử lý. 3.2.2.1 KHỐI HIỂN THỊ Chức năng: Hiển thị các thông tin cần thiết để người sử dụng dễ điều khiển. Chịu sự điều khiển của vi điều khiển. Hình 3.8: Khối hiển thị led 7 đoạn. 3.2.2.2 KHỐI XUẤT TÍN HIỆU Chức năng: Chuyển tín hiệu 5V do vi điều khiển tạo ra thành tín hiệu 12V gửi sang mạch xử lý. Tích hợp các công công tắc để tạo tín hiệu giả đối với công tắc áp suất dầu động cơ và áp suất dầu phanh, cũng như các công tắc cảnh báo khác trên ô tô. Hình 3.9: Khối xuất tín hiệu. 3.3 THI CÔNG PHẦN CỨNG 3.3.1 MẠCH XỬ LÝ 3.3.1.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý. 3.3.1.2 SƠ ĐỒ MẠCH IN Hình 3.11: Sơ đồ mạch in lớp TOP . Hình 3.12: Sơ đồ mạch in lớp BOTTOM. 3.3.1.3 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ LINH KIỆN Hình 3.13: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch xử lý. 3.3.1.4 MẠCH ĐIỆN HOÀN CHỈNH Hình 3.14: Mạch xử lý hoàn chỉnh. 3.3.2 KHỐI TẠO TÍN HIỆU 3.3.2.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo tín hiệu. 3.3.2.2 SƠ ĐỒ MẠCH IN Hình 3.16: Sơ đồ mạch in mạch tạo tín hiệu. 3.3.2.3 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ LINH KIỆN Hình 3.17: Sơ đồ bố trí linh kiện mạch tạo tín hiệu. 3.3.2.4 MẠCH ĐIỆN HOÀN CHỈNH Hình 3.18: Mạch tạo tín hiệu hoàn chỉnh. 3.4 THI CÔNG PHẦN MỀM Trong các thiết kế sử dụng vi điều khiển, việc thi công phần cứng và phần mềm có thể được tiến hành song song miễn là cấu trúc phần cứng không thay đổi. Tuy nhiên tối ưu nhất vẫn là thi công xong phần cứng rồi sau đó thi công phần mềm, vì lúc đó ta đã có thiết bị để kiểm tra trực tiếp. 3.4.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT MẠCH XỬ LÝ Chương trình chính Hình 3.19 Lưu đồ giải thuật chương trình chính. Chương trình phát ra một đoạn âm thanh Hình 3.20 Lưu đồ giải thuật chương trình phát âm. Chương trình đo giá trị vận tốc Hình 3.21 Lưu đồ giải thuật chương trình đo tốc độ xe. 3.4.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT MẠCH PHÁT TÍN HIỆU Chương trình chính Hình 3.22 Lưu đồ giải thuật chương trình chính phần tín hiệu. 3.5 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 3.5.1 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MẠCH TẠO TÍN HIỆU Hình 3.23: Hướng dẫn sử dụng mạch tạo tín hiệu. Hướng dẫn sử dụng: Ở trạng thái làm việc bình thường, vi điều khiển phát xung 12V, giả tín hiệu tốc độ xe ở chân P1.6. Muốn thay đổi giá trị tốc độ mô phỏng, ta nhấn nút 1, vi điều khiển ngừng phát xung, giá trị LED 7 đoạn hiển thị giá trị tốc độ xe ta muốn mô phỏng. Muốn tăng, giảm tốc độ, ta nhấn nút 2 và nút 3 tương ứng. Muốn thoát khỏi chế độ điều chỉnh xung tốc độ, ta nhấn lại nút 1. Lúc này vi điều khiển đã nhận được giá trị tốc độ mới, vi điều khiển tiến hành công việc tạo xung, LED 7 đoạn không hiển thị giá trị vận tốc nữa. Các chân Int0, CT1, CT2 là các chân kết nối tương ứng giữa mạch tạo tín hiệu và mạch xử lý. Công tắc áp suất dầu phanh và công tắc áp suất dầu động cơ thể hiện sự cố đối với áp suất dầu xảy ra ở động cơ và hệ thống phanh. Nếu hệ thống bình thường, công tắc hở, đèn led tắt. Nếu xảy ra sự cố về áp suất dầu, công tắc đóng, đèn led sáng. Mạch xử lý sẽ nhận được tín hiệu tương ứng về tình trạng hoạt động của áp suất dầu động cơ và áp suất dầu phanh. Các công tắc khác trên mạch tạo tín hiệu còn lại chưa được sử dụng bởi ISD 2560 chưa đáp ứng đủ để lưu trữ âm thanh sử dụng cho các tín hiệu khác. Trước mắt thì các công tắc đó tạm không sử dụng. 3.5.2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MẠCH XỬ LÝ Ở trạng thái làm việc bình thường, vi điều khiển ở trạng thái chờ cho hết thời gian báo. Trong trạng thái này, nếu nút 4 được nhấn, vi điều khiển thực hiện đoạn chương trình dò phím và thực hiện công việc theo ý muốn của người điều khiển. Các công việc mà ta có thể thực hiện là: ghi âm và phát âm, chỉnh tốc độ tối đa cho xe để thực hiện công việc cảnh báo khi ô tô chạy quá tốc độ cho phép khi vào từng loại đường cụ thể, chỉnh khoảng thời gian giữa lần báo trước với lần báo sau (khoảng thời gian chờ để thực hiện việc báo các thông số). Ở chế độ ghi âm: LCD hiển thị lên bảng chữ MODE 6 RECORD 1PAU2RE3RS4MOD Có nghĩa là đang trong công việc ghi âm chế độ mode 6 của ISD để lấy âm thanh đó làm âm thanh sử đụng trong việc báo các thông số. 1PAU: Nút 1 là nút Pause dùng để tạm dừng việc ghi âm. 2RE: Nút 2 là nút Record, dùng bắt đầu việc ghi âm tại địa chỉ hiện hành của RAM nội ISD. 3RS: Nút 3 là nút Reset, dừng công việc đang làm và đưa địa chỉ ghi âm về địa chỉ 0 của RAM nội ISD. 4MD: Nút 4 là nút Mode, chuyển sang chế độ khác. Do việc ghi âm mới sẽ xóa những âm thanh đã được ghi trước đó, nên ở đây chỉ có người lập trình mới sử dụng chế độ này. Do vậy chế độ này chỉ được giới thiệu mà không có giá trị thực thi. 0v 12V Nút 4 CT2 CT1 Int0 Hình 3.24: Hướng dẫn sử dụng mạch xử lý. Chế độ phát âm thanh: LCD hiển thị lên bảng chữ MODE6 PLAY 1PAU2PL3RS4MOD 1PAU: Nút 1 là nút Pause dùng để tạm dừng việc phát âm mà không thay đổi địa chỉ hiện hành của việc phát âm. 2PL: Nút 2 là nút Play, dùng bắt đầu việc phát âm tại địa chỉ hiện hành của RAM nội ISD. 3RS: Nút 3 là nút Reset, dừng công việc đang làm và đưa địa chỉ ghi âm về địa chỉ 0 của RAM nội ISD. 4MD: Nút 4 là nút Mode, chuyển sang chế độ khác. Ở chế độ cài đặt vận tốc tối đa SET GTVTTD 1UP2DOWN3ACT4MOD LCD hiển thị bảng chữ 1UP: Nút 1 là nút tăng giá trị vận tốc tối đa lên 1 đơn vị. 2DOWN: Nút 2 là nút giảm giá trị vận tốc đa xuống 1 đơn vị. Khi nhấn nút 1 hoặc nút 2 thì LCD sẽ hiển thị giá trị vận tốc tối đa mà ta đang điều chỉnh. XXX GTVTTD 1UP2DOWN3ACT4MOD 3ACT: Nút 3 là nút Act Velocity Warning, dùng để cho phép việc cảnh báo khi xe chạy quá tốc độ cho phép. Nếu như đã điều chỉnh giá trị vận tốc tối đa mà không nhấn nút này thì vi điều khiển sẽ không thực hiện việc cảnh báo khi xe chạy với tốc độ vượt quá tốc độ cho phép mà ta đã cài đặt. 4MD: Nút 4 là nút Mode, chuyển sang chế độ khác. Ở chế độ cài đặt thời gian báo LCD hiển thị bảng chữ . SET WARNING TIME 1UP 2DOWN 4MOD 1UP: Nút 1 là nút tăng giá trị thời gian báo lên 1 đơn vị (phút). 2DOWN: Nút 2 là nút giảm giá trị thời gian báo xuống 1 đơn vị. Khi nút 1 hoặc nút 2 được nhấn, LCD sẽ hiển thị giá trị thời gian mà ta đang điều chỉnh. XXX GTVTTD 1UP2DOWN3ACT4MOD 4MD: Nút 4 là nút Mode, chuyển sang chế độ khác. Phần kết nối với khối tín hiệu thực hiện qua 3 chân, Int0, CT1, CT2 theo thứ tự như trên để nhận tín hiệu 12v từ khối tín hiệu để xử lý. Do chỉ mới thử nghiệm với tín hiệu tốc độ xe và công tắc áp suất dầu nên hiện tại mới khai thác 3 chân kết nối của khối xử lý. 3 chân còn lại tạm để trống, nếu đưa khối xử lý này vào sử dụng trên xe thì 3 chân còn lại được sử dụng để báo các tín hiệu khác như báo mức nhiên liệu, báo check-engine… Dĩ nhiên lúc đó thì con ISD 2560 không thể đáp ứng được, và ISD 2590, hoặc hơn nữa, sẽ là lựa chọn phù hợp hơn. Dĩ nhiên các con IC họ ISD 25xx đều có thể thay thế sử dụng cho nhau mà không thay đổi cấu trúc phần cứng. Mô hình hoàn chỉnh Hình 3.25: Mô hình hoàn chỉnh.