【正文】 ..................................................................... 38 附錄 .............................................................................................................................. 40 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 44 致謝 .............................................................................................................................. 45 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 引言 研究 目的和發(fā)展現(xiàn)狀 隨著社會的發(fā)展，公交車已經(jīng)成為我們許多人出行必不可少的交通工具，在日常生活中 ，我們經(jīng)常會遇到這樣的情況：公交車每到一站，都需要人為的按報站器，有時會過站再按，有時甚至不報站，給不少乘客帶來不便；即使有售票員報站，也會因其地方口音，使外來乘客產(chǎn)生誤解，引起不必要的麻煩 ,而準(zhǔn)確的報站則直接影響到我們的正常日程。 目前公交車上采用的公交報站系統(tǒng)具有語音和顯示報站的基本功能，但由于報站時采用司機(jī)手動切換，一方面增加了司機(jī)的勞動強(qiáng)度，另一方面由于司機(jī)的誤報或漏報，造成乘客誤下或漏下，對于公交運(yùn)營產(chǎn)生負(fù)面影響。全自動公交車語音文字報站系統(tǒng)是針對公共汽車公司需求設(shè)計而成，與其他同類產(chǎn)品區(qū)別在于： 采用全自動的方式進(jìn)行自動報站，完全不需要駕駛員在進(jìn)站前操作鍵盤，防止司機(jī)分散注意力，真正實現(xiàn)自動報站功能，將公交報站器提高一個新檔次，是傳統(tǒng)公交報站器更新?lián)Q代的產(chǎn)品。同時可以與 LED 電子顯示條屏配套應(yīng)用，實現(xiàn)語音、文字同時報站功能，為公交車裝備現(xiàn)代化，提高服務(wù)檔次起到本產(chǎn)品應(yīng)盡的責(zé)任。 目前的公交車自動報站系統(tǒng)主要有以下三種： 第一種是 GPS（ Global positioning system，全球定位系統(tǒng)）自動報站系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)正式上市，他可通過 GPS 全球定位技術(shù)（誤差在 4米以內(nèi)）確定公交車位置， 自動報出車輛所在站名，以及服務(wù)用語，在特殊情況下還可以把手動報站，車內(nèi)呼叫等功能一并實現(xiàn)，還可以連接車內(nèi) LED（ Light emitting diode ,發(fā)光二極管）大屏顯示廣告以及站臺信息，該系統(tǒng)還可以和 GPRS（ General Packet Radio Service, 通用分組無線業(yè)務(wù)）通訊系統(tǒng)連接，實現(xiàn)實時監(jiān)控公交車運(yùn)行情況 ，實現(xiàn)總調(diào)度過程。 GPS 系統(tǒng)是由美國國防部開發(fā)的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。用戶通過用戶設(shè)備接收 GPS 衛(wèi)星信號，經(jīng)信號處理而獲得用戶位置、速度等信息，最終實現(xiàn)利用 GPS 進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。 GPS 語音自動報站系統(tǒng)，采用先進(jìn)的衛(wèi)星定位技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)公交車語音報站器必須由司機(jī)操控才能工作的落后方式，進(jìn)站、出站自動播報站名及服務(wù)用語，準(zhǔn)確、及時、完全不需要人工介入，是公交第一章 引言 2 車語音報 站器的一項技術(shù)革命，它將為公交車的管理人員和乘客帶來福音，實現(xiàn)了公交車報站器的完全智能化。目前，國內(nèi) GPS 語音自動報站系統(tǒng)處于試驗階段，僅有北京，廣州、青島等幾個城市采用 GPS 語音自動報站技術(shù)。 基于 GPS 的公交車自動報站系統(tǒng)能完全實現(xiàn)預(yù)定的功能，能大大降低司乘人員的勞動強(qiáng)度，加大公共交通 運(yùn)營管理力度，增強(qiáng)公交車管理的科學(xué)性。對維護(hù)運(yùn)營秩序、提高運(yùn)營效率、保證運(yùn)營安全和促進(jìn)智能公交的發(fā)展都具有積極意義。目前的系統(tǒng)還存在一些不足，在有些城市，因為樹木、高樓的遮擋，存在有些路段接收不到 GPS 信號的問題，這就需要利用陀螺儀等其它輔助定位系統(tǒng)和 GPS 定位相結(jié)合進(jìn)行定位。系統(tǒng)下一步發(fā)展趨勢，是 GPS 自動報站系統(tǒng)和 GPRS 技術(shù)和 GIS（ Geographic information system，地理信息系統(tǒng)） 相結(jié)合，即把 GPS 定位、 GPRS 無線通信網(wǎng)和城市地理信息系統(tǒng)結(jié)合起來 ,對城市的車輛 進(jìn)行實時的控制與管理，形成城市的智能交通網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步促進(jìn)城市交通的發(fā)展 [11]。 第二種是基于電磁波理論的公交車自動報站系統(tǒng)。 可利用公交車上現(xiàn)有的移動電視來接收電磁波，從而顯示信息，并在車底部安裝線圈并通以微量電流；在距站點數(shù)百米處的車道下埋設(shè)數(shù)匝線圈，其兩端連向站牌；并在站牌上安裝相關(guān)裝置。 公交車以一定速度在路上行駛，在到站前會經(jīng)過路下線圈，路下線圈切割車上通電線圈所產(chǎn)生的磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電流。電流流經(jīng)站牌，觸動內(nèi)部裝置，使站牌發(fā)送出電磁波。在車上的乘客就能從熒屏上獲取相關(guān)報站信息。 該系 統(tǒng)的優(yōu)點是能準(zhǔn)確報站，不但給乘客帶來方便，而且能讓司機(jī)更加專心于駕駛，加強(qiáng)了道路安全性。但是鋪設(shè)價格昂貴，其可靠性也沒有實際驗證，現(xiàn)在只有部分專家支持，并沒有實際使用。 第三種是基于單片機(jī)的公交車自動報站系統(tǒng)，而這種系統(tǒng)又大致由兩種技術(shù)支持。其中一種的技術(shù)關(guān)鍵是對車輪轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角的脈沖進(jìn)行計數(shù)，將計數(shù)值與預(yù)置值對比，即可確定報站時刻，達(dá)到準(zhǔn)確自動的目的。以 AT89C51 為 CPU（ Central Processing Unit，中央處理器）在中斷處理程序中對外來脈沖計數(shù)，利用 ISD4004輸出語音。系統(tǒng)完成后就 可以上機(jī)調(diào)試，使用時可用配套的燒寫器將站與站之間的距離寫入單片機(jī)內(nèi)，如果不知道距離可以在機(jī)上采用手動方式輸入，使裝置處于輸入狀態(tài)，出站時按下錄入鍵，到站時按下確定鍵，就可以將站與站之間對應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入單片機(jī)。使用中如果出現(xiàn)錯報，采用手動調(diào)整即可。該方式應(yīng)用 89C51 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 單片機(jī)的高速計數(shù)器端口進(jìn)行脈沖計數(shù)，以距離來控制報站時刻，首次實現(xiàn)了模糊控制，改變現(xiàn)有設(shè)備的不足。做到簡單實用自動化程度高。傳感器在公交車上的應(yīng)用極大的提高了設(shè)備功能。但是在改變線路或者增加站臺等情況時，修改程序比較復(fù)雜，尤其是遇到突發(fā)狀況時司機(jī)的 任何解決突發(fā)狀況的方法都將使該系統(tǒng)不能正常運(yùn)作，目前該系統(tǒng)在實際中使用較少。 另外一種基于單片機(jī)的公交車自動報站系統(tǒng)就是利用無線數(shù)傳模塊來實現(xiàn)的。每個站牌上 和 每輛公交車上設(shè)一個 發(fā)送 /接收裝置（主要是 PTR2021 芯片），發(fā)送裝置不斷發(fā)送信號，接收裝置即公交車在離站 10到 20米的時候接收到信號，然后就自動語音報站，同時設(shè)有 LED 數(shù)碼管顯示和手動報站裝置。這種就是該論文中設(shè)計的報站系統(tǒng)，接下來的論文將詳細(xì)介紹。 這種報站系統(tǒng)軟件編寫簡單，修改容易，而且芯片價格低廉，大批生產(chǎn)比GPS 系統(tǒng)達(dá)到更高的性價比 ,是公交車 自動報站系統(tǒng)的較佳選擇。 另外，現(xiàn)實生活中 ,如果調(diào)度室能夠掌握每輛公交車的到站情況 ,可以提高公交系統(tǒng)的工作效率。 但公交線路多處于繁華地帶。如果采用有線方式來傳輸數(shù)據(jù) ,不但鋪設(shè)線路的施工復(fù)雜、成本高 ,而且 ,如果日后公交線路需要變更 (如車站位置更改 ) ,改變鏈路會十分麻煩。 在前面提到的 GPS 系統(tǒng)中這個問題解決的比較好。還有一種便捷的無線數(shù)據(jù)傳輸途徑是通過移動通信中的發(fā)送手機(jī)短消息方式 ,即在每個車站安裝手機(jī)短消息收發(fā)系統(tǒng) ,以發(fā)送短消息的方式來傳輸?shù)秸拘畔ⅰ? 但是公交車站間通信次數(shù)比較多 ,通信費(fèi)用會比較高。 既 便捷又經(jīng)濟(jì)的方法是在每個車站安裝無線數(shù)傳模塊來傳輸數(shù)據(jù)。 但若采用以調(diào)度室為基站的主從方式進(jìn)行通信 ,需要很大的發(fā)射功率來保證覆蓋所有的車站 ,同時車站也要有很大的發(fā)射功率來保證基站能收到車站上傳的信號。 因此 ,采用基于令牌傳輸方式的無線接力數(shù)據(jù)通信是最理想的選擇 [1]。 采用基于令牌傳輸方式的無線接力數(shù)據(jù)通信比較復(fù)雜，在該論文中的自動報站系統(tǒng)對這個問題的處理比較簡單，只是在到達(dá)總站的時候公交車才會發(fā)送信息給總站，便總站調(diào)度。 第一章 引言 4 報站系統(tǒng)的新發(fā)展 目前大多數(shù)公交車報站系統(tǒng)設(shè)計主要考慮為公交車內(nèi)的乘客服務(wù)， 沒有考慮到在站臺等車乘客的需求 ,雖然站臺有站牌，但對于盲人、識字不多以及對乘座公交車不太熟悉的人來說，還不是很方便；再加之，到達(dá)同一站臺的公交車較多，也很容易引起乘客的混淆。 有關(guān)專家在原公交報站系統(tǒng)的基礎(chǔ)上應(yīng)用射頻芯片 NRF401 設(shè)計了一款無線公交車報站系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，公交車內(nèi)通過半自動報站設(shè)計的同時把該車的相關(guān)信息通過由 NRF401 組建的無線電路傳送到站臺，完成即將到站車輛的預(yù)報以及顯示該車所經(jīng)路線基本情況。通過在站臺增加語音播報和動態(tài)文字顯示設(shè)計，使原來僅有一個站牌來提供簡單靜態(tài)線路信息的站臺成為一 個公交信息亭。方便了乘客乘車，有效地提高了公交運(yùn)營公司的服務(wù)質(zhì)量。 在系統(tǒng)中無線通信電路采用無線射頻收發(fā)一體型芯片 NRF401 組建，當(dāng)公交車快到達(dá)站臺時，車內(nèi)自動報站的同時通過無線收發(fā)電路把該路車車次、上下行等情況傳輸?shù)秸九_，站臺接收電路收到信息后送給單片機(jī)，由單片機(jī)控制完成站臺的語音播報和液晶顯示。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計中充分考慮了性價比，用最少的器件設(shè)計出滿足要求的硬件電路。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以 AT89C52 單片機(jī)為核心，由 ISD4004 語音電路、模擬射頻電路、 LCD（ Liquid Crystal Display,液晶顯示屏）顯示電路等組成。 本 次設(shè)計系統(tǒng)采 用 PTR2021 芯片來實現(xiàn)無線通信降低了系統(tǒng)成本，同時對單片機(jī)數(shù)據(jù)通信的差錯采用循環(huán)冗余碼控制和反饋重傳方式，大大提高了數(shù)據(jù)通信可靠性，誤碼率很小。語音播報軟件設(shè)計，使語音自然流暢，完個符合人們的自然習(xí)慣，同時為進(jìn)一步設(shè)計功能更多、更人性化的公交報站系統(tǒng)做了技術(shù)鋪墊。 2021 年開始，濟(jì)南部分地區(qū)就已經(jīng)有這種公交智能預(yù)報系統(tǒng)。希望公交車報站系統(tǒng)能夠越來越完善，越來越人性化。 論文的組織結(jié)構(gòu) 該課題以單片機(jī)為基礎(chǔ)，重點研究無線數(shù)傳模塊以及語音芯片和單片機(jī) 之間的數(shù)據(jù)收發(fā)問題，最后研制出可以實際應(yīng)用的公交車自動報站系統(tǒng)。 論文共分五章，組織如下： 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第一章緒論，主要說明研究課題的目的和研究意義，然后介紹公交車自動報站系統(tǒng)的發(fā)展和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，最后介紹了本文的主要研究內(nèi)容和論文的結(jié)構(gòu)。 第二章總體方案，介紹了該系統(tǒng)的工作原理和各個 采用到得 模塊。 第三章硬件設(shè)計方案，介紹了總體硬件電路圖 和硬件設(shè)計中使用到的單片機(jī) 、 無線數(shù)傳模塊 、 語音芯片 、 鍵盤 的相關(guān)功能 和工作原理 ，并著重介紹了硬件的連接 。 第四章軟件設(shè)計方案，介紹了系統(tǒng)各個部分的程序流程。 第五章是結(jié)論和展望 .第二章 總體方案設(shè)計 6 第二章 總體方案 工作原理 本次畢業(yè)設(shè)計的技術(shù)路線為采用 89C51 單片機(jī)為核心部件，擴(kuò)展無線數(shù)傳模塊組成公交車自動報站系統(tǒng)，其中假定公交車車站已經(jīng)設(shè)計了含無線數(shù)傳模塊的無線收發(fā)電路，該系統(tǒng)的工作原理如圖 21所示，安裝在站牌及其他建筑物上的發(fā)射模塊每隔 3秒鐘發(fā)射一次該站的地址信號，當(dāng)汽車行駛到發(fā)射模塊的作用半徑時，檢測接收到的地址信號，如果該地址剛好是該車的行駛路線停靠點，自動報站器發(fā)出一次報站音，顯示一次站點名稱，并為下一次報站做準(zhǔn)備。 該報站器的具體功能如下： 1）公交車離站臺十米到二十米識別并 自動報站，通過語音和 LCD 顯示報站。 2）報站器設(shè)手動按鍵，另設(shè)站點編號 LCD 顯示，方便手動報站，到哪一站只要按下相應(yīng)編號的鍵即可。 3）到達(dá)總站時，總站會收到公交車發(fā)送的到站信息，方便總站調(diào)度。 4）后臺管理軟件具有報站信息管理和寫入修改功能。具體功能如下： A、建立每路車的站點信息（地址），對應(yīng)的語音和顯示報站信息文件，要求在同一文件中，并且一一對應(yīng)。 B、信息文件方便修改、保存、打印。 C、信息文件可以通過串口寫入到報站器中。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 模 塊簡介 系統(tǒng)組成模塊采用 51 系列單片機(jī)，發(fā)送 /接收 一體化 模塊 （ PTR2021） ，語音部分 （ ISD1420 語音模塊） ，顯示 部分（ FM12864F 液晶顯示模塊） ，按鍵 五部分組成，單片機(jī)是核心部分，通過指令來控制其他各個部分的運(yùn)作； PTR2021 模塊用于接收每個車站所發(fā)送的信號 （或向總站發(fā)送信號 ，實現(xiàn)調(diào)度 ） ，以方便自動報站；同時在到達(dá)總站時發(fā)送信號方便總站調(diào)度；語音芯片部分用于語音報站；串口部分接 LCD顯示 ，用于顯示報站；鍵盤為手動報站部分，用于司機(jī)手動報站。 汽車在離站 20 米左右將 接 收到信號，當(dāng)汽車 接 收 到某一信號兩次或三次時，在沒有其它信號的情況下，單片機(jī)根據(jù)還原的語音信號，通過語音合成芯片播放報站和廣告語音。當(dāng)汽車在拐彎處或相鄰兩條線路間時，會收到兩個或多個無線信號，產(chǎn)生這種情況，單片機(jī)會選擇暫時不報站，延時一段時間，取收到信號最多的站名來報，或者報汽車行駛在某站到某站之間。 車站無線發(fā)送模塊 在論文要求中已定，其發(fā)射 內(nèi)容包含發(fā)