公交车报站系统设计

公交车报站系统设计（共7篇）

公交车报站系统设计 篇1

交通拥堵已成为城市发展的瓶颈,为方便广大市民出行,最大限度减少路网负荷,政府已提出全方位深化优先发展公共交通政策措施,推进交通信息化,实现交通与城市和谐发展。而传统的公交车报站系统通常采用人工按键方式,这种人工方式缺点如下:一是经常会出现误按、少按、多按现象,造成误导乘客,造成不必要的麻烦;二是车辆将要到达站点时,司机要手动完成按键报站,造成注意力不集中,容易出现交通事故。本文设计一种新型公交车自动报站及限速系统,利用单片机结合GPS(全球卫星定位系统)技术,当公交车驶入站点一定距离范围内时,不用人工干预,系统自动报站。其相关信息并或通过LCD显示,给司机或乘客准确提供站点信息,同时该系统还具有语音提示功能,当车速超过预置的上限速度时,将实时告知司机,及时减速。

1系统框图与工作原理

1.1 系统总体设计框图

该系统主要由单片机控制模块,GPS模块和语音模块及键盘输入与人机接口三部分组成。主要完成公交车行驶过程中的位置坐标信息采集和公交站点信息的语音提示以及站点预存和上限速度设置等功能。系统总体框图如图1所示。

1.2 系统工作原理

公交车自动报站及限速系统以Cygnal公司的C8051F040单片机为控制核心,通过采集GPS接收机接收的卫星导航信息,从而解析车辆当前的经、纬度信息,然后将其与站点坐标相比较,当公交车驶入站点一定距离范围内时,不用人工干预,系统自动报站。并通过LCD显示等。给乘客一种准确的提示,同时当车速超过预置的上限速度时,该系统还具有语音提示功能,及时告知司机,及时减速。

2系统硬件设计

系统硬件电路设计主要包括四部分:单片机控制核心、GPS定位信息采集模块、语音录入和播放模块以及按键预置显示模块等。

2.1 单片机控制核心

C8051F系列是美国TI的Cygnal公司设计和制造的混合信号片上系统,单片机的主要模块包括模拟外设、片内JTAG调试和边界扫描、高速控制器内核、数字外设等几个部分[1],其中该系统中所采用的C8051F040数字外设中包括8个8位的I/O口、2个UART总线、1个SPI总线和CAN总线等。

该单片机主要实现对GPS信息的采集与解析,并与设置的速度上限与站点定位信息进行比较,将语音提示信息通过SPI总线输出至外部语音模块输出。

2.2 GPS模块

GPS(全球定位系统)由空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统三大子系统构成。GPS通过同时对多颗卫星进行伪距离测量计算接收机的位置,其具有定位精度高、执行操作简便、全球全天侯作业、功能多应用广、抗干扰性能好、保密性强等优点[2]。已成为全球公用信息资源,在军事和民用等领域得到广泛研究和应用。

2.2.1 GPS数据格式

GPS模块上电后,会每隔一定的时间返回一定格式的数据,其数据格式为:“$信息类型,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x”,每帧的起始字符都是‘$’,接着是信息类型,后面是定位参数,以逗号分隔开[3]。一帧完整的数据格式包含有效定位、纬度、北纬、经度、东经、速率等信息,设计中对数据信息提取、解析是通过Cygnal公司的C8051F040完成,其方法首先通过搜寻ASCII码‘$’来判断是否是一帧数据的开始,然后通过接收到的五个字符来判断当前所接收到的信息类型,对帧的信息类型识别正确后,通过搜寻的‘,’的个数来确定GPS模块当前所接收到的是哪个定位参数,从中提取出需要的定位信息[3]。本设计中仅解析GPRMC信息中的经、纬度、速度和时间信息等。

2.2.2 GPS硬件模块

本设计中利用C8051F040单片机通过串行接口实现GPS模块接收的定位信息采集和解析,从中选择需要的信息,这里所需要的信息仅包括经、纬度、速度、时间信息等。

GPS模块采用瑞士u-blox公司的NEO-5Q主芯片,此芯片为多功能独立型GPS模组,以ROM为多基础架构,采用u-blox最新的KickStart微弱信号攫取技术,能确保在任何可接收到信号的位置及任何天线尺寸都能够有最佳的初始定位性能,并进行快速定位[4]。并且其外部有UART,USB,SPI,I2C等种接口,可方便地与微控制器实现无缝连接,电路简单,其具体电路如图2所示。

2.3 语音模块

ISD1700系列芯片是Winbond推出的单片优质语音录放电路,设计中采用的ISD17240芯片除具有可录、放音、断电保留一百年等功能外,其还具有在8 kHz采样率下,可保存240 s的语音信息,因此,可完全满足公交车语音播报的数据要求[5]。单片机控制ISD17240芯片是通过该芯片的SPI模式来实现,ISD17240语音芯片中几乎所有的操作,如,录音、播放、擦除、快进以及对在存储语音信息地址的访问等均可通过ISD17240提供的SPI命令来实现,极大地方便了软件设计[5]。图3所示的即是该芯片与录音、放音简化电路和与单片机的SPI接口。

3系统软件设计

3.1 站点录入和速度预置

站点名称的录入和站点位置信息在系统调试过程中进行,站点名称的录入可在实验室内完成;站点的位置信息采集可通过单片机控制GPS模块完成,由于公交车在停车时的位置与站台位置有一定的偏差,因此,系统在采集每一个站点信息时,要考虑有一定的偏差范围,将所有站点的位置信息保存在固定数组中,在软件中这些信息将与站点名称相对应。由于站点以及公交车行驶路线相对固定,因此,这些信息可保存在FLASH中。最高上限速度的设置可在每次系统上电时设置,也可在软件中设置为固定值,该系统中是作为固定值存放在const变量中的。该软件流程如图4所示。

3.2 GPS信息采集和语音提示模块

GPS信息采集主要是通过C8051F040单片机来实现,当公交车行驶时,单片机实时地读取当前所在的位置信息和速度信息,经过转化后,与FLASH存放的站点位置信息与速度信息进行匹配,匹配成功后,单片机将通过SPI接口发送控制命令,控制外接的语音录放模块ISD17240,访问与站点名称相对应的提示音存放地址,播放该公交车将要停留的位置信息。软件流程如图5所示。

3.3 人机交互——键盘、显示模块

人机交互模块包括键盘模块和显示模块,键盘模块主要实现站点语音信息的录入、擦除以及车辆行驶上限速度的设置等功能;液晶显示模块通过文字信息来传送当前的站点信息,系统扩展时,可采用LCD点阵屏来显示,并可同时时显示广告、友情提示等信息。

4结论

系统采用先进的卫星定位技术与语音合成技术相结合的方式,改变了公交车中人工按键的语音报站器的传统方式,该系统可完成车辆进站的站点播报、出站时下一站的自动播报以及超速提示等功能,并可不受外界环境影响,全天侯工作,如扩展还可提供一些广告、服务用语的播报。语音播报准确、及时,不需要人工介入,实现了公交车报站器的完全智能化。

参考文献

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[10]万光毅.SoC单片机实验、实践与应用设计:基于C8051F系列[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

公交自动报站系统的设计 篇2

公交系统以其运载量大、运送效率高、运输成本低、相对污染小等优点,已被世界各国公认为解决大、中城市交通问题的最佳策略,也是城市赖以生存的重要基础设施之一[1]。近年来,随着城市公交事业的迅速发展,国内公交线路的报站方式已由传统的售票员报站发展为司机按键报站,但由于司机身兼数职还需完成开关车门等工作,所以经常出现报站不及时或错报、漏报等现象,而且司机在驾驶过程中进行报站也存在一定的安全隐患。鉴于目前国内公交报站设备的现状,公交报站方式的自动化已势在必行[2]。

本文在对射频原理和光伏技术深入研究的基础上,从硬件和软件两方面完成了公交自动报站系统的设计。与传统报站系统相比,该系统可自动实现公交线路的语音播报和LCD显示,具有结构简单、易于实现、维护简单、节能环保等优点。因此,本系统的设计及应用必将具有较高的应用价值和广阔的市场前景。

2 设计方案

系统结构如图1所示,基于射频原理的公交自动报站系统由车载和站台两部分设备组成。站台设备由采用独立电源供电的无线发射模块构成,以实现编码信号的产生和发射;车载设备以单片机为控制核心,主要包括无线接收、音频播放、L C D显示等模块。当车辆行驶到某站台信号覆盖的区域内时,站台设备通过无线发射模块将编码信号传到车载设备,车载设备将自动识别该编码并通过单片机发送指令给语音电路进行提示语音的播放,同时通过L C D电路进行站台信息的显示,从而实现公交线路的自动报站。

3 硬件电路设计

系统硬件结构如图2所示,站台设备由太阳能电池板B T、专用电池管理芯片U C 3 9 0 6、D C-D C转换芯片MC34063以及射频收发芯片NRF401来实现;车载设备以单片机AT89C52作为控制核心,射频收发芯片NRF401实现信号的无线传输,ISD1420和QH2001分别构成语音和显示电路以完成站点信息的实时播报和动态显示。

3.1 无线通信电路

站台与公交车间的无线通信是系统实现的基础和设计的关键。本设计采用挪威Nordic公司推出的集收发功能于一体的无线通信芯片N R F 4 0 1,其片内集成了高频发射、高频接收、F S K调制与解调、P L L锁相环、放大器等单元电路。该芯片工作于4 3 3 M H z的I S M频段,是可以直接与单片机串口连接的无线收发芯片;可靠通信距离达100m,以确保车辆经过站台时能准确地自动识别该站编码,是实现低功率无线数传的理想选择[3]。车载射频接收电路如图3所示,天线拾取的信号经过天线匹配电路送到N R F 4 0 1,由其内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理,再将数据发送到并行接口由微控制器进行读取。

由于有效直线通信距离为100m,所以公交车行驶在以站台为中心前后共2 0 0 m的范围内,都能接收到此站信号,设车速的最大值VMAX=60km/h=16.7m/s,则车辆经过此站台有效区域的时间t=200m/(16.7m/s)=12s,所以可将站台编码发射周期设置为6秒,防止漏报。

3.2 车载控制电路

车载控制电路如图4所示,主要包括时钟、复位和外扩数据存储电路等。选用11MHz晶体振荡器与AT89C52内部振荡器的高增益反相放大器构成自激振荡器,在晶体两端各接一个30PF的电容到地构成并联振荡电路;选用M A X 8 1 3 L芯片搭建复位电路用于增加系统工作的稳定性;选用24C64系列的串行E2PROM搭建外扩存储电路主要用于存放控制语音播报的程序信息。

3.3 车载语音电路

车载语音电路如图5所示,本设计采用美国ISD公司出品的语音录放芯片ISD1420。ISD1420的REC为录音控制引脚(低电平有效),录音时只需给出起始地址(A0-A7决定)可连续存放多个地址,当REC变高或内部存储器已满时则建立结束标志并结束录音操作;PL为放音控制引脚(低电平有效),由89C52的T0控制其电平实现放音,当遇到结束标志或存储器尾部时则停止放音并自动进入掉电等待模式。由于语音信号均需预先录制及录入,系统工作时只需完成放音功能,因此R E C、R E C L E D引脚通过电阻接电源。

3.4 车载显示电路

车载显示电路如图6所示,本设计选用点阵式图形液晶显示模块QH2001,它由128(列)×64(行)点阵组成,屏幕分左右两半屏显示数字和中文。QH2001片内含1个行驱动器和2个列驱动器,驱动器型号都是KS0108A;CSA、C S B都是低电平有效,本系统采用直接控制方式,即把QH2001作为存储器或I/O设备直接挂在控制器总线上,控制器以访问存储器或I/O设备的方式控制显示电路[4]。

3.5 站台电源电路

每个站台的发射模块都需要单独供电,即使就近引入电源走线也十分麻烦。若采用太阳能电池板供电既可解决走线问题又节能环保,符合当前社会倡导。站台电源电路如图7所示,在专用电池管理芯片UC3906的作用下,光照充足时继电器常开触点吸合,在对蓄电池进行充电的同时也为系统供电,弱光或无光照时继电器常闭触点吸合并转入蓄电池供电模式,从而实现对无线发射模块的不间断供电[5];由MC34063构成的DC-DC转换电路可输出稳定的+5 V直流电压,以保证系统正常工作。

4 软件程序设计

系统软件设计主要包括初始化、无线通信、语音和显示等程序模块,主程序流程图如图8所示。系统上电后首先进行程序的初始化,随后进入检测状态。编码格式包含帧首、帧尾、地址、数据及校验部分,帧首采用双字节0x55和0x AA,帧尾使用0x01结束;地址是用双字节地址,共16b,地址分配上,各个电流采集模块地址不相连,使其保持一定的容错性;数据部分为一个字节;地址部分和数据部分使用16进制ASCII送;帧的校验部分使用CRC4校验[6]。如果公交车接收到某一站台发射的编码信号,则转去执行该信号所指向的数据处理程序,即以该站号为依据获得存放该站放音内容的首地址;调用语音程序模块并读入预先存储的本站放音内容首地址开始放音,每次放音完毕利用ISD4004发送一个中断信号给单片机,从而调用显示程序模块进行站点信息显示。由于每条线路的公交车都有正向和逆向两种行驶状态,所以站名播报也相应有正向和逆向两种顺序。每一站往返方向上的两个站台需要区分,为此,应事先设置站台编码给N R F 4 0 1,并同时设置相应的编码存入车载系统的单片机的寄存器中,应保证每一站的编码是不同的,同一站的往返方向上的站台编码也是不同的。每次公交车从始发站出发时都有指针指向下一站(也就是第一站)的编码地址,当到达第一站有效区收到站台发送的编码后,把该编码与单片机中指针对应编码进行比较,若不一致则指针所指地址不变,车载系统继续接收信号;若一致则播报并显示该站对应信息,同时将该指针地址加1(可用单片机内部计数器实现),指向下一站编码地址,这样就可以区分同一车站往返两个方向上的站台编码,准确播报每站信息,且只播报一次。

5 结束语

建立先进的公交信息服务系统是中国发展智能交通系统的重要组成部分,本设计充分考虑到成本、实用性和工作环境等因素,具有性价比高、报站准确、易于维护、节能环保等优点。本系统不仅可以为乘客提供实时准确的交通信息,提高公交系统的服务水平,还可以为人们构建方便和谐的乘车环境,建立良好的交通信息系统,从而满足未来发展的需要。

参考文献

[1]林绿洲,王力超,陆起涌.基于GPS与GPRS的公交智能监控系统[J].仪器仪表学报(增刊),2006,(6):561-563.

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[5]范长城,王勇.基于太阳能电池板的直流不间断电源设计[J].电源技术应用,2008,(9):25-28.

公交车报站系统设计 篇3

关键词：U盘,FAT16,AT89C51SND1C

1 公交车自动报站系统概述

公交车自动报站系统是采用全球定位系统(GPS)进行数据采集,实时解算车辆当时的经度、纬度等信息,获得公交车的实时坐标,将其与站台坐标相比较,公交车驶入站台一定距离范围内时,不用人工干预,系统自动进行报站、温磬提示等服务。如果公交车需要临时改变运营线路或更换一些语音广告信息,公交管理人员可以通过USB口,方便、快捷地下载更新语音信息。

2 硬件设计

图1为公交车自动报站系统的总体结构,整个自动报站系统分为语音信息存储和自动播报两大部分。语音信息存储将预播放的语音信息(如报站、广告、温馨提示等)通过USB接口,存储在Nand Flash存储器中。

系统的主控制器采用ATMEL公司的AT89C51SND1C,它具有C51内核,64 KB的Flash程序空间和4k字节引导闪存以及2 304 B的RAM存储器,允许通过嵌入的4 KBFlash引导区进行在系统编程,片上集成了多种外设(MP3硬件解码器;可编程音频输出接口DAC;USB1.1控制器;内建锁相环 PLL;两路10位ADC;44个通用I/O;两个16位定时器/计数器;硬件看门狗定时器;标准全双工UART),这样就大大简化了外围电路的设计。

存储器选用三星公司的K9F1208U0B芯片,该芯片存储区域分为4 096个Block,每Block大小为32个Page,每Page有512kB+16字节。

3 U盘软件设计

软件设计主要包括Mass Storage类协议和FAT16文件系统。

3.1 Mass Storage类协议的实现

主机和海量存储设备的Mass Storage类协议需要实现下面3个部分:①在设备的枚举阶段,提供 Mass Storage类协议描述符;②在数据传输阶段,实现Bulk-Only批量传输协议;③实现 SCSI命令集。

3.1.1 枚举过程的实现

USB总线包括控制传输、中断传输、批量传输和实时传输4种传输类型[1]。每一个设备端点0的默认管道都支持控制传输,除了端点0,还有端点1和端点2。在枚举过程阶段,主机与设备之间采用控制传输类型,即利用端点0完成枚举过程。在枚举过程中,至少需响应读取设备的描述符(GET DESCRIPTOR)、配置端口(SETCONFIGRATION)和配置地址(SET AD-DRESS)3个请求。程序流程实现如下:

3.1.2 Bulk-Only批量传输协议的实现

端点0用于控制传输方式,则端点1和端点2用于Bulk-Only传输方式,配置端点1为Bulk-In,端点2为Bulk-Out。当主机对设备枚举成功之后,主机与设备之间就可以通过端点1、端点2进行通信了。

主机和设备之间通过传送CBW指令和CSW状态字,以及Dade来完成数据的存储和读取。海量存储设备接收到CBW命令字后,分解出CBW命令中包含的指令信息,并对指令信息进行处理,同时向主机返回状态字CSW。Bulk-Only传输的流程图如图2所示。

3.1.3 SCSI命令集的实现

在U盘的接口描述符中,当bInterfaceSubclass取值为0x06时,主机与U盘之间就会按照SCSI指令进行命令的传送。U盘收到CBW命令字后,对CBW中的命令块按照SCSI的命令格式进行解码,解析出SCSI命令中包含的命令信息。Windows环境下支持12位的SCSI指令格式,如图3所示。

SCSI指令中的命令码表示对存储设备不同的操作,对U盘而言,并不是所有的命令码都要进行答复和处理。程序流程实现如下:

3.2 FAT16文件系统设计

U盘插入USB总线并枚举成功后,主机会依次发出Inquiry、Read_Capacity、Mode_Sense等请求,如果上述请求的返回结果都正确,主机则会发出Read10命令,读取文件系统0簇0扇区的MBR数据,进入文件识别阶段。如果文件系统设计的不正确,USB总线将会复位,终止主机与U盘之间的通信,丧失U盘功能。

自动报站系统中的U盘大小设计为64 MB,采用FAT16文件系统,定义32个扇区构成一个簇。FAT分配空间的时候,是按簇来分配的,但是其给出的地址却是LBA(Logical Block Address),即它只给出一个扇区号,比如对此 Flash 而言,若给出 LBA为0x40,实际代表簇1的扇区1。因此需要将LBA转换为实际物理地址,这样,才可以对数据进行正确地存取操作。转换公式为

Flash的 Block=Logical Block Address/0x20

Flash 的Page=Logical Block Address %0x20

FAT16文件系统[2]的磁盘分为:MBR区、DBR区、FAT区、FDT区和DATA区。MBR区又称主引导记录,其后为64 Byte的磁盘分区表;DBR区为操作系统引导记录区,通常占用分区的第32扇区,共512 Byte,由跳转指令、BPB和结束标志几部分组成;FAT区用来存放文件分配表,文件分配表是一一对应于数据区簇号的列表,反映了所有簇的使用情况,每个表项单元的位长决定了FAT的类型,比如FAT16的表项单元为16位。FAT表一般都有一个备份;FDT区用来存放着文件目录表,位于备份FAT表之后,FDT由多个32字节目录项构成,记录着根目录下每个文件的起始簇号和属性等,FDT大小为32个扇区,最多可以保存512个目录项;DATA区是真正意义上数据存储的地方,位于FDT之后,占据磁盘上的大部分数据空间。

4 结 语

基于AT89C51SND1C主控制器的公交车自动报站系统中,实现了完整的U盘功能。

参考文献

[1]马伟.计算机USB系统原理及其主/从机设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[2]戴士剑,涂彦晖.数据恢复技术.2版.[M].北京:电子工业出版社,2005.

公交车报站系统设计 篇4

随着城市规模的不断扩大,人们生活、工作节奏的加快,公共交通面临的压力日渐增大,公共交通服务质量的问题也日渐凸现。公交车辆作为现在市民出行的主要交通工具,其服务质量与市民的生活质量息息相关。如何快速、准确、及时的将公交车的行驶信息传递给乘客,是公交车服务质量提升的一个重要方面。现阶段,这种信息的传递主要依靠驾驶员的手动按键来实现:在进站、出站、转弯处由驾驶员按键提示乘客。这种传统的按键方式有诸多弊端:按键会加重驾驶员的负担,分散驾驶员的注意力,为安全行驶留下隐患;公交司机既要开车,又要留意路况信息,还要按键,可能会存在漏报,误报或者没有报的情况,给乘客带来不便……基于此,设计一种更加智能化的,保险系数更高的报站系统,是具有实际意义的。

利用全球定位系统(GPS)进行公交车报站系统的设计是近几年的一个热点课题。GPS卫星定位语音报站系统不仅具有定位精度高,自动预报、播报等特点,还能给驾驶员限速行驶的提示,能有效的提高公交的服务质量和安全系数。本文将详细的介绍如何利用GPS接收器、单片机和语音芯片实现此报站系统。

2 系统组成框图及功能简介

2.1 系统的组成框图

2.2 系统各部分功能简介

1)GPS接收机:接收卫星的定位数据,并通过串口输送给STC89C52单片机。

2)STC89C52:系统的核心处理单元,处理GPS接收机传输过来的数据并与单片机中储存的数据作比较,控制语音芯片的放音语句和LCD显示屏显示的内容。

3)语音芯片:执行单片机发送过来的指令释放相应放音语句。

4)LCD显示模块:执行单片机发送过来的指令显示进出站信息和友情提示语句。

3 系统的硬件实现

3.1 GPS接收器的选取和工作原理

本系统中的GPS接收模块使用长天科技股份有限公司生产的GR-213智慧型卫星接收机,该接收机内置卫星接收天线,采用美国SiRF公司所设计的第三代卫星定位接收芯片,能满足专业定位的严格要求;定位精度高,支持及时偏差修正,可将位置圆周误差控制在5米之内;内建高效的ARM7TDMI CPU响应时间短,灵敏度高并且容易与应用程序结合;提供电压准位TTL或RS232两种通讯方式和可变传输速率的双向沟通管道。GR-213接收机提供NMEA-0183标准输出格式,能输出6种数据格式,在这些格式中,能同时获取时间、经纬度坐标,速度的格式为GPRMC,因此本系统采用了GPRMC格式。该格式的结构如下:$GPRMC,标准定位时间,定位状态,纬度,南/北半球指示,经度,东/西半球指示,对地速度,对地方向,日期,磁极变量(本机不支持),总和检验码。

GPS定位的基本原理是通过不断的接收卫星发送自身的星历参数和时间信息,将卫星的瞬间位置信息作为已知数据,采用空间距离后方交会的方法,通过计算求出接收机的三维位置、运动速度和时间信息。如图2所示,若在t时刻安装GPS接收机,可以测定GPS信号到达接收机的时间Δti(i=1,2,3,4)。令(x,y,z)为待测点的空间直角坐标,(xi,yi,zi)(i=1,2,3,4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标(可由卫星导航电文求得),vti(i=1,2,3,4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的钟差(由卫星星历提供),vt0为接收机的钟差,c为光速,则可以确定以下方程式:

由以上四个方程式就可以解出接收机的位置坐标(x,y,z)和钟差vt0。

3.2 处理器的选取和规格

在确保性能能够满足本系统要求的前提下,综合经济等方面的因素,本系统最终选用了STC公司生产的STC89C52单片机,该单片机采用C51中央处理单元,最高时钟频率达到80MHz;内置有8kB的Flash程序存储器,512B的SRAM和1kB的EEPROM;在接口方面,有4个8位并行端口和P4.0~P4.3 4个附送I/O端口,并有8个中断源和3个定时/计数器,完全满足系统的需要,并且在系统性能、功能的提升方面留有较大空间。

3.3 语音芯片和LCD显示屏的选取和规格

综合考虑语音清晰度,语音存储量等因素以后,本系统采用了录音回放型语音芯片ISD4004。芯片内部存储语音,录放时间为16分钟,并且使用了自然语音还原技术和自动降噪功能,能够真实、自然的再现语音;芯片设计基于所有操作由微控制器控制,操作命令通过同步串行通信接口(SPI)送入。

LCD显示屏显示的内容包括时间、进出站信息和即将转弯等友情提示语句。本系统中选用了128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块,可显示汉字及图形,该模块内置8192个中文汉字(16×16点阵),128个字符(8×16点阵)及64×256点阵显示RAM,可通过8位并行及串行两种连接方式连接微处理器。

4 系统的数据处理及软件实现

4.1 数据处理

因为公交车的线路是固定的,所以我们可以将公交车途径各站的语音编码地址和经纬度坐标信息预存在单片机的EEPROM中。GPS接收器提供的经纬度为1/10000,但其最低位在实际中是不稳定的,因此可以只取到1/1000分。我国陆地处于东经73度到136度之间,若以1/1000分为单位,则经度的最大值为136×60×1000=8160000,若以二进制形式存储,使用4个字节即已足够;我国维度最大值不超过北纬60度,同样以1/1000为单位,纬度的最大值为60×60×1000=3600000,将其转换为二进制,只需3个字节即可存储;语音编码由语音芯片的地址确定,使用7位便可设置128段语音,剩余一位可以存放运行状态。由此,对一帧预存的信息只要8个字节就足够了:3个字节存放纬度数据,4个字节存放经度数据,1个字节存放语音地址。在STC89C52中内置1kB EEPROM,可以预存128组信息,可以满足系统需要。各站位置数据通过GPS测定,数据转换与预存可以通过个人电脑来实现。

4.2 系统的软件实现

本系统的主要功能都由单片机控制。写入单片机可供选择的语言一般为汇编语言和C语言。因为C语言兼顾了多种高级语言的特点,并具备汇编语言的功能,所以本系统采用C语言进行编程写入控制芯片CPU,利用中断来处理相关功能模块,并以KEIL为C语言的编译器进行开发。系统的执行过程大致如下:系统依据GPS定位信息和单片机内存储的线路信息计算位置、报站、读取存储的友情提示语句,并由单片机控制车内的LCD显示屏进行显示,语音进行播放。该系统的流程图如图3所示。

4.2.1 系统初始化

在系统运行之前,必须用程序对各部份进行初始化,初始化包括以下几个方面:

1)单片机CPU芯片初始化:设定定时器/计数器的工作方式,对定时器/计数器预置数,为定时器/计数器开中断并启动定时器/计数器,设定片内RAM单元的初值,设置入口地址并打开外部中断;

2)外部器件及接口的初始化:主要是初始化GPS,显示屏,语音芯片的串口;

3)系统的初始化:设置系统的全局变量、指针和数组、数据结构。

4.2.2 GPS数据处理

GPS接收机不断的接收信息,并将它以数据包的形式传至单片机CPU,供单片机CPU进行处理,处理过程如下:首先检验所接收的数据格式是否正确,若不正确,则将此数据包抛弃,若正确,则先将数据包放入数据缓存区,并向单片机CPU发出中断请求,然后分解此数据包,取出经/纬度信息,速度和时间信息供系统使用。

4.2.3 超速报警和友情提示

CPU将速度与时间信息通过串口传送至LCD屏显示,若行驶速度超过设定值,则打开语音中断发出语音警报,若速度合理,则在LCD屏上显示“速度合理”字样。

4.2.4 进站出站处理

公交车报站分进站和出站两种情况,进/出站的报站功能通过一个循环程序来实现,其过程如下:单片机CPU将接收到的经/纬度数据与预存数据比较,判断车辆是否到站,如果没到站,判断是否出站,若已出站,则打开语音中断,播报下一站信息,并在显示屏上显示;如果车辆到站,则首先判断是否为第一站或最后一站,如果不是,则显示并播报到站信息,如果是第一站或最后一站,则先反置报站顺序,然后显示并播报到站信息。

5 小结

本文利用GPS定位技术,以STC89C52单片机为核心处理单元构建了一个公交车自动报站系统。在该系统的实现过程中,首先根据功能要求合理的选取了GPS接收机、单片机、语音芯片和LCD显示屏;其次对系统所需公交车站位置信息数据进行了预处理和预存,极大的降低了单片机的工作量,提高了报站的反应速度;最后,采用C51语言对系统进行了软件设计,实现了该系统的报站、报警、友情提示等预订的功能。本系统的使用能有效的降低驾驶员的劳动强度,在改善公交车的服务质量、提高运营效率、保证运营安全等方面都具有积极的实际意义。

参考文献

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公交车报站系统设计 篇5

随着城市交通系统的快速发展,公交车为外出的人们提供了方便快捷的服务。而公交车的报站方式直接影响其服务的质量,传统报站方式是由乘务人员进行人工报站,因方言或拥挤等情况,该方式工作强度太大其效果往往也太差。为了改变这种状况,本文设计了公交车的智能报站系统[1,2],在车辆到站时进行语音报站的同时并在液晶模块上进行汉字显示站名。

1 系统硬件电路设计

该系统框图设计如图一所示。采用单片机AT89C51作为自动报站的检测和驱动控制核心;单片机与专用的语音处理芯片ISD2560相结合实现语音存储与回放,即实现语音的分段录取与组合回放。语音信号抗干扰能力强,存储方便,调试简单,并以LCD液晶显示屏进行站台名显示。

1.1 语音模块

数码语音芯片选用的是ISD2500系列单片语音录放集成电路ISD2560,它是美国Winbond公司产品,具有抗断电、音质好、使用方便、无须专用的开发系统等优点[3,4,5]。这是一种永久记忆型语音录放电路,录音时间为60s,可重复录放10万次。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术,省去了A/D、D/A转换器。每个采样值直接存储在片内单个EEPROM单元中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。ISD2560集成度较高,内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480K字节的E2PROM等。ISD2560控制电平与TTL电平兼容,接口简单,使用方便。

ISD2560与单片机AT89C51的接口电路以及外围电路如图二所示[6]。单片机的P1口、P3.4和P3.5分别与ISD2560的地址线相连,用以设置语音段的起始地址。P3.0~P3.3用以控制录放音状态。在该系统电路中,SP+,SP-本可以直接连接扬声器,但由于驱动功率比较小,所以可在1SD2560芯片口和扬声器之间接上低频功率放大芯片LM386,这样就可以满足公交车上音量较大的需求,符合实际情景。

1.2 液晶模块

显示部分采用图形液晶模块M12864-7A7,能显示汉字、图形和字符,并可换页显示,具有现实信息量大、直观等特点。该模块使用两个KS0108B作为列驱动器,使用一个KS0107B作为行驱动器。KS0107B不与单片机联系,只要提供电源就能产生行驱动信号和各种同步信号。

液晶与单片机的接口电路如图三所示[7]。数据输入端DB0~DB7与单片机的P0口相接,CS1和CS2端为左右半屏的选择,FL-E为液晶屏开关控制口,数据口加电阻是为了防止热插拔时烧毁单片机。

1.3 按键模块

报站系统的人机接口采用独立式按键,其接口电路如图四所示[8]。系统设有7个功能键,分别为:K1、K2分别为起始站、终点站报站键,分别进行起点站欢迎词和终点站欢送词介绍;K3、K4为上一站、下一站报站键,进行相应站台的提示信息;K5为服务用语键,比如“车辆起步,请乘客拉好扶手,请为老弱病残让座”等服务用语;K6为重复键,按下此键,将重复前一按键的播报内容;K7为录音键,为ISD25660录音时使用。系统还设有一个红色的发光二极管,发光时表示公交车运行在上行方向,否则为下行方向。

2 系统软件设计

系统的主流程图如图五所示。上电后分别对语音芯片和液晶显示器进行初始化,接下来进行按键扫描。当录音键按下时,调用录音子程序开始录音,录入公交站名结束后返回;若是其他键按下,则需既要站台播报[9]又要在LCD上显示站名[10],基本实现公交报站功能。

3 结束语

本设计的公交车自动报站系统通过模拟仿真,实现了智能语音报站和液晶显示的功能,实验运行效果良好。ISD2560语音芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术,能够非常自然地再现声音;液晶模块进行站台名称汉字的显示,具有直观性,在车辆内部乘客拥挤嘈杂的环境下可避免因错过单一的语音播报而错过站台。通过细微的改动,本设计还可应用到工业测量控制、水利监测、智能电话系统、公安报警系统、计价器、空调机、银行报号系统、公路收费系统、铁路指挥系统等各种产品中。

摘要：本文采用单片机AT89C51作为控制核心,语音芯片ISD2560实现语音的存储和回放,LCD进行汉字显示,设计了公交车智能报站系统,实现了公交车站台语音播报和液晶显示双重功能。

关键词：公交车报站系统,AT89C51,ISD2560,LCD

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公交车智能自动报站系统 篇6

公交车的发展经历过从有人售票到无人售票的转变, 从人工报站到机器报站的转变。在社会信息化程度不断加快、各种资讯平台随处可见、物联网概念日益趋于实用化的今天, 公交系统的科学技术投入也在加大, 从整个公交运行系统来说, 发展类似BRT这种封闭行进在专用车道的快速地面公共交通系统是解决城市交通拥挤, 实现城市公交舒适、快捷的新方式[1]。

2 总体设计方案

公交车智能自动报站系统由核心控制系统模块STC89C52[2]、电机驱动模块、循迹模块、WT588D语音模块、红外接收模块、红外发送模块及语音和图文显示模块构成。系统沿着黑线行驶, 遇到站点, 就停下进行报站, 并在下一站到来前进行预报, 没有到达站点时, L298驱动电机, 使得小车继续沿着黑线行驶。方案设计框图如图1所示。

2.1 语音模块

语音模块由WT588D芯片构成, 采用一线串口控制模式, 可直接用P0.3连接到单片机引脚。语音芯片内置功放可直接采用PWM输出外接喇叭[3][4]。给语音芯片事先把各个站点的报站内容以及和提前报站有关的声音素材放在0～220的地址中。连接到单片机, 当小车到站时候就由单片机把各个指定站点的地址发送给WT588D语音模块的P0.3口, 语音芯片就会播放出指定地址的内容。WT588D语音模块连接图如图2所示。

2.2 报站模块

(1) 提前报站编码发射模块设计

PT2262芯片[5]通过红外发射管将编好的即将到达的站点的地址码发送出去, 小车经过的时候接收到编码时, 进行判断出各个即将到达的站点, 从而触发语言芯片发出语音提示。

(2) 提前报站编码接收模块电路设计

一体化红外接收头接收到红外信号, PT2272芯片[6]对收到的信号进行解码, 单片机读取PT2272的解码信息, 识别即将到达的站点名称。

2.3 液晶显示模块

带字库的LCD12864[7]是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式, 内部含有一级、二级简体中文字库的点阵图像液晶显示模块, 可以显示8×4行16×16点阵的汉字, 也可完成图形显示.低电压低功耗。LCD12864一共20个引脚, 其中5脚接单片机的P0全部I/O口和P2的三个I/O口, 是LCD与单片机通讯的桥梁。15脚是控制LCD的串并行的, 16和18是空脚, 1和20脚接地, 2、17和19脚接电源, 3脚接可调电位器, 调节LCD对比度电路[8]。如图5所示。

3 软件设计

当MCU发送信号给L298时, 驱动模块就根据MCU发送的信号来控制电机的转动, 配合真循迹来控制车子的运转。小车循迹时, 单片机对光电模块传来的信息, 进行判断, 来矫正小车驶入正常轨道。当小车收到即将到达站点发射模块发出的编码时, 单片机处理接收模块传来的编码信息进行判断。然后启动语音模块, 对即将到达的站点进行播报。小车在循迹的过程中检测到站点时, 单片机对光电发来的信号进行判断是否到达, 判断出到达时启动语音模块进行报站并在液晶上显示站点名称和下一站即将到达的站点的名称。

4 系统调试

对系统进行实地的运行, 观察报站的站点是不是准时在相应公交站点播报, 同时观察站点的文字显示和播报的语音是否同步。

5 结束语

本系统用红外收发模块电路传输公交站信息, 通过WT588D语音模块实现了公交车的自动报站和提前报站, 并利用LCD12864显示站点信息。整个系统使用的器件成本较低, 从测试的数据可以看到, 系统精度高, 可靠性强, 可以广泛运用于公交车、各类景点观光车和环校小巴士等。

参考文献

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公交车报站系统设计 篇7

1 系统总体方案

1.1 公交车智能报站系统的功能特征

公交车智能报站系统要实现到站自动语音播报，提高公交服务水平,应具有如下功能特征。

1)可以完整地语音播放一条公交线路的站名，包括上行线路与下行线路。

2)可以在LED的键盘显示模组上显示当前的时间(日期)，具有时间日期的设置功能。

3)可以播放音乐或服务用语等。

2.2系统方案构成

系统以SPCE061A单片机为核心，划分为键盘输入、数码管显示、SPR4096资源存储器和61板语音播放等部分。SPCE061A是一款16位微控制器，内嵌32K的闪存(FLASH)，并为语音处理而集成了ADC、DAC、AGC等，是数字语音应用领域的一种最经济的选择。SPCE061A单片机采用SOC技术，只需使用较少的外围器件即可组成最小系统，大大简化了系统的复杂性，提高了稳定性。使用凌阳的专用语音函数库使得语音的实现更加简单。但由于SPCE061A的内存有些小，而所播报的语音比较多，所以需要外扩SPR4096作为存储芯片，由于两者都具有SIO接口，使得程序设计大大简化。SPR4096是4Mbit的FLASH，可以存储设计要求的语音资源，不会造成空间浪费，而且操作起来相对简单。61板作为整个系统的核心控制，并且负责语音的输出。SPR4096模组作为语音资源的存储介质，可以存储512KB的数据资源。LED键盘显示模组作为键值输入和时间显示的输入输出设备。系统整体框图如图1所示。

2 系统硬件设计

系统硬件电路设计主要包括：单片机主控制模块、存储器扩展模块和输入/显示模块三个部分。

2.1 单片机主控模块设计

1)单片机的选择

目前利用单片机进行控制的各种方案中，有不少采用的是89C51单片机。89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMOS微控制器，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容。但是89C51需外接模数转换器来满足数据采样，如果系统增加语音播放功能，还需外接语音芯片，对外围电路来说比较复杂，且5l单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。

SPCE061A是凌阳公司研发的一款性价比很高的十六位单片机，使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放。它拥有8路10位精度的ADC，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路，这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。在其集成开发环境中，配有很多语音播放函数，用SPCE06lA实现语音播放极为方便，两路10位精度的DAC，只需要外接功放(sPY0030A)即可完成语音的播放。另外，该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调，这大大加快了系统的开发与调试。也可以使用下载线将程序下载到SPCE061A里面，由SPCE061A单独工作。同时，SPCE06lA有较大的存储器寻址空间和较快的处理速度，SPCE06lA的内核比MCS-51的MCU集成度更高，使用更加灵活方便。因此本系统设计采用SPCE06lA单片机。

2)单片机工作电路

SPCE061A开发板以凌阳16位单片机SPCE061A为核心，除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、音频电路(含MIC输入部分和DAC音频输出部分)、复位电路等，采用电池供电，上有调试器接口(Probe接口)以及下载线(EZ_Probe)接口，分别可接凌阳在线调试器、简易下载线，配合unSP IDE，可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。电源模块为SPCE061A单片机提供3.3V的内核工作电压，直流电压经过SPY0029后产生3.3V给整个系统供电，SPY0029是采用CMOS工艺的电压调整IC，具有静态电流低、驱动能力强、线性调整出色等特点。SPCE061A内部结构如图2所示，单片机工作电路硬件结构说明如图3所示。

2.2 存储器模块设计

存储器模块SPR4096的硬件电路主要分成两大部分，一部分是ResWriter工具对SPR4096进行烧写的下载口硬件电路，可完成对语音资源的烧写，通过74HC244可以控制SCK、SDA信号的通与断，使用ResWriter工具发出符合烧写芯片的时序信号，完成对芯片的擦除、写入与校验功能。另一部分是SPR4096的工作电路，此部分工作电路是为了使存储器工作的外围电路，通过SCK与SDA与外界相连，工作时SCK与SDA和单片机的IOB0和IOBl口相连，SPR4096的CF0∽CF2接高电平，选择串行接口模式，CF7接低电平，选中片内FLASH。存储模块工作电路如图5所示。

2.3 输入和显示模块设计

该模块集成了必要的LED、KEY、数码管功能，可与任一款单片机进行软硬件接口设计。通过SEG接口、DIG接口、1*8KEY接口和2*4KEY与单片机主控板连接。主要用于显示时间、日期、站数和提供设置操作界面。其结构框图如图6所示。

3 系统软件设计

本系统软件设计主要包括主程序、报站程序模块、键盘扫描程序模块、时间/日期调整程序、显示程序模块等。首先进行系统初始化设置，初始化后就进入循环，主程序通过获取LED上的不同的键值来进入各子程序，完成播报所要实现的各种语音服务和对时间/日期的调整等各种功能。软件系统主模块流程图如图7所示。

4 结束语

本系统是结合目前公交车辆的使用特点及实际营运情况，而设计的一种由单片机控制的公交车智能报站系统。本系统通过软件仿真和硬件调试，各部分均达到了预期的功能，通过进/出站播报站名及服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务。

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