基于单片机的公交车智能语音显示系统设计说明.docx
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基于单片机的公交车智能语音显示系统设计说明
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基于单片机的公交车智能语音显示系统设计
摘要
关键词
basedonsinglechipdesign（自己写英文题目）
Abstract
KeyWords
前言
第一章：
绪论
1.1研制的目的及其发展现状…………………（标明页码其余一样）
1.2自动报站系统的新发展…………
第二章：
总体方案设计…………
2.1方案…………
2.2方案比较及论证…………
2.2.1车站识别模块的设计………
2.2.2主控部分的设计……………
2.2.3显示部分的设计…………
2.2.4界面操作部分的设计……………
2.2.5语音报站部分的设计……………
2.3最终选择方案………………
2.4系统结构框图……………
第三章：
各部分电路原理概述及设计…………
3.1单片机主控模板的设计…………
3.1.1单片机的概述…………
3.1.2AT89C51单片机简介…………
3.2无线收发模块的设计…………………
（3.2部分自己根据所选容修改）
3.3RT12864-M液晶显示部分……
3.3.1概述………
3.3.2模块主要硬件构成说明…….
3.3.3指令说明……
该部分根据所选芯片修改
3.4语音部分…………
3.4.1芯片简述……
3.4.2芯片引脚的介绍………
3.4.3串行外设接口（SPI）……
第四章：
各个部分如何连接的
第五章软件设计
结束语
参考文献
第一章绪论
1.1研制的目的和发展现状
随着城市化进程的加快，公共交通作为城市的基础设施之一，仍然是绝大多出行者的首选交通方式。
为了使得人们特别是为外来旅游、出差、就医、求职等急需了解本地的公交路线的人提供高效、方便、快捷的公交系统，使他们能够方便的获得自己所需要的各种信息，以此来减少各种不必要产生的交通流量，缓解交通压力，提高公交车的运作效率，由此公交车自动报站系统便得到了快速发展。
在计算机还未普及之前公交车报站管理都是有工作人员人工报站的方式来操作的。
随着社会的进步和计算机的快速发展，便有了公交车自动报站系统的出现。
在现今社会，公交事业的发展关乎到绝大多数城市居民的出行，可见公交车的传统的人工按键报站已经无法人们的要求。
主要表现以下几个方面：
（1）安全隐患：
在公交车起动与进站时，通常是路面情况比较复杂的时候，司机既要对行驶中的公交车进行起动与制动等操作，与此同时他还要兼顾报站系统，分散了驾驶员的注意力，给行驶中的公交车带来了安全隐患，也给市民造成了一定的安全问题。
（2）报站不准确：
由于司机在操作报站系统时，经常忘记按键或按错键，以致在调整系统时会连续报出几个站点，给不熟悉路线的乘客带来了很大的不便。
公交车自动报站器的设计主要是为了弥补传统人工语音报站的落后方式，让进站、出站信息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。
目前的语音报站技术主要有一下几种：
第一种是一般的语音报站系统，每次到站时由乘务人员按动到站按钮进行报站，出站时再按下出站按钮报站，该系统是通过序号来记录各个站点，对于当今社会而言，已经无法满足市民的需要。
第二种是门口语音报站器，就是将语音报站器和开门、关门时转换信号连接起来，在开门和关门时进行报站。
第三种是GPS（Globalpositioningsystem,全球定位系统）自动报站系统，现在这种系统已经上市，它可以通过GPS全球定位技术快速的确定公交车的具体位置，并自动报出公交车所在站点，以及服务用语，并且还可以连接车LED（Lightemittingdiode,发光二极管）大屏显示所在站台的信息以及一些广告信息，同时该系统可以和GPRS（GeneralPacketRadioService,通用分组无线业务）通讯系统连接起来，实现对公交车的运行情况的实时监控，实现总调度过程。
第四种就是基于单片机的公交车自动报站系统，而这种系统由两种技术支持。
其中一种就是利用无线数传模块来实现的。
就是在每个站牌上设置一个无线发射装置，同时在每个公交车上装上一个接收装置，并且站牌上的发射模块每隔2～3秒发送一次信号，接收装置即公交车在离站点还有10～20米的时候接收到相应的信号，然后由单片机处理该信号信息并控制语音芯片播报该站点信息，同时设有LED数码管显示或LCD液晶显示。
另外的一种基于单片机的自动报站系统的技术关键是对车轮转轴的转角的脉冲进行计数，并将计数值和预置值加以对比，来确定报站的时刻，达到准确自动报站的目的。
该系统采用AT89C51为CPU（CentralProcessingUnit,中央处理器）在中断处理程序中对外来脉冲计数，同时控制语音芯片ISD4004播报站点信息。
但是对于该系统在改变线路或者增加站台等情况时，修改程序比较的复杂，特别是遇到突发情况时时司机的任何解决突发情况的方法都将是该系统不能正常工作，故目前该系统在实际中很少使用。
1.2自动报站系统的新发展
现在的绝大多数公交车报站系统的设计主要是考虑到公交车乘客服务，然而却没有充分考虑司机的不便，很多公交车的报站都是由驾驶员的手动操作，然而这样却使得驾驶员在专心驾车的同时还要兼顾报站，容易给乘客造成生命的威胁。
所以，有的专家在原来公交报站的基础之上设计了一款无线公交车自动报站系统，在该系统中报站的工作是全自动的，根本无须驾驶员担心，除非特殊情况才需驾驶员进行调整报站系统。
该系统通过在站点设置一个无线发射装置，并使该装置每隔两三秒钟发射一次信号，当公交车距离站点20到30米的时候，公交车的无线接收装置接收到该信号并将该信号送给单片机，由单片机判断这个信息是哪个站点的信息，从而控制语音芯片播报该站点信息，并且控制液晶显示器用汉字显示站点的信息。
第二章总体方案设计
2.1方案
一、方案：
基于单片机的公交车智能语音显示系统设计
系统总框图
该系统通过在站牌上装置一个无线发射模块，并使它每隔2～3秒发射一次信号，当公交车离站点10～20米时，将会由无线接收模块接收该信号，并把它送给单片机处理该信号判断站点信息，控制语音芯片播报该站点信息并控制液晶显示器显示相应站点。
二、功能及指标
1、当公交车快要到站时能够自动语音报站；
2、具有良好的人机交互界面，并且有醒目的汉字界面显示；
3、当掉电时仍然能够保存语音、车站等信息数据；
4、兼容手工报站；
当公交车改变路线时能够方便的重新设定站名及语音。
2.2方案比较及论证
2.2．1车站识别模块的设计
方案一：
采用GPS定位系统，通过GPS全球定位技术（误差在四米以）确定公交车的位置，当公交车的经纬度与站点的经纬度相接近时便报站。
这种方案不但精度高而且稳定性也极好，但是GPS价格很高，使得花费不菲，而且必须事先对车站的经纬度进行精确的勘察，这样就使得工作量变得很大。
方案二：
采用现成的无线收发模块，它不但价格便宜而且稳定性也极高，距离几十到几百米，并且调节也很方便，能使距离适合报站的需要；同时发射模块上带有编码模块2262，共有531441种编码，对一个城市来说完全够用。
故我们在这里选用方案二。
2.2.2主控部分的设计
由于该自动报站系统对速度及功耗等无特殊的要求，所以使用通用廉价的AT89C51即可，而且控制方便，如果使用其他的例如AVR、PIC等则显得大材小用，而且浪费不必要的金钱。
故本系统选择AT89C51作为控制核心。
2.2.3显示部分的设计
方案一：
采用LED数码管显示。
数码管具有低能耗、耐老化和精度比较高等优点，但数码管与单片机连接时，需要外接锁存器进行数据锁存，使用三极管进行驱动等，电路连接相对比较复杂。
此外数码管只能显示少数的几个字符，显示的容较少，基本上无法显示汉字，且没有较好的人机界面。
方案二：
采用LCD进行显示。
液晶显示屏（LCD）具有功耗低、无辐射危险、平面直角显示以及影像稳定等，可视面积大，画面效果好，即可显示图形，也可显示汉字，分辨率高，抗干扰能力强，显示容多等特点，而且市面上大多数的LCD液晶显示器里面多集成了MCU，使得LCD的控制相当简单。
此外，液晶显示器与单片机可直接相连，电路设计及连接简单。
基于以上分析，采用大屏幕的液晶显示屏RT12864-M进行显示。
2.2.4界面操作部分的设计
方案一：
采用触摸屏。
触摸屏操作直观、人机界面友好，而且性价比也比较高，但是它的控制比较麻烦，且有专门的芯片驱动。
方案二：
采用按键。
按键方式不但操作简单，而且价格便宜，由于考虑到作为商品使用时的成本，故采用方案二。
2.2.5语音报站部分的设计
方案一：
用专门的MP3模块。
这种模块与专门的语音播放芯片相比价格比较高，而且还需要外插U盘或SD卡。
方案二：
采用专门的语音播放芯片ISD2560。
ISD2560语音系列芯片具有多次重复录放，存储时间长，使用时不需扩充存储器，所需外围电路简单等特点。
基于ISD2560开发出的语音报价系统，工作人员只需通过电脑操作即可完成一系列工作，大大减轻了工作人员的劳动强度，实现与客户的良好沟通。
考虑到报站需良好的音质，给乘客舒适的感觉，故我们采用方案二。
2.3最终选择方案
采用无线收发模块对车站进行识别。
采用AT89C51单片机作为主控制器。
采用液晶显示器RT12864-M实现显示功能。
采用按键实现界面操作。
采用ISD2560语音模块实现语音报站。
2.4系统结构框图
系统硬件设计
本系统以AT89C51单片机为主控芯片，由RT12864-M液晶显示器，配合键盘控制部分，ISD2560语音录放系统以及无线收发系统组成。
第三章各部分电路原理概述及设计
3.1单片机主控模板的设计
3.1.1单片机的概述
单片机就是在一块半导体硅片上集成了微处理器（CPU）,存储器（RAM,ROM，EPROM）和各种输入输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机（MicroControllerUnit），简称单片机（MCU）。
3.1.2AT89C51单片机的简介
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS
8位单片机，片含4Kbytes的可反复擦写的只读程序储存（PEROM）和128bytes的随机存储数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图所示
主要特性：
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片振荡器和时钟电路
特性概述:
AT89C51提供以下标准功能：
4k字节Flash闪速存储器，128字节部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
主要引脚及说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻抗输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于部上拉的缘故。
当P2口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示
引脚
转义引脚
功能说明
P3.0
RXD
串行数据接收端
P3.1
TXD
串行数据发送端
P3.2
/INT0
外部中断0请求
P3.3
/INT1
外部中断1请求
P3.4
T0
计数器0外部输入
P3.5
T1
计数器1外部输入
P3.6
/WR
外部数据存储器写
P3.7
/RD
外部数据存储器读
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
89系列单片机与其他微处理器一样，在启动的时候都需要复位，使CPU及系统的各个部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。
89C51单片机的复位需要一个长达24个时钟周期的高电平才能复位，复位的作用就是使程序的指针指向地址0，每个程序都是从地址0开始执行，所以复位的概念就是让程序从头开始执行。
（1）手动复位
在系统运行过程中，有时可能需要对系统进行复位，以避免对硬件经常加电或断电而造成的伤害，我们可以采用手动复位的方式。
手动复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。
通常采用的办法是在正电源VCC和RST之间接一个按键。
具体电路如图所示。
手动复位电路原理图
（2）上电复位
这种电路利用电容上电压不能不能突变而是按指数规律上升或下降的特性，产生所需的复位脉冲。
该电路使用最为普遍且成本低廉。
上电复位电路只要在RST复位输入引脚上接一个电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。
具体电路图如所示。
上电复位电路
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片振荡器。
石晶振荡和瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
AT89C51振荡电路的设计
该系统只要在XTAL1和XTAL2引脚上外接一个晶体及电容组成并联谐振电路，便构成一个完整的振荡信号发生器。
如图所示。
振荡电路
芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
3.2无线收发模块的设计
该报站系统主要由电子牌部分和车载部分构成。
电子牌部分主要由AT89C51和PT2262发射板构成。
车载部分主要由AT89C51为核心的控制器，PT2272接收板组成的通信电路，语音录放片ISD2560组成的语音播放电路及液晶显示构成的系统，框图如下。
发射电路框图
车载部分框图
发射部分发射一个周期的容包括本站点的地址、站名等信息的编码信息，当公交车进入该信号围，车载部分的接收电路就会接收到这个编码信息，单片机将编码信息处理后向语音芯片发送对应的语音信息地址，然后语音芯片播放预先录制好的该站点的语音信息，完成自动报站。
编码解码芯片PT2262/PT2272芯片原理简介：
PT2262/2272是普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
编码芯片PT2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
PT2262/2272特点：
CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压围宽：
2.6～15v，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。
应用围：
车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。
PT2262引脚图:
PT2262管脚说明：
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”,“1”，“f”（悬空）。
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，部下拉。
VCC
18
电源正端（+）
VSS
9
电源负端（-）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效。
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率。
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端。
DOUT
17
编码输出端（正常时为低电平）。
PT2272引脚图：
PT2272管脚说明：
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”,“1”，“f”（悬空），必须与2262一致，否则不解码。
D0-D5
7-8、10-13
地址或数据管脚，当做为数据管脚时，只有在地址码与2262一致，数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平，否则输出为低电平，锁存型只有在接收到下一数据才能转换。
VCC
18
电源正端（+）
VSS
9
电源负端（-）
DIN
14
数据信号输入端，来自接收模块输出端。
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率。
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端。
VT
17
解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）。
PT2262/2272地址码的设定:
在通常使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：
悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，例如将发射机的PT2262的第2脚接地、第3脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要第2脚接地、第3脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。
当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。
用户可将这些信号加一级三极管放大，便可驱动继电器等负载进行遥控操纵。
设置地址码的原则是：
同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。
至于设置什么样的地址码完全随客户喜欢。
振荡电阻:
PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，否则接收距离会变近甚至无法接收，在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越低，编码的宽度越大，发送码一帧的时间越长。
相对来说PT2262用1.2M，2272用200K配套发射效果比较好
发射接收电路原理图：
通过利用小功率短距离无线收发模块PT2262/PT2272编解码无线模
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