1、 哈尔滨理工大学 毕 业 设 计 题 目： 智能公交报站器设计 院、 系： 自动化 学院 自动化 系 姓 名： 刘盛浩 指导教师： 宋清昆 系主任： 吕 宁 2017 年 06 月 23 日哈尔滨理工大学学士学位论文 - I - 智能公交报站器设计 摘 要 随着近几年中国经济 的飞速发展，人民的生活水平也 得到了显著的 提高 ， 越来越多的 中高等收入家庭购入了 轿车 作为代步工具， 人们的 出行条件也 得到了巨大的改善。 但在当前社会， 人们的出行方式仍然以公共交通工具 为主 。随着近年来各地政府大力发展 城市 的 公共交通 事业， 例如 修建地铁 和 新能源 公交车的使用 。 以公交车 为
2、例 ，前几年售票方式已从有人售票改变成无人售票 ， 近几年，公交车加入了语音报站系统 。 该系统通过 司机 控制，每到一站 ， 司机手动播放站点信息 ， 目前使用较为广泛， 但这种方法 不具备自动性。 当前新型号 公交车 具有 自动报站功能，但 新型号公交车 短期内不能 大量 替代传统公交车，因此 ， 研制出一款 具备自动报站功能且方便 安装在传统公交上的 自动报站系统十分 重要。 本 公交车报站系统采用语音报站方式进行 报站 ，通过 STC89C52 单片机控制语音芯片进行 报站操作， 报站过程不需要人工干预。该系统通过GPS 定位系统实时 获取公交车位置 ， 并根据当前公交车是否抵达 站台
3、区域来 判断 是否报站 。 关键词 GPS； STC89C52；公交报站；语音芯片 哈尔滨理工大学学士学位论文 - II - Intelligent bus stop reporting system Abstract With the rapid development of Chinese economy in recent years, peoples living standard has also been significantly improved, more and more in the higher income families purchase the car as a
4、 means of transport, people travel conditions have been greatly improved. But in the current society, peoples travel mode is still dominated by public transport. In recent years, local governments have been making great efforts to develop urban public transport, such as the use of subways and new en
5、ergy buses. To bus, for example, a few years ago, ticketing has been changed from someone ticket to unmanned ticketing, in recent years, the bus joined the voice reporting system. The system is controlled by the driver. At each station, the driver manually broadcasts the information of the station.
6、It is widely used at present, but this method does not have automation. The new type of bus with automatic stop function, but the new type of bus in the short term is not a lot to replace the traditional bus, therefore, developed a automatic stop function and convenient installation in the tradition
7、al bus automatic station report system is very important. The bus stop reporting system uses the voice reporting station for reporting stations, and the voice chip is controlled by the STC89C52 microcontroller for reporting station operation. The station reporting process does not require manual int
8、ervention. The system uses the GPS positioning system to obtain bus location in real time and determines whether to report station according to whether the bus arrives at the platform or not. Keywords GPS, STC89C52, Bus station, Voice chip 哈尔滨理工大学学士学位论文 - III - 目 录 摘要 . I Abstract .II 第 1 章 绪论 . 1 1
9、.1 研究目的及意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.3 本文主要研究内容 . 6 第 2 章 报站系统总体设计 . 7 2.1 报站系统总体架构 . 7 2.2 系统主要功能 . 8 2.3 GPS 解析 . 8 2.3.1 GPS 数据格式 . 9 2.3.2 GPS 应用 . 9 2.4 本章小结 . 10 第 3 章 报站系统硬件设计 . 11 3.1 硬件设计总体方案 . 11 3.2 主控制器设计 . 11 3.2.1 单片机最小系统 . 11 3.2.2 电源与下载接口 . 13 3.3 液晶屏幕 LCD12864 . 14 3.4 语音芯片 ISD4002 . 14
10、 3.5 本章小结 . 15 第 4 章 报站系统软件设计 . 16 4.1 软件总体设计 . 16 4.2 报站系统主程序设计 . 17 4.3 GPS 数据处理程序设计 . 18 4.3.1 GPS 数据的获取 . 18 4.3.2 GPS 数据的解析 . 18 4.4 LCD12864 屏幕显示程序设计 . 20 4.4.1 内部 寄存器说明 . 20 4.4.2 工作指令与时序 . 20 4.4.3 程序设计 . 21 4.5 ISD4002 语音模块程序设计 . 21 4.6 本章小结 . 22 哈尔滨理工大学学士学位论文 - IV - 第 5 章 公交报站系统的调试分析 . 23
11、5.1 软件调试环境搭建 . 23 5.2 硬件测试环境搭建 . 25 5.3 测试结果 . 26 5.4 本章小结 . 26 结论 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 附录 A . 31 附录 B . 37 附录 C . 错误 !未定义书签。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 1 - 第 1章 绪论 1.1 研究目的及意义 当前，我国国民经济发展虽然有所放缓，但整体推进势头依然强劲，城市化、工业化进程不断加速，各级各类城市成为人口的集中地，这一基本态势导致我国城市交通需求总量猛增。国内汽车化水平随着国家整体实力也提升连年走高，全国民用汽车尤其是小汽车，成为城市车辆的主体。我国城市交通
12、拥堵、阻塞现象因此也在日益凸显，车辆尾气排放导致的环境污染、交通事故频发等，均让社会各界开始把更多的目光投向机动车。城市经济可持续发展、城市公众生活水平质量已经受到城市交通问题的已严制约 1。解决这一问题的基本出路在于既有交通资源利用效率最大化。因为具备了相对污染少、能源消耗低、人均占用面积小运送效率高、运载量大等现实发展优势，城市公共交通可以高效利用交通资源，让城市交通压力得到有效缓解 2。所以，城市交通问题处理的核心环节在于：让公共交通工具成为公众出行的首选。不过，想使公众自愿搭乘公共交通工具出行，公共交通服务质量必须要全面提升，把公共交通的快捷、可靠、省钱和方便真正植物公众内心。所以，进
13、行现代公共交通管理系统开发与建设，把公交管理全面改善，实现公交服务质量提升，将城市交通状况整体改善，成为城市交通问题解决的核心。大城市公交系统自 80 年代中期 以来出现萎缩现象。 90 年代伊始，大部分城市中，乘公交出行居民比例由当初的30%变为不足 10%。企业生存、发展与服务质量缺少内在联系，经济与运营效率之间脱钩，公交企业主生存发生必须有政府财政补贴，这导致公交业主始终处于亏损状态，这是公交发展不进反退的基本原因。近年来，中国城市化发展速度加快，城市公交建设总体来看进展明显，不过，经济社会发展始终超前于城市公共交通的总体局面并无改观。分析表明，国内公交车数字电视业务通常没有站点附近酒店
14、、景点等信息提供，通常用于广告播放，智能交通系统等也因此得以问世。人工手动报站是 国内公交报站器的主流，当前只有哈尔滨、上海、南京、广州中山等城市在使用 GPS 语音自动报站系统。价格昂贵的 GPS 定位系统自动报站器让其普及受阻。传统公交运营系统管理模式与设备的不足之处比较多。城市建设和发展的一个主体构成就在于城市公共交通 ,其不但是政府管理水平的集中体现，也能把各城市的风土人情、形象与风貌清晰的展示出来，可以创造更多的社会效益与经济效益。日益完善的 GPS 技术不断降低着 GPS 产品价格。能完成语音自动播报、定位精度高等 GPS 语音报站系统已具备研发与普及的基本条件。不过，从语音报站技
15、术来看，高楼、树 木、桥底等相对封闭场所哈尔滨理工大学学士学位论文 - 2 - 会对信号接收产生影响，有时甚至接收不到，这些直接制约了这项现代科技的服务能力。城市地理信息系统， GPRS 无线通信网和 GPS 定位的结合体会成为这一领域未来发展的基本走势。 国内外的语音报站技术分类有以下几种：一是语音报站器，公交车出行过程不受影响，在公交车即将到站前需要由乘务人员按动报站按钮方可报站。原理为先将我们预先需要的站点按照顺序依次输入进去由报站人员注意是否到站来按动报站按钮，在经由语音芯片进行播放语音。这种方法的优点是设计简单，没有过于成熟的功能，制造的成本也是十分低廉，非常 适合三线城市 及县、镇
16、、乡等城市去实现报站功能。但这种方法的缺点也同样十分明显由于需要人工来进行报站的功能这就对于司机有了一定的要求，出现误报、忘报的概率会提高 3；二是门控语音报站器，这种是将开门、关门时的转换信号发送到单片机，再由单片机与语音报站器连接，开关门来发送信号进行报站。该方法兼有语音报站器的设计简单、制造低廉的优点，同时还无需人工的额外操作。该方法的报站较为准确。缺点是当车门开关时就已经到站，无法做到提醒人们站点即将来做准备。三是无线信标语音报站器，它是在每个公交车站点设置发射信标点，公交车 临近到站点左右会收到信标信号，开始自动报站，出站后信号消失，开始预报下一站。此方法优点十分明显，报站十分准确，
17、对人工的要求减少很多。缺点也很明显虽然此报站器报站准确，但需要为每个站点组建无线发射信标，建设复杂、费用高，大部分站点无电源供应，公交车数量多时存在频率干扰问题，且较严重，用户修改站点非常不方便，系统维护成本高 4；四就是 GPS 自动语音报站器，此报器是在公交车上安装 GPS 自动语音报站器，当车即将到达站点时即可收到 GPS 信号，识别后经由语音模块播放录好的音频。该方法报站精准，无须人工操作，无须建设任 何车外设施，极大减少司机的工作量，被广泛使用 . 故本设计采用基于 GPS 的公交报站 5。 1.2 国内外研究现状 国外的研究现状 1.日本 VICS 上世纪 60 年代， ITS 研
18、究工作已在日本启动，东京在 1970 年时完成了 VTCS（车辆交通控制系统 )配置， CACS（综合汽车控制系统 )研发于1973-1978 年间在该国展开，第一套导航系统于 1981 年由本田公司正式售出， Accord 轿车成为第一款安装导航系统的机动车。 CRT 技术于 1987 年被日本丰田汽车公司配置在 Crown 轿车中，用于地图显示，对于汽车领域内来，这同样尚 属首次。基于民间企业、团体的由智能交通运输系统相关的机构、行业与学术组织组成的日本 VERTIS（道路交通车辆智能化推哈尔滨理工大学学士学位论文 - 3 - 进协会）于 1994 年 1 月正式宣告成立，该协会还和日本政
19、府 5 个相关省厅组成了联席会议制度。智能交通运输系统和系统结构的全面计划于 1996年 7 月被日本政府的这五个省厅联合推出，日本智能交通运输系统设计与开发以及该国智能交通系统的长远目标也就此得以确立，其将九个发展区域多达二十种用户服务项目悉数涵盖其中 6。发展区域主要有支持行人和支持紧急车辆管理、提高商业车辆的管理、支持公共交通、提高交通管理的 效率、最佳交通管理、安全驾驶系统、电子收费系统、导行系统。这方面的典型是：车辆信息与通讯系统（即 VICS）， VICS 的应用始于 1996年 4 月，自此，其应用范围不断扩大，日本国内各主要城市与高速公路均可以找到 VICS。日本现已全面建成
20、UTMS（全球交通管理系统 )， VICS、定点公交车优先交通信号控制和公交优先系统是其实现的载体，车辆运行管理系统（基于 UTMS）也于横滨冬季奥运会（ 1998）上得到验证。日本气象协会、日本 A- works、丰田、日本电装 (DENSO)、日本电气株式会社(NEC)、名古屋大学等机构 于 2001 年正式组成了 P-DRGS 协作团体，矢志交通信息系统（基于浮动车）研发与测试，在分析超过 1500 台出租车后，将位置等数据提供出来，以此完成配车支援，并把触摸屏式信息服务技术提供给出租车乘客 7。 VICS 现已在日本全国普及，能实时发布诸如天气状况和交通事件，停车场信息，旅行时间预测，
21、实时路况等在内的多种出行信息服务。将该国的交通环境、通畅和安全进行了本质性改观。截止 2006 年 3 月，安装VICS 系统的汽车达 18000000 辆。富士 Chimera 的曾将 ITS 市场进行了系统服务、路车间通信基础设施、车载 设备划分，并就此展开调查。结果表明，日本 ITS 市场规模在 2004 年时是 8461 亿日元，如果折算成人民币的话，是 651 亿元。预计，这个数字在 2010 年会在 1.71 万亿日元以上，也就是在 1315 亿元人民币以上，和 2004 年相比，增幅将达到 102%，这方面增长最快的就是系统服务。 2 欧盟 ERTICO-TMC 20 世纪 70
22、 年代初，与 ITS 相关的讨论开台在欧共体出现。德国大众与博世公司于 70 年代中正式启动了路车通讯导航实验计划。在时任法国总统密特朗倡导下，欧洲 19 国于 1988 年将尤里卡联合开发计划全面启动，斥资 50 亿 美元，进行横跨欧洲的智能化道路网构建是该计划的主旨，基于科研成果与现实使用之间转化时间最短，通讯、电子和汽车业等民间企业与欧盟委员会正式成立 ERTICO（欧洲道路运输信息通讯合作组织），欧盟外国家政府与中央、地方与产业界间联络工作由其负责。作为欧盟委员会的一个咨询性部门，欧洲道路运输信息通讯合作组织的主要职责是战略实用计划制定，全面促进标准化工作发展 8。 对全欧洲应用 IT
23、S 进行促进与支持，进行理想交通环境构建与营造，获得相应的经济收益等，是欧洲道路运输信息通讯合作组织的使命。由于哈尔滨理工大学学士学位论文 - 4 - 少了部门及政府、国家间约 束，在欧洲道路运输信息通讯合作组织推动下，企业及机构之间合作效率不断提升，欧洲 ITS 大市场已基本形成。 RDS-TMC、 TrafficMaster、 EURO SCOUT、 SOCRATES 为欧洲当前极具代表性的几种交通信息系统。而使用范围最大、应用最成功的大规模交通信息解决方案是 RDS-TMC。 RDS 属于数据广播系统欧洲标准，由EBU（欧洲广播联盟）于 1984 年制定推出。数字编码系统是交通信息频道（
24、 Traffic Message Channel， TMC）的本质。 涵盖被盗车辆跟踪、车辆行车时间预测在内，基于浮 动车数据的交通信息服务由英国 ITIS 公司于 2003 年推出，系统约有 5 万辆浮动车数量，德国 VISUM Online 的内核算法将交通事故数据、浮动车（ FCD）数据和检测器数据融于一体，是一种现代 ATIS（出行信息系统）的理想载体，能通过网络直接发布 VISUM Online 所得信息； Trafficmaster 是欧洲实时交通信息提供商，其主要业务是固定探测数据，同时可以提供浮动车数据，以此服务于固定或移动网络、移动电话服务、车载设备提供服务。动态交通信息服务
25、（基于浮动车）测试当前正在荷兰、丹麦等国展开 9。 3 美国 ITS 早在 60 年代，电子导行系统计划被美国提出，其实质就是利用路车双向通讯技术，引导或提示驾驶员完成最优行车路线选择。囿于联邦议会约束，该计划当时未能实施。及至 80 年代后半期，受欧洲、日本等国影响， ITS 在美国进入了实质性发展阶段。 国内 研究现状 当前，汽车已经成为国人工作、生活的必备工具，在可预见的未来数年，我国汽车增速会依旧处于显著增加态势。车载 GPS 系统的市场空间、潜力极为巨大。乐观估计，国内 GPS 系统需求量年均增幅将超过 30%。兼具防盗、定位、导航等功能是车载 GPS 技术的突出优势，日本、欧洲、北
26、美等国家或地区， GPS 应用已经普及，各类 GPS 市场中，汽车导航销售额排名第一。市场规模、技术应用等，是国内车载 GPS 市场传统约束因素。近年来，我国产品与技术水平不断发展完善，汽车市场进步尤其明显，车载 GPS 市场同样因此迎来了规模发展阶阶段。和 GPS 关联密切的电子地图及其它动态内容的进一步完善，将会持续提升 GPS 实用性，并在实质上促进国内汽车市场发展呈现显著增加态势。静态导航会被动态导航最终替代。 数据显示，中国汽车导航市场目前正处发轫时期，现实需求量估计在550000 台左右，若 按 4000 元 /台标准价格核算，在未来 3-5 年，百亿元市场规模即将形成。国务院发展
27、研究中心提供的预测数字显示，当前，中国私家车保有量为 45000000 多辆。到 2010 年，这个数字会改写成 56690000辆，而到 2020 年，将会是 131030000 辆。中国 GPS 协会发布的相关报告表明，汽车自主导航系统在 2010 年时将有 1000000 台销售量， 5000000 台哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 保有量。国内车载 GPS 市场发展潜力由此可见一斑。 中国是全球汽车市场增长的重点国家，对全球市场来说，国内导航系统市场已经开成了一定的决定性影响力。卫星导航车 辆应用在国内的发展趋势主要表现在：车辆监控系统的需求倾向已在市场中大量出现，应用服务与产
28、品质量提升是此项技术发展的关键，专业应用尤其如此；国内的导航系统，尤其是车载导航仪等的系统集成、服务、产品及技术已经有显著进展，短期内，批量市场有望快速形成；几乎和车辆应用系统发展保持同步状态的信息服务产业同样已在各地许多城市陆续形成规模，未来数年，势力成为产业发展的一股主导量力量；车辆导航与监控合 2 为 1 成为这类产品发展的基本趋势；卫星导航车辆应用的广度、深度、多元化同步发展现象会在国内陆续出现 10。 2.2 车载 GPS 市场的发展空间 调整表明，尽管我国 GPS 市场规模多达数百亿元，但国内只有不足 5%车辆配置了车载导航系统。 汽车业发展对车辆导航产业具有决定性功能。国内 GP
29、S 导航市场潜力明显优于西方国家。截止 2007 年 12 月，日本、欧美汽车车载导航安装率分别是 59%、 25%，我国不足 5%。日本、欧洲、北美等地的汽车导航销售已经呈规模化发展现实，占居了各种 GPS 市场排行榜首位，国内 GPS技术才刚刚开始。日本相关机构表示，中国车载产值到 2010 年时，最低会在 200 亿元人民币以上。因此，各类导航产品被许多商家推出。 2.3 北京车 载动态导航市场概况 国内动态导航服务业正处商用测试阶段。传统静态导航技术还在手机导航产品、导航仪中采用，产品普及率只有 2%，使用粘性不足。而北京动态导航信息服务调研数字表明，有多达 70%的司机对具备动态导航
30、功能的导航仪有消费欲望，市场潜力诱人。 我国诸如北京智能交通数据采集处理发布一类的核心技术现已基本具备与国际技术水平媲美能力，测试的数据质量结果表明，准确率、覆盖率分别达到 84.5%、 74.2%，准商用水平基本具备。从产业链打造、推动来看，由科研机构、信息服务提供商、电信运营商、软件厂商、地图厂商、终端厂 商组成的交通信息产业联盟基本成形，密切协作、共建行业标准的条件已经具备 11。 在汲取他国先进经验和技术前提下，国内动态交通信息行业标准更应以我国城市交通特点为抓手，由此制定出完整、先进的行业标准。这项工作也在政府主导下，已经基本制定成功，并正式投入使用，经过 2008 年北京奥运会及随后的相关实践测试，结果表明，其对未来动态导航技术将发生极大的促进功能。
