【基于单片机的公交车语音报站器设计与实现6800字（论文）】

基于单片机的公交车语音报站器设计与实现TOC\o"1-2"\h\u28101引言 128211.1研究意义及背景 2174931.2设计依据 2280311.3设计的主要内容和功能 2118712设计方案 3173002.1设计思路 355442.2系统构成 3242603硬件电路设计 5102613.1硬件原理图 5302423.2芯片的选择 615783.3按键电路 7161183.4电源电路 850183.5LCD12864液晶显示器 9111413.6语音播报模块电路 10106064软件系统设计 1123464.1软件主程序架构 1177404.2LCD12864显示流程图 12164204.3按键子程序 13320715系统调整 14191285.1仿真 14193365.2焊接 14262755.2功能调试 14291505.3问题总结 15232876总结与展望 161引言现在城市化的脚步正加快迈进，公共交通是城市的最基本的设施之一，可以说是绝大多数人首先选择的交通方式，而公交车则因为其经济实惠而成为人们出行的首要交通方式。以前公共汽车都是乘务人员在收款的同时进行人工报站，这样的方式十分浪费人力REF_Ref22766\r[1]，而且效果十分差，现在已经基本淘汰让人工报站的方式。而随着科学的进步与技术的发展，微型计算机的发展也得到了显著的提升，而且且它应用十分广泛，将微型计算机设计技术运用与语音模块的芯片结合到在一起，便能够创造出公交车语音报站器。能准确的公交车语音报站器能在视角与听觉上提醒乘客是否到站，为人们提供人性化的服务。1.1研究意义及背景随着经济与社会不断的前进，城市中很多人集中分布在工作与娱乐地区，可以说十分集中，汽车购买已经越来越平民化，汽车越来越多使得交通越来越拥挤，很多城市交通出现拥堵的情况，还造成许多污染。为此，大力发展公共交通，不仅可以改善拥堵情况，还可以为城市环保添一份力。在以前，公共汽车都是有人在里面收费甚至亲自报站，这种现象在落后地区仍存在，但车上人多的时候，人工来报站会出现声音太小传播不到，而且当车体型大的时候，售票员就要从车头走到车尾来分段报站，才能确保每个人都听到，十分费力，为解决这个问题，所以想到做出一个公交车语音报站器，它的液晶屏能实时显示现在到达的车站，并进行语音播报，就算在拥挤的时候也能清楚知道自己是否到站，让人们不再因人工报站小声，传达不到位，而错过下车时机。1.2设计依据在单片机抉择这点，我摒弃了AT89C52性能太低，而且贵的缺点，打算用功能强大，切接口操作简单的STC89C52。我打算采用USB电源输入端与自锁开关来给系统供电，电源输入端通电，电源输入端与自锁开关的1引脚相连，再由自锁开关三引脚接入系统VCC实现供电，这样节约许多资源，为设计员提供了方便。显示方面则用LCD12864来显示实时信息，相比于普通LCD1602只能显示两行16个字符，而LCD12864显示的会更多，它可以显示4行16个字符，而且里面设置有八千多个汉字，且能构造图形。本次设计需要显示站名以及时间日期，选择显示更多的LCD12864是最好的选择。本次设计师设计按键更改报站地点，通过按键来控制对应站点并播报，当摁下终点站按键时，单片机控制语音模块播报：“本车已到站，终点站，请所有乘客收拾好行李及时下车，感谢您乘坐本次公交车，欢迎您再次乘坐，祝您生活愉快”。1.3设计的主要内容和功能本次公交站的设计是以STC89C52为核心，用一个显示模块来进行站台与日期显示，再用一个语音模块来播报当前站台与下一站的信息，在视觉与听觉上与乘客形成信息的交互，提醒乘客下车。1)核心单片机部分：使用STC89C52单片机作为核心来控制各个模块，接收不同按键触发的信息，控制显示模块与语音模块的工作。2)显示模块：采用显示更多，以及内置有汉字字库的的LCD12864，可以在显示方面表达出更全面的信息，程序设计更加的方便3)语音模块：用WT588D语音芯片和Header2型号的喇叭组成，采用一段语音播报，让语音听起来自然，清晰。2设计方案2.1设计思路本次设计主要有按键、播报以及显示，STC89C52作为核心，通过按键扫描，来切换显示与播报内容。当公交车抵达相应地点时，司机只需要摁下下一站按键，显示区域便会出现相应的站台信息，同时，并播报此站名与下一站站名，提醒乘客，让乘客自行判断是否应该下车。图2.1是整体工作原理。图2.1工作原理图2.2系统构成本次设计系统由硬件和软件两部分组成。在硬件方面，计算需要显示的内容之后，筛选显示屏的型号，确定显示模块与语音模块的电子器件选择，确认好自己需要的按键与相应电阻电容。之后设计电路原理图，电路需保证每个模块正常运作，且需要的元器件和布线应越少越好。在软件方面，在电脑上进行程序烧录，我这里用的是KEIL来编译程序。KEIL在编译程序在不出现问题的情况下形成hex文件，直接下载单片机上。然后将单片机与每个器件对应着原理图进行焊接，STC89C52作为系统核心，显示模块用LCD12864,语音模块用WT588D。3硬件电路设计3.1硬件原理图本次设计的公交车报站器的硬件原理图如图3.1所示，单片机型号是STC89C52,显示模块用的是LCD12864，语音模块是由WT588D芯片与喇叭构成。K1、K2、K3按键是控制LCD切换站台信息，K4~K7按键是用来设置屏幕日期与时间，K8、K9是用来调节语音模块的声音大小。本次系统是采用5V直流电源来供电。图3.1硬件原理图3.2芯片的选择3.2.1AT89C52AT89C52是一个名为ATMEL的公司生产的CMOS8位的微型处理器，本身有128字节RAM，烧录程序可以反复重新擦写。它与MSC-51的指令系统不冲突，里面有8个处理器，还有3个可以编程的定时器，功能齐全，而且十分强大。实物图如图3.2。图3.2AT89C52实物图3.2.2STC89C52上个世纪八十年代，美国因特尔推行了51系列的8位单片机，该单片机集成度高，性能也相比其他芯片有了大幅度提升。芯片扩展了许多功能，功能单元与种类也大幅度提升，而STC89C52便是期中之一的单片机。它可以很便捷编程以及随时擦涂，携带8K字节只读存储器。它是一种微型和高效的控制器，为后来很多嵌入式控制的设计提供了一个方便且物美价廉的方法。实物图如图3.3所示。图3.3STC89C52实物图3.2.3方案选择通过对上面两种器件的对比，我认为选择STC89C52是最优的选择方案。经过两份说明书的查阅，AT89C52只有12T模式，而STC89C52可以调节成12T和6T模式。还有STC89C52还有内部1280RAM扩展，更多空间可以利用，还能巧妙的调节工作电压，可调节3.3~5V，有更大的达到64K的存储空间，还扩展了ISP功能，而且相对便宜。可以说STC89C52功能性十分强大而且性价比极高的芯片。3.3按键电路单片机按键控制电路有9个按键组成K1是控制LCD切换下一站站台信息，K2是控制切换上一站站台信息，K3是直接切换至终点站，让LCD屏幕显示。K4~K7按键是用来设置屏幕日期与时间，K4是用来进入设置模式，停止单片机内时钟计数。K5是用来选择是调整月、日还是时间。K8、K9是用来调节语音模块的输出音量声音大小。按键是松开时处于高电平状态，当按下时，单片机对应的引脚就会与地相连，此时就会产生一个高电平到低电平的跳变，并给单片机传送一个高电平信号。因为每次按键时间都有所不同，要注意在程序中设置一个函数用来去抖，降低误差。图3.4为控制LCD屏按键原理图。图3.5为控制音量大小按键原理图。图3.4LCD屏按键原理图图3.5音量大小按键原理图3.4电源电路STC89C52的电源采用直流5V供电，电源模块是一个有6个引脚的固定是开关，和一个三个引脚的电源座相连。电源座2号口与地相连，1号口与电源开关相连，3号口空接。电源开关的1、3引脚与4、6引脚作用相同，可以作为电源的输出的正极。电源开关2、5口用作地，可以方便的与电路其他地相接。我们在把电源模块与单片机相连时候要采取相对的原则，用5号引脚接地时，就要用1、3号引脚用来输出。反之。用2号引脚接地，就要用4、6号引脚作为输出。本次单片机工作电压是3.3~5V之间，所以电源电路的5V供电已经足够。本次设计的电源电路如图3.6所示：3.6电源电路3.5LCD12864液晶显示器本次设计采用LCD12864液晶显示器作为输出显示器，是工业级别的字符型液晶，从其名称中可以得知，显示屏具有64行输出，每行128个字符REF_Ref24023\r[3]。LCD12864液晶屏显示应用液晶的共性，经过改变电压达到控制区显示，最终显示出想要的图形或者数字REF_Ref24033\r[4]。LCD12864液晶显示屏不单可以显示数字，还能显示符号和字母。图3.7是LCD12864显示器件的引脚图，从图中能够看出，1号脚是电源接地引脚，和单片机的GND联通REF_Ref24030\r[5]。2号脚是VDD，其工作电压为5V。3号脚是VO引脚，是LCD驱动电压的输入端，4号脚是RS引脚，当处于高电平时作为数据选择信号，低电平时作为串行片选信号，5号脚是RW的读写信号，它是并行读写的选择信号，也是串行的数据通道。6号脚是EN引脚，即为使能端，他并行时候处于使能信号，但在串行的时候可以同步时钟。引脚7~14是DB0~DB7数据传输口。引脚16和引脚18是空脚，不接任何电路。19和20号引脚则是LCD背光源的正负极。在和单片机进行通信时,LCD的7~14号引脚传输数据，本次设计LCD12864液晶显示屏上展示中文站台名称和日期，以及公交车的编号。LCD各个引脚与相对应的名称如图3.7所示。图3.7LCD12864显示电路3.6语音播报模块电路本次设计的语音报站功能是由wt588d语音芯片实现的。单片机接收到整个系统按键信息反馈时，语音模块就会播放对应的内容。图3.8为WT588D芯片引脚图，扬声器就是用的是Header2型喇叭，p02有复位功能本次设计允许不接。由于才有一线串口模式，一线串口的语音地址如下表3.1所示存放。P03用来传输数据，Wt588d语音芯片是用外部的minu下载器进行烧录，比如本次设计的欢迎乘坐112路公交车，我们要在电脑软件上把相关联语音文件通过软件放入一个地址，当单片机达到播放条件时，就会与语音模块交互，播放次地址的语音REF_Ref24274\r[6]。我们用电脑写语音进芯片时要用到专门的烧录器，调到一线串口控制模式。P03则会成为数据传输口，单片机就通过此通道实现对语音模块的控制。其他I/O口则可以在软件的编辑下充当按键的角色。BUSY忙信号输出端，可设为播放状态LED的亮灭。SPI-FLASH存储器在2.8V～3.5V电压范围内，VDD-SIM为串口操控电源输入端，若与VCC相连可自动平衡电压。PWM输出端不能接电容到地也不能与地直接接，PWM+/DAC和PWM-端注意不能短接REF_Ref24307\r[7]。表3.1语音与地址的关系数据地址（16进制）语音00H第0段语音播放01H第1段语音播放02H第2段语音播放DAH第218段语音播放DBH第219段语音播放图3.8WT588D芯片引脚图4软件系统设计4.1软件主程序架构当硬件端设计调试完成后，就要针对单片机和每个模块进行软件设计。软件的设计往往需要有一个明确的思路，所以，流程图就是设计程序的一个重要的依据。一开始要对LCD12864以及单片机内部进行初始化，之后还要初始化设置时钟。之后每个模块就各自运行自己的程序，比如按键按下，LCD12864就会显示相应的信息，以及可以播报相应的语音信息。最后，在公交车行驶到终点站时，单片机给SWT588D语音芯片发送信号，进行语音播报，乘客通过播报信息自行判读是否下车。主流程图如图4.1所示：图4.1主流程图4.2LCD12864显示流程图在整个系统重新上电后，首先要对LCD12864进行一个操作，那就是初始化，屏幕原有信息清空，而且内部储存数据清除。之后通过程序对LCD12864进行设置，在程序加载下，单片机不断对LCD12864进行数据更新，可以对屏幕的亮度和内容进行你说需要的调整，在极短的内部数据传输时间过后，将一开始的112路公交车信息和初始设置日期显示在液晶显示屏上。当按下按键时，显示对应按键对应的站台的中文名称。单片机操控LCD12864的DB0~DB7引脚，写入要显示内容的命令。之后显示屏执行指令，将内容显示出来。初始化内容为LCD12864B_DisplayString(0,0,"112路公交车");;LCD延迟voiddelay_ms(ucharnms);写入命令voidLCD12864B_Write_Cmd(unsignedcharcmd);写数据voidLCD12864B_WriteData(unsignedchardat);初始化voidLCD12864B_Init(void);LCD12864显示流程图如图4.2所示：图4.2LCD12864初始化流程图4.3按键子程序本次设计按键电路功能繁多，总共包含了9个按键，前面K1与K2按键分别代表本次车站和下一站，K3按键表示末班，K4~K7按键实现对日期的设置。当单片机检测到K1与K2按键被按下时，LCD12864液晶屏在STC89C52的控制下，显示当前到达的站台信息，同时开始控制WT588D进行播报，让乘客接收到信息，自行判断是否下车。当第K4按键被检测到按下时，单片机先停止内部时钟的运转并开始进入时间与日期设置的程序中。然后，当K5按键按下，单片机选择需要设置的日期，根据按键按下次数来调整是月、日、分或秒。K6和K7按键按下时，单片机便会运行数字加减来达到设置时间的目的。当再按下K4时，单片机内部时钟开始运行，时间就在当前设置的数值下显示出来。图4.4按键流程图

5系统调整5.1仿真使用proteus仿真软件进行仿真，这一步是用来检测是否能达到预期的效果。先在该软件中找出你需要的每个器件原理图，然后依照原理图把相应的器件连接起来，之后把编写好的程序编入仿真软件中，然后开始仿真。在仿真中，如果LCD屏不显示则证明原理图中还有需要改进的地方，要检查是线路连接错误，还是电阻、电容的数值设定不准确，不符合标准。若能显示，但显示内容与按键之间的互动与要求不相符，则是代码问题，检查代码之间的逻辑关系。若没问题，则进行下一步。5.2焊接首先要准备好所有需要的材料和一台电烙铁，然后依照之前设计好的电路原理图，先焊接好每个模块的插排，然后按照原理图把单片机的最小系统和复位电路焊接上去。在确定好的显示模块附近，将上拉电阻焊在单片机的P0口，之后通过导线，把显示屏对应位置与P0相接。之后依次焊接按键控制电路，电源电路，语音模块电路。当然，还要将单片机的RXD和TXD引出来，焊上接口，方便之后程序的烧入与调试。语音模块要把3号与4号引脚引出，然后把喇叭接上。全部焊好后要对线路进行是否通断的检查，用万用表调整到检测模式，在每个相连的引脚上进行测量，如果万用表响了，表示正常连接，若不响，则证明断路，要重新换导线焊接。把每个插排口与底部焊锡也要进行检查，排查插排焊接不合格的现象。所有模块与模块之间连接都检查好之后，将经过仿真没问题的代码以hex格式，通过下载烧写软件烧录进STC89C52单片机内，之后把单片机按正确方向插入插排中。在焊接WT588D时，要检验引脚不能虚焊，先用万用表检测每个脚是否正常，检查每个引脚之间的锡有无重叠，如果没问题则焊接完成。5.2功能调试单片机焊接测试没问题后，进行功能调试，测试软件是否正确。在功能调试的环节是最难的，我要不断尝试烧录代码并检验代码、电路与实际功能一不一样。首先给单片机上电，上电复位是基本的复位方法。LCD12864液晶显示屏分为四行，第一行显示几路公交车，第二行显示的是日期时间，这个时间分为月日时分，每个数字都有相对应的按键能够调整时间，第三第四行显示按下按键的公交站台中文名称，第三行显示的是本站站点，第四行显示的是下一站站点。当按键K1和K2按下时，根据程序，屏幕会刷新站点的名称，并播报相应站点的内容，其播报内容是：“本次公交车已经到达底站，下一站是”。在语音模块附近还有两个按键控制音量的大小，这是与语音模块直接相连，这两个按键功能通过设置WT588D语音地址时候，可以设置每个按键的功能，其中便有音量大小的调整。当两个按键分别按下音量大小发生改变时，说明WT588D的功能调试完成。5.3问题总结在本次设计中，焊接不牢固，短路和断路的情况都会发生。检测每个模块的时候总要专心致志，特别是用万用表检测显示模块时，总会每个显示屏引脚是否有断路或者短路情况,在一点一点仔细排查故障。然后就是程序问题，在设计时间设置功能时搞不明时间与日期之间的逻辑关系，总是造成程序报错，导致功能无法实现。还有就是公交报站的语音地址与代码之间关系也让我想了半天，经过与老师同学的探讨，才逐渐完善代码，实现功能。第三个问题就是，在学习LCD12864时，不了解显示屏上位置与代码关系，导致代码的书写十分困难，要搞清楚显示字符与汉字的大小来设置代码，最后再和同学的帮助下完成了。而在代码的烧录环节，我查阅了很多资料，下载许多软件，甚至还用了三个芯片，慢慢摸索，才对烧录程序可以得心应手。检查有无虚焊，快要崩溃时又回过头认真看了显示模块的产品说明书，看到晶振电容应是30pf，与我设置的不符，调整后才能成功显示！

6总结与展望做好这次毕业设计，也就证明我的大学生活也快过去了。从一开始十分纠结选