公交車語音報站器的設計

1、 摘要本設計介紹了一種以凌陽十六位單片機spce061a為核心，結(jié)合led顯示屏，無線接收模塊，無線發(fā)送模塊等公交車報站器。本文詳細研究了報站器的控制部分、顯示部分，存儲系統(tǒng)的設計方案。以及硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設計。整個報站過程不需要駕駛員的參與，達到了減輕駕駛員的工作量，提高公交車的安全性目的。經(jīng)過不斷的調(diào)試和改進本設計能準確的報站。且該系統(tǒng)語音音質(zhì)好，功能強，成本低，為公交服務提供了很大方便，具有很大的應用價值。關鍵詞關鍵詞：spce061a 單片機；公交車報站器；led 顯示；公交車 abstractabstractthis paper explains the principles o

2、f a bus-stop device, and offer a hardware and software design program that the microcontroller core，spce061a, controlls the led display ，wireless receiver module and wireless transmit module. it discusses the total design idea and the realization method of voice control, display system and memory sy

3、stem. then it describes the design project of hardware system and software system in detail. the entire process runs without the bus driver participation. it not only abates the bus driver s work intensity, but also ensures the security of bus and veracity of station broadcasting. this design can be

4、 reported accurately station as a constant debugging and improvement. this system will provide a well bus service with its high quality voice, strong function and low cost. the design has great value.keywords: spce61a scm; bus station broadcasting; led display; bus 目錄第 1 章 緒論.11.1 選題的目的及意義.11.2 研究現(xiàn)狀

5、.11.3 論文的主要內(nèi)容.3第 2 章 硬件設計.52.1 整體系統(tǒng)介紹.52.2 led 顯示部分.62.3 音頻輸出模塊 .72.4 無線接收與無線發(fā)送模塊 .72.5 鍵盤模塊 .8第 3 章 軟件設計.93.1 總體設計.93.2 鍵盤掃描模塊.113.3 語音播放模塊.123.4 顯示模塊.13第 4 章 調(diào)試與結(jié)果.14第 5 章 展望及不足.15參考文獻.16致謝.18 第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 選題的目的及意義選題的目的及意義在交通工具日益發(fā)達的今天，公交車以其快捷，方便，依然是人們出行的首選，在技術落后的以前公交車上有一個司機一個售票員，報站主要依賴售票員，

6、由于售票員大多有濃厚的家鄉(xiāng)口音，給乘客帶來了很多的不便，且隨著公交公司的裁員，實現(xiàn)了無人售票，司機又兼職報站員，給安全帶來了一定的隱患。隨著科技的發(fā)展，雖然現(xiàn)在部分公交車報站系統(tǒng)具有語音報站的基本功能，但由于報站時采用司機手動切換，一方面增加了司機的勞動強度，另一方面由于司機的誤報或漏報，造成乘客誤下或漏下，對于公交運營產(chǎn)生了很大負面影響，更會對乘客造成很多不必要的影響。為此，研究公交車自動報站系統(tǒng)是非常必要的。1基于單片機控制技術已廣泛應用于工業(yè)控制、家用電器、智能玩具等眾多領域，給人們的生產(chǎn)和生活帶來極大的方便。本文設計的以spce061a單片機為核心的公交車報站系統(tǒng)具有硬件電路簡單、成本

7、低廉、軟件編寫較容易等優(yōu)點。本設計實現(xiàn)了自動報站，不僅為公交公司節(jié)約了成本，而且為大眾帶來了方便。更重要的是它是服務人性化的一個新的發(fā)展，是用科技方便人們生活一個典型的例子。1.21.2 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀過去的人工報站已逐漸被淘汰，取而代之的是電子報站系統(tǒng)?，F(xiàn)在公交車上采用的公交報站系統(tǒng)具有語音報站的基本功能。本設計采用全自動的方式進行自動報站，完全不需要駕駛員在進站前操作鍵盤，防止司機分散注意力，真正實現(xiàn)自動報站功能，將公交報站器提高一個新檔次，是傳統(tǒng)公交報站器更新?lián)Q代的產(chǎn)品。2同時可以與led電子顯示條屏配套使用，實現(xiàn)語音、文字同時報 站功能，使公交車裝備現(xiàn)代化，提高了服務檔次?，F(xiàn)在的報站

8、系統(tǒng)大體可分為三大類：手動報站、基于單片機的自動報站器、基于gps的自動報站。第一類：手動報站。手動報站是簡單利用電子產(chǎn)品，減少勞動力的簡單有效的方法。但它已經(jīng)不可以滿足大眾的需要，因為它加大了司機的勞動量，但在經(jīng)濟不發(fā)達的地區(qū)還在使用。3第二類：基于單片機的公交車自動報站系統(tǒng)。其中一種技術關鍵是對車輪轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角的脈沖進行計數(shù)，將計數(shù)值與預置值對比，即可報站時刻確定，達到準確自動的目的。以 at89c51 為處理器在中斷程序中對外來脈沖計數(shù)，并利用 isd4004 輸出語音。系統(tǒng)完成以后就可以上機調(diào)試，在使用時應用配套的燒寫器將車站與車站之間的距離寫入單片機內(nèi)，如果不知道距離可以在單片機上采用

9、手動方式輸入，使裝置處于輸入狀態(tài)，出站時按下錄入鍵，到站時按下確定鍵，就可以將站與站之間對應的數(shù)據(jù)寫入單片機。使用中如果出現(xiàn)錯報，即可采用手動調(diào)整。4該方式應用 at89c51 單片機的高速計數(shù)器端口進行脈沖計數(shù)，以距離來控制報站時刻，該報站器改變現(xiàn)有設備的不足，實現(xiàn)了模糊控制，使報站器有了一定的改進。做到簡單實用自動化程度高。其中傳感器在公交車上的應用，極大的提高了設備功能。5但是在改變線路或者增加站臺等情況時，修改程序比較復雜，尤其是遇到突發(fā)狀況時司機的任何解決突發(fā)狀況的方法都將使該系統(tǒng)不能正常運作，目前該系統(tǒng)在實際中使用較少。6另外一種基于單片機的公交車自動報站系統(tǒng)就是利用無線收發(fā)模塊來

10、實現(xiàn)的。每個站牌上設一個發(fā)送裝置，每輛公交車上設一個接收裝置，發(fā)送裝置不斷發(fā)送信號，接收裝置在公交車在離站 20 米范圍內(nèi)接收到信號，然后就自動語音報站，這種就是該論文中設計的報站系統(tǒng)，但在此基礎上有所改進。7接下來的論文將詳細介紹這種報站系統(tǒng)。這種報站系統(tǒng)軟件編寫簡單，修改容易，而且芯片價格低廉，具有很高的性價比，是公交車自動報站系統(tǒng)的較佳選擇。第三類：基于 gps 系統(tǒng)的報站系統(tǒng)。gps 系統(tǒng)是由美國國防部開發(fā)的高精度衛(wèi)星導航系統(tǒng)。用戶通過用戶設備接收 gps 衛(wèi)星信號，經(jīng)信號處理而獲得用戶位置、速度等信息，最終實現(xiàn)利用 gsp 進行導航和定位的目的。gps 語音自動報站系統(tǒng)，采用先進的衛(wèi)

11、星定位技術徹底改變了傳統(tǒng)公交車語音報站器必須由司機操控才能工作的落后方式，進站、出站自動播報站名及服務用語，準確、及時、完全不需要人工介入，是公交車語音報站器的一項技術革命，它將為公交車的管理人員和乘客帶來福音，實現(xiàn)了公交車報站器的完全智能化。目前，國內(nèi) gps 語音自動報站系統(tǒng)處于試驗階段，僅有北京，廣州、青島等幾個城市采用 gps 語音自動報站技術。8蘭州石化職業(yè)技術學院電子電器工程系的權建軍，鄒益民利用 gps 技術與 51 單片機結(jié)合實現(xiàn)了自動報站的功能9。基于 gps 自動報站系統(tǒng)，現(xiàn)在在國外已經(jīng)正式上市，他可通過 gps 全球定位技術確定公交車位置，自動報出車輛所在站名，以及服務用

12、語，在特殊情況下還可以把手動報站，車內(nèi)呼叫等功能一并實現(xiàn)，還可以連接車內(nèi) led 大屏顯示廣告以及站臺信息，該系統(tǒng)還可以和 gprs 通訊系統(tǒng)連、接，實現(xiàn)實時監(jiān)控公交車運行請況，實現(xiàn)總調(diào)度過程。10基于 gps 的公交車自動報站系統(tǒng)能完全實現(xiàn)預定的功能，能大大降低司乘人員的勞動強度，加大公共交通運營管理力度，增強公交車管理的科學性。對維護運營秩序、提高運營效率、保證運營安全和促進智能公交的發(fā)展都具有積極意義。11目前的系統(tǒng)還存在一些不足，在有些城市，因為樹木、高樓的遮擋，存在有些路段接收不到 gps 信號的問題，這就需要利用陀螺儀等其它輔助定位系統(tǒng)和 gps 定位相結(jié)合進行定位。系統(tǒng)下一步發(fā)展

13、趨勢，是 gps 自動報站系統(tǒng)和 gprs 技術和 gis 相結(jié)合，即把 gps 定位、gprs 無線交通網(wǎng)和城市地理信息系統(tǒng)結(jié)合起來，對城市的車輛進行實時的控制與管理，形成城市的智能交通絡，進一步促進城市交通的發(fā)展。1.31.3 論文的主要內(nèi)容論文的主要內(nèi)容本文簡要介紹了一種以凌陽 spce061a 單片機為核心的公交車報站器的各部分原理及其功能。其主要功能：在公交車靠近站牌時能進行自動報站，很大程度上減輕了司機的勞動量；在行駛的過程中可以插播廣告，為公交公司提供了額外的收入；報站前可以播放文明用語，從而提高人們的自覺程度，對社會的 文明進步有一定的推動作用；在行駛到平穩(wěn)路段時可以播放音樂，

14、使乘客疲憊的身心得到放松。以前的報站器大都是語音報站，然而在繁華的街道由于汽車的馬達聲以及各種噪聲的干擾，使語音報站不能準確的達到預期的效果。本設計就此加以改進加入了 led 顯示屏，這樣就可以使語音報站和屏幕顯示結(jié)合起來，即使無法聽清楚站名也可以看的到。這樣就增加了報站的高效性。而且 led 顯示條屏具有電壓低，亮度高，響應速度非常快，體積小，很高的可靠性,顏色鮮明等特點，已成為了目前應用最廣泛的屏幕顯示器件之一。12以前報站器大都采用手動報站，而本報站器采用了無線接收與無線發(fā)送模塊，使得整個過程不用司機的參與，實現(xiàn)了自動報站。將減輕司機的負擔，使得公交車更加人性化。13主要功能如下：（1）

15、 實現(xiàn)上，下行線的自動報站；（2） 可以在播報完站牌的間歇播報廣告與音樂；（3） 在播報不準確的情況下可以進行手動調(diào)整，即具有手動報站、自動報站兩種功能；（4） 可以通過led顯示屏顯示報站信息和廣告等信息。（5） 備有下載口，用戶可直接下載更新站名和站數(shù)，更新快捷方便。 第第 2 2 章章 硬件設計硬件設計2.12.1 整體系統(tǒng)介紹整體系統(tǒng)介紹系統(tǒng)以 spce061a 為核心，可以劃分為鍵盤輸入、spr4096 資源存儲，led顯示與語音播放等部分，如下圖所示。圖 1 原理框圖如上圖所示，在公交車站臺處設置無線發(fā)射器，當公交車離站臺一定距離時，接收到發(fā)射器的信號，經(jīng)過編碼驗證后,將信號送入主

16、控制電路板。主控制電路板由單片機來進行控制, 通過編寫程序,按照順序發(fā)出控制信號給語音存儲模塊，調(diào)用語音模塊中錄制好的語音信息，再通過功率放大電路放大后,就可驅(qū)動揚聲器，自動播報如“車站到了，下車的乘客請準備”、播報完后再調(diào)用程序中的文字顯示程序，在顯示屏上顯示。13播報完后根據(jù)程序設定循環(huán)播放文明用語和廣告，整個過程完全由單片機控制自動完成，無需公交車駕駛員參與。但為了應對緊急情況及突發(fā)事件，特地的安裝上備用鍵盤，以備不時之需，即如果出現(xiàn)錯誤可以由司機用鍵盤調(diào)節(jié)。鍵盤輸入存儲器spce061a站牌無線發(fā)送led顯示屏語音報站無線接收 鍵盤 2.2 led 顯示部分顯示部分本系系統(tǒng)采用可顯示

17、16 個漢字的 16 行*16 列型點陣，整個顯示屏共 256 路列線和 16 路行線，采用單片機的 ioa0-ioa11 共 12 個口控制 led 點陣的顯示。行信號控制：通過一片 74ls154(4-16 線譯碼器)芯片譯碼，再通過兩片74ls240 芯片，逐一對 16 路行線進行掃描。列信號控制：點陣的 256 路列信號，可以分成 32 頁，每 8 路信號為一頁，單片機的 ioa5-ioa7 控制一片 74ls138 芯片(3-8 譯碼器)，可以對 8 路信號進行掃描。為了掃描每一頁中每一列信號，需要對 32 頁進行逐一選通?？梢杂脙善?74ls154 組成一個 5-32 線譯碼器，其

18、 5 路信號可有 ioa0-ioa4 提供。并且每一頁的 8 路信號可加一個 74ls244 芯片，共需 32 個芯片。14總體電路實現(xiàn)：ioa8-ioa11 控制一片 74l154(4-16 線譯碼器)再通過74ls240，可以使 16 路信號中一路為高電平而其他為低電平，再通過 npn 型三極管，可實現(xiàn) 15 路截止只有 1 路選通。通過單片機的 ioa0-ioa4 控制有兩片74ls154 組成的 5-32 譯碼器，可以唯一的選通 32 個 74ls244 中的一片，即一頁，而其他頁處于高阻態(tài)，而 ioa5-ioa7 控制 74ls138 對一頁中的某一路進行選通，使一路為低電平其他為高

19、電平。因此可以實現(xiàn) 16*256 中某一個 led 的點亮，通過循環(huán)可以選通每一個 led。15 頁控 線 . 圖 2 led的電路連接圖spce61aioa0ioa1ioa2ioa3ioa4ioa5ioa6ioa7ioa8ioa9ioa10ioa11單字屏幕4-16 譯碼器5-32譯碼器3-8譯碼器 2.32.3 音頻輸出模塊音頻輸出模塊spce061a內(nèi)置2路10位精度的dac，只需要外接功放電路即可完成語音的播放。spy0030是一款音頻驅(qū)動放大芯片，可以工作在2.46v范圍內(nèi)，最大輸出功率可達700mw，由于它的便攜性而有著廣泛的實際應用。16 如下圖所示使用時用跳線將j2的1、2端連

20、接起來即可。如下圖所示圖 3 音頻輸出電路原理圖2.42.4 無線接收與無線發(fā)送模塊無線接收與無線發(fā)送模塊公交車報站器自動報站功能可以有效的減輕乘務人員的負擔并能防止誤操作，具有很強的應用價值。目前采用的方法有很多，如、門控自動報站等方式，這里我們采用無線收發(fā)電路實現(xiàn)。如下圖所示，收發(fā)電路由無線發(fā)射芯片和無線接收芯片組成。無線發(fā)射電路放在車站站牌里，當公交車行駛到靠近站臺時，報站器接收到無線電信號就會自動播報當前車站站名，實現(xiàn)自動報站。17一片可實現(xiàn)路獨立的無線電發(fā)射，若將多片與多片并聯(lián)應用，僅需改變相配套的電路外接的阻值，進而改變其基準頻率，即可方便地實現(xiàn)路、路、路甚至更多路的無線發(fā)射，這樣

21、就可以實現(xiàn)一個站臺多路公交車自動報站 的需要。 圖 4 無線收發(fā)模塊2.52.5 鍵盤模塊鍵盤模塊由于本設計為自動報站系統(tǒng)，按鍵只是起輔助作用，所設鍵比較少共上調(diào)鍵，下調(diào)鍵，啟動/關閉健以及音樂播報鍵四個鍵，所以應用獨立式按鍵方式，用 ioa12-ioa15 作為四個按鍵端口。獨立式按鍵就是各按鍵相互獨立，每個按鍵單獨占用一根 i/o 口線，每根 i/o 口線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他 i/o 口線上的工作狀態(tài)。18因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下了。其優(yōu)點為電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。上調(diào)鍵：將當前報站名減 1，播報上一站名。下調(diào)鍵：將當前報站名加 1，播報下一站名

22、。啟動/關閉鍵：接通電源后，按一下啟動，再按一下系統(tǒng)關閉。音樂播放鍵：播放存儲在存儲器中的音樂。 spce061aioa12 ioa13ioa14ioa15上下啟樂 圖 5 鍵盤連接圖第第 3 3 章章 軟件設計軟件設計3.13.1 總體設計總體設計本設計分為手動報站和自動報站。手動報站主要時在報站錯誤是進行修改。將軟件進行分模塊設計。主要包括主程序，語音報站程序模塊，顯示程序模塊等。當無信號接收時，按默認的循環(huán)模式進行播報廣告，文明用語等，一旦接收到信號退出其它顯示及其播報，進行報站。 y n y n 播報對應站名接受無線信號？循環(huán)播報音樂，廣告，文明用語清看門狗開始初始化初始化 spr40

23、96，鍵盤， led 屏顯示鍵盤有按下？根據(jù)鍵盤設置播報根據(jù)鍵盤設置播報 圖 6 軟件流程圖程序設計流程如上圖所示。 首先對系統(tǒng)進行初始化設置，確定公交車的初始位置。如無特殊情況，默認為公交車從起始站出發(fā)。在公交車運行過程中，不斷對信號進行檢測，當檢測到某一站臺的信號時，首先進行防干擾處理，防干擾程序按照相同站臺編碼信號只觸發(fā)程序工作一次的思路來編寫，這樣就避免了公交車在靠近站臺過程中因反復接收到遙控信號而引起的程序錯亂。19接下來對遙控信號進行編碼驗證。將接收到的信號編碼與存儲在單片機內(nèi)部存儲器中的編碼進行比對，以確定調(diào)用語音模塊中語音信息的順序，以保證不會發(fā)生錯誤報站的情況，還可以很好地解

24、決多路公交車?？客徽九_時的相互影響問題。當出現(xiàn)一些特殊和意外情況時，司機按下控制按鍵，可強制對報站程序進行修正；意外情況解除后，公交車接收到新的站臺信號，通過編碼驗證后,程序又可以恢復自動運行。該程序在設計過程中考慮了公交車在實際運行中可能出現(xiàn)的各種問題，能滿足系統(tǒng)在實際運行中的各項要求。 3.23.2 鍵盤掃描模塊鍵盤掃描模塊 n 圖 7 鍵盤掃描子程序流程圖 程序循環(huán)對 ioa12-ioa13 進行掃描，當有按鍵按下去時執(zhí)行相應的功能：當上調(diào)鍵按下時播報上一站名；下調(diào)鍵按下時播報下一站名；音樂鍵按下時播放音樂；單片機運行時按下啟動/關閉鍵單片機停止運行。單片機處于關閉狀態(tài)時按下啟動/關閉

25、鍵，單片機運行。20掃描完之后返回主程序。 開始讀 ioa12-ioa15是 0?上調(diào)健按下報上一站下調(diào)健按下報下一站按啟關健啟動或關閉音樂健按下播放音樂返回讀 ioa12-ioa15y 3.33.3 語音播放模塊語音播放模塊 y y 圖 8 語音子程序流程圖 語音播放部分主要有播報站名的功能。在有鍵按下時進行站名的更正或音樂的播放。在無按鍵時，看是否接受到信號，當接受到信號時，先播放文明用語。例如：“請為老弱病殘讓座！”21然后根據(jù)相應的編碼播報站名。 開始初始化部分參數(shù)按鍵？執(zhí)行相應功能有信號？播報文明用語播報對應的站名返回返回nn 3.43.4 ledled 顯示模塊顯示模塊 y n y

26、 n 圖 9 led 顯示子程序流程圖 led 顯示屏主要作為語音報站的補充。且加入了廣告，可以提高公交公司的收入，也會為大眾帶來方便。當有按鍵時（上調(diào)，下調(diào)鍵） ，顯示相應的站名；當無鍵按下時，且有信號時，顯示相應的站名。無信號時顯示廣告和文明用語。開始初始化部分數(shù)據(jù)是否按健？是否有信號？顯示廣告、文明語返回執(zhí)行按鍵功能顯示站名 第第 4 4 章章 調(diào)試與結(jié)果調(diào)試與結(jié)果系統(tǒng)的調(diào)試可以分為軟件調(diào)試與硬件調(diào)試。軟件調(diào)試可以在其集成開放環(huán)境中進行，編譯完之后，分別對各子程序進行仿真。仿真之后在下載到單片機，根據(jù)實際要求，進行逐一測試。如果不滿足則進行修改。直到可以準確的報站以及顯示各站名為止。對于

27、硬件的測試，要對電路板的各個部分進行測試，尤其對虛焊要嚴格檢查，因為如果發(fā)生短路可能是其他元件損壞。用萬用表對電路板進行反復檢查，再分別測試鍵盤部分，i/o部分，語音播報部分，無線收發(fā)部分，led顯示部分等。22在理想效果下報站器可以在 40 米范圍內(nèi)接收到信號，并進行精確報站?？墒窃趯嶋H測試中發(fā)現(xiàn)在 20 米之內(nèi)才能很好的接受信號，并且當有障礙物時，會妨礙信號的接受，以至于出現(xiàn)報站延時，或接受不到信號不報站等情況。剛開始運行時有時發(fā)生錯報等錯誤。經(jīng)過反復修改程序可以達到準確報站的目的，如果將發(fā)送設備安裝于高處，可以很好的發(fā)送信號，可是增加了建造方面成本，同樣也給維修方面帶來了不便。 第第 5

28、 5 章章 展望及不足展望及不足未來的世界是將是高科技的時代，隨著高科技產(chǎn)品的不斷發(fā)展。人們?nèi)找娓惺艿搅烁呖萍冀o人們帶來的巨大方便。公交車報站器也不例外，隨著科技的不斷進步它將變的更加智能化與人性化。gps 衛(wèi)星定位系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)在發(fā)達國家應用開來。隨著我國航天技術的不斷發(fā)展，我們將在不遠的將來享受這一科技成果。本設計雖然價格便宜，電路簡單，但也存在著不足之處，由于無線發(fā)送模塊位于站牌中，供電以及檢修將成為一個比較繁重的任務，有得必有失，在不久的將來這一問題將被解決。另外，公交線路多處于繁華地帶。如果采用有線方式來傳輸數(shù)據(jù),不但鋪設線路的施工復雜、成本高,而且,如果日后公交線路需要變更(如車站位

29、置更改) ,改變線路會十分麻煩。23對于發(fā)送設備可以考慮蓄電池供電，隨著電子技術的不斷發(fā)展，會有高耐用電池的出現(xiàn)。同時可以通過降低發(fā)送設備的用電量，提高接受器的靈敏度來解決這一問題，即使在很微弱的信號下也可以進行準確接受信號，進行報站。不過隨著我國航天技術的不斷發(fā)展，gps 定位技術的報站器在不久的將來一定會惠及到每一個人。 參考文獻參考文獻1 王俊. 基于單片機的公交車報站器的設計j. 科技經(jīng)濟市場 , 2008,(06) 2 周波,馮頑童,胡建龍,羅洪波. 公交車自動報站系統(tǒng)的設計j. 四川理工學院學報(自然科學版) , 2008,(03) 3 黃艷國,許倫輝,眭相林. 基于gps公交車自動報站系統(tǒng)的設計j. 交通信息與安全 , 2009,(01) 4 周國雄,許明情. 城市公交車自動報站系統(tǒng)設計及其應用j. 裝備制造技術 , 2007,(04) 5 顏世強,李樹廣. 公交車自動報站系統(tǒng)的設計j.工業(yè)控制計算機 , 2004,(06)6 北陽公司.c語言在凌陽十六位單片機中的應用.北京:北陽電子內(nèi)部技術資料，2005.26-177. 7 童詩白主編模擬電子技術基礎第三版，北京：高等教育出版社，20008 曹云川,周遐,金瑞. 公交車自動報站器設計j. 昆