毕业设计 基于gps定位的公交车自动报站系统的设计

苏州经贸职业技术学院学生毕业设计（毕业论文）基于GPS定位的公交车自动报站系统的设计系别机电系专业应用电子技术（电子产品营销）班级应电0832班学生姓名李超学生学号0801083240指导教师王倢婷王益2010年12月19日目录摘要I前言1第一章概述211GPS国内外的发展形势2111国外的研究现状2112国内的发展现状212课题研究的内容及目标3第二章整体框架及方案比较421系统整体框架结构图422单片机的选择423语音芯片的比较5第三章系统的硬件研究与设计731各部分电路图7311单片机的最小系统7312JHD162A液晶显示电路8313ISD1700S音频输出电路及按键电路8314GPS模块接口电路932系统整体电路图10第四章系统软件的研究与设计1241主程序流程图1242语音模块子程序1443JHD162A液晶显示子程序15第五章系统校验1651系统仿真16512仿真实现流程1652系统运行结果截图17521开机界面17522接收信号后17第六章总结与展望2161总结2162展望21致谢22参考文献23附录24摘要智能公交系统是智能交通系统的重要研究内容，本论文设计了一种基于GPS定位的公交车自动报站系统，它利用GPS进行数据采集，获得车辆位置信息，并结合语音播放技术，根据公交车所处的位置进行自动报站、温磬提示等语音服务。它可以彻底改变传统公交车语音报站必须由司机操控才能工作的落后方式，完全不需要人工介入，实现公交车报站的完全智能化。该系统是以GPS定位技术为基础来实现自动定位，从而提供自动报站服务。关键词GPS；自动报站系统；AT89C51前言从1831英国人沃尔特汉考克为他的国家制造出了世界上第一辆装有发动机的公共汽车起，到今天，公交车已经历经了将近200年的发展过程。从最初的“闷罐头”到如今配套的空调系统；从专人售票到无人售票；从人工报站到半自动语音报站，公交车向着越来越人性化的方向发展。可是目前存在的一个问题，半自动语音报站系统需要由司机在车子进出站的时候人工操作，由于这两个时间点往往是路面情况最复杂的时刻，因此也给行驶中的车辆带来了安全隐患。论文的目标就是彻底抛弃人工操作，实现公交进出站的全自动语音报站。利用AT89C51单片机、ISD1700系列语音芯片、JHD162ALCD液晶模块来实现所需要的功能。单片机体积小，重量轻，具有很强的灵活性而且价格便宜，得到越来越广泛的运用，例如工业控制领域、家电产品，智能化仪器仪表，计算机外部设备，特别是机电一体化产品中都有重要的用途。20世纪80年代中期，INTEL公司将8051内核使用权以专利互换或出售的形式转给世界许多著名IC制造厂商，这样8051就变成有众多制造厂商支持的，发展出上百个品种的大家族。到目前为止，其它任何一个单片机系列均未发展到如此的规模。正因为51单片的运用是如此广泛，因此学习单片机的运用是非常重要的。学好单片机也是学习其他嵌入式控制器如ARM、DSP的基础，任何嵌入式控制器都离不开单片机种所涵盖的如中央处理器，定时器、中断控制器，IO口控制器，串行通讯控制器，I2C总线控制器，片内外存储控制器，汇编语言，C语言，操作系统的概念。因此说学好单片机，再去学习其他嵌入式控制器如ARM、DSP是比较简单的。可以说学好单片机是其它进阶微处理器的一个台阶。本次设计的课题是“基于GPS定位的公交车自动报站系统的设计”，设计中利用无线收发模块及编解码芯片实现站台的自动识别，通过单片机对液晶模块及语音模块的综合控制实现全自动语音报站的功能。本次设计以KEILC51开发环境为编程平台进行代码的编译和运行，并在PROTEUS上进行仿真。第一章概述11GPS国内外的发展形势111国外的研究现状目前，以GPS为代表的卫星导航应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一。随着技术的进步、应用需求的增加，GPS以全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所独具的定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能，已涉足众多的应用领域，使GPS成为继蜂窝移动通信和互联网之后的全球第三个IT经济新增长点。虽然具有GPS定位功能的公交车市场潜力颇为看好，就现阶段而言仍有几项障碍亟待克服首先，不论公交车采用的是内建GPS芯片或是用外接GPS模块作为解决方案，将无可避免地提高公交车成本，也影响消费者购买的意愿；最后，目前具有提供整合GPS芯片与无线通信技术的公司仍屈指可数，且公交车制造大厂是否愿意采用现有的解决方案，或是另外自行开发仍是未定之数。通过近20年的发展，GPS产品已逐渐转变为消费电子产品，且所能应用的范围已扩展到日常生活中的通信、PDA、定位信息等。不过，以现阶段来看，由于GPS接收机的单芯片化技术、价格以及市场应用服务等仍未臻成熟，因此，在乐观地看待此市场发展时，诸如GPSIC设计的技术是否能达到公交车或PDA所需的最小体积、成本是否能降低以及内建GPS的新公交车系统是否能引起消费者的青睐等问题，仍必须审慎地深入评估。112国内的发展现状国内GPS市场呈现出两个重点发展趋势。1以车载导航为核心的移动目标监控、管理与服务系统。在GPS应用领域，车辆应用所占的比例较大。最初GPS车辆应用一般分为车辆跟踪和车辆导航两大系统。但当摩托罗拉公司推出集车辆导航与跟踪于一体的车辆信息系统后，它就成了发展的方向。GPS车辆定位监控系统主要有自导航应用和中心监控两种方式。车辆监控系统是集GPS技术、无线通信技术和地理信息系统技术于一体的综合车辆管理系统。一般行业用户的车船队监控都采用中心监控方式，系统由监控中心、位于监控中心的主站和安装在移动车辆上的子站等3部分构成。系统的工作原理是安装在车辆上的GPS接收机根据收到的卫星信息计算出车辆的当前位置，通信控制器从GPS接收机输出的信号中提取所需要的位置、速度和时间信息，结合车辆身份等信息形成数据包，然后通过无线信道发往控制中心。控制中心的主站接收子站发送的数据，并从中提取出定位信息，根据各车辆的车号和组号等，在监控中心的电子地图上显示出来。同时，控制中心的系统管理员可以查询各车辆的运行状况，根据车流量合理调度车辆。2面向个人消费者的GPS终端产品。芯片的小型化技术、生产成本的降低、体积与耗电量的减小等有利因素，使GPS产品走下神坛、深入到人们的日常生活中。目前面向个人消费者的产品主要有车载自主导航系统、移动监控终端以及消费类电子产品。有集成了GPS芯片和地理信息系统数字地图的移动通信手机、GPS手持机、GPS手表，甚至GPS相机等，也有基于掌上电脑和笔记本电脑等移动设备的插卡CF卡式GPS接收机式、外接GPS接收机式等集成产品。12课题研究的内容及目标自动报站系统是智能公交系统的组成部分，公交车自动报站系统是利用全球定位系统（GPS）进行数据采集，根据公交车所处的位置进行自动报站、温磬提示等服务，它将电子、控制、计算机、通信等实用技术集中运用于公共交通系统，改造旧的服务模式，建立全新的服务体系，不但提高了其服务质量，同时也将为公交公司和社会带来较大的经济和社会效益。1课题的主要研究的内容针对我国的中小城市，自主研发一套基于GPS的公交车自动报站系统。该系统采用GPS卫星定位技术，彻底改变传统公交车语音报站必须由司机操控才能工作的落后方式，在公交车进站、出站、拐弯时能及时、准确地自动播报站名及服务用语，实现公交车报站的完全智能化。在进行系统设计时，除了实现系统要求的功能以外，同时，由于系统是安装在公交车上，属于车载终端设备，所以必须兼顾电源、功耗、体积等因素，且还要考虑到产品成本、开发工具、研发周期等问题。基于以上因素，整个系统采用了AT89C51单片机作为主控制器的设计思路。2课题研究的目标本课题研究的是基于GPS的公交车自动报站系统，目的是使公交车通过GPS定位，准确获知并且确定车辆位置，然后通过液晶显示站点信息，提示灯变亮，再由音频系统自动播报站名，从以前完全手动控制变为选择性自动控制，以提高公交系统的准确性和安全性。第二章整体框架及方案比较本系统要实现根据公交车通过不同路段，然后经过GPS系统定位报出站名的功能。系统主要有两大部分，主控制程序单片机和语音芯片部分。每个部分都有不同的方案可供选择。21系统整体框架结构图本设计的整体思路是通过按键电路和GPS定位系统输入地段信息，直接输出数字信号给单片机AT89C51进行处理，在LCD液晶频上显示当前站名信息。同时通过语音芯片输出放大后的语音信息。其结构框图如图所示GPS模块音频输出音频放大AT89C51扬声器LCD按键电路图21整体框架结构图22单片机的选择目前基于此课题的设计方案主要有两种，分别是基于FPGA的VHDL语言设计，基于AT89C51单片机设计，下面具体分析各种设计方案的优缺点。方案一基于FPGA的VHDL语言设计优点FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件，器件集成度高，方便易用。FPGA在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。随着功耗和成本的进一步降低，FPGA还将进入更多的应用领域。缺点用VHDL语言编写的程序很难实现符合这个课题的效果，在逻辑算法上也不及51单片机来得灵活。在仿真环境上无法体现出需要实现的功能，不太适合用在这个课题上。方案二基于AT89C51单片机设计优点51单片机具有高效能，资源占用率低等特点。目前51单片机的使用非常广泛，关于51单片机设计开发的资料非常丰富，很适合初学者自学。使用C语言编程可以实现丰富的功能，在PROTEUS仿真环境上也可以很好地体现出本设计欲达到的效果。缺点对多线程同时需要共享资源的任务处理性能有限，无法满足现今对执行效率和存储容量都有较高要求的信息家电等的需要。在多任务的处理能力上根本无法与基于嵌入式操作系统构架的方案同日而语。本设计采取方案二以AT89C51作为单片机。由于本课题属于小型项目，信息处理量不大，采用FPGA的设计存在成本高，开发过程复杂等情况，本项目并不能发挥出这些芯片的强大功能。基于以上优缺点的分析我选择了第2种设计方案。选用ATMEM公司的AT89C51作为控制芯片，成本低，开发周期短，配合各种专用芯片的使用能够实现丰富的功能。可以在PROTEUS仿真环境中很好的体现出设计所要实现的效果。23语音芯片的比较本论文主要考虑了两种语音芯片，ISD1700S语音芯片和OTP语音芯片，并且对它们做了分析比较。方案一语音芯片ISD1700SISD1700S系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路，是ISD1400S与ISD2500S的升级产品。该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（VALERT）,双运作模式（独立/无线信号接收端SBITP24P24/控制快进SBITP25P25/控制播放SBITLEDP10/到站指示灯SBITREP30/GPS发射端SBITRESETP34/语音芯片复位CHARIUCHARCODEDIS1“ZHAOHUZ“/站点内容可更新或增加UCHARCODEDIS2“JUYUANZ“UCHARCODEDIS3“JINSHAN“UCHARCODEDIS4“SHANGDU“UCHARCODEDIS5“SHIDA“UCHARPVOIDDELAY1MSUNSIGNEDINTCOUNT/延时1MSUNSIGNEDINTI,JFORI0ICOUNTIFORJ0J120JVOIDDELAYINTI,JFORI0I255IFORJ0J120JVOIDSEND/GPS发送RE0TMOD0X02/计数器工作模式方式2自动再装入的8位计数器EA1/允许全部中断TH00XF3/高8位计数器作为初值寄存器TL00XF3/低8位计数器初值ET01/允许计数器0的中断响应MAINLCD_INITIAL/LCD初始化GOTOXY7,0/显示定位PRINT“43“/显示站名GOTOXY0,1PRINT“NEXT“I0PDIS1/初始化界面GOTOXY6,1/初始定位PRINTP/初始显示DELAYRESET0/语音芯片复位DELAYDELAYDELAYRESET1P311SEND/GPS发射TR01/启动计数器WHILE1DELAY1MS300WHILEP31/判断P31口是否为1,如果是则循环直到是0后往下执行DELAYP240/从P24口输出一个负脉冲使FWD有效，指针指向下一段DELAYP241DELAYP250/PLAY有效，播放当前段DELAYP251IFI5I0ELSEISWITCHICASE0PDIS1BREAKCASE1PDIS2BREAKCASE2PDIS3BREAKCASE3PDIS4BREAKCASE4PDIS5BREAKGOTOXY6,1/数据指针定位PRINTP/显示WHILEP31/判断P31口是否为0,如果为0则执行LED0否则LED1DELAYLED0LED1DELAYVOIDTTLVOIDINTERRUPT1/定时器/计数器0TF0RERE/RE值取反产生TTL电平附录二液晶显示模块程序设计1、内部等待函数LCD_WAITVOIDUNSIGNEDCHARLCD_WAITVOIDLCDRS0/读状态LCDRW1_NOP_LCDEN1_NOP_WHILEDBPORT/判断读写状态使能标志LCDEN0RETURNDBPORT2、向LCD写入命令或数据子函数LCD_WRITEVOIDLCD_WRITEBITSTYLE,UNSIGNEDCHARINPUTLCDEN0LCDRSSTYLELCDRW0_NOP_DBPORTINPUT_NOP_/注意顺序LCDEN1_NOP_/注意顺序给EN一个高脉冲LCDEN0_NOP_LCD_WAIT3、设置显示模式子函数LCD_SETDISPLAYVOIDLCD_SETDISPLAYUNSIGNEDCHARDISPLAYMODELCD_WRITELCD_COMMAND,0X08|DISPLAYMODE4、设置输入模式子函数LCD_SETINPUTVOIDLCD_SETINPUTUNSIGNEDCHARINPUTMODELCD_WRITELCD_COMMAND,0X04|INPUTMODE5、初始化LCD子函数LCD_INITIALVOIDLCD_INITIALLCDEN0LCD_WRITELCD_COMMAND,0X38/8位数据端口,162行显示,57点阵LCD_WRITELCD_COMMAND,0X38LCD_SETDISPLAYLCD_SHOW|LCD_