【正文】 ........................................................................................... 31 系統(tǒng)功能完善 ................................................................................................. 31 語(yǔ)音控制模塊設(shè)計(jì) ................................................................................. 31 目錄 ii 語(yǔ)音報(bào)站器硬件電路設(shè)計(jì) ..................................................................... 31 軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................. 33 心得體會(huì) ........................................................................................................... 36 致 謝 ............................................................................................................................... 37 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 39 第一章 緒論 1 第一章 緒論 公交車輛自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)概述 公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù)，而公共汽車的報(bào)站直接影響服務(wù)的質(zhì)量。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和進(jìn)步，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。鑒于傳統(tǒng)公交車報(bào)站系統(tǒng)的不足之處， 本文 結(jié)合公交車輛的使用特點(diǎn)及實(shí)際營(yíng)運(yùn)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)控制的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 。 公交車輛自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 的研究成果 公共汽車行駛在現(xiàn)代文明程度高的市區(qū)，它是一道流動(dòng)的風(fēng)景線，因而對(duì)整車外形乃至色彩都有更高的要求。 公交車報(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的服務(wù)質(zhì)量。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，調(diào)度中心將會(huì)給公交車發(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)的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 2 工具進(jìn)行回復(fù) 。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。 城市公共交通是市民出行的主要交通工具之一。 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)一公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)公交車的自動(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。 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。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。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 GPS 接收器 自動(dòng)報(bào)站器 公交車信息屏 公交車腰牌 公交車調(diào)度中心 GPRS 模塊 GPRS/GSM 網(wǎng)絡(luò) 基于單片機(jī)的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 4 基于 GPS 的公交車自動(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)公交車管理的科學(xué)性。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。 方案二： 基于電磁波理論的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 可利用公交車上現(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。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。 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)更加專心于駕駛，加強(qiáng)了道路安全性。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 其中一種的技術(shù)關(guān)鍵是對(duì)車輪轉(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。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(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)寫入單片機(jī)。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。傳感器在公交車上的應(yīng)用極大的提高了設(shè)備功能。 另外一種基于單片機(jī)的公交車自動(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。 這種報(bào)站系統(tǒng)軟件編寫簡(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)到更高的性價(jià)比，是公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的較佳選擇。 但公交線路多處于繁華地帶。 方案選擇 選擇方案三 ，對(duì)車輪軸 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。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。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。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)算車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)），用單位時(shí)間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)來(lái)判斷車速超、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。對(duì)于車輛停車時(shí)間的記錄，實(shí)現(xiàn)的方法是在車輛 停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就開(kāi)始計(jì)時(shí)，在車輪開(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。這里要說(shuō)明的是：所謂里程數(shù)＝車輪轉(zhuǎn)數(shù) *車輪周長(zhǎng)。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)公交車輛的自動(dòng)考核與報(bào)站。這是該系統(tǒng)的核心，所有的指令都是由 89C51 發(fā)出的。 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）。 時(shí)鐘電路：系統(tǒng)要穩(wěn)定的工作必須有可靠的時(shí)鐘。 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。 （二）顯示部分電路 顯示部分主要是顯示數(shù)字 的。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)的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 8 燈即被點(diǎn)亮。 （三）計(jì)數(shù)部分電路 車輛在運(yùn)行過(guò)程中，我們?nèi)绾斡?jì)算車輛行駛的里程，如何判斷車輛超速、低速，這些都是通過(guò)計(jì)數(shù)部分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而對(duì)于車速，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（即車輛轉(zhuǎn)數(shù)），用這一數(shù)值乘以車輪周長(zhǎng)得出車輛行駛的里程，再除以時(shí)間從而得到車速，這樣我們就可以判斷車輛的超速、低速情況了。 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。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。 1．主要特性： 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 32 可編程 I/O 線 5 個(gè)中斷源 低功耗的閑置和掉電模式 GND：接地。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時(shí) ,被定義為高阻輸入。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 口管腳寫入 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 。 P2 口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 ,P2 口緩沖器可接收 ,輸出 4個(gè) TTL 門電流 ,當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí) ,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高 ,且作為輸基于單片機(jī)的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng) 10 入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“ 1”時(shí) ,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì) ,當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí) ,P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口 ,可接收輸出 4個(gè) TTL門電流。作為輸入 ,由于外部下拉為低電平 ,P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí) ,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí) ,ALE 端以不變 的頻率周期輸出正脈沖信號(hào) ,此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ,將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí) , ALE 只有在執(zhí)行 MOVX,MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止 ,置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間 ,每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí) ,則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH） ,不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng) /EA端保持高電平時(shí) ,此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 3．振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器 ,因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求 ,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦操作中 ,代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前 ,該操作必須被執(zhí)行。 在閑置模式下 ,CPU 停止工作。在掉電模式下 ,保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器 ,禁止所用其他芯片功能 ,直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。可利用內(nèi)部振蕩產(chǎn)生時(shí)鐘，只要在 XTML1 和 XTML2 引腳上外接一個(gè)晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個(gè)完整的振蕩信號(hào)發(fā)生器。在組成單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)多采用第一種方法，這種方式的結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠信強(qiáng)。有時(shí)，在一些地方，為了降低成本，也可用陶瓷振蕩器代替晶振，若使用陶瓷振蕩器，則電容 C1， C2 的值取 47pf. 外部振蕩信號(hào) CMOS 門 NC XTAL2 XTAL1 GND XTAL1 400 Q4 /PD D2 D1 Q1 內(nèi)部定時(shí) VCC XTAL2 Rf Q3 Q2 第三章 硬件部分 13 圖 等效電路 單片機(jī)對(duì)所使用的振蕩晶體的參數(shù)要求如下 ： ESR(等效串聯(lián)電阻 )：根據(jù)所需頻率按圖 。 CL(負(fù)載電容 )： 30PF+3PF。 圖 ESR與頻率的關(guān)系曲線 本文設(shè)計(jì)的 振蕩 電路 如圖 所示。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。但解決不了電源毛刺（ A點(diǎn)）和電源緩慢下降（ 電池 電壓不足）等問(wèn)題 而且 調(diào)整 RC 常數(shù)改變延時(shí)會(huì)令驅(qū)動(dòng)能力變差。 圖 RC復(fù)位電路 XTAL1 XTAL2 X1 12M C2 30pF C3 30pF Ch 104 E1 22u Sm R1/10K VCC E1 22u RST Sm R1 10k Ch 104 VCC RST 第三章 硬件部分 15 圖 ，在電源電壓瞬間下降時(shí)使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。 圖 增加二極管的復(fù)位電路 增加放電回路的 RC 復(fù)位電路 使用比較電路，不但可以解決電源毛刺造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且電源緩慢下降也能可靠復(fù)位。 Q1 的放大作用也能改善電路的負(fù)載特性，但跳變門檻電壓 Vt 受 VCC 影響是該電路的突出缺點(diǎn)，使用穩(wěn)壓二極管可使 Vt 基本不受 VCC 影