【正文】 與供給之間的矛盾越來越突出，城市 “乘車難 ”、 “行車難 ”的局面在加劇，交通堵塞呈現(xiàn)出點到線，由線到面的擴展趨勢，交通擁 擠、交通延誤、交通堵塞以及由此引起的噪音、廢氣污染，城市空氣質(zhì)量指數(shù)的嚴重跌落嚴重影響著居民的正常生活以及社會經(jīng)濟的持續(xù)、健康發(fā)展。而與出租車和私家車相比，公交車人均占道面積少、成本低、運載能力高，同時它的通行路線覆蓋面廣，在緩解交通擁堵，節(jié)能減排方面都有較好的作用，因此很多城市建議人們出門乘坐公交車 [1]。 同時有關專家學者和交通工程師們在吸取各國城市交通發(fā)展經(jīng)驗基礎上，也提出解決我國城市交通發(fā)展問題的有效途徑，即優(yōu)先發(fā)展城市 公共交通，以公共交通為杠桿降低城市交通需求總量，實現(xiàn)道路交通基礎設施發(fā)展與交通需求增進的均衡。實施 “公交優(yōu)先 ”是解決我國城市交通問題的有效途徑，也是我國目前城市交通發(fā)展的基本政策?？梢?，未來，公交車將充當現(xiàn)代城市生活中一個重要的角色，也就是說城市公共交通在今后的發(fā)展中將得到迅速的發(fā)展。 然而，現(xiàn)有的城市公交車運輸方面存在一些不良問題： 首先，目前公交車報站系統(tǒng)的設計只為了公交車內(nèi)的乘客服務，因而沒有考慮到車站臺等車乘客的需要，在天氣惡劣或視線不好的時候，乘客往往無法清楚的分辨到達的車輛路線，出現(xiàn)眾多乘車不利 的現(xiàn)象：有的乘客下到機動車道伸頭觀望，更多的是常常一擁而上，前后跑動、追趕，找尋自己要上得車輛，很容易造成盲目擁擠，秩序混亂的場面。還經(jīng)常出現(xiàn)乘客坐不到車，耽誤坐車時間，還會出現(xiàn)一些不安全事故。 其次，傳統(tǒng)的報站方式效果太差。即由售票人員進行人工報站，這個售票人員多的工作不僅需要負責售票工作，還要準確的為乘客報站，作為一個地區(qū)的公交車站行業(yè)，有一定的地方特色，他們報站時多采用地方口音，作為一個外地人有時候很難聽懂報站，從而引起很多麻煩。 現(xiàn)在傳統(tǒng)的人工語音報站已經(jīng)被很多城市淘汰了，取而代之的是公交車自動報站 系統(tǒng)，它彌補了傳統(tǒng)人工語音報站的落后方式，使使進站、出站信息自動服務用語，為， 2 市民提供更人性化，更完善的服務。比如可以通過公交車語音報站，照顧盲人乘客；可以用液晶顯示器顯示站名，照顧聾啞人等等，讓人們在生活中感受到科技給我們帶來的便捷。 目前語音報站器技術主要有以下四種 [2]： 1) 手動語音報站器。這類控制器是由乘務人員按動進站按鈕開始報站，出站時，由乘務人員按下出站按鈕，開始預報下站的站名，通過序號來記錄各個站點； 2) 門控 語音報站器。它是將開門，關門時轉換信號和語音報站器連接，開門和關門時自動報站； 3) 無線信標語音報站器 [3]。它是在每個公交車站點設置發(fā)射信標點，公交車臨近到站點左右會收到信標信號，開始自動報站，出站后信號消失，開始預報下一站，此報站器報站準確，但需要為每個站點組建無線發(fā)射信標，建設復雜、費用高，大部分站點無電源供應，公交車數(shù)量多時存在頻率干擾問題，而且較嚴重，用戶修改站點非常不方便，系統(tǒng)維護成本高。 4) GPS 自動語音報站器 [4]。此報站器是在公交車上安裝 GPS 自動語音報站器，自動識別站點并報告站點信息。從技術層面講，此方案從原理上解決了可靠性低的問題，問題是如何把一個先進的原理性的技術成果轉化成為 “產(chǎn)品化 ”的產(chǎn)品，還存在一些不足，如：把要報站的語音內(nèi)容事先固化到語音芯片中，這種設計在很多應用中普遍采用，但就這個項目而言，卻十分不合理，因為它有悖于 “通用化 ”設計原則。其次，把顯示屏要顯示的報站內(nèi)容也事先固化到車載控制系統(tǒng)內(nèi)，從用戶角度看， 通過有線的串行口配置或更新一個已經(jīng)安裝完成的 “移動式 ”的車載設備談何容易。 考慮到各方面的因素后，在本次公交車報站器系統(tǒng)設計中，我采用了第一種的語音報站方法 。 3 第 2章 系統(tǒng)體系結構 本設計采用單片機 AT89C51 作為自動報站的檢測和驅動控制核心，控制 ISD4004語音芯片電路以及 LCD1602 液晶顯示站名的硬件設計和軟件設計，實現(xiàn)公交車的語音報站。 系統(tǒng)構成 本公交報站系統(tǒng)工作原理為公交車每到一站，乘務人員通過按鍵中斷的方式讓報站器播報當前站名和下一站站名，提醒乘客到車下車，下一站下車的乘客做好下車準備，這樣方 便了乘客使其不至錯過了車站；并帶有 LCD 顯示系統(tǒng)，告知乘客當前的站點。 在本次設計中，系統(tǒng)由以下幾部分電路構成：單片機主控電路、語音錄放電路、液晶顯示電路、按鍵電路、復位電路。采用 AT89C51 單片機作為主控芯片，利用 ISD4004 數(shù)碼語音芯片實現(xiàn)語音報站，顯示采用 LCD1602，鍵盤采用通用按鍵開關，簡單易行且控制方便。圖 是整一個系統(tǒng)構成框圖 [5]。 圖 系統(tǒng)總框圖 下面介紹一下各部分電路的功能及原理。 主控電路是由 AT89C51 單片機及其相關外圍電路組成， AT89C51 在系統(tǒng)中實現(xiàn)對ISD4004 中的語音信號的控制，實現(xiàn)存儲和播放的控制，并響應按鍵引起的中斷，播放合適的語音，同時調(diào)用字符庫在液晶上顯示相關站點名稱。總之， AT89C51 在系統(tǒng)中實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的全局控制，是該系統(tǒng)的指揮部件。結構如圖 所示。 ISD4004 具有如下特點：首先是 記錄聲音沒有段長度限制，并且聲音記錄不需要 4 A/D 轉換和壓縮。其次，快速閃存作為存儲介質(zhì)，無需電源可保存數(shù)據(jù)長達 100 年，重復記錄 10000 次以上。此外， ISD4004 具有記錄時間長（可達 16 分鐘）的優(yōu)點。而且ISD4004 開發(fā)應用具有所需外圍電路簡單的優(yōu)點。 ISD4004 系列 工作電壓 3V,單片錄放時間 8 分鐘至 16 分鐘 ,音質(zhì)好 ,適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS 技術 ,內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設計是基于所有操作必須由微控制器控制 ,操作命令可通過串行通信接口 (SPI 或 Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術 , 每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中 ,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲 ,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和 金屬聲 。采樣頻率可為 ,頻率越低 ,錄放時間越長 ,而音質(zhì)則有所下降 ,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中 ,可在斷電情 況下保存 100 年 (典型值 ),反復錄音 10 萬次。適合用于公交車語音報站系統(tǒng)這種多段錄音的設計 [6]。 本次液晶模塊選用 LCD1602。報站系統(tǒng)液晶驅動顯示電路連接圖如圖 所示。控制電路選用單片機 AT89C51，本電路 /EA 接高電平，沒有擴展 ROM。將液晶的數(shù)據(jù)輸入端 DB0~DB7 與單片機的 P2 口相連，將 ， ， 分別與液晶的 RS,RW,E端連接，用來控制液晶 LCD1602 的顯示。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C13 0 p FC23 0 p FX11 2 M H z復位電路P 1 .0 ~P 1 .3 按鍵電路P 0 .0 ~P 0 .7 及 P 2 .0 ~P 2 .7液晶顯示電路P 3 .0 ~P 3 .7 語音播放電路 圖 主控電路 5 圖 液晶顯示電路 在本次按鍵模塊的設計中，我選擇了擁有 8 個按鍵的矩陣式鍵盤模塊。矩陣式鍵盤的工作過程可分為兩步：第一步是 CPU 首先檢測鍵盤上是否有按鍵按下；第二步是識別哪一個鍵按下。 1) 檢測鍵盤上是否有按鍵按下的處理方法是：將列線送入全掃描字，讀入行線的狀態(tài)來辨別。其過程如下： PA 口 輸出 00H，即所有列線置成低電平，然后將行線的電平狀態(tài)讀入累加器 A 中。如果有按鍵按下，總會有一根行線的電平被拉至低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為 “1”。 2) 識別鍵盤中哪一個鍵按下的處理方法是：將列線逐列置成低電平，檢查行輸入狀態(tài)，稱為逐列掃描。其具體過程如下：從 PA0 開始，依次輸出 “0”，置對應的列線為低電平，然后從 PC 口讀入行線狀態(tài)，如果全為 “1”，則按下的鍵不在此列；如果不全為“1”，則按下的鍵必在此列，而且是該列與 “0”電平行線相交的交點上的那個鍵。為求取編碼，在逐列掃描時，可用計數(shù)器記錄下當前掃描列的列 號，檢測到第幾行有鍵按下，就用該行的首鍵碼加列號得到當前按鍵的編碼。 6 軟硬件功能分配 軟件功能分配 在整一個系統(tǒng)設計中，軟件主要負責程序的編寫，實現(xiàn)語音模塊 ISD4004 的多段語音錄放，以及 LCD1602 的液晶顯示，最后將各個獨立的程序進行整合實現(xiàn)最終的公交車語音報站系統(tǒng)的設計。下面主要介紹一下語音模塊 ISD4004，以及 LCD1602 在程序編寫時所采用的原理。 ISD4004 采用多電平直接模擬量存儲技術，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)閃爍存儲器中，因此能夠非常真實的再現(xiàn)語音，音樂等效果。 ISD4004工 作于 SPI串行接口。 SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。協(xié)議要求數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出。即在時鐘上升沿鎖存 MOSI引腳數(shù)據(jù)，寫入命令字；在下降沿將數(shù)據(jù)送至 MISO引腳，讀取狀態(tài)字。 MCS51單片機的串行口方式 0與其要求一致的。 ISD4004端口的狀態(tài)字和命令字如圖 。 命令字的高 5為為操作碼，低 11位為操作地址。狀態(tài)字的最高 2位分別是溢出標志OVF和信息段末尾標志 EOM，緊跟其后的是行地址計數(shù)器的值。 ISD4004總共 10條命令。當單片機作為主芯片 控制 ISD4004時，我們只需要在主程序中完成一些初始化的工作以及錄放結束工作，如 ISD上電，掉電等。另外通過循環(huán)掃描鍵盤，來檢查啟動鍵是否按下，根據(jù)錄放開關狀態(tài)跳轉到相應的子程序 [7]。 圖 SPI 端口的命令字和狀態(tài)字 7 LCD1602 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式的顯示模塊。 1602 液晶模 塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明： 1 為高電平、 0 為低電平）。表 是 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令。 表 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共用 11 條控制指令 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復位到地址 00H 位置。 指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H。 指令 3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。 8 指令 6：功能設置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示5x10 的點陣字符 。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設置。 指令 8： DDRAM 地址設置。 指令 9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 LCD1602 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。 圖 LCD1602 內(nèi)部顯示地址 硬件功能分配 硬件需要實現(xiàn)的主要功能是將 AT89C51 最小系統(tǒng)， LCD1602 液晶顯示模塊，ISD4004 語音芯片模塊以及按鍵模塊，按照程序正確的連接，觀察現(xiàn)象，看是否能夠實現(xiàn)所需要的功能。由于 AT89C51 最小系統(tǒng)是主 控中心，所以在此主要介紹各個模塊是如何與 AT89C51 連接的。 ISD4004 的工作電壓為 ，本模塊