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单片机的公交车自动报站设计论文

单片机的公交车自动报站设计

摘要

当前公交车上安装使用的报站器还属于人工按键式操作，给行车带来一定安全隐患：

为了加强车辆调度管理，规范车辆行驶速度，本文提出了基于无线发射技术的公交多功能自动报站系统。

它通过射频信号自动识别目标并获取相应数据。

该系统不仅能实现自动报站的基本功能，而且在此基础上做到对公交车各到站时间进行考勤，从而提升了公交行业的信息化水平，减少了管理成本，提高了公交行业的服务及运营水平，更为城市增添新的魅力。

凌阳十六位单片机SPCE061A采用凌阳最新推出的16位微处理器内核（以下简称μ’nSP），而μ’nSP内核是一个通用的核结构。

SPCE061A内嵌32K字（Word）闪存（FLASH），2K字（Word）SRAM，内置十位ADC、DAC，有多达十四个的中断源等丰富的片内资源。

CPU最高可工作在49MHz的主频下，较高的处理速度使μ’nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号，这使得SPCE061A具有灵活的语音处理能力。

因此，与其它类型的单片机相比，以μ’nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于有数字语音功能的应用领域产品的一种最经济的选择。

本文讨论了应用SPCE061A精简开发板——61板、无线模组、SPR模组_4096实现简易的公交车报站器。

关键词：

公交车；自动报站；无线遥控；单片机；

Abstract

Thecurrentbusstopsdeviceofinstallationstilluseartificiallytouch-tonephonesoperation,tobringsomesafehiddentroubledrivingvehiclesdispatch.Inordertostrengthenthemanagementandstandardizethevehiclespeed,thispaperputsforwardawaybasedonwirelesstransmittingtechnologybusmulti-purposeautomaticstopssystem.Rfsignalthroughitsautomaticidentifyingtargetobtainscorrespondingdata.Thissystemcannotonlyrealizethebasicfunctionofautomaticstops,andthusenhancethetransitindustryinformatizationlevel,reducethemanagementcostandimprovetheserviceandoperationtransitindustrylevel,whichaddnewcharm.foecity.

SunplusSPCE061Aadoptssingle-chip16sunpluslatest16microprocessorkernel（hereinafterreferredtoasmuon'）,andmuon'NSPSkernelisagenericNSPSnuclearstructure.SPCE061A32KWord（WordembeddedFLASHmemory（FLASH）,）2KWord（Word）ofanSRAM,built-intenADCandDAC,thereareasmanyas14interruptsourcerichpieceinsideresources.TheCPUcantopworkinthe49MHz,highfrequencyprocessingspeedmakemuon'NSPScaneasilyandquicklyhandlecomplexdigitalsignals,whichmakesSPCE061Avivifyingspeechprocessingability.Therefore,comparedwithothertypesofSCM,withmuon'forthecoreNSPSSPCE061Amicroprocessorcontrollerwhichissuitablefortheapplicationofdigitalspeechfunctionfieldofproductofakindofthemosteconomicalchoice.ThispaperdiscussestheapplicationSPCE061Astreamlinedevelopmentboard--61board,wirelessmodule,SPRmodule_4096achievesimplebusstopsdevice.

KeyWords:

bus;automaticallybroadcastingnameofstation;wirelesstelecontrol;MCU;

1绪论

当前，我国各行各业都在不失时机地借助信息化浪潮来推动或改进本行业的竞争能力与服务质量，在出行方面，公共交通作为城市居民主要的代步工具承载了重要的角色，但现今公交车上普遍采用的手动按键的报站方式给行车带来了一定安全隐患，不报站、报错站的情况时有发生；公交公司为了加强车辆调度管理，规范车辆行驶速度，不得不安排专人在指定站点对公交车到站时间进行登记，费时间又费人力；与此同时，近几年来在公交车上普遍安装的车载电视让乘客能在乘车之余有个娱乐放松的方式，但天天面对同样而自己几乎几年都不会去购买该产品的商业广告却又让乘客对车载电视评价大打折扣。

因此，借助信息化手段并应用新技术，改进我们的公交报站系统和车载电视广告播放的方式，就成为提高公交服务质量的一个重要突破口和亟待解决的问题[1]。

1.1论文研究背景和意义

在我国各行业推行信息化的浪潮中，做为城市一个重要文明窗口的公共交通行业自然成为公众衡量城市文明程度及信息化的参照点，公交事业的发达程度不仅体现着城市的形象，也和每一位出行的市民息息相关，公交报站系统则更多体现着公交行业对乘客的贴心服务与人文关怀!

报站作为公交事业中不可缺少的环节，自身的服务性质决定了要伴随公交事业的始终。

由于技术条件所限，目前大部分公交车上使用的按键式报站器，报站工作由司机在各个报站时刻点通过按报站器的各个按钮来实现语音报站，就是我们现在在公交车上常见的报站方式，它通常的工作过程是：

车辆进站前预报一次车站，车停稳开门时报一次车站，车辆起步后，报一次站，车辆离开车站再预报下一个车站，如此循环。

实质还都属于人工控制的播音系统，车站站名的识别、语音的播放及行车中各种提示信息的播放还要靠司机来控制，归纳起来存在如下弊端：

1）报站不准确：

由于司机在操作报站系统时有时会按错键或忘记按键，而且在调整系统时会连续报出几个站点，让不熟悉路线站点的乘客不知所措。

2）存在安全隐患：

每次报站时都需要由驾驶员对报站器进行操作，而在车辆起动与进站时，往往是路面情况最复杂的时候，驾驶员既要对行驶中的汽车进行起动或制动等操作，同时还要兼顾报站系统的操作，这对驾驶员的各项操作技能要求较高，给行驶中的车辆带来一定的安全隐患。

总之，当前广泛使用的人工按键方式报站器没有从根本上实现自动报站的目的。

针对存在的这些问题，有人设计了一种基于车辆运行状态的自动报站系统，该系统用车辆的行驶特征，如起步后行驶的距离、开关门的信号、起步和进站打转向灯的方式综合起来判断车辆的起步、行驶、进站状态口1。

这种方法做到了一定程度上的自动报站，但这种方法要求驾驶员一定要按驾驶规范操作，如果驾驶员操作不规范或者遇到特殊情况时紧急处理，例如中途临时停车，就有可能引起报站错误。

同时，对行驶距离的判断需要加装额外的传感器或连接汽车原有的计程电路，技术安装比较复杂。

为改进当前现状，现今出现了利用GPS定位系统来实现自动报站，该系统根据GPS提供的车的具体位置来决定是否需要报站、报那个站等，从而实现公交车的自动报站，这种方法确实能实现公交的自动报站，减轻司机的劳动量，但系统配套软件设计复杂、强烈依赖实时卫星通讯，且初装成本昂贵，后期使用费用不菲，并不适合含有强烈公益色彩的公交行业的资金实际，故基于GPS定位技术的公交报站系统仅在某些大城市的部分线路的公交车上有所应用，所以难以推广普及。

本论文结合我们对公交运营现状与射频通信系统的相关研究，建立一个基于嵌入式无线射频传输的公共交通全自动报站系统，为公交系统提供可靠且成本可控的公交多功能自动报站系统，并从根本上解决费用高、错报站的问题，为公交公司提供省时省力的车辆各站点考勤数据，避免了人为因素的影响，使公交管理部门对公交车辆速度监控工作变得简单且可靠，为车载电视运营商提供电视广告的实地播放模式，降低公司商家广告成本及门槛，提升公交系统在人们心目中的印象，真正实现“公交优先"、“和谐交通”“大公交"等发展战略模式，这也是本文立项研究的根据。

主要研究的原因是该方案具有很好的推广前景和现实意义，同时给社会带来可观的经济效益。

1.2国内外现状

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，是进站、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。

目前语音报站器技术主要有以下几种：

一般语音报站器，到站前由乘务人员按动进站按钮开始报站，出站时由乘务人员按下出站按钮，开始预报下站的站名，通过序号来记录各个站点；第二种是门控语音报站器，将开门、关门时转换信号和语音报站器连接，开门和关门时自动报站；第三种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；第四种就是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，自动识别站点并报告站点信息。

由于报站精准，无须人工操作，无须建设任何车外设施，被广泛使用。

1.3论文研究内容

本毕业设计方案采用凌阳科技公司的SPCE061A单片机，SPR4096存储器与无线发射、接收模组制作一个简易的公交车自动报站器。

SPCE061A是凌阳科技的一款16位微控制器，内嵌32K的闪存（FLASH）。

SPCE061A为语音产品而集成了ADC、DAC、AGC等，较高的处理速度使u’nSP能够非常容易快速地处理复杂的数字信号，是数字语音应用领域的一种最经济选择。

SPCE061A精简开发板——61板配有在线调试功能；结合集成开发环境不需外界任何仿真、调试器即可以完成在线编程、仿真、调试功能。

本方案直接使用SPCE061A精简开发板，利用SPCE061A的语音处理功能，以及其强大的处理能力，再配合SPR模组_4096，扩大存储容量，很容就可以实现公交车报站器。

1.4本次设计的预期目标

利用SPCE061A单片机以及T2262/PT2272无线模块设计出一个可以语音自动播报不同站台名称，通过无线发射模块按不同的按钮，发出不同的数据，从而使接收模块接收不同的信号而播报不同的站台，本次设计设计3个不同的站台。

2公交报站系统方案论证与选择

2.1方案一：

通过脉冲计数达到自动报站系统方案

公交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12MHz。

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）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]。

2.2方案二：

采用GPS定位报站系统

本设计以单片机技术为核心，选用89c52为主控芯片，ISD4004为语音部分的控制芯片同时加装了24c64芯片储存设定的站台信息，广播部分运用TDA2822对声音信号进行放大。

用户可以自主设定站点，自主进行站台信息的录制。

该系统通过实时对GPS模块输出数据采集，并根据得到的经纬度信息判断公交车当前是否到达预设的各个站点。

当到达既定的站点时通过语音芯片实时播报站点信息，并通过LCD显示站名和当前经纬度。

本系统的优越性主要体现在通过GPS对公交车进行实时定位，无需人工干预，便可准确无误的进行自动报站，以实现智能化和高可靠性。

采用以单片机为控制核心，使用GPS卫星定位模块对公交车进行实时定位，并事先采集各站点的GPS的定位坐标，建立数据站点信息库，当发现有当前坐标与信息库中的坐标相同时，语音播报当前站点并通过LCD显示站名和当前经纬度。

此方法具体实现如图2.2。

该方法采用先进的GPS定位技术，能精确跟踪公交车行驶位置，报站精度高，可靠性高。

图2.2方案框图

主控制系统模块采用MCS-52系列单片机为主控芯片。

MCS-52系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机，其有40个引脚，多数芯片采用双列直插式封装。

其有外部时钟电路、ROM/EPROM、RAM、定时/计数器、并行接口、串行接口、中断系统等部分构成。

这里我们采用11.0592MHz的晶振。

因其需要+5V的电源这里我们用了稳压模块7805。

GPS定位模块选用深圳天工测控技术有限公司生产的GB10模块。

该模块是专门用于车载导航的GPS接收模块。

其接收信号为L1（1575.42MHz）波段，灵敏度为-152dBm，支持NMEA-0183协议，并通过通用UART串行通信口把数据发送出来，该协议使主控器接收和处理GPS定位信息变得非常简单。

另外GB10支持从4800bps到115200bps的所有标称波特率，主控器可通过UART发送命令设置通信波特率和接收那些GPS定位语句，从而适应主控器的要求。

在语音放大电路中，功放芯片选用的是TDA2822，该芯片性能好具有高保真的声音输出。

在该电路中的speaker为一个标准的音频接口，可以方便声音的输出，在该系统中用了一个外接的8Ω喇叭。

站台设定模块自主进行站台信息的录制，让设定的信息在掉电后不丢失，我们用到了24c64储存芯片。

其和单片机的通信采用I2C通讯方式，其外部接线少。

2.3方案三：

采用凌阳61单片机

公交车自动报站器主要由无线遥控发射器、接收器、主控制电路板、语音存储模块和等部分组成，如图2.3。

图2.3原理结构图

在公交车站台处设置无线遥控发射器，当公交车离站台一定距离时（距离可根据具体环境进行调整），接收到发射器的信号，经过编码验证后，将信号送入主控制电路板。

主控制电路板由单片机来进行控制，通过编写程序，按照顺序发出控制信号给语音存储模块，调用语音模块中录制好的语音信息，再通过功率放大电路放大后，就可驱动扬声器，自动播报如“××车站到了，下车的乘客请准备”、“车辆起步，请拉好扶好，下一站××”等语音信息。

整个过程完全由单片机控制自动完成，无需公交车驾驶员参与。

将方案一、方案二与方案三进行比较，方案一采用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，达到自动报站的目的，符合设计的要求，但是由于该方案要涉及到路面状况，误差较大。

而方案二可以做到精确报站，但是由于需要耗费大量资金，所以选择方案三。

凌阳spce061A单片机作为主控制芯片，通过无线遥控发射器与接收器达到报站的目的，完全无需人工介入，并且报站精确，该芯片与其它语音芯片相比较，其语音音质好，录放时间长[3]。

3报站系统模块特性简介

3.1SPCE061A简介

SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放系统，该芯片拥有8路10位精度的ADC，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。

这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。

两路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成语音的播放。

另外凌阳十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。

在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件[4]。

下图为SPCE061A单片机的内部结构框图，如图3.1所示。

图3.1SPCE061A内部结构图

3.2芯片特性简介

1）SPCE061A性能简介[5]：

2）16位u’nSP微处理器

3）工作电压（CPU）VDD为3.0~3.6V，（I/O）VDDH为3.0~5.5V

4）CPU时钟：

0.32~49.152MHz

5）内置2K字SRAM

6）内置32K字FLASH

7）可编程音频处理

8）晶体振荡器

9）系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电仅为2uA/3.6V

10）2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值）

11）2个10位DAC（数/模转换）输出通道

12）32位通用可编程输入/输出通道

13）14个中断源可来自定时器A/B、时基、2个外部时钟源输入和键唤醒

14）具备触键唤醒的功能

15）使用凌阳音频编码SACM_S480可以播放压缩的语音资源

16）锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号

17）32768Hz实时时钟

18）7通道10位电压模/数转换器（ADC）和单通道声音模/数转换器

19）声音模/数转换器输入通道麦克风放大器，并具有自动增益控制（AGC）功能

20）具备串行设备接口

21）具备低电压复位功能和低电压检测功能

22）内置在线仿真电路接口

23）具有WatchDog功能。

3.3SPCE061A精简开发板

SPCE061A精简开发板（简称61板），是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发－仿真－实验板，大小相当于一张扑克牌，是“凌阳科技大学计划”专为大学生、电子爱好者等进行电子实习、课程设计、毕业设计、电子制作及电子竞赛所设计的，也可作为单片机项目初期研发使用。

61板除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）、复位电路等，采用电池供电，方便学生随身携带！

！

使学生在掌握软件的同时，熟悉单片机硬件的设计制作，锻炼学生的动手能力，也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品的机会！

61板上有调试器接口（Probe接口）以及下载线（EZ_Probe）接口，分别可接凌阳科技的在线调试器、简易下载线，配合unSPIDE，可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。

61板上的主要功能模块如下：

1）SPCE061A单片机最小系统外围电路模块

2）电源输入模块

3）音频电路（包含MIC输入、DAC音频功放输出）模块

4）按键模块

5）I/O端口接口模块

6）调试、下载接口模块。

下图3.2为61板的实物图。

图3.261板实物图

凌阳spce061A中ADC的结构及工作原理：

u’nSP单片机的内部集成了一个10位的A/D转换器，它采用逐次逼近式原理实现模/数转换。

u’nSP中的ADC由以下几部分组成：

10位数/模转换器DAC0、10位数据缓存器DAR0、逐次逼近寄存器SAR、比较器COMP以及ADC控制寄存器。

其输入信号有两个通道：

一个由LINE_IN通道输入；另一个由MIC_IN通道输入。

MIC_IN一般用于麦克风通道输入，对较弱的信号一般经音频放大器AGC（AutomationGainControl）自动增益控制放大后再进行A/D转换。

具体控制参数如表所示[14]。

表3.1控制参数

B15

B14

B13~B3

控制功能描述

Readmux

FALL

Channel_sel

10位模/数转换未完成

10位模/数转换完成

模拟信号电压通过MIC＿INO输入

模拟信号电压通过MIC＿IN1输入

模拟信号电压通过MIC＿IN2输入

模拟信号电压通过MIC＿IN3输入

模拟信号电压通过MIC＿IN4输入

模拟信号电压通过MIC＿IN5输入

模拟信号电压通过MIC＿IN6输入

模拟信号电压通过MIC＿IN7输入

SPCE061A内嵌了凌阳科技开发的16位微处理器µ’nSP。

它内含有8个寄存器：

4个通用寄存器R1～R4，1个程序计数器PC，1个堆栈指针SP，1个基址指针BP和1个段寄存器SR。

通用寄存器R3和R4结合形成一个32位寄存器MR，MR可被用作乘法运算和内积运算目标寄存器。

此外，SPCE061A有3个FIQ中断和14个IRQ中断，并且带有一个由指令BREAK控制的软中断。

µ’nSP不仅可以进行加、减等基本算术运算和逻辑运算，还可以完成用于数字信号处理的乘法运算和内积运算[6]。

3.4无线模块简介

T2262/PT2272无线模块工作原理。

PT2262/2272是台湾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，是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。

PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态（悬空,接高电平,接低电平）地址设定管脚,任意组合可提供531441个地址码。

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（Dout）串行输出，可用于无线遥控发射电路。

PT2262和PT2272的引脚排列见图3.3。

对于编码器PT2262，A0～A5共6根线为地址线，而A6～A11共6根线可以作为地址线，也可以作为数据线，这要取决于所配合使用的解码器。

若解码器没有数据线，则A6～A11作为地址线使用，这种情况下，A0～A11共12根地址线，每线都可以设置成“1”、“O”、“开路”三种状态之一，因此共有编码数531441种；但若配对使用的解码器的A6～A11是数据线，例如PT2272，那么这时PT226

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