基于单片机公交车报站器设计

基于单片机公交车报站器设计

基于单片机的公交车报站器的设计

Basedｏｎsingleｃhipdesｉgnof ｂｕsｓtｏpｓ

基于单片机公交车报站器设计

目 录

摘

要?II

Ａbsｔｒact?II

第１章绪论?2

1。1课题研究背景及意义?2
１.2国内外研究现状?2
1.3主要设计目标?2
1。4本文研究内容?2
第2章系统硬件设计?2

2。1基于单片机的公交车报站器系统总体设计..........................................2

2。3 处理单元?2 2．2 电源系统设计.................................................................................................2 2．３。1 STC８9Ｃ5２单片机主要特性............................................2 www.taodocs.com２。4。１ ISD4004 语音芯片?２

２。4.2语音电路设计?２
2。5显示模块?2
2.5.1 ８×8点阵模块介绍......................................................................2 2.５.2显示电路设计...................................................................................２ 2。6按键控制模块.................................................................................................2 2。6。1键盘扫描原理............................................................................２ ２.6。2键盘电路设计..................................................................................2 ２。7本章小结.........................................................................................................2第3章系统软件设计?2

3.1 公交车报站器软件总体设计?2 3．２ 录音子程序设计?2

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3．3报站子程序设计............................................................................................2 3。４本章小结?2
第４章软件仿真............................................................................................................２ 4.1仿真电路设计....................................................................................................2 ４.２仿真结果....................................................................................................２ ４.3本章小结?2
结 论?2
参考文献?2
附录A....................................................................................................................................2附录B....................................................................................................................................2致谢...................................................................................................................................2

基于单片机公交车报站器设计

摘 要

如今公共汽车已经成为人们日常生活中必不可少的伙伴。一方面，城市空气污染严重，鼓励民众少开私家车,更多的使用公共交通出行.有的国家甚至指定一天为禁止机动车日,来警示民众环境污染的严重性。另一方面，大中城市交通拥堵不堪,如北京等特大城市不得不规定私家车限号出行,强制人们使用公共交通。由此以来，公交车还是大众出行不可或缺的工具。

传统公交车采用人工售票的方式,浪费人力的同时还存在很多问题，比如很多乘务员带有口音,普通话很不标准，使外地乘客无法准确得知乘车信息。因此，无人售票公交成为城市公交车的趋势，公交车语音报站器的作用也日益凸显了出来。公交车语音报站器的作用是告诉乘客这辆车要往哪开,即将到达的车站,以及一些提示信息，如车辆转弯或者提醒乘客让座等.公

交车报站器弥补了传统公交人工报站的不足，可以使乘客准确知悉乘车信 本设计应用STCC5２微处理器、ISD４004 语音芯片、8*8 点阵显示 息。 放,同时使用ＬEＤ进行当前到站名称显示。功能完善,同时具备高可靠性的控制系统,性价比较高，具有很好的推广价值。

关键词：STC８9C５2；ISD4004;公交车报站器

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Aｂｓtrａｃt

Nowｔhebｕshas bｅcomeinｄｉsｐeｎｓaｂlein Peoｐle’ｓDailyliｆepaｒtｎer。Oｎtｈeonｅｈａnd，thｅurbａnaｉrpolｌutｉｏｎissｅriｏｕs，theｇovｅrnｍｅｎtis eｎcourａgｉｎgｐeopｌｅｌessprivate cars，mｏreuｓepublｉcｔｒａnsｐortａtｉon.Ｓomecountriｅｓｅvｅnｓpｅciｆytｏprohibitｍoｔoｒveｈicle，adａyｔoaｌertpｅoｐｌeto tｈｅserｉousnessof the ｐolｌｕtionｏfｔheenvironmeｎt。Traffｉccongｅｓted,ｏntｈeｏtherhａnd,ｌargeand medｉum—sizedciｔies,suｃhas ｌargｅcitiessｕｃhａsBeiｊinｇｈａdto ｔrａvelrｅｇuｌatｉonslimｉtprｉvateｃars,ｆorｃingｐeｏpｌeｔouse public transpoｒt。Hｅnce，abｕsor traveｌinｄiｓpensａbletoｏloｆtheｍ

asses. wasｔe of manｐoｗer, ｗhｉle tｈeｒe aｒe stiｌl maｎy ｐrobｌems. Ｔｒadiｔional bｕs sells ｔｉｃkets in ａｒtifｉcｉａl waｙ， ａ

Therefore,unmanned busｅsｉncities will ｂｅatrend, the busｅsvoiｃｅanｎouncer'sｒolealso incrｅasinglypｒominent.Bus voice annｏuncerｒolｅisto tell ｔhepａｓseｎgeｒcaｒｔowherｅtｏstart,ａpｐroaｃhiｎｇtｈeｓｔaｔionnaｍｅ,ａｓwｅlｌassome tips，suchas ｔuｒnｉngoｆｔhevehiｃｌeoｒtoremiｎdseats。Ｂusｓｔations-reｐorteｄupfor ｔheｌackｏftraditionａｌartifiｃialbus sｔops，ｐeopleｃａnmake an accuraｔeknｏwledｇeof passenger ｔraveｌｉnforｍａtion.

TheｄesigｎapplicationSTCＣ５２micｒopｒoｃeｓsoｒ,IＳD4004voice chip，8＊8dot maｔｒixdｉsｐlaｙmoduleand 4 ＊４ keyboardｃonｔrolmoｄulｅforｓiｍplｅbusｓtａtionssysteｍ．Rｅｃorｄａｎdｇｅnerateall kinds oｆｖoiｃeprompｔ

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ｓandstops bｙvoicｅｃonｔrolcircuｉt。calｌｐrｏgramstatemenｔtｏplａya vｏｉce，atthe ｓａmetime carry out ｔheｃurrｅntstatｉonnａmeuｓinｇLEDdisｐlay.The ｎewｓpaperｓtaｔioｎ’ｓhardwａrecircuit is siｍple,sｏfｔwarefunction is perfect，ｔhｅcｏntroｌｓystｅmis reｌiable。Itiｓcosｔ—efｆective,ｗithgｏｏdproｍotｉonａlvａluｅ．

Keywｏrdｓ：SＴC8９Ｃ５2；ＩSＤ4０04；bussｔations-reportｅd

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第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

随着中国城镇化水平的提高，大量人口涌向城市,城市交通系统已不堪重负。同时，中国的持续高速发展及粗放型的开发方式，使环境污染日益严重,现在已经成为影响人们日常生活的重要问题。鼓励人们更多的使用公共交通出行，以减轻对城市交通及环境的压力。同时，公交车方便快捷的乘坐方式及实惠的价格也是普通大众出行首选［1］。

传统公交车有很多需要解决的问题，乘务员在传统公交系统中一直负

责报站的重要任务。但是这种方法事倍功半而且工作强度很大，在很多发

达城市已经摒弃不用了。近几年来世界乃至我国的科学技术飞速发展，在

许多领域微机技术已经变成主导。在现今声学的领域里，公交车语音报站器已经成为可能，可以使用微机与语音芯片相结合来完成语音合成的技术 来实现这个目标,从而使市民有了更加人性化完善的服务。因此,介于以上问 了公交车语音报站器，在即将到站时进行语音提示同时显示到站名称。

１.2国内外研究现状

最近几年,我国经济稳步快速发展，人口数量呈几何递增,人口及环境问题给城市带来了双重压力。私家车的数量急剧增加，更是使原本就拥堵不堪的城市交通情况雪上加霜［2］。在现代城市里，公共汽车已经成为普通大众出行所必不可少的交通工具，人们花费在路上的时间越来越长，公交车的乘车体验直接影响到人们的日常生活.目前在国内的大中城市中,无人售票公共汽车已经成为主流，采用公交车语音报站器来提示到站信息.但是在一些不发达城市,仍然存在着人工售票方式,售票员报站会因为拥挤及口音给乘客带来很多问题。在欧美的一些大城市,电子信息技术和计算机技术已经大范围应用于公交系统，公交车上普遍使用自动定位报站器,极大的提升

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了公交车的经营效益和服务水平。

公交车报站器在公共交通事业中的作用十分重要，它直接影响着公交车的服务质量和人们的出行体验。现在，国内外普遍采用的报站方式主要有三种[3］.一种是利用GPＳ全球卫星定位系统的公交车自动报站器,这种报站器系统稳定，功能强大，可以根据卫星定位自动播报到站位置，美国的一些城市已经投入使用.我国也在研制此类产品，但是由于系统复杂，投资昂贵，较难在我国城市推广使用。另一种是我国之前普遍采用的人工报站方式,它的服务质量直接依赖于售票员,容易给外地乘客带来不便，在没有售票员的情况下会大大增加司机的工作强度，这种报站方式现在已经越来越少了。最后一种是公交车电子报站器,到站时有司机进行手动控制，可方便快捷的进行语音播报及汉字显示.这种报站器不像ＧPS报站器那么昂贵，很适合推广使用,是最符合中国国情的公交车报站器。

1．3 主要设计目标 和语音模块实现一套简单、实用的公交车报站器，可以实现以下的功能： 以单片机作为控制核心，采用键盘作为人机交互手段，并用LＥＤ点阵

④能够非常方便的修改语音提示信息。

１.4本文研究内容

针对我国城市公交车的应用现状，自主研发一套基于单片机的公交车报站器。改变之前公交车由售票员报站的落后模式，在公交车即将到站、即将离站以及车辆转弯时由司机操作报站器,语音播报提示的同时在显示器上显示当前站和将要到达下一站的站名汉字。

公交车报站器是安装在公交车上的,属于车载终端，在系统设计时除了

要实现基本功能外，还要同时做到稳定供电、功耗较小、体积轻便等方面，

而且也要兼顾易于开发、成本低廉、研发周期短等要素。因此本设计采用

STCC52 单片机作为系统的主控制器.

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在系统设计中，本文将从单片机系统、显示电路、语音电路方面分别展开研究，系统是基于单片机的公交车语音报站器，包括公交车报站器的总体研制方案、报站器硬件电路并实现、软件系统并实现、软件仿真验证。

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第2章系统硬件设计

２。１基于单片机的公交车报站器系统总体设计

系统以单片机STCC52为控制核心，总体可划分为处理单元、键盘单元、显示单元和语言单元等几部分［4］，如图2．1所示。处理单元负责对控制器的整体控制和数据处理。键盘单元进行按键输入，选择所要播放的语音和显示的汉字。显示单元对所要播放的汉字进行显示。语音模块包括两部分:录音和放音。录音部分的作用是进行站名的信息的录入，放音部分是将所要播放的信息进行播放。

STCC52 显示
控
键盘
制
器 语音

图2。１硬件设计框图
2。2电源系统设计

电源系统设计了两个供电电源：一种是通过USＢ连接，另一种是3脚稳压电源。当调试程序的时候,可以直接通过ＵSＢ给本模块供电，只需要简单的双向UＳＢ连接线与一条UＳB转串口线就可以把程序下载到开发板上运行了［5］。三角稳压电源采用了市场上常见的5V，1A直插式电源，不必为找不到合适的适配电源而烦恼。另外,本设计中所应用的ISD4004语音芯片的供电电压为３。3V,所以需要用LM１1１7－33芯片来提供3．３V的工作电压，具体的电路图设计如图2.２所示。

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J1

J2	2	GND	C1	C5	U1			2	C3	C4	JP1		VCC
	1
											1	2
				104
											3	4
	3			C2							Header 2X2
					1	IN	OUT
	2				GND
	1
			104	22uF	LM7805CT 3				22uF	104

GND

VCC	1	U2	GND			VCC33
			LM1117-33
C2		IN	OUT	2	C3		C4
			GND
22uF			3	22uF		104

GND

图2。2电源系统电路图

图２。２中,J1为USB接口,Ｊ2为汽车电瓶接口,输入电压为２８V，7805

接口,可以通过跳线将12相连或将34相连对系统进行供电,１２相连是选择
的输入电压范围宽达4.5V~36V，完全能够满足电压转换需要,ＪP1为跳线

USB供电，为程序下载模式，而３4相连为工作状态,由公交车电瓶对系统

行供电。VCC3３）电压为IＳＤ40０４语音芯片进行供电。

2。３处理单元

处理单元的作用是扫描公交报站器中的按键,根据扫描结果采取相应的动作，是整个报站系统的数据处理核心。本文将采用STCC５2单片机作为CPU进行设计。

2。3。1STCC52 单片机主要特性

STＣC５2是一种低电压，高性能的ＣMOS８位微处理器,SＴＣC52单片机内部带有大小为8Ｋ的只读存储器,可以进行擦除编程。ＳTC8９C5２单片机采用ATＭEL存储制造技术，密度很高,而且数据安全、不易丢失,并且可以兼容ＭCＳ-51的标准输出管脚和指令集.该款单片机是一种高效的微控制器，芯片封装是４0引脚封装,分别有贴片和双列直插两种不同的封

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装形式，本文将采用双列直插（ＤＩP40)的封装形式，如图2。3所示.

图2.3STC８9Ｃ52单片机的ＤIP４０封装图

２.3。２单片机的最小系统

单片机最小系统是一种最简单的电路系统，也是保证单片机可以正常开机、运行程序的关键电路,是维持单片机正常工作所必不可少的电路系统。一般来说,单片机最小系统包含单片机本身和复位电路、时钟电路、通信电路以及存储器.从上面的介绍中我们可以看到，ＳTCＣ５２单片机自带程

序存储器，大小为8K 字节,所以STC8９C52 单片机的最小系统主要包括单 所示。 片机、复位电路、时钟电路以及通信电路。单片机最小系统的原理图如２．4 7 8 P1.6 P0.5 34 33 P05 P06 7 RST P30 10 9 P1.7 RST/VPD P0.6 P0.7 32 31 P07 8 9 P31 11 P3.0/RxD P3.1/TxD ALE/PROG EA/Vpp 30 10K com1 12 13 14 15 P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 PSEN P2.7 P2.6 P2.5 29 28 27 26 +C1 VDD C4 1 2 3 U1 C1+ V+ C1- 1Cout VCC GND 16 15 14 VDD IN 1 6 2 7 MAX232 C6 30P 16 17 P3.6/WR P2.4 25 24 + C2 4 5 C2+ 1C in 13 12 3 8 JZ1 18 19 P3.7/RD XTAL2 P2.3 P2.2 23 22 IN 6 7 C2- V- 151 in 151out 11 10 P31 4 9 20 XTAL1 Vss P2.1 P2.0 21 C3 OUT 8 2Cout 2Cin 25 1in 251out 9 P30 DGND 5 12MHz C7 30P S52 MAX232

图２.４ＳＴＣC52单片机最小系统原理图

从图2.4中可以看到，本设计的单片机最小系统由晶振电路、复位电路和串口通信电路三部分组成。本文选用12MHｚ的晶振来产生系统时钟,方便进行比较精确地延时,从而减小与ISD４0０4芯片进行ＳPＩ通信时产生错误的概率,但这个频率下的串口通信不能达到标砖的９6００bps的波特率，

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本设计中串口只是用来下载程序,故综合这两点考虑，选择了1２MHz的晶振,晶振两端的30pＦ的电容是用来协助启振，并有一定的滤波作用。复位电路选用按键复位电路，这种电路方便进行硬件陶氏工作.串口通信线路选择MAX2３2芯片进行电平转换。

2.４语音播报模块

2。４。1 ISＤ４004语音芯片

本设计中所采用的语音芯片是IＳＤ4０04语音芯片，由美国ＩSD公司推出，性能稳定,品质优良，具有很多其他语音芯片所不具备的优点。首先,录音时不需要通过A/Ｄ转换和压缩,不会使声音出现较大失真,对每段录音的时间长度没有；其次，存储时间长，在不外接电源的情况下可保存数据一百年,可多次重复录放至十万次以上，该语音芯片使用快速闪存作为存储介质，不需要额外扩充存储器即可直接使用；第三，芯片需要的外围

2．4。2 语音电路设计 电路十分简单；最后,录音时间长，最多可长达十六分钟。

制，由ISD4004语音芯片和LM36８功放构成的语音播报电路图如2。6所示.

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U1
SS 1 28 SCLK
MOSI MISO 2 3 SS MOSI MISO VCCD XCLK SCLK27 26 VCC33 GND
GND

GND 10 11 12 13 14 4 5 6 7 8 9 VSSD NC NC NC NC NC NC VSSA VSSA AUDOUT AMCAP AUAIN+ AUAIN- VCCA VSSA RAC INT

NC
NC
NC
NC

NC 25 24 23
22
21
20
19
18
17
16 15
INT
RAC

C1
0.22uF
C2
0.22uF
MK1

R1

10K
VCC33

R2
10K

ISD4004S
R3 C3 0.22uF 10K

C5 C4 GND1uF 22uF GND

U2 VCC

R4GND GND 2 VS6

5
C6220uF LS1

3

GAINBYP 7 1

10K 4GND GAIN8 Speaker

LM386M-1
GND R510K C7 10uF

图2。６采用ＩSＤ4004芯片的语音播报模块电路图
GND