公交車語音報站

1、巢湖學院2014年畢業(yè)論文（設計）課 程 機器視覺 院（系） 物聯網工程學院 專 業(yè) 控制工程 學生姓名 王俊俊 學 號 6151913031 指導教師 陳 瑩 完成日期：2015年10月14日巢湖學院本科畢業(yè)論文(設計)誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文(設計)，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。本人簽名： 日期： 巢湖學院本科畢業(yè)論文 (設計)使用授權說明本人完全了解巢湖學院

2、有關收集、保留和使用畢業(yè)論文 (設計)的規(guī)定，即：本科生在校期間進行畢業(yè)論文(設計)工作的知識產權單位屬巢湖學院。學校根據需要，有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許畢業(yè)論文 (設計)被查閱和借閱；學?？梢詫厴I(yè)論文(設計)的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編畢業(yè)，并且本人電子文檔和紙質論文的內容相一致。保密的畢業(yè)論文(設計)在解密后遵守此規(guī)定。本人簽名： 日期： 導師簽名： 日期： I巢湖學院2014屆本科畢業(yè)論文（設計）公交車語音報站電路設計摘 要本設計主要目的是解決如何方便、準確地指示乘客到站的問題，利用語音播報方式進

3、行報站和預報站，對所報站數進行文字顯示和站名語音信息錄放及站名選擇控制等功能。系統使用AT89C52單片機來控制語音合成模塊和液晶顯示模塊。語音模塊采用MP3-TF-16P,這是一種利用簡單的串口指令即可完成指定的語音或音樂，以及如何播放音樂等功能。這里不需經過數模之間或模數之間的相互轉換，因此能夠更好地再現語音的真實效果，避免了語音電路量化噪聲和失真現象的出現。然后在配合液晶屏顯示，就能使得該報站系統更加實用。系統包括單片機模塊，語音電路模塊，顯示模塊，鍵盤接口，復位電路及電源等。關鍵字：語音提示；單片機；文字顯示；公交報站I巢湖學院2014屆本科畢業(yè)論文（設計）Bus-stop circu

4、it design VoiceAbstractThe design mainly solve the problem of how to easily and accurately indicate that passengers arriving. It has the function of analog voice reporting and forecasting station on the text display, reporting number and station name, and voice information recording and station name

5、 selection control. The system uses 52 Single-chip Microcomputer to control speech synthesis chip and liquid crystal display module Voice chip MP3, using a simple serial commands to complete the assigned music, and how to play music and other functions, not through A/D and D/A conversion, so we can

6、receive the natural emergence of better voice effects and avoid the quantization of noise and distortion caused by the quantization and compression in the generally solid voice circuit. Besides, LCD makes the reporting system more practical. The system includes micro-controller module, voice recordi

7、ng and playback circuitry, station number, station name display modules, interface circuit of the keyboard, reset circuit and power supply.KEY WORDS：Audio Prompt, Single-chip Microcomputer, Character Display, Bus-Stop Auto-AnnounceI目 錄摘 要IAbstractII1. 緒論11.1 課題研究的意義及背景11.2 設計任務12. 方案的選擇與論證32.1 系統設計結

8、構圖32.2 系統設計方案對比42.2.1 處理器CPU的方案選擇42.2.2 LCD液晶顯示的方案42.2.3 語音芯片的方案對比52.2.4 串口部分的方案選擇53. 系統的硬件電路及說明63.1 關于AT89C52單片機63.2 復位83.3 晶振83.4 語音提示93.5 文字顯示103.5.1 LCD1602的電路連接及引腳結構103.5.2 引腳功能113.6 串口部分113.7 鍵盤接口123.8 電源供電電路124. 軟件設計144.1 語音提示應用實現144.2 顯示應用實現154.3 鍵盤接口應用實現165. 系統制作、焊接和調試175.1 系統的制作175.2 系統的焊接

9、175.3 系統調試175.3.1 系統實物圖185.3.2 系統的測試圖185.3.3 系統程序運行205.4 系統原理圖216 結束語23參考文獻24致 謝25巢湖學院2014屆本科畢業(yè)論文（設計）1. 緒論1.1 課題研究的意義及背景在快速發(fā)展的當今社會，公交車已經成為人們生活中必不可少的交通工具，為了更加方便、快捷、準確的為顧客服務。我們需要改進目前的公交語音報站系統?，F在，公交車行駛在現代文化程度高經濟發(fā)展迅猛的市區(qū)，它形成一道美麗的風景線。同時隨著經濟的飛速發(fā)展，公交系統也日新月異。不僅公交車的型號不斷更新換代，而且為了公司效益目前大半改成無人售票車。報站也由開始的售票員報站變成了

10、目前的司機按鍵報站。公交車語音報站系統在公交事業(yè)占有舉足輕重的地位。為了提供便捷、舒適、安全的乘車環(huán)境，是我們不斷追求的目標。目前，公交車語音報站有許多種方式，在此介紹幾種公交車語音報站的最新成果：一種是利用無線射頻識別技術，在每一個公交站臺設置一個具有唯一代碼或身份證的射頻發(fā)射器，采用間斷性的工作方式發(fā)送信號，當公交車即將到達車站時，公交車載的接收信號的系統，接收到站信號并解碼出站臺的代碼或身份證號，然后觸發(fā)單片機控制播放對應站臺編號的語音報站；另外一種是采用全新高科技，利用全球定位系統（GPS）接收衛(wèi)星的導航信息，計算出實時坐標，將其與站點坐標相比較，當車輛駛入距離站點一定距離范圍內時，無

11、需人工按鍵，公交車系統會自動播報公交車所到達的站臺名。但是，這兩種方式都不能適用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)的發(fā)展。第一種站臺建設投入較大，一旦站點有所變更，我們就不得不將射頻發(fā)射裝置移動，這是件非常麻煩的問題；第二種設備造價過高，定位精度也難以達到要求。為此，本文試圖設計一種方便、易行、經濟、實惠、快捷的公交車報站系統。1.2 設計任務本設計采用最簡單的人工按鍵的操作方式，實現公交車在到站時，對站名的語音播報和文字顯示功能。利用單片機AT89C52來控制語音芯片進行語音播報，當公交車到達某站時，司機只需按動按鍵，就可以觸發(fā)單片機發(fā)出指令控制語音模塊對站名進行語音播報，并在液晶屏上顯示站數。該系統的優(yōu)點在于使用方便

12、、靈活，音質清晰明亮。經過研究，得到了一種低成本的公交車自動報站方案。2. 方案的選擇與論證公交車自動報站系統的設計主要是利用人工手動來控制報站時刻，進站、出站自動播報站名及服務用語，準確、及時。本章重點在于闡述硬件以及方案的對比選擇，并進行論證，然后確定選用方案。2.1 系統設計結構圖公交車語音報站器的設計，對按鍵準確熟練實用即可確定報站時刻，達到準確的目的。以AT89C52為主控芯片，結合語音模塊MP3-TF-16P輸出語音,播報站臺信息。系統CPU控制、控制按鍵、語音芯片、輸出顯示等組成。原理框圖如圖2-1所示。圖2-1 原理框圖（1）CPU控制：當到站時，司機就會按動按鍵，觸發(fā)單片機輸

13、出信號控制語音芯片進行報站。（2）控制按鍵：控制按鍵主要是司機手動控制、手動調整等。（3）語言芯片：由專用語音芯片MP3-TF-16P組成，便于在不同公交線上使用。（4）輸出顯示：LED點陣漢字顯示。2.2 系統設計方案對比根據設計要求和目的，對系統主要部分的器件和設計方案進行選擇如下。2.2.1 處理器CPU的方案選擇方案一：凌陽公司生產的，8位的CPU和16位的CPU。它也有很多特點，比如：體積小不大、易于擴展、可靠性強；另外，在處理中斷能力上比較強；強功能、高效率的指令系統及低功耗、低電壓。但是其主要是為控制處理數據處理和數字信號處理等領域。方案二：ATMEL公司生產的八位低電壓、高性能

14、的單片機。與凌陽系列相比，AT89C52單片機無論在CPU功能還是存儲容量以及特殊功能部件性能上都要高出一籌。其性能如下：高性能CMOS 8位單片機內含8K bytes 的存儲空間和256 bytes 的隨機存取數據存儲器（RAM），片內置有通用8位中央處理器和Flash存儲單元；可編程I/O口線有32個，16位定時/計數器有3個，尋址范圍64K。另外，可以重復編程、快速擦除、寫入。綜上，在本設計中，考慮到個人對單片機的熟悉程度，選擇ATMEL公司生產的AT89C52單片機作為微控制器。2.2.2 LCD液晶顯示的方案方案一：LCD1602液晶顯示器，相比其他液晶顯示模塊而言，它是塊價廉物美的

15、顯示器件，其體積不大、控制簡單、使用方便。它能顯示2行16列的數字或英文信息，另外連接它的線很少，只要8根數據線和3根控制線，這樣給使用帶來很大的方便，節(jié)約單片機I/O口。市場上一塊LCD1602的價格也只在15元左右。方案二：TH12864液晶顯示模塊是點陣的文字圖形型液晶顯示模組，內置國際標準的GB2312碼簡體中文字庫、ASCII碼字符集（8×16點陣）和64×256點陣顯示RAM（GDRAM繪圖區(qū)域）；這種液晶顯示模塊可直接與CPU接口相連，有兩種界面被提供用于來連接微處理機（八位并行及串行連接方式）；具有光標顯示、畫面移位等多種功能，功能強大，但是價格很高。綜上所

16、訴，顯示模塊的選擇，方案一中的LCD1602液晶顯示器會更適合作為此次設計的顯示模塊。顯示去向和站臺信息，方便乘客觀看。2.2.3 語音芯片的方案對比方案一：WT5001-48L是一款OTP高音質的MP3語音芯片，支持MP3和WAV解碼，豐富的外設接口使其應用更加多種多樣：一個SPI；一個標準的UART異步串口；低功耗；休眠時待機電流約80uA；控制播放響應快速性和保真，優(yōu)于同類產品；如果設計的產品需要更換語音或者音樂文件時間較長或則是音質要求較高的場合都可以選擇這款語音模塊。WT5001-48L芯片及模塊可應用在汽車電子智能家居系統、語音說明書的領域得到廣泛的應用。方案二：MP3-TF-16

17、P是一個提供串口的語音模塊，集成了MP3、WAV等硬件解碼,使用方便、高保真。同時軟件支持TF卡的驅動。通過簡單的串口指令即可完成指定的語音或則音樂的播放。綜上，選擇方案二，符合該設計的需要，雖然方案一也可以但是方案一的成本較高，方案二又足以勝任該設計的所有需求。另外，MP3-TF-16P無需繁瑣的操作，使用方便，性能穩(wěn)定。因此，方案二更為合適。2.2.4 串口部分的方案選擇因為AT89C52單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以使得單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。但是如果要進行串行通訊，必須要滿足一定的條件，由于電腦的串口是RS-232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，要想兩者之間

18、相互通訊，必須要有一個電平轉換電路，才能進行結合。在本設計中采用了專用芯片MAX232進行電平轉換，使用+5V單電源供電。3. 系統的硬件電路及說明本章根據系統設計結構圖來對每個模塊的電路部分解析和說明，主要部分分別是單片機AT89C52、語音模塊、液晶顯示模塊以及串口部分的芯片。該系統的核心器件是單片機。3.1 關于AT89C52單片機AT89C52作為系統的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件進入正常工作狀態(tài)。因此，下面對AT89C52進行必要的說明，AT89C52的管腳如圖3-1所示。圖3-1 AT89C52管腳圖引腳功能說明：VCC：電源電壓。GND：地。P0口：P0口是一

19、個8位漏級開路雙向I/O口，作為輸出端可以驅動8個TTL門電流。在實現某些功能時，P0口需要外加上拉電阻。P1口：P1口具有內部提供上拉電阻，是一種雙向的8位I/O口，P1口緩沖級能夠驅動4個TTL門電路。此外，定時器/計數器2的外部計數輸入（P1.0/T2）和定時器/計數器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）的功能分別由P1.0和P1.2來擔任。引腳號第二功能P1.0/T：T2（定時器/計數器T2的外部計數脈沖輸入），時鐘輸出。P1.1/T：T2EX（定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）。P2口：P2口具有內部上拉電阻，是一種雙向的8位I/O口，P2具有輸出緩沖器驅動4個TTL邏

20、輯電平功能。如果讓P2口作為輸入口使用，必須對P2端口寫“1”，使得內部上拉電阻把端口拉高。P3口：P3口具有內部上拉電阻，是一種雙向的8位I/O口，P3輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯門電路。，如果讓P3口作為輸入口使用，此時需要對P3端口寫“1”，使得內部上拉電阻把端口拉高。另外，如果P3口被外部拉低，引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。端口引腳 第二功能：P3.0：RXD(串行輸入口)P3.1：TXD(串行輸出口)P3.2：INT0(外中斷0)P3.3：INT1(外中斷1)P3.4：T0(定時/計數器0)P3.5：T1(定時/計數器1)P3.6：WR(外部數據存儲器寫選通)P3.

21、7：RD(外部數據存儲器讀選通)RST復位輸入。要使得電路復位，必須使RST引腳維持在兩個機器周期以上高電平才能使得電路復位。ALE/PROG這個端口的功能是當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出表示外部程序存儲器的讀選通信號。EA/VPP外部訪問允許。如果EA端保持低電平（接地），CPU僅訪問外部程序存儲器。3.2 復位復位電源線（RST）的目的是使AT89C52處于復位狀態(tài)。通常，上電復位和按鈕復位是AT89C52有兩種復位方式，。在單片機應用中，單片機本身需要復位，I/O接口電路等也需要復位。因此，我們需要一

22、個包括上電和手動復位在內的系統同步復位電路。復位電路如圖3-2。圖3-2 復位電路3.3 晶振片內晶振電路輸入線（XTAL1和XTAL2）外接石英晶振和微調電容。AT89C52的訪存時間必須大于所用外部存儲器的最大存取時間這樣做的目的是為了使AT89C52和外部存儲器同步從而可靠工作。同時，我們選取振蕩器頻率為11.0592MHz。連接圖如圖3-3。圖3-3 晶振電路3.4 語音提示在本設計中，使用的語音芯片是MP3-TF-16P，是一種提供串口的語音模塊，集成MP3、WAV等的硬件解碼。支持TF卡驅動，該語音模塊是通過簡單的串口指令讀取外部存儲卡中的語音系統即可完成指定的音樂，以及如何播放音

23、樂等功能，不需要繁瑣操作，穩(wěn)定可靠是其最大的特點。其引腳如圖3-4。圖3-4 MP3模塊的引腳引腳的說明如下：1) VCC：模塊電源輸入。2) RX：UART串口數據輸入。3) TX:：UART串口數據輸出。4) DAC-R：音頻輸出右聲道。5) DAC-L：音頻輸出左聲道。6) SPK2：接喇叭+。7) GND：地。8) SPK1：接喇叭-。9) I01：觸發(fā)口，默認上一曲。10) GND：地。11) I02：觸發(fā)口，默認下一曲。12) ADKEY1：AD口1，當觸發(fā)時是第一段。13) ADKEY2：AD口2，當觸發(fā)時是第五段。14) USB+：接U盤或插電腦的USB口。15) USB-：接

24、U盤或插電腦的USB口。3.5 文字顯示液晶顯示器以其微功耗、體積不大、顯示內容豐富、便于攜帶等諸多優(yōu)點，在各種小系統中得到了更廣泛的應用。本設計中使用的液晶顯示模塊是LCD1602。圖3-5所示為本設計LCD1602的連接圖。3.5.1 LCD1602的電路連接及引腳結構圖3-5 LCD1602的連接圖LCD1602是一種用點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器模塊，它顯示的容量為2行16個字。它的顯示內容豐富、體積不大、美觀和易于控制都是本設其引腳結構圖如圖3-6。圖3-6 LCD1602引腳結構圖3.5.2 引腳功能1）第1腳：GND為地電源。2）第2腳：VCC接+5V電源。3）第3腳：VEE為

25、液晶顯示器對比度調整端。接+5V電源和接地使得對比度分別為弱和強。當顯示屏產生“鬼影”時，說明對比度過高。為了方便調整對比度可以利用精密的電位器進行調節(jié)，一般對比電壓為0.7V左右。4）第4腳：RS為寄存器選擇。5）第5腳：為讀寫信號線。進行讀操作時是高電平，寫操作時為低電平。6）第6腳：E端為使能端。當液晶模塊執(zhí)行命令時，E端的電平會由高電平跳變成低電平。7）第714腳：D0D7為8位雙向數據線。 8）第15腳：背光燈VCC，一般直接和+5V電源相連接。9）第16腳：背光燈GND。3.6 串口部分本設計中的單片機和PC機之間的通信的電平轉換采用MAX232芯片來實現。單片機是TTL電平，而P

26、C機是標準的RS-232正負邏輯狀態(tài)，所以它們之間只有經過相互的轉換之后才能連接。本設計中MAX232的引腳圖如圖3-7所示，連接圖如圖3-8所示。 圖3-7 MAX232的引腳圖圖3-8 連接圖3.7 鍵盤接口本設計使用簡單的獨立式按鍵來控制報站信息，同時通過設置系統在不同的功能下讓單個按鍵的功能也跟隨不同，這使系統使用起來很方便。3.8 電源供電電路本設計采用最簡單的電源供電設計，如圖3-9所示為系統電源供電電路連接圖。圖3-9 電源供電電路連接圖4. 軟件設計4.1 語音提示應用實現 圖4-1 語音芯片放音流程圖語音模塊的流程，如圖4-1。當電源供電后，語音模塊會執(zhí)行上電操作指令。上電過

27、程會有短暫的延遲，當達到上電延遲時間后，語音模塊會自動執(zhí)行SET PLAY命令設置播放地址。當有信號輸入時，例如按鍵按下觸發(fā)單片機，單片機會發(fā)出指令，指示語音模塊執(zhí)行播放的內容。讓后再一次按下按鍵，語音就會播報下一個語音內容。4.2 顯示應用實現圖4-2 文字顯示程序流程圖文字顯示程序的流程圖，如圖4-2。開始上電后，液晶顯示屏第一行會顯示出語音報站的英文，第二行會顯示第幾站。如果外部按鍵被按下，觸發(fā)單片機，顯示模塊就會接到一個指令使得站數加一。如果外部沒有按鍵按下，顯示模塊不執(zhí)行任何命令。4.3 鍵盤接口應用實現圖4-3 鍵盤接口程序流程圖按鍵流程圖，如圖4-3，是外部控制的最重要的部分，內

28、部的一切指令，都需要外部按鍵的控制。按鍵連接P1口，當按鍵按下時，相當于向P1口輸入一個低電平，觸發(fā)單片機。本設計中的按鍵采用獨立式按鍵，使用方便。每按下一次按鍵，語音模塊和顯示模塊都會有相應的響應。5. 系統制作、焊接和調試本節(jié)主要介紹了基于單片機公交車語音報站器設計系統的制作、焊接、調試。5.1 系統的制作通過以上的幾節(jié)的介紹和說明，按照電子工藝的操作工程開始制作電路板。1）根據電路原理圖，買好相應的元件，并根據各自元件的封裝，畫好系統的PCB圖。2）根據系統的原理圖，制作好電路板。3）按照系統的安裝圖把元件安裝在電路板上。5.2 系統的焊接在焊接原件的過程中，有必要注意以下幾點：1）先焊

29、接跳線，再焊接個子較低的元件，最后焊接體積大的，個子高的元件及飛線。2）在焊接過程中，要注意焊接的質量，避免有空焊、虛焊、橋接等焊接質量問題的出現。3）極性元件在安裝焊接的時候一定要注意極性是否和原理圖上的相對應。5.3 系統調試按照上面的步驟，系統在正常的情況下安裝并焊接完成。在調試前，先檢測系統的電源和地之間是否有短路和斷路現象，如果有，用萬用表檢查故障原因并維修好，直到把故障消除。然后對設計電路進行檢測。1）電源電路的調試：前工序做好了，用5V電源接在PCB板上的插座上，觀察電源指示燈是否正常點亮，如果正常點亮，則說明電源部分電路正常；否則檢測電源電路故障，直到電源指示燈正常點亮。2）微

30、控制器電路、液晶顯示器、按鍵部分的調試：接通電源開關，通過連接在PCB板上的串口和PC機上的USB接口之間的下載連接線程序燒入單片機中，再根據系統的控制要求對各模塊進行檢測。檢測AT89C52是否正常工作、LCD1602是否正常顯示、按鍵的控制是否符合系統的控制要求。對以上各個部分檢測完并確定都正常后，至此，系統的整過制作過程結束；否則，要對其相應的部分做維修處理，直到一切都正常為止。5.3.1 系統實物圖系統制作的實物圖，如圖5-1。圖5-1 系統實物圖圖中的部分包括最小系統，LCD1602液晶顯示以及MP3-TF語音模塊等，由這些原器件組成了簡單的公交語音報站系統，可以滿足一些大小城市的公

31、交語音報站系統。5.3.2 系統的測試圖上電后，系統的初始化顯示如圖5-2。圖5-2 系統初始化顯示報站過程中的系統顯示出第幾站，如圖5-3和圖5-4分別為第二站和第四站的顯示。圖5-3 第二站系統顯示圖5-4 第四站系統顯示5.3.3 系統程序運行系統運行部分截圖，如圖5-5和圖5-6。圖5-5 系統程序運行圖5-6 系統程序運行5.4 系統原理圖系統原理圖，如圖5-7。圖5-7 系統原理圖6. 結束語我畢業(yè)設計的題目是公交車語音報站器的設計，在這次論文中，學習了從安裝軟件到畫圖，排板，布線，制板，焊接，下載程序，調試等一整套的過程。經過幾個月的奮斗，終于完成了設計。該設計本著簡單、方便、經

32、濟、實用的目的設計，設計的系統具有的一些優(yōu)點在于成本低、穩(wěn)定、實用、音質好等，實現了適用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)公交語音報站的要求。系統選用MP3-TF語音模塊，該模塊是一個提供串口的語音，通過簡單的串口指令就能完成指定的語音播放功能，并且其語音保真度較高。另外，本設計仍然存在的許多的不足之處，比如它在報站時刻上不能十分的精確，存在一定的誤差。這些問題都需要在今后的研究工作中加以改進，使系統更完善，更好的為人們服務。在科技、文化、經濟高速發(fā)展的今天，人們已經離不開公交車，它給人們外出帶來了方便、快捷，然而影響服務質量的一個主要因素在于公交車報站器系統設計的是否人性化、是否能為人們帶來舒適。通過本次設計，我不僅學習到了52系列單片機的知識，更拓展了自己的視野，培養(yǎng)了自己的學習能力。這些進步對以