【正文】 和減少乘務(wù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度的電子報(bào)站器，電子顯示路牌，無(wú)人售票裝置，前后電視監(jiān)視系統(tǒng)等新技術(shù)的采用也將越來(lái)越普及。 公交車(chē)報(bào)站器在公交事業(yè)中占有舉足輕重的地位，它直接影響到公交車(chē)的服務(wù)質(zhì)量。目前公交車(chē)報(bào)站有三種方式，一種是利用 GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的公交車(chē)報(bào)站系統(tǒng)，在司機(jī)座位后面隔板上，安裝了一臺(tái) 15 英寸的液晶電視和 GPS 信號(hào)接收器，安裝了這 套設(shè)備后，公交車(chē)在語(yǔ)音報(bào)站的同時(shí)，通過(guò)液晶電視還可以顯示到站站名的字幕，這樣如果沒(méi)聽(tīng)清報(bào)站的話，通過(guò)顯示屏，乘客也可以一目了然。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，調(diào)度中心將會(huì)給公交車(chē)發(fā)出相應(yīng)的信息，以短信的形式傳送到顯示屏上，同時(shí)車(chē)載臺(tái)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的提示音；駕駛員也可以通過(guò)相應(yīng)的基于單片機(jī)的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 2 工具進(jìn)行回復(fù) 。目前在美國(guó)部分城市 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，國(guó)內(nèi)也有此類(lèi)產(chǎn)品的研制開(kāi)發(fā)，其功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定，但其投資昂貴，尤其是一些中小城市無(wú)法承受。另外兩種是手動(dòng)電子報(bào)站和人工報(bào)站的方式，而它們都離不開(kāi)司務(wù)人員，加大司乘人員的工作強(qiáng)度。手動(dòng) 電子報(bào)站一般有司機(jī)或者乘務(wù)員控制，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)，誤報(bào)的情況 。 城市公共交通是市民出行的主要交通工具之一。提供舒適，安全、便捷的乘車(chē)環(huán)境，對(duì)于公交企業(yè)來(lái)說(shuō)，不僅是應(yīng)盡的責(zé)任，亦是不斷追求的目標(biāo) 。 第二章 工作原理 3 第二章 工作原理 設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)任務(wù) 本課題要求設(shè)計(jì)一公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)公交車(chē)的自動(dòng)報(bào)站，即在進(jìn)站、出站時(shí)候自動(dòng)播報(bào)提示信息及服務(wù)用語(yǔ)，同時(shí)利用 數(shù)字顯示頻顯 示。本設(shè)計(jì)要求利用 AT89C51 作為主控芯片完成主控電路的設(shè)計(jì)，輔助電路要求包括 數(shù)字顯示 電路、 LED 顯示電路 、電源電路等。 方案的選擇與論證 在進(jìn)行方案選擇之前，對(duì)幾個(gè)方案進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較，下面是幾個(gè)方案的比較。 方案比較 方案一： 基于 GPS/GPRS 的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)由公交車(chē)內(nèi)各終端 (信息屏、腰牌等 )、自動(dòng)報(bào)站器、 GPRS／ GSM 通信網(wǎng)絡(luò)、公交監(jiān)控調(diào)度中心組成。自動(dòng)報(bào)站器主要由主控芯片、 GPS／ GPRS 通信模塊、 LCD、 SD 卡、 MP3解碼芯片組成。整個(gè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 GPS 接收器 自動(dòng)報(bào)站器 公交車(chē)信息屏 公交車(chē)腰牌 公交車(chē)調(diào)度中心 GPRS 模塊 GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò) 基于單片機(jī)的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 4 基于 GPS 的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)能完全實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，能大大降低司乘人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，加大公共交通運(yùn)營(yíng)管理力度，增強(qiáng)公交車(chē)管理的科學(xué)性。對(duì)維護(hù)運(yùn)營(yíng)秩序、提高運(yùn)營(yíng)效率、保證運(yùn)營(yíng)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?yàn)闃?shù)木、高樓的遮擋，存在有些路段接收不到 GPS 信號(hào)的問(wèn)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(shì)，是 GPS 自動(dòng)報(bào)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(wú)線通信網(wǎng)和城市地理信息系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，對(duì)城市的車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)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。 方案二： 基于電磁波理論的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 可利用公交車(chē)上現(xiàn)有的移動(dòng)電視來(lái)接收電磁波，從而顯示信息，并在車(chē)底部安裝線圈并通以微量電流；在距站點(diǎn)數(shù)百米處的車(chē)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(chē)以一定速度在路上行駛，在到站前會(huì)經(jīng)過(guò)路下線圈，路下線圈切割車(chē)上通電線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流。電流流經(jīng)站牌，觸動(dòng)內(nèi)部裝置， 使站牌發(fā)送出電磁波。在車(chē)上的乘客就能從熒屏上獲取相關(guān)報(bào)站信息。 該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確報(bào)站，不但給乘客帶來(lái)方便，而且能讓司機(jī)更加專(zhuān)心于駕駛，加強(qiáng)了道路安全性。但是鋪設(shè)價(jià)格昂貴，其可靠性也沒(méi)有實(shí)際驗(yàn)證，現(xiàn)在只有部分專(zhuān)家支持，并沒(méi)有實(shí)際使用。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 主控器 接受模塊 顯示模塊 SD 卡 語(yǔ)音播放模塊 功率放大模塊 通信模塊 鍵盤(pán)輸入 電源模塊 第二章 工作原理 5 方案三： 基于單片機(jī)的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)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(duì)車(chē)輪轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值與預(yù)置值對(duì)比，即可確定 報(bào)站時(shí)刻，達(dá)到準(zhǔn)確自動(dòng)的目的。以 AT89C51 為 CPU（ Central Processing Unit，中央處理器）在中斷處理程序中對(duì)外來(lái)脈沖計(jì)數(shù)，利用 ISD4004輸出語(yǔ)音。系統(tǒng)完成后就可以上機(jī)調(diào)試，使用時(shí)可用配套的燒寫(xiě)器將站與站之間的距離寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)，如果不知道距離可以在機(jī)上采用手動(dòng)方式輸入，使裝置處于輸入狀態(tài)，出站時(shí)按下錄入鍵，到站時(shí)按下確定鍵，就可以將站與站之間對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入單片機(jī)。使用中如果出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)，采用手動(dòng)調(diào)整即可。該方式應(yīng)用 89C51單片機(jī)的高速計(jì)數(shù)器端口進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，以距離來(lái)控制報(bào)站時(shí)刻，首 次實(shí)現(xiàn)了模糊控制，改變現(xiàn)有設(shè)備的不足。做到簡(jiǎn)單實(shí)用自動(dòng)化程度高。傳感器在公交車(chē)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(tái)等情況時(shí)，修改程序比較復(fù)雜，尤其是遇到突發(fā)狀況時(shí)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(shí)際中使用較少。 另外一種基于單片機(jī)的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)就是利用無(wú)線數(shù)傳模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)站牌上設(shè)一個(gè)發(fā)送裝置（主要是 TX100 芯片），每輛公交車(chē)上設(shè)一個(gè)接收裝置（主要是 RX100 芯片），發(fā)送裝置不斷發(fā)送信號(hào)，接收裝置即公交車(chē)在離站10 到 20 米的 時(shí)候接收到信號(hào)，然后就自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站，同時(shí)設(shè)有 LED 數(shù)碼管顯示和手動(dòng)報(bào)站裝置。 這種報(bào)站系統(tǒng)軟件編寫(xiě)簡(jiǎn)單，修改容易，而且芯片價(jià)格低廉，大批生產(chǎn)比 GPS系統(tǒng)達(dá)到更高的性?xún)r(jià)比，是公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的較佳選擇。 另外，現(xiàn)實(shí)生活中 ,如果調(diào)度室能夠掌握每輛公交車(chē)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(lái)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(chē)站位置更改 ) ,改變鏈路會(huì)十分麻煩。 方案選擇 選擇方案三 ，對(duì)車(chē)輪軸 的轉(zhuǎn)角的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值與預(yù)置值對(duì)比，即基于單片機(jī)的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 6 可確定報(bào)站時(shí)刻，達(dá)到準(zhǔn)確自動(dòng)的目的。以 AT89C51 為主控芯片，對(duì)外來(lái)脈沖計(jì)數(shù)，結(jié)合 數(shù)字顯示器輸出數(shù)字 。系統(tǒng)由脈沖檢測(cè)、脈沖計(jì)數(shù)、 CPU 控制、控制信號(hào)、輸出顯示等組 成。 公交車(chē)較一般車(chē)輛有個(gè)明顯的特點(diǎn)，就是它行駛的路線固定，從起點(diǎn)到終點(diǎn)中途經(jīng)過(guò)的站、路口也是固定的。因此，從起點(diǎn)到任一站、任一路口的距離是相對(duì)不變的，任意兩站之間、路口之間以及站與路口之間的距離也是不變的。我們利用這一特點(diǎn)，首先把從始發(fā)站出發(fā)的公交車(chē)到達(dá)每一站、每一路口行駛的里程數(shù)（確切地說(shuō)是一個(gè)范 圍，即經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，得到的到達(dá)某站或路口的數(shù)據(jù)范圍）記錄在系統(tǒng)中，公交車(chē)在實(shí)際運(yùn)行中，如果行駛的里程達(dá)到某某范圍（范圍的最低值），則自動(dòng)報(bào)站（包括提示是路口等等），此即實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)報(bào)站功能。對(duì)于自動(dòng)考核中的超速、低速的判斷，只需在系統(tǒng)中設(shè)置一計(jì)數(shù)器（計(jì)算車(chē)輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)），用單位時(shí)間內(nèi)車(chē)輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)來(lái)判斷車(chē)速超、低速情況，同時(shí)將超、低速時(shí)的時(shí)間和行駛的里程數(shù)記錄在系統(tǒng)中。這樣，在車(chē)輛回到總站后，只要讀取系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)，就可以知道車(chē)輛在運(yùn)行途中的停靠站及超、低速行駛情況。對(duì)于車(chē)輛停車(chē)時(shí)間的記錄，實(shí)現(xiàn)的方法是在車(chē)輛 停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就開(kāi)始計(jì)時(shí)，在車(chē)輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)停止計(jì)時(shí)，并將計(jì)時(shí)時(shí)間保存在系統(tǒng)中。由于車(chē)輛停車(chē)時(shí)間的長(zhǎng)短和停車(chē)時(shí)的時(shí)間都被記錄下來(lái)，就可以杜絕一些公交車(chē)在站點(diǎn)延時(shí)拉客以及未到達(dá)站點(diǎn)就中途停車(chē)?yán)偷默F(xiàn)象。這里要說(shuō)明的是：所謂里程數(shù)＝車(chē)輪轉(zhuǎn)數(shù) *車(chē)輪周長(zhǎng)。 第三章 硬件部分 7 第三 章 硬件部分 主控電路設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)按功能模塊劃分，可分為 三 部分：最小系統(tǒng)、顯示部分電路、計(jì)數(shù)部分電路。下面結(jié)合每一個(gè)功能模塊，來(lái)介紹一下如何用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)公交車(chē)輛的自動(dòng)考核與報(bào)站。 （一）最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)由 89C5 RAM、鎖存器、時(shí)鐘電 路、復(fù)位電路五部分組成。這是該系統(tǒng)的核心，所有的指令都是由 89C51 發(fā)出的。 RAM：由于車(chē)輛在行駛過(guò)程中需要記錄大量的數(shù)據(jù)，比如車(chē)輛中途停車(chē)的時(shí)間、慢速行駛的時(shí)間、超速的時(shí)間等等，而 89C51 內(nèi)部只有 256B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，其中 128B 用戶(hù)可以使用，數(shù)據(jù)容量根本無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)的需要，故須外接 RAM。 鎖存器： 89C51 雖然有 P0、 P P P3 四個(gè)八位的 I/O 口，但是只有 P0 口能夠直接用于對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀 /寫(xiě)操作，而 P0 口還要輸出外部存儲(chǔ)器的低 8 位地址（高 8位地址直接由 89C51 的 P2 口輸出）。為了避 免數(shù)據(jù)和地址的信號(hào)沖突，這時(shí)候就需要在 89C51 和 RAM 之間加上一鎖存器 ，從而使數(shù)據(jù)與地址分時(shí)輸出。 時(shí)鐘電路：系統(tǒng)要穩(wěn)定的工作必須有可靠的時(shí)鐘。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，外接 12MHZ 的晶振，晶振和電容（ 30P）組成并聯(lián)諧振蕩回路，從而使 89C51 內(nèi)部的電路產(chǎn)生自振蕩。 復(fù)位電路：即在 89C51 的 RESET 端出現(xiàn)一保持 10ms 的高電平時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。系統(tǒng)將手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位結(jié)合在一起。 （二）顯示部分電路 顯示部分主要是顯示數(shù)字 的。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于 89C51 本身自帶的并行口有限，故 可以 在對(duì)并行口進(jìn) 行擴(kuò)展。我們用 8155PB 口輸出段碼（即待顯示的數(shù)據(jù)），利用 8155PA 口的低四位（ PA0、 PA PA PA3），經(jīng)過(guò)一個(gè) 74LS154（四 —十六譯碼器）譯碼后產(chǎn)生 16 個(gè)位選信號(hào)，某一位選信號(hào)有效，與之相對(duì)應(yīng)的 LED基于單片機(jī)的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 8 燈即被點(diǎn)亮。我們?cè)诖瞬捎玫氖莿?dòng)態(tài)顯示方式，該方式較靜態(tài)顯示方式的明顯優(yōu)點(diǎn)即其占用的 I/O 口資源少，從而不必再對(duì) 89C51 進(jìn)行 I/O 口擴(kuò)展。 （三）計(jì)數(shù)部分電路 車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中，我們?nèi)绾斡?jì)算車(chē)輛行駛的里程，如何判斷車(chē)輛超速、低速，這些都是通過(guò)計(jì)數(shù)部分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。我們只要記錄下車(chē)輪的轉(zhuǎn) 數(shù)，然后用它乘以車(chē)輪周長(zhǎng)就可以得到車(chē)輛行駛的里程數(shù)。而對(duì)于車(chē)速，設(shè)定系統(tǒng)以某一固定時(shí)間間隔（比如 5 秒）來(lái)采集計(jì)數(shù)值（即車(chē)輛轉(zhuǎn)數(shù)），用這一數(shù)值乘以車(chē)輪周長(zhǎng)得出車(chē)輛行駛的里程，再除以時(shí)間從而得到車(chē)速，這樣我們就可以判斷車(chē)輛的超速、低速情況了。其實(shí)計(jì)數(shù)電路非常簡(jiǎn)單，它僅僅利用到 89C51 的外部中斷 INT0，每當(dāng)此引腳有下跳沿信號(hào)，計(jì)數(shù)器即加 1（系統(tǒng)中采用 16 位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值可達(dá)到 65535）。 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓 ,高性能 CMOS8 位微處理器 ,俗稱(chēng)單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造 ,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼 圖 51單片機(jī) 容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中 ,ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器 ,AT89C2051 是它的一 種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式第三章 硬件部分 9 控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 1．主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2．管腳說(shuō)明 ： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0口 為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口 ,每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí) ,被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ,它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí) ,P0 口作為原碼輸入口 ,當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí) ,P0輸出原碼 ,此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1 口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 ,P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后 ,被內(nèi)部上拉為高 ,可用作輸入 ,P1 口被外部下拉為低電平時(shí) ,將輸出電流 ,這是由于內(nèi)部上拉的緣故 。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) ,P1 口作為第八位地址接收。 P2