基于单片机的公交车报站器的设计.doc
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1、基于单片机的公交车报站器的设计(完整资料)(可以直接使用,可编辑 优秀版资料,欢迎下载)基于单片机的公交车报站器的设计don sine hi desgn bus stop目录摘要IIstactII第1章绪论2.1课题研究背景及意义21.2国内外研究现状213 主要设计目标21。4本文研究内容2第章系统硬件设计22。1 基于单片机的公交车报站器系统总体设计22.2 电源系统设计。3 中央处理单元2。3 SC89单片机主要特性22。.2 单片机的最小系统.4 语音播报模块22.4.1 ISD404语音芯片22。4.2 语音电路设计22。5 显示模块225. 8点阵模块介绍25显示电路设计2。按键控
2、制模块226.1 键盘扫描原理22。62 键盘电路设计2。7本章小结第3章系统软件设计23. 公交车报站器软件总体设计3. 录音子程序设计33 报站子程序设计3.4 本章小结2第4章软件仿真24.1 仿真电路设计24。2 仿真结果24。3 本章小结2结论2参考文献2附录2附录B2致谢2摘要如今公共汽车已经成为人们日常生活中必不可少的伙伴。一方面,城市空气污染严重,政府鼓励民众少开私家车,更多的使用公共交通出行。有的国家甚至指定一天为禁止机动车日,来警示民众环境污染的严重性。另一方面,大中城市交通拥堵不堪,如北京等特大城市不得不规定私家车限号出行,强制人们使用公共交通。由此以来,公交车还是大众出
3、行不可或缺的工具。传统公交车采用人工售票的方式,浪费人力的同时还存在很多问题,比如很多乘务员带有口音,普通话很不标准,使外地乘客无法准确得知乘车信息。因此,无人售票公交成为城市公交车的趋势,公交车语音报站器的作用也日益凸显了出来。公交车语音报站器的作用是告诉乘客这辆车要往哪开,即将到达的车站,以及一些提示信息,如车辆转弯或者提醒乘客让座等。公交车报站器弥补了传统公交人工报站的不足,可以使乘客准确知悉乘车信息。本设计应用SC8C52微处理器、IS4004语音芯片、8*点阵显示模块及4*4键盘控制模块实现简易的公交车报站系统,通过语音控制电路进行公交线路的站名、各种提示语音的录制和生成,用程序语句
4、调用进行播放,同时使用LD进行当前到站名称显示.该报站器的硬件电路简单,软件功能完善,同时具备高可靠性的控制系统,性价比较高,具有很好的推广价值。关键词:SC2;I400;公交车报站器bstractNo te u has eome idispesable in Peoples Daly ifepartne. On the on hand, t baar olluo iseros, hegovrnmen is encouag peope ss privatas, moe usepui nprtion. ome cuntris even spei topohibit oto vehicl,a ay
5、to ale peoe tote riousness ofthepolutin f te nvonmnt.Taf cngesd, n e ohr hand,lrge andmdim-se cities, sh aslarge cisuhasBeig had totrave reginsmt rivate car,frcing epe o us pubicanspot.Hnc,a bus r tavel inispeble tol othe masses.Tditinal busells ticketsin artificial wy, a aste fnor,ilhre re stll may
6、pbes。Frexape, manlght attedants wt acents, mndaini not ry standrd, sotat freign passersan noundersnd rvel norminaccuratel。Therefoe, nmnne bse incii ill be red, the busesvice annncers rlalso incasglypromient。us voie announcer roleis to l the psseng car to whereto stat,appachng the taton na,a el as sm
7、eip, suh turning ofth ehice o to emid eats。Bus staions-reported u r thelacoftrditinal artfiia bssop,pple cn me anacure kowlee f pasengr tvel nforatin.The dsi appicaton TC8952mprocsr, ISD404voic ip, 8 * t atrix diply modul and 4 4keyoard cntrodu orsimpleus ttion syeRecord adneat allind fvoipompts n s
8、tops y voce ontro circit。al prgr satemen to play a voice,athe same tm crry otth curret statin nam using LE display.e nsaper tatin ardwarcircuit s simle,otwar fuctio perfc, contr system s reiale。I is costefective, ith gd promotioalval。ewords:STC8C52;ISD40;us statonsreporte第章绪论1课题研究背景及意义随着中国城镇化水平的提高,大
9、量人口涌向城市,城市交通系统已不堪重负.同时,中国的持续高速发展及粗放型的开发方式,使环境污染日益严重,现在已经成为影响人们日常生活的重要问题。政府鼓励人们更多的使用公共交通出行,以减轻对城市交通及环境的压力。同时,公交车方便快捷的乘坐方式及实惠的价格也是普通大众出行首选1。传统公交车有很多需要解决的问题,乘务员在传统公交系统中一直负责报站的重要任务.但是这种方法事倍功半而且工作强度很大,在很多发达城市已经摒弃不用了。近几年来世界乃至我国的科学技术飞速发展,在许多领域微机技术已经变成主导。在现今声学的领域里,公交车语音报站器已经成为可能,可以使用微机与语音芯片相结合来完成语音合成的技术来实现这
10、个目标,从而使市民有了更加人性化完善的服务.因此,介于以上问题及原因综合实际使用情况,为了解决传统公交存在的报站问题,本文设计了公交车语音报站器,在即将到站时进行语音提示同时显示到站名称。1. 国内外研究现状最近几年,我国经济稳步快速发展,人口数量呈几何递增,人口及环境问题给城市带来了双重压力。私家车的数量急剧增加,更是使原本就拥堵不堪的城市交通情况雪上加霜。在现代城市里,公共汽车已经成为普通大众出行所必不可少的交通工具,人们花费在路上的时间越来越长,公交车的乘车体验直接影响到人们的日常生活。目前在国内的大中城市中,无人售票公共汽车已经成为主流,采用公交车语音报站器来提示到站信息。但是在一些不
11、发达城市,仍然存在着人工售票方式,售票员报站会因为拥挤及口音给乘客带来很多问题。在欧美的一些大城市,电子信息技术和计算机技术已经大范围应用于公交系统,公交车上普遍使用自动定位报站器,极大的提升了公交车的经营效益和服务水平.公交车报站器在公共交通事业中的作用十分重要,它直接影响着公交车的服务质量和人们的出行体验。现在,国内外普遍采用的报站方式主要有三种3。一种是利用PS全球卫星定位系统的公交车自动报站器,这种报站器系统稳定,功能强大,可以根据卫星定位自动播报到站位置,美国的一些城市已经投入使用。我国也在研制此类产品,但是由于系统复杂,投资昂贵,较难在我国城市推广使用.另一种是我国之前普遍采用的人
12、工报站方式,它的服务质量直接依赖于售票员,容易给外地乘客带来不便,在没有售票员的情况下会大大增加司机的工作强度,这种报站方式现在已经越来越少了。最后一种是公交车电子报站器,到站时有司机进行手动控制,可方便快捷的进行语音播报及汉字显示。这种报站器不像GPS报站器那么昂贵,很适合推广使用,是最符合中国国情的公交车报站器。1。3主要设计目标以单片机作为控制核心,采用键盘作为人机交互手段,并用LED点阵和语音模块实现一套简单、实用的公交车报站器,可以实现以下的功能:能够在到站、离站时进行准确无误的语音提示.能够在显示屏上准确显示到站信息。能够具有上车键、下车键、爱心键、转弯提示键等主要功能键.能够非常
13、方便的修改语音提示信息。1.4 本文研究内容针对我国城市公交车的应用现状,自主研发一套基于单片机的公交车报站器。改变之前公交车由售票员报站的落后模式,在公交车即将到站、即将离站以及车辆转弯时由司机操作报站器,语音播报提示的同时在显示器上显示当前站和将要到达下一站的站名汉字。公交车报站器是安装在公交车上的,属于车载终端,在系统设计时除了要实现基本功能外,还要同时做到稳定供电、功耗较小、体积轻便等方面,而且也要兼顾易于开发、成本低廉、研发周期短等要素。因此本设计采用STC8C2单片机作为系统的主控制器。在系统设计中,本文将从单片机系统、显示电路、语音电路方面分别展开研究,系统是基于单片机的公交车语
14、音报站器,包括公交车报站器的总体研制方案、报站器硬件电路并实现、软件系统并实现、软件仿真验证。第章系统硬件设计2。1 基于单片机的公交车报站器系统总体设计系统以单片机STC89C为控制核心,总体可划分为中央处理单元、键盘单元、显示单元和语言单元等几部分4,如图1所示。中央处理单元负责对控制器的整体控制和数据处理.键盘单元进行按键输入,选择所要播放的语音和显示的汉字。显示单元对所要播放的汉字进行显示.语音模块包括两部分:录音和放音。录音部分的作用是进行站名的信息的录入,放音部分是将所要播放的信息进行播放。图2。1 硬件设计框图2.2 电源系统设计为了满足系统调试和正常工作两种不同的工作环境下对于
15、电源的要求,电源系统设计了两个供电电源:一种是通过SB连接,另一种是3脚稳压电源.当调试程序的时候,可以直接通过US给本模块供电,只需要简单的双向USB连接线与一条S转串口线就可以把程序下载到开发板上运行了5.三角稳压电源采用了市场上常见的5,A直插式电源,不必为找不到合适的适配电源而烦恼。另外,本设计中所应用的ID0语音芯片的供电电压为3。3V,所以需要用111-33芯片来提供3V的工作电压,具体的电路图设计如图.2所示。图2. 电源系统电路图图2中,J为B接口,J2为汽车电瓶接口,输入电压为2V,7805的输入电压范围宽达4.5V36V,完全能够满足电压转换需要,JP为跳线接口,可以通过跳
16、线将12相连或将34相连对系统进行供电,12相连是选择USB供电,为程序下载模式,而34相连为工作状态,由公交车电瓶对系统进行供电.最终得到的5V电压(图中C)为单片机、显示电路等器件进行供电.图中的L11173芯片的作用是将5V电压转换为3.3V(图中VCC3)电压为ISD4004语音芯片进行供电.23 中央处理单元中央处理单元的作用是扫描公交报站器中的按键,根据扫描结果采取相应的动作,是整个报站系统的数据处理核心。本文将采用SC89C52单片机作为CPU进行设计.2。.1 STC952单片机主要特性SC89C52是一种低电压,高性能的CMOS8位微处理器,STC2单片机内部带有大小为8K的
17、只读存储器,可以进行擦除编程。TC89C52单片机采用ATMEL存储制造技术,密度很高,而且数据安全、不易丢失,并且可以兼容CS5的标准输出管脚和指令集。该款单片机是一种高效的微控制器,芯片封装是40引脚封装,分别有贴片和双列直插两种不同的封装形式,本文将采用双列直插(DI40)的封装形式,如图.3所示。图2.3STC89C5单片机的DIP40封装图2.3单片机的最小系统单片机最小系统是一种最简单的电路系统,也是保证单片机可以正常开机、运行程序的关键电路,是维持单片机正常工作所必不可少的电路系统。一般来说,单片机最小系统包含单片机本身和复位电路、时钟电路、通信电路以及存储器。从上面的介绍中我们
18、可以看到,TC89C5单片机自带程序存储器,大小为8K字节,所以TC8952单片机的最小系统主要包括单片机、复位电路、时钟电路以及通信电路。单片机最小系统的原理图如2。4所示。图2。4 STC952单片机最小系统原理图从图24中可以看到,本设计的单片机最小系统由晶振电路、复位电路和串口通信电路三部分组成。本文选用12MH的晶振来产生系统时钟,方便进行比较精确地延时,从而减小与ISD44芯片进行SI通信时产生错误的概率,但这个频率下的串口通信不能达到标砖的600bps的波特率,本设计中串口只是用来下载程序,故综合这两点考虑,选择了12MH的晶振,晶振两端的0p的电容是用来协助启振,并有一定的滤波
19、作用。复位电路选用按键复位电路,这种电路方便进行硬件陶氏工作.串口通信线路选择MAX32芯片进行电平转换。4 语音播报模块2.1 ISD4004语音芯片本设计中所采用的语音芯片是IS004语音芯片,由美国IS公司推出,性能稳定,品质优良,具有很多其他语音芯片所不具备的优点。首先,录音时不需要通过D转换和压缩,不会使声音出现较大失真,对每段录音的时间长度没有限制;其次,存储时间长,在不外接电源的情况下可保存数据一百年,可多次重复录放至十万次以上,该语音芯片使用快速闪存作为存储介质,不需要额外扩充存储器即可直接使用;第三,芯片需要的外围电路十分简单;最后,录音时间长,最多可长达十六分钟。2.4。2
20、 语音电路设计本设计中,将采用ISD404语音芯片来完成声音录放功能,采用M386音频放大芯片对SD404的输出信号进行功率放大后接一个“,1W”的喇叭进行语音播报,用一个麦克风作为声音录制的输入,对站名等语音进行录制,由ISD004语音芯片和LM368功放构成的语音播报电路图如2.6所示。图2。6采用ISD4004芯片的语音播报模块电路图从上面的介绍中可知,IS4004语音芯片采用SPI串行通信协议与单片机之间进行通信,SS为片选端,每次写入指令的时候都需要将S拉低,之后将要发送的数据写到MOSI端,由SCL端产生一个脉冲,再写入下一位,就这样一位一位的写入,对SD004进行操作。同时也可以
21、根据地址选择所要播放的语音片段。考虑到该系统运行在公交车上,工作环境较为嘈杂,而芯片本身驱动功率比较小,单独使用扬声器播报的声音音量较小,无法满足工作要求.因此本设计中,在ISD4芯片口和扬声器之间连接低频功率放大芯片86,放大播报声音,以确保乘客在嘈杂的环境下也能清晰的听到报站信息。LM36是一种性能优良的音频功率放大器,由美国国家半导体公司生产.L3具有很多优点,如芯片功耗非常小、可使用的电源电压范围较大、总谐波失真小等等.目前,LM36在录音机和收音机的生产中应用十分广泛.在图2。6中,4为输入阻抗匹配电阻,调整为5k左右即可,通过调整R的值可以调整功率放大倍数,范围是2000.L38的
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