1、本科毕业论文（20 届）公共汽车自动报站系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 中 文 摘 要I摘 要目前公共汽车的报站由传统的人工报站逐渐变成语音自动报站。文中介绍了一种基于单片机的语音报站系统，这个系统能够为乘客播报准确的站台信息，提供各种提示信息等。该自动报站系统以 AT89C52 为控制核心，通过由霍尔元件等组成的测距模块进行测距，当公交车到达某一站台时，单片机控制ISD4004 语音芯片进行语音报站，同时 LED 点阵会进行站台信息显示。文中给出了自动报站系统的软件和硬件的设计方法。设计内容包括硬件电路与软件程序的编写。整个系统的硬件设计
2、包括显示电路、键盘电路、电源电路和距离检测电路。本系统很大程度上提高了公交车报站的准确性和可靠性，提高了公交系统的服务质量。关键词：自动报站系统 AT89C52 ISD4004 霍尔元件 LED 点阵 AbstractIIAbstractToday in the field of bus-stop-reporting system,the method is changing from artificial report to voice report .This paper introduces a kind of microcontroller-based voice report sys
3、tem,The system can provide passengers with accurate site information and other prompt information. The system uses MCU to manage voice chip which can tell passenger the station. This paper gives the design method of the software and hardware system. Design content includes the hardware circuit and s
4、oftware program code. AT89C52 is the control core of the system. The Hall element can help to measure the distance, When the bus at a certain site, MCU control the ISD4004 voice chip to Broadcast a site, at the same time the LED digital tube will show the site.The hardware design of whole systerm in
5、cludes display circuit, keyboard circuit, power supply circuit and distance detection circuit. This system greatly improves the accuracy and reliability of bus stations, and improves the quality of service of the public transport system.Keywords: Automatic stop announcement system, AT89C52, ISD4004
6、chip, The hall element, LED display目 录III目 录摘 要.IAbstract.II目 录.III第一章 引言.11.1 课题研究背景.11.2 课题研究意义.11.3 课题研究现状.21.4 课题设计介绍 .2第二章 系统方案的选择与论证.32.1 设计方案介绍32.1.1 设计方案一：通过脉冲计数实现公交车自动报站.32.1.2 设计方案二：采用 GPS 定位来实现自动报站.42.2 设计方案选择5第三章 自动 报站系统的硬件电路设计.63.1 系统总体方框图63.2 主控电路设计63.2.1 主控芯片的介绍.63.2.2 振荡器电路的设计.93.3 测
7、距电路设计.103.3.1 脉冲检测电路的设计.103.4 语音电路设计.12目 录IV3.4.1 ISD4004 语音芯片.123.4.2 录音电路的设计.153.4.3 放音电路的设计.153.5 显示电路设计.163.5.1 LED 显示器件的介绍.173.5.2 LED 显示器的译码方式.183.5.3 LED 显示器的驱动方式.183.5.4 6116 存储芯片的介绍.193.5.5 LED 点阵汉字显示电路的设计.193.6 按键控制电路设计.203.7 温度检测电路设计.213.8 电源电路设计.23第四章 系统软 件设计.244.1 主控程序设计.244.2 语音报站程序设计.
8、264.3 LED 汉字显示程序设计.26总 结.28参考文献.29致 谢 .30附录 1 主控程序清单.31附录 2 语音报站程序清单35附录 3 显示程序清单41附录 4 总电路图.42第一章 引 言- 1 -第一章 引言1.1 课题研究背景随着现代社会的向前发展，人们的生活水平也日益提高，对生活质量的要求也越来越高。汽车工业的飞速发展，让汽车进入了寻常百姓的家庭，改变了人们的生活方式和生活习惯。汽车让人们的出行更加便捷，但是随着汽车保有量的增加，道路就变得十分拥挤，承担着巨大的压力。为了缓解这种交通压力，我们应当大力发展公交系统等其他公共交通工具。现在越来越多的人们会选择公交车作为交通工
9、具，因此这就给公交车的人性化服务提出了更高的要求。原先依靠售票员或公交司机报站的方式已经不能满足乘客的出行需要，而且老旧的报站方式在现在来看，存有一些安全隐患。因此如何实现自动报站是一个急需解决的问题。近年来，微型计算机技术日益发展，并且在很多领域已得到了广泛的应用。例如微控制器(MCU)已经被广泛地应用于工业控制、智能化仪器仪表、家电、计算机外部设备等领域。单片机地体积小，重量轻，价格便宜，并且这种芯片的技术已十分成熟。正因为它的广泛应用，所以学习单片机的应用就显得十分重要，而且学习好单片机也是学习其他嵌入式控制器的基础。微型计算机技术与语音芯片以及显示芯片的组合，使得公交车自动报站的实现成
10、为可能，从而给公交系统带来新的变化新的活力，让人们获得更加便利的服务。1.2 课题研究意义现在随着城市规模的扩大、城镇人口的增加、旅游业的发展和人们生活水平的提高，公交车作为一种交通工具，已经成为人们日常生活中的重要组成部分。公交车手动控制的报站器，一方面影响了公交司机的正常安全驾驶，给乘客和路人带来安全隐患；另一方面也增加了司机的劳动强度。基于单片机的公交车自动报站系统，通过单片机对测距模块、语音模块和显示模块的综合控制实现全自动报站的功能。自动报站系统能使每辆公交车实现准确的报站，让每位乘客准确知道自己所在的位置，同时又减轻了公交驾驶员的工作负担。从公交企业自身来说，自动报站系统能够给企业
11、一个良好的亲民形象，也会给企业第一章 引 言- 2 -带来效益的增长。1.3 课题研究现状公共汽车自动报站系统的设计目的主要是为了弥补传统人工语音报站和手动报站的落后方式，进行进站和出站信息的自动播报，以及播报文明礼貌用语或者广告和天气信息等，为广大乘客提供更加人性化和更完善的服务。 目前语音自动报站系统主要有以下四种：第一种是普通手动语音报站器，到站之前，乘务人员会按下进站按钮进行语音报站，出站时乘务人员再按下出站按钮进行预报下一站名，通过序号来记录各个站台的站名；第二种是门控型语音自动报站器，它将开门和关门时的转换信号与语音报站器连接，在开门和关门时进行语音报站；第三种是无线信标语音自动报
12、站器，它需要在每个公交车站台设置发射信标点，在临近站点左右时，公交车会收到信标信号，开始自动报站，驶出站后无线信号消失，系统开始预报下一站。第四种是基于 GPS 导航的语音自动报站器。报站器根据预先设置好的站台坐标，自动判断识别站台坐标，然后进行语音自动报站。这种方式报站精准，不需要人工操作，也不需要建设任何车外设施。1.4 课题设计介绍本课题要求设计一个公共汽车自动报站系统，目的是实现公共汽车的语音自动报站，在语音播报站台信息的同时，LED 点阵显示电路会进行站台名的显示。课题设计要求以 AT89C52 为核心完成公共汽车自动报站系统的硬件设计和软件设计。硬件电路包括距离检测电路、显示电路、
13、语音电路、电源电路、键盘电路和温度检测电路等。软件设计包括系统初始化及主程序的设计、显示程序和键盘程序的设计等。第二章 系统方案的选择与论证- 3 -第二章 系统方案的选择与论证公共汽车自动报站系统能够准确地进行语音报站，让乘客知道自己所在的位置，完全不需要人工的介入。同时也可以用来显示广告，播放文明提示，以充分利用资源。本章主要介绍了两种不同的设计方案，并将进行对比分析和方案的选择。2.1 设计方案介绍2.1.1 设计方案一：通过脉冲计数实现公交车自动报站此方案通过对车轮轴转角的脉冲进行计数，将脉冲计数值与预置值进行比较判断，从而实现准确自动报站的目的。本方案以 AT89C52 作为主控芯片
14、，以霍尔元件等组成的脉冲检测电路对车轮轴转角的脉冲进行计数，由以语音芯片 ISD4004 为核心的语音模块输出语音信息，并通过 LED 点阵显示模块进行站台的信息的显示。其原理框图如图 2.1 所示。脉冲检 测脉冲计 数89C52主 控芯 片语音模块显示模块按键模块图 2.1 原理框图由原理框图可知该系统由距离检测电路、显示电路、语音电路、电源电路、键盘电路等组成。各个电路模块的介绍如下：1.主控模块：该模块的核心是一块 AT89C52 单片机，它是 8 位单片机，是一种功耗低、高性能的 CMOS 微处理器。主控模块将脉冲计数值和预置值进行比较，判断是否到站，当到站时就输出信号控制语音模块进行
15、语音报站，并控制显示模块进行站台信息显示。2.脉冲检测：脉冲检测的核心元件是霍尔元件。该模块的关键是对车轮轴第二章 系统方案的选择与论证- 4 -转过的圈数进行检测计数。在现实生活中，车辆的运行环境会比较复杂恶劣，所以我们可以选用可靠地霍尔元件作为信号的采集装置，然后再经过光电耦合器输入到单片机中。3.脉冲计数：脉冲计数电路采用光电耦合器。霍尔元件采集的信号经过光电耦合器输入给单片机后，采用中断方式对脉冲计数。4.语音模块：该模块主要由语音芯片 ISD4004 组成，用于站台信息、文明礼貌用语和广告信息等的语音播放。5.显示模块：用 LED 点阵显示站台名等提示信息。6.按键模块：该系统为自动
16、报站，需要人工介入的工作很少，所以这里选用独立式按键结构。2.1.2 设计方案二：采用 GPS 定位来实现自动报站GPS 是近年来兴起的一种新技术，现已广泛应用于各个领域，并逐渐成为人们生活中不可或缺的组成部分。采用 GPS 定位的自动报站方案选用一个AT89C52 单片机作为主控芯片，GPS 作为公交车定位模块，ISD4004 为语音模块的控制芯片。GPS 模块接收定位卫星发来的定位数据，并根据得到的经纬度信息判断公交车是否到达预设的各个站点。当到达预设的站点时主控芯片会控制语音芯片进行站台名播报，同时会控制 LED 显示屏显示站名。这种方案的特点是利用 GPS 对公交车进行实时定位，不需要
17、人为干预，便能够准确无误地进行站点播报。该方案采用先进的 GPS 定位技术，能够精确地追踪公交车的行驶位置，报站精度高，可靠性高。系统的原理图如图 2.2 所示。GPS接收模块AT89C52主控模块语音模块显示模块站台设定第二章 系统方案的选择与论证- 5 -图 2.2 原理框图该方案的 GPS 接收模块选用车载型 GPS 接收器。这类接收机应用较为广泛，价格便宜，适合系统设计。2.2 设计方案选择方案一使用 AT89C52 为主控芯片，通过对行驶里程的计数来控制报站的时刻，完全不需要人工的介入，便能进行自动报站，因此完全符合设计的要求。该方案选用美国 ISD 公司生产的 ISD4004 语音芯片，该芯片与其他语音芯片相比具有语音音质好，录放时间长等优点。方案二使用 GPS 定位技术来实现自动报站，也符合设计要求，但是当公交车辆行驶在市区街道或者穿越隧道时，GPS 信号可能会受到高层建筑、林荫树木或者高山遮挡等因素影响而丢失。此外，GPS 定位报站成本较高，系统维护比较复杂。综合以上利弊，本课题决定选用方案一。
