一种多功能汽车尾号限行车载语音提醒器设计

彭建

摘 要：国内多个城市颁布了小客车尾号限行的交通管制办法。为避免驾驶员在限行期间驾车误入限行区域遭受处罚，提出了一种基于AT89S51单片机的多功能汽车尾号限行车载语音提醒器电路设计方案。利用车内点烟器插座输出的12 V直流电源供电，将限行语音提醒器、USB充电器、点烟器、LCD屏和设置按键集成于一体，可通过按键设置LCD屏上显示的时钟、日历、汽车尾号限行日和限行时段等信息，以适应国内不同地区交管部门对汽车尾号限行的规定。

关键词：单片机;汽车;尾号限行;车载语音提醒器

中图分类号：TP399  文献标志码：B

随着国内城市车辆的日益增多，为了缓解市内交通压力，推动形成城市道路交通安全[1]治理新格局，已有多个城市颁布了小客车尾号限行规定[2]的交通管制办法。随着时间的推移，施行尾号限行的城市将会不断增多。据调查，很多驾驶员常在不经意间就忘记了自己车辆的限号日期和时段而误入限行区域，造成被罚款和扣分。如果此时有一个语音限行提醒器[3]发出车辆限行的语音提示，就可以避免驾驶员不必要的经济损失和麻烦。

本文基于现有汽车尾号限行语音提醒器的设计思路，在提高提醒器的实时准确性、设置信息的灵活性、显示信息的丰富性以及电源配置的合理性等方面做了进一步的探究。

1 设计思路

设计上仍将提醒器电子模块和USB充电模块[4]组合在一起，并补充增设一个点烟器接口以替代被提醒器占用的原车载点烟器接口，将其直接插在原车载点烟器接口中，这样在便于安装的同时又不影响原车的配置，对广大驾驶员来说无疑是更加乐于接受的。12 V工作电源直接从原车载点烟器接口取出，使提醒器的工作与车辆通电随动。如果车辆正处在限行时间段内，只要车钥匙一通电，限行提示音就会即刻发出，否则提醒器将处于静默状态。另外，通过软件控制，即便车辆正处于行驶状态中，一旦在时间上进入限行时段，也会立即发出限行提示音，提高了提醒器提示音发出的实时准确性。利用时钟芯片内部数据存储器保存设置的信息，时钟芯片的备用电池采用可充电的纽扣锂电池，车辆每一次的通电或行驶都会对电池充电，可保持时钟芯片内设置的信息“永不丢失”。用液晶屏显示时钟、日历、限行日和限行时段等多种信息，且均可通过设置按键灵活方便地设置和调整，这样就为提醒器能适用于国内更多的城市提供了条件。

2 整体外形结构

车载语音提醒器采用车载插头式一体化绝缘塑料外壳，内置限行语音提醒器电路、USB接口充电模块电路和点烟器接口。车载语音提醒器的整体外形结构[5-6]如图1所示。

1—金属正极接电头;2—金属卡环;3—右金属负极接地片;4—塑料外壳;5—LCD显示模块;6—设置按键;7—USB接口;8—扬声器;9—LED工作指示灯;10—点烟器接口;11—左金属负极接地片。

3 内部电路结构

车载语音提醒器内部电路结构[7-9]由限行语音提醒器电路、USB接口充电模块电路和点烟器接口3部分组成。限行语音提醒器电路包括：中控单元AT89S51单片机、+5 V稳压电源、LIR2032備用充电电池、DS1302时钟芯片、设置按键、NV020C语音芯片、0.5W/8Ω扬声器、LCD1602显示模块、LED工作指示灯。USB接口充电模块电路包括充电模块和USB接口。整个电路由+12 V车载电源输入接口供电。车载语音提醒器内部电路结构如图2所示。

4 电路组成及工作原理

车载语音提醒器内部电路原理图如图3所示。由图3可以看出：车载+12 V直流电源经过保险管FR为点烟器插座J1、充电模块U5和限行语音提醒器电路提供工作电源。由稳压管D1，集成稳压器U1，电容C1、C2、C3和C4等组成限行语音提醒器电路的+5 V稳压电路。DS1302时钟芯片U2为系统提供时钟、日历、星期等数据，并保存设置好的限行日、限行时段信息。LIR2032纽扣备用充电电池E1是时钟芯片U2的备用电源，在整个电路通电时由+5 V稳压电源为其充电，在整个电路断电的情况下继续维持时钟芯片U2的走时和保持已设置好的限行日、限行时段信息不变，可长期使用不用更换。LCD1602显示模块U7上的显示屏实时显示时钟、日历、星期、限行日和限行时段信息，其显示对比度由电位器R3控制。5个设置按键K1、K2、K3、K4、K5分别对应 “OK”（确认）、“<”（光标左移）、“>”（光标右移）、“+”（数字加1）、“-”（数字减1），用于时钟、日历、星期、限行日、限行时段等信息的设置及LCD1602显示模块U7上屏幕显示的开关控制和关闭限行提示语音的操作。NV040C语音芯片U4内置限行时段语音播报信息，并向扬声器提供模拟语音音频电信号，使扬声器SP向外发出限行语音提示信息。LED工作指示灯D2以1 s为周期闪烁表示系统处于正常的工作状态，D2以0.5 s为周期急速闪烁表示系统处于异常的工作状态。充电模块U5采用12 V转5 V/3 A并带有USB接口U6的充电模块，实现对车载移动设备的充电。点烟器接口J1作为车内电源输出插座或点烟器插座的扩展。贵州大学学报（自然科学版） 第38卷第2期 彭 建：一种多功能汽车尾号限行车载语音提醒器设计

限行语音提醒器的工作由内置控制程序的AT89S51单片机作为控制器U3统一协调控制。电路上电后，单片机随时读取时钟芯片U2内的“星期”和“时间”数据，将其与通过设置按键K1、K2、K3、K4、K5等设置好的保存在时钟芯片U2内的“限行日”和“限行时段”数据进行比较。一旦“星期”与“限行日”数据相同，且“时间”的小时数据又处在“限行时段”数据之内，单片机P0.0输出“1”电平使LCD显示模块U7上的显示屏打开显示，同时单片机使P3.4为“0”，使语音芯片U4的PA0为“0”，启动语音芯片U4并通过扬声器SP向外循环发出限行提示语音。此时，可随时点击“OK”键即设置按键中的K1取消限行提示语音的播报。取消播报10 s后，单片机P0.0输出“0”电平，关闭屏幕显示。此“播报”过程在限行语音提醒器电路断电后又重新通电的情况下会重复产生，除非重新通电的时间已不在“限行时段”内。LCD显示模块U7上的显示屏在限行语音提醒器电路上电时，会立即显示时间、日历、星期、限行日和限行时段信息，如当前时间已不在“限行时段”内，10 s后会自动熄灭显示，以达到节省电能的目的。如果在显示屏关闭的状态下想要了解时间、日历、星期、限行日和限行时段信息，可随时点击“OK”键，10 s后会自动关闭屏幕显示。

限行语音提醒器的设置步骤：电路在正常工作状态下，按下“OK”键并保持3 s即可进入设置状态，光标出现在第一行的左起第一位并闪烁，根据实际时间、日历、星期、限行日和限行时段，通过点击设置按键K2、K3，即“<”或“>”键将光标移动到需要改动的数字处，再点击K4、K5，即“+”或“-”键修改该数字，设置完成后，点击“OK”键，光标消失，系统返回正常工作状态。

5 信息显示格式

LCD显示屏上信息显示格式如图1所示，显示的信息有时间、日历、星期、限行日和限行时段等5项信息。显示的“时间”对应显示屏上第二行的“10∶15∶52”， 表示24小时制的10∶15∶52;显示的“日历”对应显示屏上第一行的“20 - 01 - 28”，表示2020年1月28日;显示的“星期”对应显示屏上第一行的“W∶2”，表示当日是星期二;显示的“限行日”对应显示屏上第一行的“T∶1”，表示本车限行时段在每周的星期一;显示的“限行时段”对应显示屏上第二行的“T∶07 - 20”，表示本车的限行时段从7点到20点。

6 结语

按照本文提出的设计方案，已做成实物并通过长期车载运行，验证了其功能的实用性，操作的简易性、工作的稳定性和可靠性，达到了准确及时地提醒限行车辆驾驶人员不要在车辆限行日的限行时段违规驾车出行从而避免不必要的经济损失的目的。该方案已获得国家实用新型专利。参考文献：

[1] 王丹， 胡尧， 吴楠， 等. 城市道路交通安全影响因素分析[J]. 贵州大学学报（自然科学版），2018，35（2）：14-21.

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（责任编辑：周晓南）

Abstract： Some cities in China have issued the regulation of vehicle traffic restrictions based on the last digit of license numbers，. In order to remind drivers of staying away from the restricted areas so as to be free of traffic penalty concerns， this paper proposes the design scheme of a vehicle mounted multi-functional voice reminder in terms of the restriction rules on car-use， based on AT89S51 single chip microcomputer. In this device， the 12 V DC power output from the cigarette lighter socket in the car will be used to supply power. The voice reminder， USB charger， cigarette lighter， the setting button and LCD screen that can display detailed information on， are integrated. Specifically， all the information shown on the screen can be adjusted by the setting button， enabling the device to be better adopted in different cities.

Key words： single chip microcomputer; vehicle;car-use restriction based on the last digit of license numbers; vehicle mounted multi-functional voice reminder