公交客车自动报站器设计方案

1 公交客车自动报站器设计方案 如今公交客车已经在各个城市普及，给人们带来很多方便，在公交车上安装自动报站器更加方便了人们的出行，尤其是对不熟悉公交线路的乘客，同时 在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦 。因此， 公共汽车的报站直接影响服务的质量。 随着科学技术的日益发展和进步 , 无人售票公交车在街上 多起来了， 自动 语音报站器被广泛使用 ， 传统由乘务人员人工报站 的 方式 ， 因其 鉴于传统公交车报站系统的不足之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境， 本文拟 设计一种由单片机控制的公交 车自动报站 器。 公交车自动报站器的设计主要是为了弥补改变传统语音报站器必须 由乘务员报站的 落后方式，进站、出站 只需由司机按下功能键完成 自动播报站名及服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务 。 公共汽车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。作为公共汽车还要求有醒目和减少乘务人员劳动强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普及 。 作为一个城市的公交企业， 它 既要代表政府体现当地城市的形象， 又要尽一切力量减少政府投资，创造良好的社会 2 效益和经济效益。而传统的公交运营系统的装备和管理模式较难达到这两者的完美结合。随着科学技术的发展，公交应用系统 目前公交车报站有三种方式 。 一种是利用 球卫星定位系统的公交车报站系统 。统是由美国 有一下特点： a. b. c. d. e. 目前在美国部分城市 星定位系统已经投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受。 国内 音自动报站系统处于试 验阶段仅有部分发达城市有试验线路采用 音自动报站器。 第二种是基于 自动报站器。随着城市的快速发展，公交线路不时地在进行调整，站名也随之进行变化， 因而使研制一种新型汽车报站器显得极为重要。基于 可播放高品质的音乐基于 新型公交车自动报站器系统以 式作为语音存储方式，具有音质好、抗干扰、功能强、使用简便等一系列优点。 采用单片机作为主控 解码 据，实现对报站信息播放、点阵字符显示、文件存储以及用作优盘功能时 与 制。 第三种是基于 公共汽车智能语音报站系统。采用复杂可编程逻辑器件 (语音芯片 成的智能语音报站系统，由于 因此系统硬件电路简单、调试和升级方便、可靠性高、实用性强。 另外一种 是人工报站的方式， 这种方式 离不开 乘务人员 ，工作强度要求高，且目前主流的是无人售票车， 人工报站的方式 已经基本被淘汰 。 4 第 1章 客车自动报站器设计方案 车自动报站器工作原理 为了实现城市公交车的自动报站，本文设计了一套低廉、高性能的城市公交车自动报站 器 系统。 系统由 51单片机控制整个系统的录音、放 音与显示部分，首先是键盘输入，当键盘上有键按下时，通过键扫描程序确定按下的键并将键号送单片机，单片机调用对应按键子程序，同时继续进行键扫描，整个过程发挥了报站器的基本功能。即客车每到一站，由司机按下放音键，语音电路自动工作，播报对应的到站信息；并能通过通信接口电路，向语音存储电路更新语音信息。 也就是说客车报站器的设计主要包括： （ 1）键盘输入部分；（ 2）语音录放部分；（ 3） 示部分；（ 4）电源部分。 车自动报站器的设计方案 服务于各城市的，每到一个停车站点，都需要报站名；本设计就是针对城市的公 交客车设计一款基于单片机系统的客车自动报站器，该客车报站器由单片机做控制器，主要由语音存储电路、语音驱动电路、功能键 电路、显示电路、 通信接口电路等组成；实现客车每到一站，由司机按下功能键，语音电路自动工作，播报对应的到站信息；并能通过通信接口电路，向语音存储电路更新语音信息。总体结构原理框图如图 5 图 车自动报站器总体结构原理框图 本次设计的主控制芯片选用的是 盘部分是以独立式按键方式构成的键盘电路，设置七个按键对语音录放进行控制，显示部分选择 状态的显示，在对键盘及显示电路进行设计时需要两个锁存器： 74 74 在语音报站部分，即语音信号的处理上选择的是 音功率放大部分选择 系统具有如下功能 : 可重复性的预报站名、报站名； 可设置上、下行路线； 音量可调； 在语音报站名的同时 ,用 示站号和上、下行状态。 本系统采用 51单片机作为 制 时通过 8段码 盘主要用于上、下行报站，播放文明宣传语以及调整上、下行状态和调节音量。 6 第 2章 客车自动报站器硬件设计 片机的选择及简介 美国 性能 位单片机， 管脚图如图 图 脚图 引脚功能如下： 除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表 表 3口第二功能 端口引脚 第二功能 行输入口） 行输出口） 外中断 0） 外中断 1） 0（定时计数器 0外部输入） 1（定时计数器 1 7 外部输入） R （外部数据存储器写选通） D （外部数据存储器读选通） 8 片机最小系统设计 51 系列单片机最小系统一般应该包括 :单片机、晶振电路、复位电路 。本次 设计首先需要搭建最小系统的硬件电路。 振电路 如果说 单片机的心脏，那么石英晶体震荡器就相当于心脏起搏器。单片机系统的各部分都要以时钟频率为基础，才能在 部振荡方式和外部振荡方式。 如图 A：内部时钟电路 B：外部时钟电路 图 振电路 本文采用的是 内时钟 方式。 9 位电路 复位是使 状态，并从这个初始状态开始工作。 当 称 现 2 个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。 复位电路 根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。 上电复位如图 示。 图 位电路 小系统基本电路 相应的最小系统电路图，如图 示。 图 小系统电路图 这里设计一个发光二极管，连接在 为简单的工作指示。当单片机的 0V）时，有正向工作电流流过发 光二极管，发光二极管就亮；相反，当 5V）时， 10 源电路 本文选用 7805三端集成稳压块将车载 为单片机芯片及各种驱动电路的供电电源。 电路图如图 图 压电源电路图 在语音电路部分选用 V，所以需要一个 里设计一个开关电源，作为其供电电源。电路图如图 图 关电源电路图 盘电路 在本文设计的系统中，为了控制系统 的工作状态，系统中设计有功能键盘。 在单片机应用系统中，按键或键盘的每个键都赋予特定 11 的功能，它们通过接口电路与单片机相连接，通过软件了解按键的状态及键信息的输入，并转去执行该键的功能处理程序。键盘的接口方法有多种，但键输入过程与软件结构基本是一样的。对一组键或键盘上的每一个键都有一个编号， 检查是那个键按下，将键号送入累加器 A，然后通过键号转移指令执行该键的功能程序。 除键抖动 硬件消抖是可以采用简单的 软件消除键抖动的方法 是用延时来躲过暂态抖动过程，执行一段大于 10延时程序后，在读取稳定的键状态。 本设计中采取软件去抖动方法。 键方式 1、独立式键盘 独立式按键是指 独立式按键接口电路配置 故在按键数量不多时，采用这种见结构。 2、行列式键盘 行列式键盘又叫矩阵键盘。用 I/结构， 在键数量较多时，采用行列式键盘可以节省 I/O 口线。 因为本次设计用到的按键比较少，在设计中采用独立式按键。 键的设置 系统 中 设有 7 个功能键 ,依次为： 上 、 下行 选择 键 ,按下此键 ,选择 下行方向 或上行方向的 站名 顺序 。 殊语音键， 播报服务用语 ,播报安全提示语 。 12 站 键 ,到站按下此键 ,播报车辆到站时的服务用语。 重复键 ,按下此键 ,将重复前一按键的播报内容。 音量 调节 键。音量设定为高、中、低三档 ,开机时设定为中档 ,按下此键 ,音量变为高档 ,再按则为低档 ，再按又回到中档，如此循环。 快进键 ,按下此键 ,则向前越过一个站名 ,按下 n 次 ,则越过 n 各站名。 快退键 ,按下此键 ,则向后越过一个站名 ,依此类推。 冲器的选择及特点 74一种三态输出的八缓冲器和线驱动器， 管脚图如图 图 4脚图 管脚功能如下： 路连接 根据如上介绍，设计的按键接口电路如图 13 图 键接口电路 音驱动电路 语音电路由 大电路、语音电路、模拟开关电路、音频功率放大电路等组成，其设计非常重要，其中语音芯片的选择很关键，其音质的优劣决定了报站器的语音效果，其功能的强弱、接口与微控制器的兼容性都对电路的设计有很大影响。 本文选用美国 司生产的高保真录放一体化的单片固态语音集成电路 音芯片是由美国 音芯片 1、语音芯片的特点 语音芯片 应用美国 司制造的 语音芯片 实现简单的 双声道立体声 语音录放系统， 2、 引脚描述 音芯片引脚图如图 示。 图 音芯片引脚图 14 引脚功能如下： 电源 ： 地线 ： 同相模拟输入 (N+) 音频输出 ( 3、 行接口 ) 作于 议是一个 详见表 表 制寄存器功能表 位 值 功能 位 值 功能 = 1 0 允许 /禁止功能 开始 停止 = 1 0 电源控制 上电 掉电 P/ = 1 0 录 /放模式 放 录 = 1 0 操作是否使用指令地址 忽略输入地址寄存内容 使用输入地址寄存内容 = 1 0 快进模式 允许快进 禁止 15指针寄存器输出 输入地址寄存器 15 频功放芯片 本设计选用 频功放 芯片 ， 芯 片 具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。 片管脚图如图 图 脚图 引脚功能如下： 音驱动电路 根据上述 片的介绍，设计出语音驱动部分的电路图，如图 示。 16 图 音驱动电路原理图 其中 。 表 ，这里设计 4 个共阳极 码管组成显示器，以显示站号和简单工作状态指示。四个数码管中，个位和十位显示站号，显示范围为 0 99；百位显示上、下行状态指示，当下行时，数码管显示“ 1”；当上行时显示“ 0”；千位上显示录放音指示，录音时显示“ 0”，播放报站语音时显示“ 1”。 17 8 个发光二极管组成“ 8”字形的 称数码管。 在设计中采用的是 8 段 。 8 段数码管的引脚图如图 图 8 段发光二极管示意图 码管结构及工作原理 本设计 示器采用动态显示方式，全部数码管共用一套段码驱动电路， 段码的值与数码管公共引脚的接法（共阴极和共阳极）有关。 8 段数码管显示十六进制数的数码值在表 列出（仅列出共阳极段码）。 本设计采用共阳极接法。 表 8位十六进制数段码表 数字 共阳极段码 数字 共阳极段码 0 90H 1 88H 2 83H 3 99H D 92H E 86H 6 82H F 818 7 80H 为了存放段码，通常要在 单片机 的内部 设置一个显示缓冲区，存储单元个数与 示器的位数相同，一个单元对应一个显示位。本设计中有 4 个数码管，显示缓冲区就应当有 4 个单元， 表 码管与 9H 动器的选择及特点 74 1D 81Q 8脉冲触发，低电平清除，常用作 8位地址锁存器。管脚图 如图 图 4脚图 引脚功能如下： 路连接 根据设计的要求，设计的显示电路，采用动态显示、软件译码，如图 示。 19 图 示电路 20 第 3章 客车自动报站器软件设计 客车自动报站器的软件设计包括：主程序设计、键盘程序设计、显示程序设计、语音录放程序设计。 程序设计 电路上电后，首先完成程序的初始化，初始化即先清理数据存储器，设置中断，初始化串口和定时计数器。随后查询按键状态，进 入系统待机状态。如果有按键按下，则转去执行该按键指向的工作程序。按键包括报站键、快进键、快退键、特殊语键、重复键、上下行选择键以及音量调节键。在待机状态下，如果报站键首次被按下，程序将首先判断是去还是回，即上行还是下行，并点亮相应的指示灯，自动读出第一站的放音内容，站号显示。如果不是首次按下，则首先判断当前站号，并以该站号为依据获得存放该站放音内容的首地址；然后调用放音子程序，读入前面获得的本站放音内容首地址， 开始报站。每一句放音完毕后， 中断引脚（ 25 脚）会自动送一低电平信号。在硬件设计 中，该引脚与单片机的 接，因此会引起一次中断， 在中断子程序中有一个计数器记录中断次数，从而判断何时当前一站结束，站号加一并刷新显示。快进键按下后，程序放音内容转向下一站；快退键按下后，则使程序放音内容转向上一站，相应的站号显示也将随之刷新；特殊语键按下后，程序转向执行特殊语放音（譬如“拐弯请注意”等语句）；重复键按下，将 重复前一按键的播报内容 。音量调节键将循环调节设置的三档音量，默认为中档。主程序流程图如图 21 图 程序流程图 22 盘程序设计 为使 正确地读出键 盘的状态，对每一次按钮只作一次响应，就必须考虑如何去除抖动，常用的去抖动的办法有两种：硬件办法和软件办法。 本次设计采用的是软件消除抖动的方法。 软件法其实很简单，就是在单片机获得键盘被按下的信息后，不是立即认定按键已被按下，而是延时 10 毫秒或更长一些时间后再次检测，如果按键仍是按下的，说明键键的确是被按下了，这实际上是避开了按钮按下时的抖动时间。而在检测到按钮释放后再延时 5 10个毫秒，消除后沿的抖动，然后再对键值处理。 键盘扫描程序流程图如图 图 盘扫描程序流程图 23 示程序设 计 本设计 示器采用动态显示方式，显示时通过位控信号，采用扫描的方法逐位的循环点亮各位数码管。动态显示虽然在任意时刻只有一位数码管被点亮，但是由于人眼具有的视觉残留效应，看起来与全部数码管持续点亮的效果完全一样。 立显示缓冲区首址 ，然后 位控码初值 ， 查表取字形代码 ，延时 1转向下一缓冲单元 后 判断是否到最高位，到则 保存位控码， 不到，向显示器高位移位 ， 继续扫描 。 为了保证先显示亮度，在扫描过程中，应在每一位数码管上都驻留一段时间（约 1,以使数码管稳定的点亮一段时间 ，以保证其显示亮度。为此在扫描过程中，位与位之间要加进一段时间延迟。 示。 24 图 示程序流程图 25 音录放程序设计 根据 写出语音录放程序并绘制出语音录放程序流程图。该部分程序主要完成语音录制和放音操作，把录制的语音存放在 通过放音程序播放语音。 放音和录音程序中，都要严格按照 时序要求编写。放音时，首先要送上电指令，然后等待 25延迟，再送 16位放音起始地址，最后送 8 位的开始放音指令开始放音，直到出现放音停止信号（ ，停止放音。录音时，首先要送上电指令，然后等待 25延迟，再送上电指令，等待 25延迟，再送 16 位录音起始地址，最后送 8 位的开始录音指令开始录音，直到出现录音停止信号（ ，停止录音。放音流程图如图 26 图 音程序流程图 录音流程图如图 27 图 音程序流程图 28 第 4章 结论 本次毕业设计是客车自动报站器的设计，在设计的过程中，首先进行了大量的资料搜集，使得自己对 51 单片机的了解更加的深刻。最 终选择目前使用比较普遍，性能比较好的样进行程序编写和调试会较为简单，因为它的兼容性较好。语音芯片使用的是 司的 语音芯片的优点在文章中已经做了简单的介绍，即记录声音没有段长度限制，并且声音记录不需要 A/D 转换和压缩等，这两点关键的选择会使得设计变得比较简单。由于报站器设计中的键盘比较少按照相应的选择原理，选择的是独立式按键的方式进行键盘的设计，与单片机相结合对整个报站器的语音报站和显示部分进行控制，根据有可能发生的情况进行了对键盘相关功能的设计。 个 共阳极 8 段码 源部分设计了两个电源，一个是 语音芯片供电，另一个是用7805搭建的 5除语音芯片外的其他芯片及各部分电路供电。这样就完成了客车自动报站器系统的设计。 在进行报站器的资料整理时，根据要设计求与选择的元器件进行了硬件电路的设计，这样会使自己在选择芯片和器件基础上，不断学习芯片的引脚图、引脚作用功能、数据的处理等相关知识。完成了 语音存储电路、语音驱动电路、功能键电路、显示电路、通信接口电路等部分的设计 ，并且进一步进行软件部分 的程序编写，在进行程序编写的步骤中，首先进行单片机程序编写的学习，根据硬件电路的工作原理绘制程序流程图，再根据流程图编写相应的程序。这样报站器的硬件设计与软件设计就完成了。 实现客车每到一站，由司机按下功能键，语音电路自动工作，播报对应的到站信息；并能通过通信接口电路，向语音存储电路更新语音信息等功能。 这样本次设计就已经满足了客车自动报站器的设计要求，由于技术的不断进步，科技的不断发展，人们的需求的 29 提高使得自动报站器在今后的发展中一样会有大的变化，但是它的基本原理是不变的，基本的功能需要是不会变化的，当然是 会向更加的便利，更加的人性化，更加的自动化的方向发展。 30 致谢 四年的 大学生活 转眼 而过，回首 匆匆而 过的岁月，心中百感交集 ，当我写完这篇毕业论文的时候， 回首过去的一幕幕 ， 我 感慨良多。 在这里，感谢在这四年大学生活中给予我支持和帮助的所有人。 首先诚挚的感谢我的论文指导老师 。 其次，感谢在撰写论文过程中帮助过我的同学、朋友们。 最后，感谢学校为我提供了良好的学习环境 当然，在这四年的大学生活中，我最应该感谢的就是我的父母，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿！ 再一次诚挚的感 谢以上提到的所有人，还有我可能没有想起的、给予我很多帮助的人，感谢你们，谢谢！ 31 参考文献 1 张毅坤 西安电子科技大学出版社 2 梅丽凤 清华大学出版社 3 朱民雄 M北京航空航天大学出版社 4 马忠梅，马岩 语言应用程序设计 M1997第一版 5 何立民 M京航空航天大学出版社， 1990 6 李钟实 科学技术文献出版社 7 音芯片说明书 8 何希才 北京 :科学出版社 4 9 肖洪兵 J北京航空航天大学出版社 10 何立民 北京 2001 11 陈爱第 用培训教程人民邮电出版社 12 赵晓安 片机原理及应用 天津大学出版社 13 1, . 0491572 2004:125 151 14A 71/2005. 4341860 2005: 16515a 32 5, . 15722008: 501 518 16 in 54 30216112006: 797 807 17 张建华 ,高守玮 ,杨建国 J2008年第 3 期： 103 18 韦丽华，系列语音芯片及其在微机系统中的应用 J然科学出版社） 24（ 1）： 3345 19 孙佩龙 J 23 66 20 许连华 济南山 东大学计算机科学 12 33 附录 总体硬件电路图 34 附录 件清单 主 程序 ： # /*预处理命令， # /*预处理命令， #*宏定义，将字符串表示内容定义为 #273 #244 i,j; ) i=8; /*定义键盘取值子函数 ( :i=0;:i=0;:i=0;:i=0;6:i=0;2:i=0;4:i=0; 35 /*键盘消抖延时子程序 */ j=0;j # ; /语音模块控制管脚定义 S = ; ; ; ; ; ; /录音 /放音 按键 ; /复位按键 _R = ; /录音 /放音跳线 /* 38 行发送子程序 8 位数据 */ /向语音芯片发送数据函数 i; 0; 0; i = 0;i =1; 1; ); 0; ); /发送 0); 1; 0);