辽宁工业大学公交车自动报站及汉字显示系统毕业设计最终版.docx

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辽宁工业大学公交车自动报站及汉字显示系统毕业设计最终版

摘要

智能公交系统是智能交通系统的重要研究内容，近年来出现了许多针对公交车辆智能化的研究与尝试，这其中就包括自动报站系统。

目前，国内只有北京、上海、深圳、广州、青岛等城市实现了利用GPS自动报站，许多中小城市的公交车仍旧是传统的人工按键报站，没有实现完全的智能化，给司乘人员带来了很大的不便。

因此，在中小城市中迫切需要智能化的公交车报站系统。

本文应用单片机技术、语音合成技术和点阵LED汉字显示技术设计了一种公交车语音报站和汉字显示系统，它能很好的模仿人完成报站任务，从而解决了人工报站不准确不方便等问题。

本文设计的新型的公交车自动报站系统，以AT89S51单片机为核心，外扩ISD1730语音芯片，点阵LED汉字显示屏和行列驱动芯片。

当汽车到达某站时，通过GPS模块来触发本系统进行工作，通过语音输出电路进行语音报站和提示，AT89S51单片机同时通过程序读取汉字信息送入LED点阵显示电路进行汉字提示,达到了在车辆运行期间显示和语音的同步，提高了车辆的服务质量。

本文是以AT89C51为主控芯片的进行了系统硬件电路设计，分析并设计了各单元电路，包括语音电路、LED显示电路、电源电路。

利用C语言进行了程序设计，介绍了系统所采用的软件开发环境及其主程序设计，着重分析设计了LED显示模块、语音播放模块的实现流程，给出了大部分源代码。

本文设计的公交车自动报站及汉字显示系统具有使用方便、体积小、经济实惠、工作稳定、误报率低等特点。

关键词：

单片机；GPS；LED汉字显示屏；ISD1730

Abstract

AdvancedPublicTransportationSystems（APTS）isanimportantpartofIntelligent

TransportSystem（ITS）,andmanyresearchesandattemptsrelatedtotheintelligentpublictransportvehicleshavecomeforthduringrecentyears.Atpresent,manycitybusesinChinaarestillthetraditionalmanualbuttonsonstationexceptBeijing,Shanghai,Shenzhen,Guangzhou,andQingdao.Therefore,anintelligentbus-stop-announcingsystemisstronglyrequiredinthesecities.

Thispaperintroducesthedesignprincipleofanewbusautomaticstopreportingsystem,whichcentersAT89S51SingleChipMicyoco,concerningISD1730speechchip,dotmatrixLEDcharacterdisplayscreenandlinedriverchip.Whenabusreachesacertainstop,itmakesthissystemtoworkthroughtheGPSmodule.Thatis,throughthespeechoutputcircuittocarryouttheworkofvoiceannouncementandpresentation,andatthesametimeAT89S51SingleChipMicyococarriesoutthecharacterdisplaythroughthereadofcharactersanddeliverytotheLEDdotmatrixdisplaycircuit.Inthisway,asynchroniccooperationofdisplayandspeechduringtheoperationofthevehicleisreachedandtheservicequalityofbusesisimproved.

AdesignmethodoftheBusStationReportSystembasedonAT89C51SND1Cis

putforward.Thispartmainlydiscusseshardwaredesign,includingpowercircuit,thesystemclockcircuit,resetcircuit,USBinterfacecircuitandNandFlashmemorycircuit,etc.PracticalapplicationcircuitandPCBlayoutofthecomponentsaregiven.

Theautomaticstopreportingandcharacterdisplaysystemdesignedinthispaperisconvenient,smallinsize,economy,stable,andlowinmistakerate.

Keywords:

MCU;GPS;LEDchinesecharactersdisplay;ISD1730

第1章绪论

课题研究的背景和意义

公共汽车是目前世界各国使用最广泛的公共交通工具。

它起始于1905年的美国纽约，当时用公共汽车代替原有的公共马车，20世纪30年代得到了迅速的发展。

随着现代社会的建设，公交车越来越为大众所喜爱，不仅仅可以在低消费下达到目的地，同时也能省去很多的自驾麻烦，是打工族和学生族的常用交通工具，公交车便成为了现代文明城市的一道流动的风景线。

为了使乘客方便清楚的知道公交车所到站点，公交车配备了一些设备，最普遍的就是自动报站系统，汉字显示屏，无人售票等装置。

公共汽车之所以被广泛采用，是由于它的机动灵活，只要有相宜的道路，就可以通行，并且公共汽车组织运行所需的附属设施的投资，较之其它现代化公共交通工具也最少。

我国的公共汽车车辆类型甚多，按载客量分，有小型（载客60~90人）、中型（载客90~130人）和大型（载客130~180人）。

大型公共汽车对解决上下班客运高峰时间的乘车拥挤情况起了很大的作用。

城市公共交通是城市建设和发展的重要组成部分，随着城市的扩建，人们生活节奏的加快，公共交通问题显得日益重要。

在我国中小城市里，公交车仍然是城市交通的主体，它的服务质量与市民们的生活息息相关，也是衡量一个城市的文明指标。

而国内大多数城市现有的公交车还是采用传统的公交系统，没有实现完全的智能化，比如公交车报站只能由人工按键来实现报站，离不开驾驶员或售票员的相应操作，公交车司机一边要开车一边还要兼顾按键报站，这就增加了驾驶员的操作负担，驾驶员开车时为报站而分散精力，存在一定的安全隐患，同时由于人工报站受到个人素质、工作态度劳动强度等因素影响，往往出现误报、漏报甚至干脆不报等现象，给乘客带来了很大的不便。

因此，在中小城市中，公交车对自动报站系统的需求也日益强烈。

利用GPS全球定位系统实现公交车自动报站是近几年来的一个热门话题，一般公交车自动报站系统对车辆定位的精度要求在25~30米，GPS全球定位系统远远可以满足这个定位精度的要求。

公交车自动报站及汉字显示系统在公交事业中占有非常重要的地位，它不仅免去了人工报站，节省了人力，而且还提升了公交车工作效率，提高了公交车的服务质量。

目前，各个城市的公交车自动报站的方式主要三种，其中一种是利用无线发送及接收芯片PT2262/和PT2272的公交车报站系统，在公交站的每个站牌处安装发射芯片PT2262用来发射该站点事先编好的编码信号，当公交车到达该范围内（如50米之内）时，其公交车上的接收芯片PT2272将对信号进行接收与解码，然后再将解码后的信息通过液晶显示模块显示，而语音芯片将同时进行播报，该方式的报站系统价格低廉，实现方便，也能满足现代公交车的基本需要，因此目前国内的大部分城市运用此种方式，另一种是功能很强大且系统非常稳定的GPS卫星定位报站系统，但由于这种方式的投资很昂贵，尤其是对于一些中小城市来说无法承受，国内虽也有此类产品的研制开发，但就目前的情况来看其投入的不是很广，但是在一些发达国家（如美国）的部分城市已经投入使用GPS卫星定位系统。

第三种是手动电子报站方式，此方式价格低廉，但操作较为繁琐，现已逐渐被淘汰。

自动报站系统是智能公交系统的组成部分，公交车自动报站系统是利用全球定位系统（GPS）进行数据采集，根据公交车所处的位置进行自动报站、温磬提示等服务，它将电子、控制、计算机、通信等实用技术集中运用于公共交通系统，改造旧的服务模式，建立全新的服务体系，不但提高了其服务质量，同时也将为公交公司和社会带来较大的经济和社会效益。

主要表现在以下几个方面：

提供较为完美的乘客信息服务。

借助先进的定位通信系统，即时为乘客发布信息，为乘客出行提供全方位的信息服务；减少人工操作，尤其是驾驶员的操作负担，在进站、出站、转弯的关键时刻，驾驶员可以更集中精力驾驶，提高公交车行驶过程中的安全系数；提升城市形象，公共交通是城市文明的窗口，先进的公交信息系统的实施，必然提高公共交通的整体服务水平，提高城市的现代化程度；提高公交运营效率和管理水平，吸引大量客流，增加公交公司的经济效益。

公交车报站系统的发展现状

当今社会，公交车是大多数城市居民出行的重要工具之一，但就公交车目前的报站系统来看很难满足大家的要求。

现在公交车使用普遍的还是人工按键报站系统，此系统存在以下两个不可忽略的弊端：

（1）存在隐形的安全隐患，因为每次驾驶员都要在行驶时对报站器进行操作以进行报站，而车辆在进出站的时候路面情况都很复杂，因此给行驶中的车辆和行人带来一定的安全隐患。

（2）报站不够准确，因为驾驶员在行驶的过程中操作报站系统时时常会忘按键或者按错键，有时在调整报站系统时会连续报站，这样会给不熟悉路线的乘客带来不便。

目前我国的大部分城市公交自动报站的方式主要有三种：

（1）人工进行报站：

一般是由当地的乘务人员用方言来进行报站，这样会给外地乘客带来很大的不便，但这种方式已经被淘汰。

（2）半自动报站：

这种报站方式是现在运用普遍的，但由于这种报站系统需要驾驶员来控制，故会有误报现象且还存在安全隐患。

（3）自动报站系：

此报站方式已智能化，即无需驾驶员得参与，系统将自动识别站点，虽然比较准确，但也容易出现问题且价格昂贵，所以这种方式运用的不是很普遍。

虽然国能外都在研究公交自动报站系统，但采用的技术手段不一样，有些开发成本较高，且难以实现普及，特别是一些中小城市难以负担，故开发一种综合性强的、且价格交低、易于实现普及的系统是公交事业迫切需要的。

论文的任务和工作内容

本课题要求设计公交车自动报站及汉字显示系统，以实现公交车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及服务用语，同时利用LED显示屏进行汉字显示。

在进行系统设计时，除了实现系统要求的功能以外，同时，由于系统是安装在公交车上，属于车载终端设备，所以必须兼顾电源、功耗、体积等因素，且还要考虑到产品成本、开发工具、研发周期等问题。

基于以上因素，整个系统采用了AT89C51单片机作为主控制器的设计思路。

本设计的主要任务是研究设计公交车自动报站及汉字显示系统。

在设计中，作者主要完成了以下工作：

1.确定以GPS进行定位，利用ISD1730进行语音报站，以及利用4块16*16LED显示屏进行文字的显示

2.在以AT89C51为主控芯片的情况下，完成了硬件的整合，画出了电路图

3.写出了软件源代码，进行软件编程，达到设计目的

第2章系统的总体方案设计

2.1方案论证

1．控制模块

本设计采用单片机作为核心控制芯片，单片机选用AT89C51。

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机。

该芯片具有40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），AT89C51设计和配置了振荡频率可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，AT89S51仅支持并行编程，而AT89C51不但支持并行编程还支持ISP在线编程。

工作频率更高，电源范围更宽，抗干扰性更强，加密功能更强。

外置看门狗芯片MAX813L,此芯片是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便

2．语音模块

方案一：

基于ISD2560语音芯片的录放电路设计

ISD2560系列语音芯片可通过SPI协议方便地与CPU接口。

用ISD2560芯片构成的单片机通用开发板采用国内最常用的MCS-51语言单片机89C51来与ISD2560系列语音芯片相结合，可供用户开发各种新型智能型数码语音产品。

方案二；基于ISD1730语音芯片的录放电路

ISD1730是华邦公司新推出ISD1700系列芯片的单片优质语音录放电路，该芯片能提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示,双运作模式（独立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。

芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。

通过分析比较，本次设计采用ISD1730语音芯片设计录放电路，其相对于ISD2560语音芯片来讲功能更强大，由按键直接控制语音的录放等，电路工作稳定、可靠性高，完全达到了设计要求，具有非常好的实用性。

芯片ISD1730提供多项创新功能，包括多信息管理系统，新信息提示，双运作模式，以及可定制的信息操作指示音效。

芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等，能实现全方位整合系统功能。

该芯片可录放音十万次，存储内容可以断电保留一百年，具有两种控制方式，两种放音方式输出方式，可处理多大255段信息，而且它的音质好，应用非常灵活。

本设计选用ISD1730芯片为本设计的播放语音芯片，并且对芯片的各个引脚功能，以及和单片机连接的电路进行了细致的分析和研究，该芯片内部包含片上时钟,麦克风前置放大器,自动增益控制,带通滤波器,平滑滤波器和功率放大器。

采用模拟存储技术,能够提供20秒的录放时间,且掉电不丢失,语音质量高。

在报站状态下,只需要由单片机P1口送出所需报站名及其他语句的存储地址,给23脚一个下降沿信号,开始放音.

3．显示模块

方案一：

采用LCD点阵显示，用来显示文字、图形、图像、等各种信息的显示屏幕。

它均由LCD矩阵块组成。

图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形，该方案简单易行。

但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后，很难再加入其他的功能。

方案二：

采用液晶（LCD1602）显示器件，该液晶显示器件与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该器件的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

而且此液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的功能兼容性高，。

只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，能同时显示日期、时间、星期且易于修改。

方案三：

采用4个16*16点阵LED显示汉字，即为16*128点阵汉字显示，并且设置有驱动电路。

根据AT89S51单片机的特点，它一共使用32条IO口，为了节约IO资源，选有74LS245芯片为单片机系统扩充IO资源提供了条件。

将行列总线通过74245接在单片机的I0口，实现行扫描控制，在单片机通过74LS595接入列总线实现列扫描的控制。

然后把上面分析到的扫描代码送入总线,就可以得到显示的汉字。

通过比较最终选择方案三。

在设计中，由于一共用到16行,128列,因此本设计我们使用4-16线译码器74ls154来完成行方向的显示。

用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。

因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。

8*8的LED点阵为单色行共阳模块，单点的工作电压为正向（Vf）=1.8v,正向电流（IF）=8至10mA。

静态点亮器件时（64点全亮）总电流为640mA，总电压为1.8v，总功率为1.15W。

动态时取决于扫描频率（1/8或1/16秒），单点瞬间电流可达80-160mA。

16*16点阵静态时16*16*10mA,动态时单点电流80-160mA。

4定位模块

在定位系统中有很多种选择，但如若想要达到智能化，自动化报站，我认为最应该选择GPS全球卫星定位，既准确又方便，而且提高了效率。

本设计采用全新台湾HOLUX公司推出的SIRF第三代高灵敏度超小型GPS接收模块。

它采用SiRF第三代芯片，主要是定位灵敏度大大提高，例如在汽车上应用时，只要靠近车窗就能较好工作，使用更方便，定位也更准确。

使用SiRF第三代低耗电量（LP），高效能晶片,大大降低耗电量。

具有快速定位及追踪12颗卫星的能力。

晶片内建1920次/频率硬体,提高接收传送搜寻卫星讯号能力。

内部有多次充电式备份电池。

支持NMEA0183v2.2标准信号格式及SiRF二位元编码。

超强定位运算程式,在户外任何环境,皆可提供优越导航效果。

GPS模块使用3.3伏（70毫安）直流工作电压，默认每秒输出一次TTL的NMEA-0183信号。

将此芯片接入到单片机RXD和TXD口，来进行数据的输入和读取。

达到精确地定位并传入单片机，触发各单元模块正常工作。

2.2总体方案设计

最终定位模块选择GPS,主控芯片选择了AT89C51，语音电路选择ISD1730，显示模块选择了4块16*16LED显示屏。

通过GPS模块精确定位，得出一地址信息，传入单片机中，再由单片机触发LED驱动电路和ISD语音芯片，进行自动报站及汉字显示,完成完整的工作模式。

工作流程如图2.1.

第3章硬件电路设计

硬件电路包括四大部分：

单片机模块，语音电路，LED显示模块和GPS模块。

详细阐明芯片的选择比较，所选用芯片内部组成、功能特点、外围电路及其接口电路，并设计出具体的硬件电路。

单片机最小系统设计

AT89C51简介

AT89C51有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。

AT89C51的存储器系统由4K的程序存储器（掩膜ROM），和128B的数据存储器（RAM）组成，具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计，使用系统可用USB供电。

AT89C51单片机主要由以下几部分组成：

1．cpu系统

8位cpu，含布尔处理器

时钟电路；

总线控制逻辑。

2．存储器系统

4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可外扩至64KB）；

128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64KB）；

特殊功能寄存器SFR。

3．I/O口和其他功能单元

4个并行I/O口；

2个16位定时计数器；

1个全双工异步串行口；

中断系统（5个中断源，2个优先级）。

AT89C51单片机的主要特性：

1.一个8位的微处理器（CPU）。

2.片内数据存储器RAM（128B），用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89系列单片机最多提供1K的RAM。

3.片内程序存储器ROM（4KB），用以存放程序、一些原始数据和表格。

但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31等。

目前单片机的发展趋势是将RAM和ROM都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。

SST公司推出的89系列单片机分别集成了16K、32K、64KFlash存储器，可供用户根据需要选用。

4.四个8位并行I／O接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。

5.两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。

为方便设计串行通信，目前的52系列单片机都会提供3个16位定时器/计数器。

6.五个中断源的中断控制系统。

现在新推出的单片机都不只5个中断源，例如SST89E58RD就有9个中断源。

7.一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I／O口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。

8.片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。

最高允许振荡频率为12MHz。

SST89V58RD最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。

引脚说明

 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8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

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口是一个内部提供上拉电阻的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，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

    P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的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，其管脚被内部上拉电阻拉高，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。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当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，它利用内部上拉优势，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内容。

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个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，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：

P3口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

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。

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