1、 本科毕业设计 （ 20 届） 智能公交车报站系统设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 - 摘 要 射频识别（ RFID， Radio Frequency Identification）技术是一种利用无线电射频通信实现的非接触式 自动识别技术。本设计首先介绍了 RFID的工作原理、特点、分类以及应用。然后按照当前公交报站系统提出了新的设计方案。 如今大部分公交车上安装的都是人工按键式的操作系统，这个系统有几个明显的缺点：一，行车在进站前司机要分神操作报站系统，无法顾及站内情况，有着许多不安全因素；二，遇到临时改道则无法报站，亦或是错报
2、站、漏报站，给人们的出行带来了诸多不便。本设计提供了一种基于 RFID的站台自动识别系统以及自动报站系统。由车载无线接收器接收安装在公交站台上的无线发射器发出的RFID信号，进行识别并控制车载语音播报系统进 行报站，实现真正意义上的自动报站。 最后利用软件调试，模拟 RFID发射器与阅读器的通讯，以及阅读器触发单片机进行语音播报的过程。实现公交车对公交车站的自动识别以及自动报站功能。 关键词： 射频识别；阅读器；自动报站；单片机 - 3 - Abstract Radio Frequency Identification(RFID) is a new technology of radio fr
3、equency communication which is realized through non-contact automatic identification technology.Firstly,operating principle,features and applications of RFID system are introduced.And then,according to combined with the situation of urban public transport auto-announce,the system a new type intellig
4、ent bus-stop auto-announce is put forward. Many buses are installed automatic bus-stop broadcasting systems.But,this system has several obvious shortcomings:first,the driver should opera system before stop,he can not take into account the situation of the station,there are many factors of insecurity
5、.Second,encountered temporary diversions stations can not report,or the wrong bus stop,miss station,to people a lot of inconvenience travel. Finally,the software of system is debugged to analog the communication between transmitters and RFID reader,as well as reader trigger the process of SCM Voice
6、Broadcast.The auto-announce and auto-recognition of station is realized. Key Words: RFID,Reader,Auto-Announce,Single Chip Computer - 4 - 目 录 1 引言 . 1 2 系统方案设计 . 3 3 硬件设计 . 5 3.1 车载部分 . 5 3.1.1 MCU 控制模块 . 5 3.1.2 语音模块 . 6 3.1.3 显示模块 . 7 3.1.4 射频模块 . 8 3.2 站台部分 . 11 4 软件设计 . 12 4.1 主程序 . 12 4.2 阅读器模块
7、. 13 4.2.1 nRF905 的 SPI 驱动程序 . 13 4.2.2 nRF905 发送与接收帧 . 15 4.3 语音芯片模块 . 19 4.4 液晶显示模块 . 22 5 结论 . 25 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 26 1 引言 城市交通需要满足几百万居民外出的需求，必须安全、快捷、准确、大流量，以此解决大城市交通拥堵问题。近几十年来，我国在交通事业上投入了大量的人力物力财力，但仍无法遏制城市交通拥堵的蔓延。交通需求猛增，交通供给受限，再加上居民出行结构小汽车化是造成城市交通拥堵的主要原因，交通需求管理作为解决城市交通拥堵问题的重要措施势在必行，其中，大力发
8、展公共交通是交通需求管理的核心举措。近年来，随着宁波私家车的日益增多，市区的交通逐渐成为民众关注的焦点。从海曙到江东，差不多有一半的道路在上下班高峰期会异常拥堵，因此就有人提出多利用公交运输出行。 截至 2009 年 12 月底，宁波市拥有运营车辆 1752 辆，运营线路 113 条，占全市公交总运营能力的 80%以上，在宁波市客运市场发挥着主导作用。如此繁重的运营压力，迫使公交车运营朝着快捷、方便、准确的路线发展，因此诞生了宁波市第一条公交车专用车道，紧接着公交站台也能 显示公交车所在位子，为乘客提供了很大的便利。但是，为了轨道交通的建设，近期很多公交线路不得不绕道而行，因此而产生的过站不报
9、现象屡屡发生，为了能准确报站，发生改道的公交车必须把车内的语音报站器进行重新的编程，因此产生的工作量可想而知。 那么就有很多市民提出了自己的想法，公交车的报站系统为什么就不能像地铁运营一般实现自动报站呢？首先我们想到了利用 RFID 系统进行站台的识别。RFID 全称是射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标并获取数据，识别工作无须人工干预，可工作于多种环境。 RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签。 RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术。射频识别技术采用大规模集成电路技术、识
10、别技术、计算机及通信技术，通过读写器和载体上的 RFID 卡，构成 RFID 系统，实现对载体的非接触式的识别和数据信息交换 1。 RFID 利用射频信号自动识别物体，有着适应性强，无接触等优点，是现代热门技术之一。虽然我国处于研究起步阶段，但技术的发展必然导致 RFID 技术在我国会普及开来。 RFID 在我们的日常 生活中得到了很广泛的应用，诸如图书馆书本的编码扫描，公交车 IC 卡刷卡等等。 RFID(Radio Frequency Identification)是无线电射频识别技术，能利用射频信号自动获取物品信息。 从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于 变压器 耦合模型，
11、在高频段基于 雷达 探测目标的空间耦合模型。 1948 年哈里斯托克曼发表的 “ 利用反射功率的通信 ” 奠定了射频识别射频识别技术的理论基础 3。 图 1-1 RFID 系统工作原理 从图 1-1中我们可以看出 电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的 4。 2 系统方案设
12、计 目前公交车报站主要应用到的是触发单片机语音播报，很多大型城市已经开始使用 GPS 语音报站系统。下面对这两种系统进行一个计较。 方案一： RFID 自动识别报站 在公交领域利用 RFID 最多的是公交站台上的阅读器读取进站公交车的电子标签信息，然后将信息发送回公交控制中心。如同图 2-1 中下排的阅读器识别电子标签的过程。那么，换一种思路，公交车站能识别公交车，公交车亦能识别公交车站。因此在设计图中多出了上排的的阅读器和电子标签的组合，工作原理就是当公交车进入公交车站范围的时候车载 的阅读器能识别出装在公交车站上的电子标签里的信息。然后将信息传回车载单片机语音播报系统进行报站。 图 2-1
13、 RFID 自动识别报站系统结构框图 方案二：基于 GPS 的公交车自动报站系统 GPS 定位应用于很多场所，在公交车报站系统中也有所体现，当公交车运行至指定的经度和纬度时，就能播报出对应的站台信息 5。有着功耗低，工作稳定等特点。 GSP 报站系统的结构框图如图 2-2所示。 图 2-2 GPS 报站系统结构框图 在两个方案中，共同一个目的就是要实现公交车的自动报站，从而减轻驾驶员的工作量 ，但相比较而言，方案一使用于小型城市，投入的成本可以降低，因此本设计选择方案一，采用 RFID 技术实现公交车自动识别站台继而语音播报。 复位电路 接口电路 MCU 键盘电路 LCD GPS 模块 音频输
14、出 音频放大 扬声器 Nand Flash 存储器 3 硬件设计 本设计的总体框图如图 2-1所示，主要分为车载部分和站台部分。 3.1 车载部分 车载读写器就是安装在公交车上的读写器设备，接收识别从站台发来的有效数据，驱动语音芯片报站，并向站台发送本车信息，完成与公交站台的双工通信。车载读写器的主要结构如图 3-1所示。 图 3-1 车载读写器结构图 3.1.1 MCU 控制模 块 微处理器的选择对系统起着重要的作用，影响着整体的开发方案，如成本控制、运算效率等。目前市场上最常用的是 51系列的 8 位单片机、 DSP、 ARM 芯片等 6。 51 单片机流行于八十年代，价格比较低，技术成熟
15、，但是 ROM 和 RAM 容量较小，功能简单。如今 DSP 偏重应用于高端技术领域，价格较高，开发难度大。ARM 芯片体积小、功耗低、成本低，但也不适合应用于小型系统。 因此，本设计的微处理器选择了 89S51 单片机。电路原理图如图 3-2所示。 语音功放电路 站点显示电路 稳压电路 串口通信 控制模块电路 射频收发电路 稳压电路 串口通信站点显示电路 语音功放电路 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 23 - J un - 20 11 S h e e t of F il e
16、: D : P r o gr a m F i le s D e s i g n E x pl o r e r 9 9 S E L i b r a r y P c b G e ne r i c F o ot p r i n t s N R F M O T 1.D D BD r a w n B y:C110 0u123P O W E RP W R 2 .5112233445566po w e r _ k pG N D1IN3O U T2O U T411 17 _1R E G 11 17 - 5V C CC210 ufC310 3G N DT X _ E NT R X _C E P W R _ U
17、PuC L K CDAM DRM I S O M O S IS C K C S NG N D1 23 45 67 89 1011 1213 14P2nR F 9 05 M od ul eE A / V P P31X T A L 119X T A L 218R S T9P 3.7 ( R D )17P 3.6 ( W R )16P 3.2 ( I N T 0)12P 3.3 ( I N T 1)13P 3.4 ( T 0)14P 3.5 ( T 1)15P 1.01P 1.12P 1.23P 1.34P 1.45P 1.5 ( M O S I )6P 1.6 ( M I S O )7P 1.7
18、( S C K )8( A D 0) P 0 .039( A D 1) P 0 .138( A D 2) P 0 .237( A D 3) P 0 .336( A D 4) P 0 .435( A D 5) P 0 .534( A D 6) P 0 .633( A D 7) P 0 .732( A 8) P 2 .021( A 9) P 2 .122( A 10 ) P 2. 223( A 11 ) P 2. 324( A 12 ) P 2. 425( A 13 ) P 2. 526( A 14 ) P 2. 627( A 15 ) P 2. 728P S E N29A L E / P R O
19、 G30( T X D ) P 3 .111( R X D ) P 3 .010G N D20V C C40U4A T 8 9S 51C S NS C KM O S IM I S OP W R _ U PT R X _C ET X _ E NV C CDRAMCD12Y1R110 KV C CV C CC80. 1uC433 PC533 PC710 uC610 uC O M RC O M TR220 0hV S SV D DVORSRWED0D1D2D3D4D5D6D7AKP 32P 33P 34V C CV C CG N DG N DVOG N D1IN3O U T2O U T411 17
20、_2R E G 11 17 - 5L110 0uC 1410 ufC 1510 3V C C V C C 3_ 31 2S11 2S51 2S91 2S 1 31 2S21 2S61 2S 1 01 2S 1 41 2S31 2S71 2S 1 11 2S 1 51 2S41 2S81 2S 1 21 2S 1 61 2S _ R12345678910111213141516P 160 2H e a de r 1 6R S TR S TP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 10P 11P 12P 13
21、P 14P 15P 16P 17P 30P 31P 32P 33P 34P 35P 36P 3712345678161514131211109S d 1 S W - D I P 812345678161514131211109S d 2S W - D I P 812345678161514131211109S d 3 S W - D I P 812345678161514131211109S d 4S W - D I P 8123456789P ul l _ up 1 03H e a de r 9V C CP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07123456U S BH
22、 e a de r 6V C C123456I S P _ D O W NH e a de r 6123456789P ul l _ up _L E D 1 02H e a de r 9V C CD S 1D S 2D S 3D S 4D S 5D S 6D S 7D S 8L E D 1L E D 2L E D 3L E D 4L E D 5L E D 6L E D 7L E D 8L E D 1L E D 2L E D 3L E D 4L E D 5L E D 6L E D 7L E D 8P 30P 31P 32P 33P 34P 35P 36P 37R 11R 12R 13V C C
23、3_ 3V C CL S 1B e l lQ1P N PL C D D 0L C D D 1L C D D 2L C D D 3L C D D 4L C D D 5L C D D 6L C D D 7L C D D 0L C D D 1L C D D 2L C D D 3L C D D 4L C D D 5L C D D 6L C D D 7P 37DP 36DP 34DP 37DP 36DP 34DV C CP 15P 16P 17R S Tl C D D 0l C D D 1l C D D 2l C D D 3lCDD4lCDD5lCDD6lCDD7P 10P 11P 12P 13P 14
24、P 15P 16P 17P 30P 31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27123456789101112P I O 2H e a de r 1 2C _A L EC _R DC _W RR?2KR *8 2kP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07 I11I22I33I44I55I66I77G N D8V C C9O710O611O512O413O314O215O116I C 1120 03C90. 1u F+1-2ou t4ou t3I C 21 S S R+1-2ou t4ou t3I C
25、 22 S S R+1-2ou t4ou t3I C 23 S S R+1-2ou t4ou t3I C 24 S S R+1-2ou t4ou t3I C 20 S S RR 301KR 311KR 321KR 331KR 341KV C CP 00P 01P 02P 03P 04M O T O R U pM O T O R D ow nM O T O R L e f tM O T O R R ig htM O T O R O n/ O f f图 3-2 89S51 单片机电路原理图 3.1.2 语音模块 语音播报系统包括了语音芯片、音频功放和扬声器等电路，本设计选用的是ISD4003语音芯片。在本设计中主要考虑单片机与语音芯片进行通讯，控制播放语音的过程，而录音和存储的过程在这里不做详细说明。 ISD4003工作电压为 3V，单片录放时长 4-8分钟，内含振荡器、滤波器、音频放大器、自动静噪等 711。
