1、本科毕业设计（论文）（20 届）基于蓝牙无线通信的公交车语音提示系统所在学院专业班级 通信工程学生姓名指导教师完成日期目 录摘 要 .ABSTRACT.第一章 绪论 .11.1 背景分析 .11.2 课题意 义 .11.3 技术现状 .2第二章 系统总体设计 .32.1 系统功能及配置 .32.1.1 系统功能 .32.1.2 系统配置 .32.2 系统硬件结构 .32.3 系统总体流程 .5第三章 相关技术 .73.1 MCS-51 单片机系统 .73.1.1 MCS-51 单片机硬件结构 .73.1.2 本设计中涉及到的主要通信技术 .83.1.3 本设计中涉及到的主要单片机技术 .103
2、.2 蓝牙技术 .153.2.1 蓝牙系统基本结构 .153.2.2 蓝牙网络连接 .173.2.3 蓝牙协议 .18第四章 模块设计 与实现 .204.1 通信模块的设计与实现 .204.1.1 底层通信平台实现 .204.1.2 高层通信软件设计 .214.2 蓝牙模块的设计与实现 .224.2.1 蓝牙模块接线 .224.2.2 蓝牙模块在单片机之间的应用 .224.3 语音模块的设计与实现 .234.3.1 WTV020-SD 模块简介 .23第五章 系统测试与应用 .275.1 系统测试及性能分析 .275.1.1 系统测试 .275.1.2 性能分析 .275.2 系统特点及优势
3、.285.3 系统应用 .295.3.1 收费站应用 .295.3.2 加油站应用 .295.3.3 十字路口应用 .305.3.4 学校门口应用 .305.3.5 雨雾天气应用 .305.3.6 工业基地应用 .31总 结 .32参考文献 .33致 谢 .34附 录 .35基于蓝牙无线通信的公交车语音提示系统摘 要随着中国公路和交通事业的飞速发展，公路和交通系统变得非常复杂，同时私家车的数量也在日益增多。很多市民就选择乘坐公交车,而随着社会的发展,乘客对公交系统服务质量的要求越来越高,对出门乘车的服务质量提出了上档次,多样化,便利性等需求,这就带来一系列问题，许多乘客由于对复杂的道路信息或路
4、标不熟悉，可能会引起乘客错乘或是不知道在哪该下车，盲人群体生活的不便捷。乘客对道路信息的了解显得尤为重要。目前道路信息的提示主要依靠公路边的路牌，若遇到阴雨或大雾天气，这些路牌的能见度就会大大降低，从而可能使乘客对道路信息的未知而带来不必要的麻烦。本文将单片机技术和蓝牙无线通信技术相结合，设计了一个基于蓝牙无线通信的公交自动报站语音提示系统 ，阐述了 ARM 微处理器和蓝牙模块的硬件设计思想与软件实现方案。本系统通信稳定，抗干扰能力强。可在公交系统中广泛使用，有效提高乘车的便利性和准确性。 关键词：蓝牙；单片机技术；无线通信；自动报站Communications bus audio syste
5、m Based on the bluetooth wirelessAbstractWith Chinas highways and the rapid development of transportation enterprise, roads and traffic system become very complex, and the number of cars is increasing. Many people choose by bus, and with the development of society, the passenger service quality of b
6、us system demand more and more to go out, the proposed bus service quality, diversification, convenience market such demands, which brings problems, many passengers due to the complexity of the road information or signposts not familiar with, may cause the passengers wrong by or dont know what this
7、get off, blind group life not convenient. Passengers on road information understanding is particularly important. At present road information hints rely mainly on the highway side of the billboard, if encounter rainy or fog weather, these signs will be greatly reduced visibility, which may make pass
8、engers on road information unknown and cause unnecessary trouble.This article will chip microcomputer and bluetooth wireless communication technology, design a combined with bluetooth wireless communications bus automatically stops, expounds the voice prompt system ARM microprocessor and bluetooth m
9、odule hardware design and implement of software. This system communication stable, strong anti-jamming capability. But in transit system is widely used in transportation convenience, effectively improve and accuracy.Keywords: Bluetooth, ARM technology，Wireless communication，Automatic bus stop annunc
10、iator第一章 绪论1.1 背景分析随着中国公路和交通事业的蓬勃发展，中国的公路网规模在不断的扩大，汽车也越来越多。但是，即使在私家车越来越多的今天，公交车仍是人们出行的首选，因为公交车具有方便、快捷、车票便宜等优点。随着我们国民经济持续高速的发展，城市规模日趋扩大，促使私家车数量及交通流量大幅度增加，给公路畅通带来了严峻压力。由于一些公交车还存在售票员报站，这种老式的报站方式，长时间周而复始的重复，给报站人员带来了生理上与精神上长期的疲劳，容易造成工作效率下降，精神不集中造成工作失误，大大影响城市窗口的形象和工作效率。而当前公交车安装使用的报站器还属于人工按键式操作，给行人带来一定的安全隐
11、患，为了加强车辆的调度管理，规范车辆行驶速度，公交公司不得不安排专人在指定站点对每一辆公交车到站时间进行登记，乘客满意度不高，同时致使成本居高不下。随着经济的持续发展，对公交运输也提出更高的要求。随着我国各大城市公交公司的人员精减，目前各公交公司都在每辆公交车上只配备了一个司机，进行无人售票。为了公交系统的安全考虑，目前迫切需要智能化、自动化的公交语音报站系统。目前，公交车报站系统可分为手动报站和自动报方式两种，手动报站需要司机手动操作，容易引发事故或者发生误报、不报等，影响乘客乘车的舒适性。自动报站则是采用 GPS 定位技术，成本过于高昂，不易大规模的普及使用。 因此我们提出了一个新型的解决
12、此类问题的方案基于蓝牙无线通信的公交车语音提示系统。1.2 课题意义为了解决目前公交车报站系统的尴尬状态，我们融合单片机技术和蓝牙无线通信技术，提出并设计了一种基于蓝牙无线通信的公交车语音提示系统。 本系统不受阴雨或大雾天气的影响，即使再恶劣的天气，公交车也能准确报站。另外自动的语言报站让驾驶员专心驾驶，避免出现事故，也能够避免误报、不报的情况，提高司乘人员的舒适性。本系统解决了一个非常明显的社会问题，相信随着系统性能的不断优化和功能的不断扩展，定会有非常广泛的应用前景。蓝牙(Bluetooth) 是一种开放的低成本、短距离无线连接技术规范的代称，用于传送语音和数据。蓝牙技术作为便携式电子设备
13、和固定式电子设备之间替代电缆连接的短距离无线通信的标准，其主要特点是工作稳定、设备简单、功率低、对人体危害小、价格便宜。蓝牙技术的一个很大的优势就在于它应用了全球统一的频率设定，消除了 “国界”的障碍，而在蜂窝式移动电话网领域，这个障碍已经困扰用户多年。另外，ISM频段是对所有无线电系统都开放的频段，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源 ，例如某些家电、无绳电话、微波炉等，都可能是干扰源。为此蓝牙技术特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方都按这个规律通信，而其
14、它的干扰源不可能按同样的规律进行干扰。跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术可将这个窄带成信的扩展成宽频带，使可能干扰的影响变得很小，与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙技术系统比其它系统更稳定 1。1.3 技术现状本系统融入了单片机技术和蓝牙无线通信技术。MCS-51 单片机应用领域非常广泛，已经渗透到我们生活中的点点滴滴，技术也非常成熟。如今单片微型计算机发生了巨大的变化，归纳起来有：1.单片机在片 ROM 应用技术得到发展。目前单片机已广泛使用在片存储器技术，最广泛应用的是 Otprom、Flasrom 及 Maskrom，提供了在线编程（ISP）和在应用可
15、编程（ IAP）技术，使系统开发技术更趋于方便、高效。2.全盘COMS 化。COMS 电路具有工作电压范围宽、极佳的本质、低功耗及功耗管理特性，因此已成为目前单片机及外围器件流行的半导体工艺。3.以串行方式为主的外围扩展技术得到发展。当前单片机外围器件普遍提供了扩展方便，灵活、电路系统简单的串行扩展方式。目前，蓝牙技术也日趋成熟，发展迅速，应用广泛自从 1998 年提出蓝牙技术以来，蓝牙技术的发展异常迅速。蓝牙 Bluetooth 作为一种新的短距离无线通信技术标准，受到全世界越来越多工业界生产厂家和研究机构的广泛关注。成立了世界蓝牙组织 Bluetooth SIG，采用技术标准公开的策略来推
16、广蓝牙技术，现已发展成为一个相当大的工业界高新技术标准化组织，全球支持蓝牙技术的 2000 多家设备制造商都已经成为它的会员，一项公开的、全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持在以往是罕见的 2。第二章 系统总体设计2.1 系统功能及配置2.1.1 系统功能车载系统到达路边系统的连接区域后，路边系统向车载系统发送信息代码，车载系统接收代码完毕后播放道路信息，从而使公交车驾驶员和乘客能够清晰的了解到站情况。2.1.2 系统配置根据系统功能以及设计单片机系统的要求，开发此系统需要以下主要配置：（1）开发环境：keil uVision2，Proteus 7.5，Windows7 系统（2
17、）开发语言：C 语言、汇编语言（3）硬件：STC89C52、STC89C54 ；蓝牙模块（主从） ；干电池；语音模块 WTV020-SD；扬声器（0.5W ，8 ）2.2 系统硬件结构本系统的硬件分为两个部分：路边系统的硬件和车载系统的硬件。路边系统和车载系统在硬件设计上为对等关系，即两个系统的硬件采用相同结构，这两部分系统的区别在于路边系统是车载系统的简化。路边系统和车载系统分别采用STC89C52和STC89C54作为处理器。STC89C51RC/RD+ 系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰 /高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051 单片机，12时钟/机器周期和6时钟/
18、机器周期可任意选择，最新的D 版本内部集成MAX810 专用复位电路。用户应用程序空间 8K/16K字节，片上集成512字节/ 1280字节RAM，ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序3 秒即可完成一片，通用异步串行口(UART) ，还可用定时器软件实现多个UART。在处理器周围，包括一些单独的模块和接口电路，用来实现本系统的预期功能。这些模块包括：（1）处理器模块，用来控制数据的收发；（2）存储器模块，用来存储语音；（3）蓝牙模块，用来实现无线通信；（4）音频模块，用来播放语音；（5）电源模块，用来给处理器和各模块供电。车载系统包括以上四个模块，硬件结构框图如图 2.1 所示。路边系统包括处理器模块、蓝牙模块、存储器模块和电源管理模块，硬件结构框图如图 2.2 所示。图 2.1 车载系统硬件结构图 2.2 路边系统硬件结构下面介绍系统的整机电路原理图，见图 2.3。图 2.3 系统的整机电路原理图2.3 系统总体流程在介绍系统总体流程前，首先介绍一下系统工作模型，如图 2.4 所示。
