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1、公交车自动报站系统的设计摘要根据 AT89C51 单片机的特点和公交车报站器的特点，本文提出了一种用单片 机控制语音芯片进行公交车语音自动报站的方法。同时给出了软硬件设计的方 法，设计过程中包括硬件电路设计和软件程序编写两个方面，解释了单片机在应 用过程中的方法和可能出现的问题。本文主要介绍硬件电路设计部分。利用 AT89C51作为控制器，通过ISD4004语音芯片建立语音信息库，形成变化多样的 语音信息，利用其功放播放语音信息以及提示语音，同时运用LED数码管进行站 数显示。当公交车到达某站点，用键盘控制本系统工作，通过语音电路输出语音 信息和提示，同时站数信息在LED数码管上显示。整个系统
2、硬件设计包括键盘电 路、复位电路、显示驱动电路、显示电路、内存扩展电路模块。本系统很大程度上提高公交车报站的准确性，可靠性。提高了公交系统的服 务质量。促进城市经济发展和交通变化的和谐发展。关键词：AT89S51单片机，ISD4004语音芯片，LED数码管，自动报站目录第一章 绪 论 11.1 课题研究的背景及意义 11.2 报站器的动态发展趋势 11.3 设计的主要目标任务 21.4 技术指标 2第 2 章 方案的选择与论证 32.1 方案比较 32.1.1 方案一 32.1.2 方案二 42.2 方案选择 4第 3 章 硬件电路的设计 53.1 主控电路的设计 53.1.1 关于 AT89
3、C51 单片机 53.1.2 振荡器电路的设计 83.1.3 复位电路的设计 103.1.4 电压变换电路的设计 133.2 脉冲检测电路的设计 143.2.1 霍尔器件简介 143.2.2 光电耦合器简介 153.2.3 脉冲检测电路的设计 163.3 语音输出电路的设计 163.3.1 关于语音芯片 163.3.2 录音、放音电路的设计 213.4 LED 显示电路的设计 243.4.1 LED 显示器件简介 243.4.2 6116 芯片简介 273.4.3 LED 点阵汉字显示电路的设计 283.5 总电路图设计 29第 4 章 软件设计 304.1 主控程序的设计 304.1.1 流
4、程图 304.1.2 程序清单 314.2 语音报站程序的设计 344.2.1 流程图 344.2.2 程序清单 354.3 LED 汉字显示程序的设计 40第1章 绪 论随着科学技术的日益发展和进步, 无人售票公交车在街头多起来了，语音报 站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许 多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。1.1 课题研究的背景及意义公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响 服务的质量。传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大， 在很多大城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的日益发展和进步，微型计算 机技术已经在
5、许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语音芯 片相结合，即可完成语音的合成技术，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为 市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车报站系统的不足之处，结合公交 车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车自动报站系 统1。公交车自动报站器的设计主要是为了弥补改变传统语音报站器必须有司机 操控才能工作的落后方式，进站、出站自动播报站名及服务用语，为市民提供更 人性化，更完善的服务2。1.2 报站器的动态发展趋势公共汽车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整 车外形乃至色彩都有更高的要求。作为公共汽车还要求有醒目和减少
6、乘务人员劳 动强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技 术的采用也将越来越普及。公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公交车的服 务质量。目前公交车报站有三种方式，一种是利用 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，同时车载台会发出相应的提示音；驾驶
7、员也可以通过相应 的工具进行回复3 。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。另外两种是手动电子报站和人工报站的方式，而它们都离 不开司务人员，加大司乘人员的工作强度。手动电子报站一般有司机或者乘务员 控制，经常出现错报，误报的情况4。城市公共交通是市民出行的主要交通工具之一。提供舒适，安全、便捷的乘 车环境，对于公交企业来说，不仅是应尽的责任，亦是不断追求的目标5 。1.3 设计的主要目标任务本课题要求设计一公交车自动报站系统，以实现公交车的语音自动报站，即 在进站、出站时候自动播报
8、语音提示信息及服务用语，同时利用 LED 点阵电路 进行汉字显示。本设计要求利用 AT89C51 作为主控芯片完成主控电路的设计， 辅助电路要求包括语音电路、汉字点阵显示电路、电源电路等。1.4 技术指标工作电压 24V静态功耗-6W音频输出工10W信噪比 34DB系统容量 可容纳300个站点信息和8分钟语音广告信息环境温度-30 C80 C最大广告条数 100条第 2 章 方案的选择与论证公交车自动报站系统的设计主要是对里程计数来控制报站时刻，进站、出站 自动播报站名及服务用语，准确、及时、完全不需要人工介入。本章介绍了两种 不同的方案，并将其进行对比。2.1 方案比较2.1.1 方案一公交
9、车站自动报站器的设计，对车轮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。以 AT89C51 为主控芯 片，对外来脉冲计数，结合语音芯片ISD4004输出语音。系统由脉冲检测、脉冲 计数、CPU控制、控制信号、语音芯片、输出显示等组成。原理框图如图2.1所 示。图 2.1 原理框图1. 脉冲检测：该系统关键是对转轴所转过的圈数进行计数，考虑到车辆将 在复杂的 环境中运行，故采用可靠的霍尔元件 DN6848 作为信号的采集装置， 再经光电耦合器 4N25 输入给单片机。2. 脉冲计数：光电耦合器的信号进入 C51 后，采用中断方式对脉冲计数。 外部晶振 1
10、2MHz。3. CPU 控制：程序中将计数值于预置值进行比较，判断是否到站，当到站 时就输出信号控制语言芯片进行报站。4. 控制按键：用于手动控制、手动调整、预置值的输入等5. 语言芯片：由专用语音芯片 ISD4004 组成，可擦写，便于在不同公交线 上使用。6. 输出显示：LED点阵汉字显示。7. 预置存储：采用两种方式存储，一种是在烧写器上将数据写入，另一种 是在车上，单片机处于输入状态，车辆行驶一遍，将站与站之间的脉冲数写入片 内。2.1.2 方案二利用 8031单片机作为 CPU 来进行总体控制，当汽车到达某站时，汽车司机 通过键盘来控制本系统进行工作，并且，系统将使用状态指示电路，向
11、司机指示 出当前的行驶方向及站号（如与实际方向不符，司机可通过键盘来调整）。原理 图框图如图 2.2 所示。图 2.2 原理框图本系统使用8031作为CPU,由CPU来控制语音合成芯片TC8830AF,使其 工作在CPU控制模式下。当系统进行语音再生时，由CPU控制语音合成电路中 的语音芯片来读取其外接的存储器内部的语音信息,并合成语音信号,再通过语 音输出电路，进行语音报站和提示。CPU同时通过程序读取汉字信息，送入LED 点阵显示电路来进行汉字提示。当系统进行语音录制时,语音信号通过语音输入 电路输入给语音合成电路中的语音合成芯片，由语音合成芯片进行数据处理，并 将生成的数字语音信息存储到
12、语音存储芯片中，从而建立语音库。2.2 方案选择将方案一与方案二进行比较，方案二是采用 8031 单片机控制，通过键盘来 控制报站时刻，并不完全符合设计的要求，它仍然需要操作员员手动控制，所以 本课题决定选用方案一，它使用 AT89C51 作为主控制芯片，通过对里程的计数 来控制报站时刻，完全无需人工介入，选用的语音芯片是美国 ISD 公司的 ISD4004，该芯片与其它语音芯片相比较，其语音音质好，录放时间长。第3 章 硬件电路的设计公交车报站系统主要由四个部分组成，即主控电路、脉冲检测电路、语音电路以及LED点阵汉字显示电路。各部分电路的设计在本章中做了详细的说明。3.1 主控电路的设计3
13、.1.1 关于 AT89C51 单片机AT89C51单片机的结构框图如图3.1所示。它主要由下面几个部分组成：1 个8位中央处理单元（CPU）、片内Flash存储器、片内RAM、4个8位的双向 可寻址I/O 口、1个全双工UART （通用异步接收发送器）的串行接口、2个16 位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟 电路。在AT89C51单片机结构中，最显著的特点是内部含有Flash存储器，而在 其他方面的结构，则和Intel公司的8051的结构没有太大的区别。外部中断计数器输入图 3.1 AT89C51 单片机的结构框图3.1.1.1 主要性能1. 与 MCS-
14、51 兼容2. 4K 字节可编程闪烁存储器寿命：1000 次写/擦循环 数据保留时间：10年3. 全静态工作：0Hz-24Hz4. 三级程序存储器锁定5. 128*8 位内部 RAM6. 32可编程I/O线7. 两个 16 位定时器/计数器8. 5 个中断源9. 可编程串行通道10. 片内振荡器和时钟电路另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz,并提供 两种可用软件来选择的省电方式 空闲方式(Idle Mode)和掉电方式(Power Down Mode )。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行 口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器
15、停止工作，由于时钟被“冻 结”，使一切功能都暂停，故只保存片内 RAM 中的内容，直到下一个硬件复位 为止。3.1.1.2 引脚功能说明AT89C51引脚图如图3.2所示。VCC：供电电压。pi. o c Pl. 1 L Pl. 2 I：Pl. 3 EPl.4 CPl. 5 I：Pl. E I：Pl. 7 I： RESET L EXD/P3. 0 I： TKD/P3. 1 E INT0/P3. 2 I： im/P3. 3 匸T0/P3. 4 I： n/P3. 5 匸 E LiiD/P3. 7 I： 图直2匸 KTAL1 I： PDIP Vee E01234567-3012 3 4 5G-II0OI-11111111 1203876543210387654433333333332222221 VccPO. O/ADO PO. 1/AD1PO. 2/AD2PO. 3/AD31 PO. 4/AD4 PO. 5/AD5PO. 6/AD6 PO. T/AD7EA/VddALE/PWPSEN1 P2. T/AD15 P2. 6/AD14 1 P2. 5/AD13 P2. 4/AD12 P2. 3/ADU脚图
