【正文】 語） ； 要求具有 LCD 站點信息顯示 ； 要求語音播報具有 自動和手動兩種 功能； 要求站牌信息及服務(wù)信息等都能通過液晶屏顯示出來； 時間、日歷播報、顯示和調(diào)整功能。 本次設(shè)計的任務(wù)是利用現(xiàn)有的 GPS 系統(tǒng)結(jié)合凌陽單片機語音技術(shù)研制一套車輛自動報站的系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的軟件與硬件，要求系統(tǒng)具有建設(shè)費用少、維護費用低、定位精度高等特點。圖 為 GPS 語音報站系統(tǒng)總體設(shè)計框圖。 SPCE061A 芯片集成 A/D、 D/A 功能，配合語音函數(shù)庫可以實現(xiàn)語音功能。 GPS 接收模塊 ，通過天線接收衛(wèi)星發(fā)來的相關(guān)地理、時間信息并對其進行處理。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 5 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 GPS 公交車報站器硬件模塊包括：凌陽 SPCE061A 單片機模塊、 GPS 模塊、SPR4096 存儲電路、 LCD 顯示模塊、音頻輸出模塊和鍵盤控制模塊組成。 SPEC06A 主要性能 及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 主要性能： ? 16 位μ ’ nSP?微處理器； ? 工作電壓 (CPU) VDD 為 ~ (I/O) VDDH 為 ~ ? CPU 時鐘： ~ ； ? 內(nèi)置 2K 字 SRAM； ? 內(nèi)置 32K FLASH； ? 可編程音頻處理； ? 晶體振蕩器 。在 LQFP80 封裝中有 9個空余腳，用戶使用時這 9個空余腳接地。 SPY0029 是凌陽公司設(shè)計的電壓調(diào)整 IC，采用 CMOS 工藝，具有靜態(tài)電流低、線性調(diào)整出色等特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 DFF=1 為開顯示（ DISPLAY ON),DDRAM 的內(nèi)容就顯示在屏幕上， DFF=0 為關(guān)顯示（ DISPLAY OFF)。 ● 地址計數(shù)器 AC 地址計數(shù)器是用來貯存 DDRAM/CGRAM 之一的地址 ,它可由設(shè)定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入 DDRAM/CGRAM 的值時，地址計數(shù)器的值就會自動加一，當(dāng) RS 為 “0” 時而 R/W 為 “1” 時，地址計數(shù)器的值會被讀取到 DB6—— DB0 中。 音頻輸出模塊 SPCE061A 內(nèi)置 2 路 10 位精度的 DAC，只需要外接功放電路即可完成語音的播放。 SPR4096 是一個高性能的 4M 位 FLASH，分為 256 個扇區(qū)，每個扇區(qū)為 2K 字節(jié)。 VDDI 范圍在 ，這個電源是給內(nèi)部的 Flash 與邏輯控制單元供電的。 R233R 2433R53. 3K1A 121A 241A 361A 482A 1112A 2132A 3152A 4171O E12O E19V C C201Y 1181Y 2161Y 3141Y 4122Y 192Y 272Y 352Y 43G N D10U 1174 H C 24 4R4R 2633D23. 3VBUSYE Z _S C KE Z _S D AP D 0E Z _S D AP D 3VDDC550 0PC610 43. 3V12345J1C O N 5B U S YP D 1P D 0V D D 11S D A2V S S Q3V D D Q4C F 75C F 46C F 37C F C 28NC9NC10NC11NC12V S S24V D D Q23S C K22R E S21V S S20NC19NC18NC17NC16NC15NC14NC13U2S P R 4 09 6D141 48C110 4C210 4C310 4C410 4C510 4C610 4123J3M E S E L12345678910J5C O N 10R710 KR12k3. 3VV C C3. 3V3. 3VS D AM E M3. 3V1E Z _S C K3S C K5C K _ I O B 02E Z _S D A4S D A6S D A _I O B 1J 3 02C O N 20 圖 SPR4096 原理電路圖 GPS 接收模塊 GPS是英文 Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的縮寫，譯為利用衛(wèi)星導(dǎo)航進行測時和測距 /全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。 定位精度高： 單機定位精度優(yōu)于 10 米，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。 di (i= 4) 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4到接收機之間的距離。 xi 、 yi 、 zi (i= 4) 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 在 t時刻的空間直角坐標， 可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。 GPS 系統(tǒng)組成 GPS衛(wèi)星星座組成 GPS 工作衛(wèi)星及其星座 由 21 顆工作衛(wèi)星和 3顆在軌備用衛(wèi)星組成 GPS衛(wèi)星星座，記作（ 21+3） GPS星座。這樣，對于地面觀測者來說，每天將提前 4分鐘見到同一顆 GPS 衛(wèi)星。對于某地某時，甚至不能測得精確的點位坐標，這種時間段叫做 “ 間隙段 ” 。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷 —描述衛(wèi)星運動及其軌道的 的參數(shù)算得的。這就需要地面站監(jiān)測 各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差。 靜態(tài)定位中， GPS 接收機在捕獲和跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機高精度 地測量 GPS 信號的傳播時間，利用 GPS 衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機天線所在位置的 三維坐標。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 16 GPS 輸入輸出語句說明 NMEA 協(xié)議是為了在不同的 GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的 BTCM（海事無線電技術(shù)委員會）標準，由美國國家海洋電子協(xié)會（ NMEAThe National Marine Electronics Association）制定的一套通訊協(xié)議。下面給出這些常用 NMEA0183 語句的字段定義解釋。每個星有 4個數(shù)據(jù)，即 4— 星號 5— 仰角 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 18 ④ 、最簡特性（ RMC） 推薦最小數(shù)據(jù)量的 GPS 信息（ Remended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data） $GPRMC、 1 *hhCRLF 1定位時 UTC 時間 hhmmss 格式 2狀態(tài) A=定位 V=導(dǎo)航 3經(jīng)度 格式 4經(jīng)度方向 N 或 S 5緯度 6緯度方向 E 或 W 7速率 8方位敬愛（二維方向指向，相當(dāng)于二維羅盤） 9當(dāng)前 UTC日期 ddmmyy 格式 10太陽方位 11太陽方向 ⑤ 、 VTG 速度相對正北的方向 $GPVTG、 T、 M、 N、 4K*hhCRLF 1真實方向 相對方向 3步長 4速率 例： $GPVTG,T,M,N,K*5F 字段 0： $GPVTG，語句 ID，表明該語句為 Track Made Good and Ground Speed（ VTG）地面速度信息 字段 1：運動角度， 000 359，（前導(dǎo)位數(shù)不足則補 0） 字段 2： T=真北參照系 字段 3：運動角度， 000 359，（前導(dǎo)位數(shù)不足則補 0） 字段 4： M=磁北參照系 字段 5：水平運動速度（ ）（前導(dǎo)位數(shù)不足則補 0） 字段 6： N=節(jié)， Knots 字段 7：水平運動速度（ ）（前導(dǎo)位數(shù)不足則補 0） 字段 8： K=公里 /時， km/h 字段 9：校驗值 ⑥ 、 $GPGLL 例： $GPGLL,S,E,A*2D 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 19 字段 0： $GPGLL，語句 ID，表明該語句為 Geographic Position（ GLL）地理定位信息 字段 1：緯度 ，度分格式（前導(dǎo)位數(shù)不足則補 0） 字段 2：緯度 N（北緯）或 S（南緯） 字段 3：經(jīng)度 ，度分格式（前導(dǎo)位數(shù)不足則補 0） 字段 4：經(jīng)度 E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)） 字段 5： UTC時間， 格式 字段 6：狀態(tài)， A=定位， V=未定位 字段 7：校驗值 ⑦ 、 ALM（歷書信息）格式 $GPALM、 1 1 11 1 *hhCRLF 如果板上的備用電池耗完，用此語句初始化信息 1在歷書下傳時能將歷書總數(shù)傳至 GPS 板上，當(dāng)發(fā)送歷書到 GPS 板上此字段可空或任意數(shù)。 產(chǎn)品特色 ： 采用 SiRF 第三代高效能芯片高靈敏度、低耗電量芯片 STAR III。 適用范圍 海拔高度 : 60,000 英尺 速度 : 1000 海里 定位時間 最多可同時接收 20 個衛(wèi)星 接收碼 : L1， C/A 碼 更新速率 : 1HZ 時間標示： 1 脈波 /秒 , GPS 時間 +/ 秒誤差 支持通訊協(xié)議： NMEA0183 版本規(guī)格輸出及 SiRF 二位編碼 芯片內(nèi)建 200,000 個衛(wèi)星追蹤運算器 運算程序： ARM7/TDMI 處理速度： 50 MHZ 內(nèi)建閃存 1Mb 最低追蹤信號感度： 159dBW 尺寸： 7公厘 重量： 2g 操作溫度： 10℃ to + 60℃ 存放溫度： 20℃ to + 85℃ 操作濕度： 5% to 95% 無壓縮條件下 工作電壓：輸出公率 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 21 操作電流：低于 80mA (無天線 、外接 mmcx) 位置精準度 Autonomous: 10 公尺 2D, RMS SBAS: 7 呎 , (二維、 RMS, WAAS 修正范圍 ) 差分修正輸入 (DGPS)： 15 公尺 CEP 定位時間（平均值） 重新抓?。? 秒 熱開機： 1 秒 暖開機： 33 秒 冷開機： 36 秒 GS— 87引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 圖 .4GS— 87 引腳結(jié)構(gòu)圖 1 、 VCC_5V ? 端 2 、 TXA 串行數(shù)據(jù)輸出端口 A（ CMOS 3V Level:Voh≧ Vol≦ Ioh=Iol=2mA） 。 5%（即 +~+），因此模塊引腳 接系統(tǒng)的+5V 電源。電路原理圖如圖 所示。 K4：播放提示語 “ 車上有老弱病殘孕乘客，請讓座 ” 。 K8： 打開或關(guān)閉 LCD 顯示。 K8：減小。因此要對相關(guān)信息進行壓縮處理，以便于降低系統(tǒng)硬件 的成本和提高數(shù)據(jù)處理效率。這些無疑 為語音播放提供了條件。 2． 參數(shù)編碼：聲碼器（ vocoder）模型表達，抽取參數(shù)與激勵信號進行編碼。 特點：綜合參數(shù)和波形編碼之優(yōu)點。 第四章 數(shù)據(jù)壓縮語音處理 25 站點信息、廣告顯示與壓縮 LCD128 X64是一款自帶 中文字幕顯示 ，因此只需要在通過軟件把相應(yīng)的漢字轉(zhuǎn)換為液晶顯示模組的代碼 。 在 輸 入窗 口 （ Input Window ）當(dāng) 中輸 入 要轉(zhuǎn) 換 的字 符， 輸 入完 成 后 按“Ctrl”+“Enter” 將輸入的字符列入轉(zhuǎn)換列表當(dāng)中， 完成字符的字模數(shù)據(jù)導(dǎo)入。 GPS 信息壓縮與處理 由于我國陸地地處東經(jīng) 73 度到 136 度之間，所以在該系統(tǒng)設(shè)計中將采。如圖 ，選擇菜單項 [File]—[Export CChar File...]選項，或者用工具欄中的導(dǎo)出字模數(shù)據(jù)工具（ Export），即可打開字模數(shù)據(jù)生成窗口，如圖 所示： 圖 字模數(shù)據(jù)生成窗口 導(dǎo)出的字模數(shù)據(jù)以 Word（字型）數(shù)據(jù)為基本單元， 并以數(shù)組的形式保存。該工具是 BMP圖像和字符編輯、字模數(shù)據(jù)生成工具； DM Tool擁有友好 的用戶界面，用戶可以方便地使用下拉菜單和快捷操作，完成對 BMP圖像、字符的導(dǎo)入、編輯，以及數(shù)據(jù)生成操作。 在此系統(tǒng)中，可由使用計算機預(yù)先將要播報的報站、廣 告、音樂、提示語等音頻信息錄制屬性為 ， 16 位，單聲道， 15KB/秒的 wav 格式語音文件，然后使用凌陽音頻壓縮工具將該音頻文件壓縮成 A2020 的凌陽音頻格式。 特點：壓縮比