1、基于单片机的公交车自动报站系统设计【摘要】随着多媒体技术和网络技术的发展，许多旧的生产生活方式逐渐被新技术代替，本文就针对公交车报站问题提出了解决方案。系统使用单片机 AT89C51来控制语音合成芯片 ISD4004和液晶显示模块 LCD1602以及无线收发模块 PT2262/PT2272。语音合成芯片 ISD4004,采用模拟数据半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟语音数据直接写入单个存储单元，不需经过 A/D、D/A 转换，因此能够较好地真实再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩造成的量化噪声和失真现象。配合液晶屏显示，就使得该报站系统更加实用，实现报站的准确性、及时
2、性、稳定性和操作简单、方便、智能等特点。【关键字】单片机，语音提示，文字显示，公交报站1ABSTRCTWith the development of multimedia technology and network technology, many of the old way of production and living is gradually replaced by new technology, this paper will put forward the solutions for the bus stops. System using single chip microco
3、mputer AT89C51 to control the speech synthesis chip ISD4004 and LCD1602 LCD display module and wireless transceiver module PT2262 / PT2272. Speech synthesis chip ISD4004, patented technology of semiconductor memory storage directly using data simulation, the simulation of voice and data directly int
4、o A single storage unit, do not need through A/D, D/A conversion, thus can reproduce the voice better real natural effect, avoids the general solid voice circuit for quantitative and quantitative noise and distortion caused by compression. Cooperate with LCD display, makes the paper station system m
5、ore practical, realize the stops the accuracy, timeliness, stability, and the operation is simple, convenient, smart, etc. KEY WORDS：Single-chip Microcomputer, Audio Prompt, Character Display, Bus-Stop 目 录第一章 绪 论 .11.1 本课题的研究意义 .11.2 目前几种公交车报站器详细比较 .11.2.1 GPS 公交车自动报站器 .11.2.2 手动式公交车自动报站器 .11.2.3 基于
6、单片机的公交车自动报站系统 .2第二章 系统方案的确定 .32.1 系统主要要实现的功能 .32.2 无线传输模块的选择 .32.3 控制模块的选择 .32.4 液晶显示模块及语音模块的选择 .32.5 系统整体硬件电路的确定 .3第三章 系统功能模块详细介绍 .53.1 单片机 AT89C51.53.1.1 管脚说明 .73.1.2 外部晶振的选择 .83.1.3 复位电路 .83.1.4 按键电路设计 .93.2 无线收发模块 PT2262/PT2272.103.2.1 PT2262/PT2272 引脚图 .103.2.2 PT2262/2272 接线图以及工作原理 .123.2.3 无线
7、数传模块 F05V/J05V.133.3 显示模块 LCD1602.143.3.1 排阻 Respack-8.143.3.2 LCD1602 的引脚定义 .143.3.3 液晶 LCD1602 常用的 11 条指令 .163.4 语音模块 ISD4004.183.5 蜂鸣器和 LED 指示灯 .20第四章 系统程序设计 .214.1 系统仿真主程序流程图 .214.2 程序子函数模块 .224.2.1 延时函数 .2214.2.2 检查忙函数 .224.2.3 写指令函数 .224.2.4 写数据函数 .234.2.5 光标位置函数 .234.2.6 初始化函数 .234.2.7 其他数组定义
8、以及端口定义 .234.3 主程序流程图 .24第五章 系统仿真实现 .285.1 开发环境 KeilC51 介绍 .285.2 仿真环境 PROTEUS 介绍 .285.3 仿真运行结果截图 .285.4 仿真结果 .29结 束 语 .31致 谢 .33参考文献 .34附录 A 系统仿真全部代码 .35闽南理工学院本科毕业设计1 第一章 绪 论1.1 本课题的研究意义近些年来，随着城市人口的不断增加，人们生活节奏的不断加快，公交车在大城市以及中小城市已经普及，并且有了日新月异的发展，在人民生活中起着重要作用，因此，公交车的正常运行与人们的正常生活息息相关。传统公交车报站大多是由乘务人员来人工
9、报站，但是因为方言的差异或者人多时语音嘈杂，这种方式不利于人民生活的和谐。所以根据这种需要市面上产生流行了多种公交车报站器也方便人们的生活。目前虽然现在在一些大城市的公交车上已经采用 GPS 定位系统自动报站，但其造价昂贵，难以在一些中小城市实现普及。另外，现在也有一些城市正在使用的一种半自动语音报站系统，这种系统需要由司机在车子进出站的时候人工操作，由于这两个时间点往往是路面情况最复杂的时刻，因此也给行驶中的车辆带来了安全隐患。所以本设计针对目前常见公交车报站系统的主要缺陷，研究介绍了一种基于单片机控制的公交车自动报站系统，实现在到站时的自动语音报站和 LCD 液晶显示，而且该系统造价廉价，
10、可以在中小城市中普及。1.2 目前几种公交车报站器详细比较公交车对社会影响巨大，对城市发展起着最基本的推动作用。随着公交车的不断普及市面上也出现各种各样的公交车报站器，现在市面上流行的几种报站器主要有下列几种类型：1.2.1 GPS 公交车自动报站器利用 GPS 全球卫星定位系统的公交车报站系统，在司机座位后面隔板上，安装了一台 15 英寸的液晶电视和 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到站站名的字幕，这样如果没听清报站的话，通过显示屏，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，以短信的形式传送到显示屏上，同时车
11、载台会发出相应的提示音；驾驶员也可以通过相应的工具进行回复。目前在美国部分城市 GPS 卫星定位系统已经投入使用，国内也有此类闽南理工学院本科毕业设计2 产品的研制开发，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。1.2.2 手动式公交车自动报站器手动式公交车自动报站器通过主机上的汉字显示器，显示当前车站名称，即将达到站名指示功能；通过主机屏幕的显示，可直观的观察到进站和下一站信息；通过按键，可播放进站，出站，服务用语等语音。但是该种报站器需要由司机在车子进出站的时候人工操作，由于这两个时间点往往是路面情况最复杂的时刻，因此也给行驶中的车辆带来了安全隐患，不利于公交车的安全
12、行驶。1.2.3 基于单片机的公交车自动报站系统基于单片机的公交车自动报站系统，而这种系统又大致分为两种技术支持。其中一种的技术关键是对车轮转轴的转角的脉冲进行计数，将计数值与预置值对比，即可确定报站时刻，达到准确自动的目的。该方式应用单片机的高速计数器端口进行脉冲计数，以距离来控制报站时刻，首次实现了模糊控制，改变现有设备的不足。做到简单实用自动化程度高。传感器在公交车上的应用极大的提高了设备功能。另外一种基于单片机的公交车自动报站系统就是利用编码解码芯片 PT2262/PT2272进行解码编码，利用无线数传模块 F05V/J05V 和天线进行发射和接收来实现的。在每个站牌上设置一个编码发送
13、装置 PT2262 和无线数传模块 F05V，通过公交车上设置的接收装置 J05V 和译码装置 PT2272 进行译码并传输到单片机。发送装置按照延时 3 到 5 秒不断发送信号，公交车在距离站牌 10 到 20 米的时候就能接收到信号，然后根据程序来实现语音报站，LCD 液晶显示。这种报站系统软件编写比较简单，也容易修改，并且芯片价格低廉，大批生产能够获得比 GPS 系统达到更高的性价比，是公交车自动报站系统的较佳选择。综合上述各种公交车自动报站系统，本设计选择了基于单片机的公交车自动报站系统，并利用无线数传模块来实现公交车的自动报站。闽南理工学院本科毕业设计3 第二章 系统方案的确定2.1
14、 系统主要要实现的功能该系统应实现无线信号收发确认，到站时的公交车站名的液晶显示以及自动语音提示。系统的硬件设计中应充分考虑了性价比，用最少的器件设计出满足要求的硬件电路。本次设计主要是完成实现基本的仿真，该系统仿真电路的总体结构以 51 单片机为核心，由模拟接收电路、LCD（Liquid Crystal Display,液晶显示屏）显示电路等组成。2.2 无线传输模块的选择PT2262/PT2272 集成芯片。方案采用低功耗、低价位、通用编解码电路，发送用高 的达林顿管，所以在灵敏度和抗干扰性方面有保障。无线数传模块 F05V/J05V（典型遥控应用电路）：F05V 采用的 SMT 工艺，优
15、点是低电压微功率、体积小、低功耗发射模块，适合单片机数据传输以及短距离无线遥控报警。J05V 作为接收模块优点是低电压、体积小，两者连接在 PT2262/2272 配合使用2.3 控制模块的选择所学专业课中学习过 51 单片机，并且单片机体积小，重量轻，具有很强的灵活性而且价格便宜，所以控制模块选用单片机。2.4 液晶显示模块及语音模块的选择随着科学技术的日益发展和进步，微型计算机已经在很多领域得到广泛应用。LCD 与微机技术结合，比传统的 LED 显示效果更佳。所以结合公交车报站的使用特点和运营环境，设计一种由单片机控制、LCD 显示的公交车报站显示系统。公交车报站显示系统的设计应用单片机，
16、LCD 显示，使到站信息及提示信息以显示的方式告知市民，为市民提供人形化、完美的服务。所以本次设计中重点使用了 LCD1602 液晶显示模块闽南理工学院本科毕业设计4 AT89C51单片机产生周期信号鉴于使用 Proteus 仿真，在仿真中使用蜂鸣器代替语音模块，使用蜂鸣器的连续间断发声作为提示。为了以后实际需要，在文章中介绍了常用的语音模块 ISD4004。2.5 系统整体硬件电路的确定根据系统要实现的功能，以及各个模块的选择，确定了整个报站系统主要组成部分分为两个模块。发射模块即电子站牌部分主要由 AT89C51 单片机，PT2262 编码装置，无线传输模块 F05V 和天线组成。接收控制
17、模块即车载部分是主要部分，选择 AT89C51 为核心的控制器，PT2272 译码装置和无线数传模块 J05V 以及天线作为接收信号装置，语音录放芯片 ISD4004 组成的语音播放电路以及 LCD1602 液晶显示屏构成液晶显示模块。系统各部分框图如下图所示。图 2-1 公交车站牌发射部分方框图图 2-2 公交车车载接收部分方框图公交车自动报站系统就是利用编码解码芯片 PT2262/PT2272 进行解码编码，利用无线数传模块 F05V/J05V 和天线进行发射和接收来实现的。在每个站牌上设置一个编码发送装置 PT2262 和无线数传模块 F05V，通过公交车上设置的接收装置 J05V 和译
18、码装置PT2662信号发射PT2272信号接收LCD1602 液晶显示ISD4004 语音模块晶振，外部中断复位电路按键控制AT89C51单片机控制无线数传模块F05V通过天线（Antenna）发射信号，间隔 5 秒。接收天线接收无线数传模块J05V闽南理工学院本科毕业设计5 PT2272 进行译码并传输到单片机。发送装置按照延时 3 到 5 秒不断发送信号，公交车在距离站牌 10 到 20 米的时候就能接收到信号，然后根据程序来实现语音报站，LCD 液晶显示。发射部分通过编码芯片 PT2262，无线数传模块 F05V 和天线不停发射周期信号，发射的一个周期的内容包括本站点的地址、站名等信息的
19、编码信息。当公交车行驶进人该信号范围内，车载部分的通过天线，经无线数传模块 J05V 和 PT2272 译码就会接收到这个编码信息，单片机将编码信息处理后，向显示模块和语音模块发送对应的信息，就能实现液晶显示屏显示对应的站名和语音报站，完成自动报站。第三章 系统功能模块详细介绍3.1 单片机 AT89C51随着计算机技术的发展，单片机技术已成为计算机技术中的一个独特的分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色。纵观单片机发展的 30 多年来，单片机正往多功能、高性能、高速度、低电压、低价格、低噪声、低功耗、小体积、大容量、专用化和外围电路内装化的
20、方向发展。单片机的出现使的过去经常采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，转变成现在用单片机予以实现，并且传统的电路设计方法演变成硬件和软件相结合的设计方法，并且许多电路设计问题将转化为纯粹的程序设计问题。诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想，是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑微控制器通常将主要的组成部分集成在一个芯片上，就是把中央处理器（CPU） 、随机存储器（RAM） 、只读存储器（ROM） 、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要部件集成在一个芯片上。AT89C51俗称单片机，可擦除只读存储器可
21、以反复擦除1000次。主要特性：1、一个CPU，一个片内振荡器以及时钟电路， 2、4K（RAM）程序存储器，闽南理工学院本科毕业设计6 3、128B（ROM）数据存储器4、21个特殊功能寄存器5、数据能够保存的时间：10年6、与MCS-51指令相兼容7、32个可编程I/O线（4个8位并行I/O端口）8、16位定时器/计数器有两个9、5个中断源，两个优先级嵌套结构10、一个可编程全双工串行接口11、低功耗的闲置和掉电模式12、片内振荡器和时钟电路尽管目前单片机种类多，各类单片机的指令系统各不相同，功能各有所长，但市场占有率最高的是51系列单片机。单片机体积小，重量轻，具有很强的灵活性而且价格便宜，得到越来越广泛的运用。例如工业控制领域、家电产品，智能化仪器仪表，计算机外部设备，特别是机电一体化产品中都有重要的用途，其中的51单片机系列发展规模最大。51单片的运用广泛，并且具有优异的性能价格比，集成度高，体积小，有很高的可靠性，并且控制功能强。所以是核心控制期间的最佳选择。
