毕业设计（论文）-自动报站系统设计.doc

分类号 密级 编号 本科毕业论文(设计) 题目 自动报站系统设计 系 别 物理与机电工程学院 专 业 名 称 电子信息科学与技术 年 级 2010级 学 生 姓 名 吴 刚 学 号 1050720052 指 导 教 师 林柏林 二一四年四月湖北第二师范学院毕业论文（设计）原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 年 月 日摘要：公交车已经成为了一般工薪族和学生们出门必须的交通工具，就目前来看，一些公交车上采用的报站系统都具有语音和屏幕显示报站的基本功能，但是报站时由于司机自己手动切换，会增加了司机的劳动强度，有时候由于司机的误报站或漏报站，造成乘客误下车或漏下车，对公交运营产生了很大的负面影响，更对乘客造成了很多不必要的影响。为此，研究公交车的自动报站系统就变得非常的有必要。本课题主要研究的是基于STC89C52RC单片机、TCRT5000光电传感器和基于WT588D的语音模块的公交车自动报站系统，该系统利用光电传感器与单片机进行通信，控制语音模块，真正实现全自动、准确地播报站名。关键词：自动报站 STC89C52RC 光电传感器 语音模块Abstract:The public transportation alreadybecame the generalwage raceand the students race went out must the transportation vehicle,at present on the public transportation uses the public transportation newspaper station system had the newspaper stood time used the driver manual cut, on the one hand increased drivers labor intensity, on the other hand because drivers misinformation or failed to report, created the passenger by mistake under or the mild chronic bloody vaginal discharge, has had the very greatly negative influence regarding the public transportation operation, could have very many nonessential influences to the passenger. Therefore, studies the public transportation automatic newspaper station system is extremely essential.This topic main research is a public transportation automatic newspaper station system, based on STC89C52RC microcontroller，photoelectricmoduleand WT588D voicemodule, The system usesa photoelectric moduleto communicate with the microcontroller, control Thevoice module, truly automatic, accurate broadcast stations.Keywords: Automatic newspaper station STC89C52RC Photoelectricmodule Voice module目录1 绪论 11.1、论文研究的背景和意义 11.2、报站器的发展趋势 11.3、设计的主要目标任务 22 公交报站系统方案 23 系统器件 33.1 STC89C52RC的简介 33.1.1 主要性能 33.1.2 引脚功能说明 43.2 TCRT5000光电传感器 6 3.2.1 概述 6 3.2.2 模块原理和应用 73.3 WT588D语音模块 8 3.3.1 WTW-28P模块内部电路 9 3.3.2 WT588D-20SS应用电路 124 报站系统的硬件设计 154.1 单片机的最小系统 154.2 TCRT5000光电传感器电路 164.3 WT588D语音模块电路 175 报站系统的软件设计 186 结论 20参考文献 21致谢 221 绪论随着先进的科学技术日益发展和进步，无人售票公交车在街头也越来越多，采用语音报站器的也越来越广泛，这在很大程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉该公交车线路的乘客带来了极大的方便。1.1 论文研究的背景和意义公交车为那些外出的人们提供了极为方便快捷的服务，而公交车的报站直接影响对乘客服务的质量。传统的由乘务人员人工报站的方法，因其效果太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰了。近几年来，随着科技的日益发展和不断进步，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微型计算机技术与各种语音芯片相结合，即可完成对语音播报的控制，让公交车进行语音报站想法的实现成为可能，进而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车报站系统的不足之处，结合公交车的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车自动报站系统。公交车自动报站系统的设计主要目的是弥补和改变传统由司机手动按键报站的落后方式，到站时自动播报站名和一些服务用语，为市民提供更加人性化和更加完善的服务。1.2 报站器的发展趋势 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。公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公交车的服务质量。目前公交车报站有三种方式，一种是利用GPS全球卫星定位系统的公交车报站系统，在司机座位后面隔板上，安装了一台15英寸的液晶电视和 GPS信号接收器，安装了这套设备后，公交车在语音报站的同时，通过液晶电视还可以显示到站站名的字幕，这样如果没听清报站的话，通过显示屏，乘客也可以一目了然。当出现紧急情况时，调度中心将会给公交车发出相应的信息，以短信的形式传送到显示屏上，同时车载台会发出相应的提示音；驾驶员也可以通过相应的工具进行回复 。目前在美国部分城市GPS卫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。另外两种是手动电子报站和人工报站的方式，而它们都离不开司务人员，加大司乘人员的工作强度。手动电子报站一般有司机或者乘务员控制，经常出现错报，误报的情况。城市公共交通是市民出行的主要交通工具之一。提供舒适，安全、便捷的乘车环境，对于公交企业来说，不仅是应尽的责任，亦是不断追求的目标。1.3 设计的主要目标任务本课题要求设计一个公交车自动报站系统，来实现公交车的语音自动报站，即到站的时候自动播报提示信息。本设计要求利用STC89C52RC作为主芯片完成主控电路的设计，辅助电路包括光电模块电路、语音电路等。2 公交报站系统方案本设计采用的方案是基于STC89C52RC单片机、光电传感器和基于WT588D的语音模块的自动报站系统。光电传感器用来触发单片机，让单片机控制语音模块，使其报站。在每个站附近的公路上都划一条黑线，公交在行驶过程中，光电传感器不断的检测地面上的黑线，只要检测到黑线，光电传感器模块就会给单片机出发一个信号，单片机收到这个出发信号后，就向语音模块发出指令，让其开始报站。其结构框图如下图所示：STC89C52RC单片机光电传感器模块WT588D语音模块 读取 触发 触发 发射 接收 地面图1 总体结构框图3 系统器件本系统所用器件有：STC89C52RC、TCRT5000光电传感器、WT588D等。3.1 STC89C52RC的简介STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52RC使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52RC为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8K字节Flash，512字节RAM， 32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB的EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52RC可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。3.1.1 主要性能STC89C52RC有很宽的工作电源电压，可为2.76V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。STC89C52RC工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电状态仅为20nA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。STC89C52RC具有以下几个特点： STC89C52RC与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容； 片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器； 全静态工作,工作范围:0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 1288位内部RAM； 32位双向输入输出线； 两个十六位定时器/计数器 五个中断源,两级中断优先级； 一个全双工的异步串行口； 间歇和掉电两种工作方式 超强抗干扰: 高抗静电(ESD保护) ,轻松过 2KV/4KV快速脉冲干扰； 宽电压,不怕电源抖动 ； 宽温度范围,-4085 ； 禁止ALE输出;； 超低功耗: 1 、掉电模式:典型功耗0.1A ； 2 、空闲模式:典型功耗2mA ； 3 、正常工作模式:典型功耗4mA-7mA ； 4 、掉电模式可由外部中断唤醒,适用于电池供电系统,如水表、气表、便携设备等.；3.1.2 引脚功能说明STC89C52RC引脚图如下图所示。采用的是DIP-40封装格式封装。图2 STC89C52RC引脚图1电源:VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； 2.时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。3.控制线:控制线共有4根： ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 4.I/O口线：P0、P1、P2、P3共四个八位口。 P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0口也用以输出外部存储器的低8位地图1址。由于是分时输出,故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存,信号用ALE。 P1口是专门供用户使用的I/O口,是准双向口。 P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。不扩展外部存储器时,P2口也可以作为用户I/O口线使用,P2口也是准双向口。 P3口是双功能口,该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1口。3.2 TCRT5000光电传感器3.2.1 概述TCRT5000光电传感器模块是基于TCRT5000红外光电传感器设计的一款红外反射式光电开关。传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。应用场合： 度表脉冲数据采样传真机碎纸机纸张检测 障碍检测 黑白线检测 基本参数： 外形尺寸： 长 32mm37 mm；宽 7.5mm；厚 5mm 工作电压： DC 3V5.5V，推荐工作电压为5V 检测距离： 1mm8mm适用，焦点距离为2.5mm 3.2.2 模块原理和应用电路原理图：图3 TCRT5000电路原理图传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。模块布局图：图4模块布局图05可选区域是在PCB前段预留的5个1mm间隔的微型槽，根据安装位置和被检测物面的实际距离需要进行裁剪。应用安装图：以安装位置距被测物面37mm为例：图5应用安装图安装位置距被测位置为37mm，最佳检测距离为2.5mm，所以应保证传感器前段平面距传感器接口为34.5mm，沿PCB的前段第一个微槽剪断，则正好符合本例。3.3 WT588D语音模块该模块采用WT588D-20SS语音芯片作为主控芯片，以28脚模块封装，可通过更换存储器以获得不同长度的语音存储时间。图6 WT588D语音模块3.3.1 模块特性产品特征内嵌独特的人声语音处理器，使语音表现极为自然悦耳；内置13Bit/DA转换器，以及12Bit/PWM音频处理，确保高品质语音输出；支持加载6K22KHz采样率WAV音频；PWM输出可直接推动0.5W/8扬声器，推挽电流充沛；支持DAC/PWM两种输出方式；支持按键控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式；按键控制模式底下可以设置多种IO口触发方式；任意设定显示语音播放状态信号的BUSY输出方式；最多可加载500段用于编辑的语音；220段可控制地址位，单个地址位最多可加载128段语音，地址位内的语音组合播放；语音播放停止马上进入休眠模式；配套WT588D VoiceChip上位机软件，接口简单，使用方便。能极大限度的发挥WT588D-U语音模块各项功能；在软件中可完成控制模式设置、语音组合、调用语音、插入静音等操作；可随意插入静音，静音时间范围为10ms25min；USB下载方式，支持在线下载/脱机下载；即便是在WT588D-U语音模块通电的情况下，也一样可以正常下载数据到SPI-Flash；工作电压DC2.8V5.5V；休眠电流小于10uA；抗干扰性强，可应用在工业领域；功能描述按键控制模式触发方式灵活，可随意设置任意按键为脉冲可重复触发、脉冲不可重复触发、无效按键、电平保持不可循环、电平保持可循环、电平非保持可循环、上一曲不循环、下一曲不循环、上一曲可循环、下一曲可循环、音量+、音量-、播放/暂停、停止、播放/停止等15种触发方式；一线串口控制模式及三线串口控制模式可通过MCU发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发0219地址位的任意语音。应用框图BUSY输出USB下载WT588D模块控制端音频输出图7 WT588D模块应用框图封装管脚图图8 WT588D模块封装图管脚描述图9 WT588D模块管脚描述图10 WT588D模块管脚描述(续)3.3.2应用电路按键控制典型应用电路（PWM输出，5V供电）图11按键控制典型应用电路（PWM输出，5V供电）按键控制典型应用电路（PWM输出，3.3V供电）图12按键控制典型应用电路（PWM输出，3.3V供电）一线串口控制典型应用电路（PWM输出，5V供电）图13一线串口控制典型应用电路（PWM输出，5V供电）一线串口控制典型应用电路（DAC输出，5V供电）图13一线串口控制典型应用电路（DAC输出，5V供电）说明：DAC输出时，需要在DAC输出端接一个1.2K电阻及104电容到地，然后音频信号再进入功放部分，如电路图中的R2、R6所示。三线串口控制典型应用电路（PWM输出，5V供电）图14三线串口控制典型应用电路（PWM输出，5V供电）三线串口控制典型应用电路（DAC输出，5V供电）图15三线串口控制典型应用电路（DAC输出，5V供电）说明：DAC输出时，需要在DAC输出端接一个1.2K电阻及104电容到地，然后音频信号再进入功放部分，如电路图中的R2、R6所示。4 报站系统的硬件设计系统硬件电路主要包括光电传感器模块电路，语音模块电路和单片机电路。每块电路通过与单片机的连接组合，实现其各自的功能。4.1 单片机的最小系统STC89C52RC单片机的时钟电路可以由三种方式构成，即内部时钟方式、有源晶振方式和外部时钟信号方式。本自动报站系统为内部时钟方式，即采用外接晶振和电容组成的并联谐振电路， STC89C52RC可以工作在12MHz频率下。电路如下图所示。复位电路主要完成系统的上电自动复位和系统在运行时用户的手动按键复位功能。在本系统中采用较简单的RC复位电路，单片机在上电瞬间，RST引脚端出现正脉冲，实现自动复位。经实践使用证明，其复位逻辑稳定、可靠。电路图如下所示。 图 16单片机的最小系统4.2 TCRT5000光电传感器电路图17 TCRT5000光电传感器电路4.3 WT588D语音模块电路 图18 WT588D语音模块电路5 报站系统的软件设计在自动报站系统的硬件电路设计与实现之后，还需要配合设计完善的程序才能完全实现自动报站系统的各项功能。在本系统中，主要设计了主程序的流程图，语音模块子程序流程图，并且简单的分析了各程序的运行流程。主程序主要涉及各个部分子程序的调用。程序初始化后，系统开始运行，光电传感器一直工作，语音系统待命。单片机收到光电传感器的出发信息后，控制语音系统使其发声报站。主程序流程如下图所示：开始检测黑线是否检测到黑线 N Y语音报站图19 主程序流程单片机的程序如下：#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void main()EX0=1;EA=1;IT0=1;while(1);void EXIT_O() interrupt 0static uchar i;P2=tablei;delay(500);i+;if(i=4)i=0;6 结论目前，智能交通系统是世界上交通运输科学技术的前沿，智能公交系统是智能交通系统研究的一个主要方向，它的建立将极大程度地提高车、路资源的利用率，提高公交服务的质量，从而创造巨大的社会经济效益，因此对智能公交技术的研究具有深远的意义。本设计的核心在于对单片机的使用，用单片机与其他各个部分进行通信，协调工作，一旦得到触发信息就进行报站工作。在本系统中，传感器一直处于运行状态，搜索触发信号，语音系统处于待机状态，只要单片机给语音系统发出指令，语音系统就开始工作。本文对光电传感器、单片机、语音系统