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电子与信息工程毕业论文:单片机公交车报站器设计.doc

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本 科 毕 业 设 计 单片机公交车报站器设计 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 II 摘要 在交通高度发达、便利的当代,城市公交车系统在我国仍占有举足轻重的地位。随着经济的持续发展,对公交运输也提出更高的要求。随着我们城市 的公交运输系统服务人员的精编,目前的情况是,每个公交公司都只在公交车上配置了一个司机,进行无人售票。为了使公交系统服务的完善,智能化、自动化的公交语音报站系统应运而生,公交车上报站器的好坏更是公交的实在表现。 本设计主要利用 STC89C58RD单片机作为控制核心,结合语音控制芯片 ISD4004 组成的语音控制电路能够建立多段语音提示信息,并且可以对这些段的语音信息进行自由的组合,形成变化多样的语音提示信息,同时使用 OCMJ4x8C 液晶显示电路进行汉字显示,从而实现了公交车的语音报站及文字提示。在控制核心控制 模式下,键盘电路采用中断扫描模式,当有按键按下时,系统产生中断,单片机响应中断后,即查询键号,通过软件来实现该键号所对应键的功能。因此当车辆到达预定位置时,通过键盘解码将信息传送给 89C58RD,进而控制语音芯片进行播报站名、广告、提示语等信息,并在 LCD 模块上显示,实现半自动报站功能。 本设计的公交车报站系统主要由四个部分组成,即主控电路、语音电路、显示电路以及键输入控制。 该报站器不仅可以提供自动报站,而且对公交车的行车安全提供了一定的报站,且不仅可以应用到公交车上,还可以应用到火车及长途汽车上,结合 LCD 液晶模块进行报站显示,提供车上的宣传用语及车厢广告等文字服务,使得乘客能愉快、安全地上下车。 [关键字 ]单片机;语音控制电路;液晶显示; 89C51;公交车报站器; III Abstract In the transportation is highly developed and convenient society , urban public transport system in China still occupies a pivotal position. With the constant development of economic, people have higher expectation with public transportation systems. As our city’s public transport system for fine service staff, the current situation is that each bus company only in the bus is equipped with a driver, for no ticket. In order to improve the public transportation system services, intelligent, automated bus stop announcement system voice came into being, reported the bus station bus device is a really bad perance. This design is mainly to use STC89C58RD microcontroller as the control core to carry out over all controls through the voice chip ISD4004 component of voice control circuit to build multi-segment voice library ination, and can combine these segments speech ination free, a diverse voice prompts, meanwhile it uses OCM4x8C character LCD display circuit to achieve the bus station and text prompts. In the control mode, the keyboard scan mode interrupt circuit, when a key is pressed ,the system generates an interrupt ,the microcontroller interrup after the number that query buit by software to implement the key number corresponding to the function keys. So when the vehicle reaches the desired location, through the keyboard decode the ination transmitted to the 89C58RD, then control the audio chip broadcast station names, advertising, language tips and other ination, and displayed on the LCD module to achieve semi-automatic-stop feature. The design of the bus stations system consists of four parts, namely, the main control circuit, voice circuits, display and key control circuit. The bus stop device can not only provide automatic station, and bus tranffic safety for some of the stops provided, and not only can be applied to the bus, can also be used to train and coach, combined of the stops LCD liquid crystal display module to provide the car and car advertising, advertising and text services, making passengers happy, safe to get off the ground. Keyword microcontroller; voice control circuit; LCD;89C51;Bus-stop device; IV 目录 引言 ................................................................ 1 第 1 章 综述 ......................................................... 2 1.1 公交车报站器的发展状况 ....................................... 2 1.2 公交车报站器的发展趋势 ....................................... 2 1.3 课题研究的背景和意义 ......................................... 3 第 2 章 公交车报站器的总体设计 ....................................... 4 2.1 系统的总体框图 ............................................... 4 2.2 系统设计方案各模块的选择 ..................................... 4 2.2.1 MCU 微处理控制器的选择 .................................. 4 2.2.2 LCD 液晶显示模块的选择 .................................. 5 2.2.3 语音芯片的选择 ......................................... 5 第 3 章 系统的硬件设计及元件说明 ..................................... 6 3.1 单片机控制电路 ............................................... 6 3.1.1 STC89C58RD简介 ........................................ 6 3.1.2 引脚功能说明 ........................................... 6 3.2 LCD 液晶显示电路 ............................................. 7 3.2.1 OCMJ4x8C 液晶显示器引脚说明 ............................. 8 3.2.2 OCMJ4x8C 并行工作模式介绍 ............................... 9 3.2.3 字符显示 ............................................... 9 3.3 语音电路设计 ................................................ 10 3.3.1 ISD4004 芯片简介 ....................................... 11 3.3.2 ISD4004 引脚的功能 ..................................... 11 3.3.3 SPI 口 串行外设接口 ................................... 12 3.3.4 语音输入电路 .......................................... 14 3.3.5 语音输出电路 .......................................... 14 3.36 语音芯片电路电源设计 ................................... 15 3.4 按键模块设计 ................................................ 15 3.5 复位电路设计 ................................................ 16 3.6 晶振电路设计 ................................................ 17 V 3.7 串口电路设计 ................................................ 18 3.8 系统供电电源电路设计 ........................................ 19 第 4 章 系统软件设计 ................................................ 20 4.1 主程序流程图 ................................................ 20 4.2 语音芯片录放音程序流程图 .................................... 20 4.3LCD 汉字显示流程图 ........................................... 22 小结 ............................................................... 23 致谢 ................................................ 错误 未定义书签。 [参考文献 ] ......................................................... 24 附录 1单片机公交车报站器电路原理图 ................................ 25 附录 2部分程序清单 ............................................... 26 1 引言 随着我国城市建设的发展,对城市服务行业的服务质量要求也越来越高。公交车作为市民出行的主要交通工具,已近被越来越多的市民所熟悉,公交车服务质量 它代表了一个城市交通发展的水平。现如今由售票员人工售票,报站的公交车已近基本没有了,无人售票公交车在街头逐渐多起来了,语音报站器也被广泛使用,这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦,给许多不熟悉公交线路的乘客 带来了方便。随着电子技术的不断发展,单片机技术的日益成熟,和多媒体技术的普遍应用,使得公交车语音报站器服务更加完善。 本文所设计的公交车语音报站系统主要包括硬件电路设计和软件程序设计两个方面,其中前者主要在第三章中重点叙述,后者在第四章中叙述。本系统的硬件设计充分考虑了性价比,用较少的器件设计出满足要求的硬件电路。本系统的硬件结构设计结合了单片机的特点和公交车报站器的特点,提出了一种基于单片机 STC89C58RD来控制语音芯片 ISD4004 进行公交车语音吧报站,并通过 LCD 来显示当前实时情况。该系统主要通 过单片机检测按键,发出语音播报命令,语音录放芯片在接收到放音命令后根据单片机发送过来的语音信息地址,对存放的语音数据进行组合,通过喇叭发出语音信息,实现语音播报功能;另外,在播报站台语音的同时,单片机及时访问预先设置的路线站台名称所在的地址,通过 LCD,实现站台信息的实时显示 。2 第 1 章 综述 1.1 公交车报站器的发展状况 公交车自动报站器的设计主要是为了弥补传统人工语音报站的落后方式,使进站、出站信息自动播报站名及服务用语等信息,为市民提供更人性化,更完善的服务。 最初的公交车上面就必须有两个人,即一个司 机加上一个售票员,这个售票员的工作不仅需要负责售票工作,还要准确的为乘客报站的工作,作为一个地区的公交车行业,有一定的地方特色,他们报站时多采用地方口音,作为一个外地人有时候很难听懂报站,从而引起很多麻烦,还有一个难以避免的麻烦,那就是一天下来,售票员在公交车上不停的招呼大家,还要准确的为乘客们报站,他们非常劳累与辛苦。 随着经济的增长,城市的人口逐渐增多,城市的车辆也是逐年递增,使本来就拥挤的公路变的更加拥挤,严重影响了车辆通行的速度。在二十一世纪的城市里,都市人繁忙的生活中,公交车俨然成为不可替代的交通 工具,人们的生活与出行直接和它的运行状况所挂钩。目前国内的大中城市中,无人售票这种方式被普遍的采用在现代公交车服务系统中。存在了几十年的依靠公交车售票员服务的公交系统已经不多了,取而代之的是使用手动报站及无人售票。就当前公交车报站系统来看,形式还是很单一,智能化程度不够,不能为市民提供更多的服务。目前语音播报这种方式在许多公交车报站系统仍然被采用,这让听力不好的乘客情何以堪;虽然有的公交车报站系统还带有屏幕显示功能,但它基本上是一个大屏幕的 LED显示点阵列,只有遵循动态扫描规律, LED 大屏幕才能实现稳定显示 , LED 还存在着需要更多的信号传输线、不良的抗干扰性能、更复杂的扫描驱动电路等缺点。 1.2 公交车报站器的发展趋势 现在是一个高科技发达的时期,人们不必要再做枯燥的事情,现在都提倡的是智能设备,用科技来改变人们的生活水平与方式,所以现在人们的生活中都感受到了科技给我带来的方便。 公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位,它直接影响到公交车服务质量。目前,公交车报站有三种方式一种通过 GPS 完成公交车自动报站;第二种通过无线射频 NRF401 设计无线公交车自动报站系统;第三种采用编码芯片的公交车自动报站系统 设计。第一种基于GPS 方案,目前已经在大多数的中心大城市投入使用,在司机座位后面隔板上,安装了一台液晶电视和 GPS 信号接收器,安装了这套设备后,公交车在语音报站的同时,通过液晶电视还可以显示在站站名的字幕,这样如果没听清报站的话,通过显示器,乘客也可以一目了然。当出现紧急情况时,调度中心将会给公交车发出相应的信息,以短信的行驶传到显示屏上,同时车载台会发出相应的提示音。目前在美国部分城市 GPS 卫星定位系统已将投入使用,国内也此系统的研发,其功能强大,系统稳定,但其投资昂贵,尤其是一些中小城市无法承受的。第二 种基于无线射频技术的方案,在中小城市也有投入使用,但是其设备必须要在公交车和每个站台上都进行设置,并且在一个公交运营区内带来一定的麻烦,同时也需要大量的维护损耗。第三种基于编辑芯片的方案,是对站点信息预先进行编码设置,在公交线路既定的前提下,此方案造价相对较低,且操作简易、管理方便,适合在中小城市及乡镇公交车上3 使用。在技术和经济条件愈加成熟的将来,无疑说,基于 GPS 技术和无线射频技术的公交车语音报站器将是未来的发展趋势。 1.3 课题研究的背景和意义 城市建设和发展的决定因素是城市公共交通,城市公共交通深深 的影响国民经济和社会发展,它是一个具有先导性、全局性的基础产业,城市化进程的加速的一项重要指标是加速公共交通事业的发展。随着城市人口的不断增加,导致城市区域不断扩大,道路网络构筑复杂的变化,人民生活水平不断的提高,蓬勃发展的旅游业,以及政府政策的推行 --“公交优先”,城市公共交通事业的发展势在必行。随着科学技术的日益发展和进步,在许多领域中,微型计算机技术已经得到了普遍的采用,在声学领域中,通过各种语音芯片与微型计算机相结合,语音合成技术得以实现,使得汽车报站器应运而生,从而能为市民提供了更加细致、周到的人 性化服务。 随着高速发展的国民经济,公交系统也日新月异,不仅公交车的样式今非昔比,而且服务方式已经全部改成无人售票车,而且带动了公司的效益。报站也由司机按键包站代替原有的随车售票员报站,究其原因主要表现为售票员报站不准确,比如声音太小,使得报站不明朗;误报;忘报等,使得不熟悉路线站点或者听觉不好的乘客不知所措。因此,对自动报站系统的需求也格外强烈,应用自动报站系统即可以节省员工开支,增强公司效益,又可以利用报站器报站标准的普通话站名,使各城市更利于交流和发展。4 第 2 章 公交车报站器的总体设计 2.1 系统的 总体框图 根据系统设计的要求和设计思路,确定该系统的系统设计结构图。如图 2.1 所示。硬件电路主要由 MCU 微处理控制器单元、 LCD 液晶显示模块、语音芯片、功放、按键控制、串口部分、晶振电路、系统电源等电路组成。 图 2.1 系统的总体框图 2.2 系统设计方案各模块的选择 根据设计要求,结合实际情况和设计成本要求,对系统主要部分的电路方案进行选择。 2.2.1 MCU 微处理控制器的选择 方案一 MCU微处理控制器的种类很多,有 ATMEL公司生产的 AT89CXX系列单片机, AT89C51是一种 CMOS、高性能、低损耗、八位微处理器。片内有 4K 字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器,能重复写入 /擦除一千次,数据能保存 10年。它的指令系统和引脚上完全兼容 MCS-51单片机,不仅能使系统具有许多 MCS-51 系列产品没有的功能,而且还可完全代替 MCS-51 系列单片机。 方案二采用宏晶科技公司生产的 STC89 系列单片机, STC89C51RC/RD系列是宏晶科技推出的新一代单片机,该系列单片机高速、高可靠、支持在线编程,无需编辑器,需求仿真器、加密性强,出厂时就已完全加 密,无法解密、超强的抗干扰能力,真正的看门狗电路,可放心省去外部看门狗,内部 FLASH 擦写次数为 100000 次以上。指令代码完全兼容传统 8051单片机,最新的 D 版本内部集成了 MAX810 专用复位电路。 MCU微处理控制器 LCD 液晶显示模块 语音 芯片 功放 扬声器 按键 控制 复位电路 晶振电路 系统电源供电电路设计 串口 部分 5 综上所述,本设计中,考虑到单片机的功能领域和实际情况,选择宏晶公司生产的STC89C58RD单片机作为本设计的微控制器,成本低,性能强劲,功耗更低,支持 ISP 编写程序,真正的看门狗电路。 2.2.2 LCD 液晶显示模块的选择 方案一显示的方法很多种,其中 LED 数码管是常用的一种显示方法。在这个设计中,可以 用 LED 数码管来显示相应站台的站号,提醒司机知道是去向或者是回向的第几站,让司机心里有数,同时增加显示数字的可读性,因为本设计所小显示的东西很多,所以就需要多个 LED,这就造成了成本很高,另外在 PCB 布线过程中很困难,给设计带来很多不便。 方案二液晶显示器简称 LCD,它具有功耗低、体积小、美观、方便、使用寿命长、控制简单的特点。 LCD128X64 是一种具有二线或三线串行连接、四位或八位并行传输的多种接口方式的点阵图形液晶显示模块。利用该模块简便的操作指令和灵活多样的接口方式,可构成人机交互的全中文图形界面 ,其又一显著特点是低功耗低电压,在价格比起相同点阵的图形液晶模块也有一定的优势。 综上所述,再结合本次设计,选择方案二中的 LCD128X64 液晶显示器,本次设计选择 OCMJ的 4X8C 液晶显示器。 2.2.3 语音芯片的选择 方案一台湾公司生产的 APR9600 语音录放芯片,是采用模拟储存技术的一款可反复录放、噪音低、音质好、不怕断电的新型语音芯片,单片可录放 32-60 秒,并行控制时最大可分 8 段,串行控制时可分 256 段以上。 方案二美国 ISD 公司生产的 ISD4004 芯片, ISD4004 的特点是记录声音没有段 长长度限制,并且声音记录不需要 A/D 转换和压缩即可真实地、自然地再现语音信号,只需要很少的外围器件就可以构成一个完整的声音录放系统。 综上所述,结合本设计的需要及控制情况,选择方案二最好,主要基于本设计中需要录音时间长,利于每个站台的录音和报站。
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