【《一款带有语音播报的公交车报站系统设计》5800字】

--PAGE3-一款带有语音播报的公交车报站系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u23575摘要 1137361引言 164402设计任务及要求分析 294102.1基本要求 229643系统方案论证与选择 2303153.1系统整体方案的论证 2254583.2单元电路的方案论证 4126494系统设计与理论分析 8284954.1系统硬件设计与实现 8188024.1.1时钟晶振电路和复位电路 876734.1.2液晶显示电路原理图 9236154.1.3按键电路原理图 10327154.1.4语音播报原理图 1110884.2系统的软件设计 12192054.2.1测试环境 12220114.2.2流程图 12174645实物调试及测试 1413715.1实物图 14130105.2实物调试 17231606结束语 172895参考文献 18摘要本文设计了一款带有语音播报的公交车报站系统。基于更加方便，更加人性化的原则，设计了此款可按顺序进行语音公交报站系统。此系统以STC89C52单片机为核心，使用LCD12864进行字符显示，可以进行语音播报，能够按顺序进行站点播报，也可播报上一站点信息，也可通过按键控制显示预警信息，控制语音播报模块进行预警。关键词：单片机，语音播报，公交报站引言城市化的快速发展和经济不断进步导致交通需求迅速增加，而道路交通基础设施建设相对滞后，交通拥堵现象日趋严重。如今，相比下出租车和私家车，公交车的人均占地面积少，成本低，承载能力高，同时，它的通行路线覆盖面广一定程度上缓解交通拥堵。进入21实际第三个十年来讲，信息已经成为这个时代最有价值的产物。唯有掌握了信息，才是真正的将命运掌握在自己手里。在如今快节奏的生活下，我们对于信息的要求已经越来越高，对信息的利用也越来越极致。如何利用更加准确的公交到站信息，来时自己的时间有更大利用率，是当下每个人都会面临的问题。如今我国发展迅速，已经全面建成小康社会。在第十四个五年发展的开局阶段，我国依然存在着部分地区经济发展水平相对落后，人民生活水平仍需提高，公共设施建设依然与大中型城市存在较大差距。在这种情况下，设计出一款方便司机使用，功能齐全，成本不高的公交车语音报站系统是我研究的目标。目前我国公交系统使用的语音报站器技术主要有以下两种种：手动语音报站器。乘务员按动进站按钮开始播报各站信息，出站时，乘务员按下出站按钮，开始播报下一站的站名；无线信号的标记的语音报站器。在每个公交车站点设立坐标点，公交车接近车站是会接收到这个车站点发出的信号，这时会自动报站，出站时与这个信号断开连接，就会开始播报下一站的信息了，此报站器报站相对精准，但需要建立各个站点组建发射信标，设置较为复杂，需要耗费不少人力，物力，成本较高。如果出现信号接收不良，，无线信号发生器不能正常运行，维护成本很高。分析各方面的不足与缺陷，在本次公交车报站器系统设计中，我采用了手动语音报站的方法。基于此我设计出此款具有语音报站功能的简易公交车报站系统。此系统所具有的功能大大提升了公交车到站信息的播报功能，通过LCD显示方便了司机加强对于到达每一站站名的记忆。对于乘客来讲能清楚的知道每一站的信息，对于行程的规划也有了清晰的认知。即降低了运营成本，又满足基本的公交车运行要求。设计任务及要求分析基本要求（1）语音播报到站信息及下一站信息。（2）LED或LCD显示到站信息。系统方案论证与选择系统整体方案的论证方案一：使用FPGA作为控制模块，系统整体包括了FPGA控制芯片，液晶显示模块，语音播报模块以及独立按键构成。在使用过程中，FPGA通过按键的反应来判断公交车的到站情况，反馈给液晶显示模块和语音播报模块。方案二：利用单片机作为CPU，该方案整体包括单片机主控电路、液晶显示电路、语音播报电路、复位电路、按键电路。STC89C52单片机作为主控芯片，利用LCD12864（带中文字库）液晶显示电路进行站台信息的显示，利用ISD4004数码语音芯片进行站台名称的播报，用按键开关来进行操作，方便司机控制。方案论证：由于单片机反应灵敏，成本低廉，且具有普适性。对于当今市场上普遍流行的编译软件都可使用，软件编写也比较简单方便。因此，我选择使用以单片机作为CPU来控制该系统。电源电源12864时钟单片机12864时钟单片机语音播报按键语音播报按键单元电路的方案论证各模块各器件均以STC89C52单片机为核心，使用LCD12864进行字符显示，ISD4004完成语音提示模块，键盘按键完成。当公交车到达车站时，乘务人员按下按键就会进行语音播报该站信息，程序在CPU中读取字符信息一起送入LCD液晶显示电路中进行车站信息的显示。3.2.1单片机主控单元在现今市场上，单片机的生产厂商很多、单片机的类型也很多。结合公交车报站系统，单片机的选型应该从以下几个方面考虑：=1\*GB2⑴选用的单片机要有较好的稳定性，可靠性高。因为在不同的道路情况下，车况不同会产生一定的颠簸，因此要保证单片机的稳定性。=2\*GB2⑵选择的单片机必须具有丰富的片上外围设备模块，这样不断可以简化电路的设计和调试，降低设计难度，而且由于模块标准化批量生产，能有效的降低整个系统的成本。综上所述，选择了STC89C52单片机作为CPU。STC89C52的塑封图如图3-1所示。STC89C52的管脚如图3-2所示。图3-1STC89C52塑封图图3-2STC89C52引脚图STC89C52具体介绍如下：主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源；GND(Pin20)：接地线。外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：振荡电路的输入端引脚；XTAL2(Pin20)：振荡电路的输出端引脚。控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上生成2个机器周期的高电平把单片机进行复位；ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号；PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号引脚；EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内部和外部的选通，外部程序存储器连接到低电平时可以读取指令，内部程序存储器连接到高电平读取指令。STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7；P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7；P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7；P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7。STC89C52主要功能如表2-1所示。表2-1STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写FlashROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.2.2液晶显示单元晶液显示器在单片机系统中的应用有以下几个优点：显示质量高：液晶显示器始终可以发光，液晶显示器画质清晰，不会轻易闪烁。数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比传统显示器要轻得多。功耗低：液晶显示器的功耗主要消耗在内部的电极和驱动IC上，耗电量比其它显示器要少得多。具有中文字库，方便乘客与司机判断。lcd12864液晶具有重量轻薄，功耗较低,体积小不占面积等特点。带中文字库的128X64

是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。但LCD12864液晶显示信息量大，相当来说程序和电路都比较复杂，并且价格较高。LCD1602分辨率是每字5*8点阵，字符区域16*2个；驱动芯片不同，因此控制字、时序略有不同，是字符型液晶，显示字母和数字比较方便，成本较低。但显示的字体有大小限制，不能显示图形，显示曲线,1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。综上，我选择LCD12864作为液晶显示电路。其引脚结图如图2-5所示图2-3LCD12864正面图图2-4LCD12864反面图图2-5LCD12864引脚图引脚功能如表2-2所示。表2-2引脚接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地11DB4数据42VDD电源正极12DB5数据53V0电压输入端13DB6数据64RS串行的片选信号14DB7数据75R/W读/写选择15PSB串并行接口选择6E使能信号16NC空脚7DB0数据017RET复位8DB1数据118NC空脚9DB2数据219LED_A背光源正极10DB3数据320LESD_K背光源负极系统设计与理论分析系统硬件设计与实现时钟晶振电路和复位电路时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片机内部各种微操作的时间基准，在此基础上，控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有一定次序的信号，控制相关的逻辑电路工作，实现指令的功能。复位对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。图3.2单片机STC89C52引脚及连接晶振电路和复位电路液晶显示电路原理图图4.2为12864显示模块与单片机显示模块连接电路图1 VSS为模块的电源地，所以1口接地。2 VDD为模块的电源正端，则2口接电源。3 V0为LCD驱动电压输入端，则需要连接电路来控制电路中的电压。4 RS(CS) H/L 并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号，则要连接单片机来行使其片选功能。5 R/W(SID) H/L 并行的读写选择信号；串行的数据口。因为在本电路中始终都是写指令或数据，所以该端可以始终连接低电平。6 E(CLK) H/L 并行的使能信号；串行的同步时钟。该项需要连接入单片机，再在工作过程中的高/低电平决定该端口所起到的作用。7～14接口为数据连接端口，与寄存器74LS373连接，通过寄存器传输单片机中的数据来获得相应的信息传送至12864显示器中。15 PSB H/L 并/串行接口选择：H-并行；L-串行。16 NC空脚，所以该处不接。17 /RET H/L 复位低电平有效，则是直接连接高电平，使得12864显示模块刚开始就处于复位状态19和20分别为背光源的正负极，则分别连接相对应的电源正极和电源负极。按键电路原理图图4.3为按键电路图K1的功能：控制显示上一站的信息K2的功能：控制显示下一站的信息K3的功能：语音播报预警信息1（前方山路急弯拉好扶手），并在LCD液晶屏上显示K4的功能：语音播报预警信息2（紧急情况停车拉好扶手），并在LCD液晶屏上显示语音播报原理图图4.4为语音播报电路图系统的软件设计测试环境软件测试环境有Keil，AltiumDesigner。Keil主要用于程序的编写以及运行。KeilC51是美国KeilSoftware公司开发的系统，C语言在这个系统上运行，与MicrosoftVisualStudio。利用AltiumDesigner这个软件对所做的实物进行一些功能的仿真。硬件测试的环境是win10系统。流程图 系统通电后，需要进行LCD液晶显示屏初始化，单片机串口初始化，语音播报软件初始化。液晶屏上显示“欢迎乘坐104公交车祝旅途愉快”，语音开始播报“欢迎乘坐，104路公交车早上8点，开班，晚上1十2点收班,，请各位旅客注意收车时间,请不要在车厢里，乱扔，瓜果纸屑请给，有老弱病残孕妇的让座谢谢！”当按下K2按键时，液晶屏显示下一站点信息“104路公交车2到了”，语音开始播报“2站到了,请各位乘客有序下车注意好自己的行李物品”。当按下K1按键时，液晶屏显示上一站点信息“104路公交车1到了”，语音开始播报“2站到了,请各位乘客有序下车注意好自己的行李物品”。当按下K3按键时，液晶屏显示预警信息1“104公交车前方山路急弯拉好扶手”，语音开始播报“前方山路急弯请拉好扶手”，会重复播报两次。当按下K4按钮时，液晶屏显示预警信息2“104公交车紧急情况停车拉好扶手”，语音开始播报“前方遇到突发情况，紧急停车请各位乘客耐心”，会重复播报两次。当连续四次按下K2按键时，系统判定公交车进入终点站，液晶屏显示到站信息“104路公交车4到了”，语音开始播报“终点站到了4号站台,请各位乘客有序下车注意好自己的行李物品”。图4.2主程序流程图实物调试及测试实物图系统硬件如图5.1所示图5.1系统硬件图当通电后，系统开始初始化如图5.2所示图5.2系统初始化图当按下K2按键时开始显示下一站点信息，开始语音播报，如图5.3显示图5.3下一站点信息显示图当按下K1按键时开始显示上一站点信息，开始语音播报，如图5.4显示图5.4上一站点信息显示图当按下K3按键时开始显示预警信息1，开始语音播报，如图5.5显示图5.5预警信息1图当按下K4按键时开始显示预警信息2，开始语音播报，如图5.6显示图5.6预警信息2图实物调试经过调试后可完成基本要求，可实现当按下K2按键时按顺序进行站点的播报，LCD液晶显示屏会显示对应信息，语音播报模块会提示相应站点信息；当按下K1按键时，LCD液晶显示屏会显示上一站点信息，语音播报模块会提示上一站的信息；当按下K3，K4按键时，LCD液晶显示屏会显示预设好的警告信息，语音播报模块会播报对应的提示信息；当按下复位按钮时，系统会自动返回至初始化状态。结束语本次设计集合了软件与硬件的使用，是我对单片机的实际使用有了更加生层次的理解。通过本次设计不仅检测了我大学四年之所学，又加强了自己的动手能力，软件编程能力以及遇见问题的独立处理能力。在设计初期我遇到了很多没有遇见过的问题，例如对单片机引脚功能的理解并不深刻，对实物焊接技术掌握不足，编程能力有限等。通过这几个月以来的不断研究，我现在深刻领会了单片机技术的学习是一个既要动脑，又要不断动手实践的一个漫长的学习过程，不可半途而废。当写到需要软件进行编程时我发现，自己的编程基础并没有想象的那么牢固，对于一些基础的语法，函数掌握不是十分扎实，认真学习几个月后才能基本理解。经过本次设计使我发现，利用单片机作为CPU设计系统相对简单易懂，可满足大多数硬件的需求，但对于一些复杂程序仍需功能更加强大的硬件作为控制芯片。利用c语言进行编程逻辑清晰，语法明确，但太过繁琐相比c++来讲许多细节可以简化。对于报站系统依然可以进行功能上的改进：增加导航与定位功能防止司机报错增加实时导航检测功能，对道路情况进行播报，可计算出下一次到站时间对于上述问题我会在课外时间研究改进，对程序与硬件进行更新，调试，尝试找出解决方法。该系统硬件部分相对简单，通过c语言的使用来完成所要求的任务，整体系统成本不高，简洁高效，是一款普适性功能齐全的公交车报站系统。参考文献[1]周国雄，许明情．城市公交车自动报站系统设计及应用[A]．装备制造技术，2007[2]魏银库，公交车自动语音报站及文字信息同步显示系统设计[A]．计算机应用，2009[3]黄艳国，许伦辉，眭相林．基于GPS公交车自动报站系统[A]．交通信息与安全，2009[4]张雅兰.公交车自动报站系统改进研究[A]．广西工学院学报，2010[5]谭浩强，C语言程序设计教程