城市智能公交系統(tǒng)參考模板

1、1 / 51摘要本系統(tǒng)由公交車系統(tǒng)和站牌系統(tǒng)兩大部分組成。其中公交車系統(tǒng)采用高性能的ATmega128 和 ATmega16 單片機作為控制核心，實現(xiàn)自動報站功能、紅外避障功能、終點站無線充電功能，并結(jié)合紅外傳感技術(shù)實現(xiàn)與站牌系統(tǒng)的通信。站牌系統(tǒng)采用AT89S52 單片機作為控制核心，用串口總線通信技術(shù)實現(xiàn)站牌間的互相通信，并具備LCD 漢字顯示功能、LED 閃亮提醒功能。關(guān)鍵詞: ATmega128 ATmega16 AT89S52 單片機 紅外避障 自動報站 無線充電 串口總線通信AbstractThe system consists of the bus system and bus s

2、ystem has two major components. Which bus system uses high performance ATmega128 and ATmega16 MCU as the control core, realizing automatic function, infrared obstacle avoidance function, the terminal wireless charging function, and combined with the infrared sensing technology and bus system communi

3、cation. Stop system using AT89S52 MCU as the control core, using serial bus communication technology to realize the stop between each other communication, and with LCD display Chinese characters, a LED shining reminding function.KeyKey word.word.ATmega128 ATmega16 AT89S52 singlechip infrared obstacl

4、e avoidance automatic station wireless charging serial bus communication 目錄摘要摘要.1目錄目錄.3創(chuàng)新點介紹和技術(shù)說明創(chuàng)新點介紹和技術(shù)說明.5第一章第一章 緒論緒論 .71.1 課題研究的背景和意義課題研究的背景和意義.71.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀國內(nèi)外現(xiàn)狀.71.3 研究內(nèi)容及方案設(shè)置研究內(nèi)容及方案設(shè)置.91.4 系統(tǒng)功能與指標系統(tǒng)功能與指標.10第二章第二章 關(guān)鍵技術(shù)介紹關(guān)鍵技術(shù)介紹.112.1 單片機的簡介單片機的簡介.112.1.1 單片機的典型應(yīng)用領(lǐng)域及特點 .112.1.2 單片機的系列 .132.1.3 單片機的

5、結(jié)構(gòu) .142.2 WT588D 語音芯片的簡介語音芯片的簡介.162.2.1 主要性能 .162.2.2 工作原理 .162.3 L298 的簡介的簡介.182.4 直流電機簡介直流電機簡介.192.5 紅外傳感器尋跡簡介紅外傳感器尋跡簡介.192.5.1 尋跡原理 .192.5.2 傳感器的選擇和安裝 .202.6 LCD 顯示器簡介顯示器簡介.20第三章第三章 功能分析功能分析 .22第四章第四章 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計 .234.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu).234.2 尋跡模塊設(shè)計尋跡模塊設(shè)計.264.2.1 硬件設(shè)計 .264.2.2 軟件設(shè)計 .274.3 公交車車次顯示模塊設(shè)計公交車車次顯示

6、模塊設(shè)計.294.3.1 硬件設(shè)計 .294.3.2 軟件設(shè)計 .304.4 語音芯片模塊設(shè)計語音芯片模塊設(shè)計.314.4.1 硬件設(shè)計 .314.4.2 軟件設(shè)計 .324.5 紅外通信模塊設(shè)計紅外通信模塊設(shè)計.344.6 避障模塊避障模塊.344.6.1 硬件設(shè)計 .354.6.2 軟件設(shè)計 .354.7 XKT-408 無線充電模塊無線充電模塊.364.8 液晶顯示模塊液晶顯示模塊.384.8.1 硬件設(shè)計 .384.8.2 軟件設(shè)計 .394.9 串行通信模塊串行通信模塊.394.9.1 硬件設(shè)計 .404.9.2 軟件設(shè)計 .40第五章第五章 總結(jié)總結(jié) .41參考文獻參考文獻.43致

7、謝致謝.44創(chuàng)新點介紹和技術(shù)說明1、公交車系統(tǒng)采用紅外尋跡的方案完成公交車的整個行駛過程，利用 WT588D 語音芯片結(jié)合單片機實現(xiàn)公交系統(tǒng)的自動報站功能。當?shù)竭_某個站牌附近指定位置時，單片機控制語音芯片自動報站。這是比同類智能公交系統(tǒng)設(shè)計較新穎的設(shè)計。2、公交車系統(tǒng)的紅外通信模塊可實現(xiàn)與站牌系統(tǒng)的通信。當公交車上的紅外發(fā)射管發(fā)射的調(diào)制波被站牌接收到時，站牌上相應(yīng)站點旁的指示燈會亮,液晶屏顯示相應(yīng)信息。3、站牌系統(tǒng)中運用多主串口總線通信技術(shù)實現(xiàn)站牌間的數(shù)據(jù)同步，使該條路線上的每個站牌上的相應(yīng)站點指示燈被點亮，無論乘客在哪個站，都可以通過站牌的指示燈知道公交車所處位置。這樣的通信方式給乘客帶來了

8、較大的方便，也是本系統(tǒng)設(shè)計的另一大的亮點。4、站牌系統(tǒng)還安置了 LCD 顯示器,使用的是諾基亞 5110 液晶顯示屏。能夠動態(tài)地切換顯示公交車氣預(yù)報，公交車所處位置，廣告宣傳內(nèi)容等。不但方便了乘客的外出乘車，也給等車的乘客帶來些許的樂趣，另外及時發(fā)布最新路況信息，為市民們出行提供良好的參考可謂一舉多得。5、公交系統(tǒng)具備智能避障功能。為了避免多輛公交車在相繼進站時發(fā)生碰撞，我們在公交車上添加了紅外避障功能。當檢測前方近距離范圍內(nèi)停有其他車輛，公交車會停止前進,當障礙物（其他車輛）離去后，公交車繼續(xù)尋跡前進，這樣提高了整個系統(tǒng)的智能性。6、本系統(tǒng)還引入了無線充電技術(shù)，給整個系統(tǒng)帶來了新的色彩?，F(xiàn)在

9、全球正在提倡環(huán)保節(jié)能、低碳生活，以電能作為動力的智能公交車今后將成為主流。為此我們模擬了一種以電能作為動力的公交車。在公交車的終點站，我們配置了無線充電系統(tǒng)，在非接觸的情況下可以自動完成充電功能。7、本系統(tǒng)選用模型路線，最大限度模擬真實的公交線路，并且所有模塊及液晶顯示屏，串口總線通信均可安裝在成品站牌中，性能指標符合真實比例，可移植性強，具有很強的社會實用價值。8、系統(tǒng)的適用范圍：本系統(tǒng)適用于智能公交系統(tǒng)，以其智能化給乘客帶來方便（例:可以通過站牌指示燈來了解是否公交車還在行駛和所到達的位置，不必擔心沒有公交車或不知道公交車的位置，為他們的外出乘車提供了極大的便利），各方面基本符合實際要求，

10、且系統(tǒng)本身成本經(jīng)濟，具有很高的應(yīng)用前景。第一章 緒論1.1 課題研究的背景和意義隨著城市公交系統(tǒng)的快速發(fā)展，公交車為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù),而公交車的報站系統(tǒng)直接影響服務(wù)質(zhì)量。傳統(tǒng)的報站方式是由乘務(wù)人員進行人工報站，因方言或擁擠情況，該方式工作強度太大、效果也較差。并且，傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)的站牌處只顯示站名，沒有對公交車隨時隨刻所處的位置進行匯報和提示，這樣就使得乘客在等車時存在盲目性，不能準確預(yù)知公交車何時到站，可能會因此浪費不少時間，給等車的乘客帶來很多不便。為了緩解這種不便，本系統(tǒng)在站牌系統(tǒng)中設(shè)置指示燈，以指示公交車的位置，并通過串口總線通信技術(shù)實現(xiàn)每個站牌上相同站點的指示燈同時點亮

11、。站牌上還安置了液晶顯示器，讓乘客了解公交車的運行情況、準確知道公交車所在的位置，同時還可以利用等車的時間關(guān)注一下站牌上液晶屏中播放的知識，有效地減少了乘客等待公交車的煩惱。同時又很好地利用科技的先進能力，為人們造福。因此，智能公交系統(tǒng)成為人類社會發(fā)展的必然趨勢。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，汽車已經(jīng)成為人們外出必備的工具。同時卻又引發(fā)了一系列不良影響，例如環(huán)境的污染問題。針對這一問題，我們在本系統(tǒng)中設(shè)置了無線充電。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀在美國，美國城市公共交通管理局（UMTA）已經(jīng)啟動了智能公共交通系統(tǒng)項目“Advanced Public Transport Systems（APTS）

12、”美國的 APTS 主要研究基于動態(tài)公共交通信息的實時調(diào)度理論和實時信息發(fā)布理論，以及使用先進的電子、通訊技術(shù)提高公交效率和服務(wù)水平的實施技術(shù)。目前，美國一些開發(fā)公交車隊管理系統(tǒng)的公司，采用自動確定車輛位置的全球定位系統(tǒng)（GPS）和計算機輔助發(fā)車系統(tǒng)等，進行實時管理公共汽車的運營，并開發(fā)了一些先進的系統(tǒng)。在日本，城市公共交通智能化的發(fā)展經(jīng)歷了 3 個階段：70 年代末開始應(yīng)用公共汽車定位系統(tǒng)公共汽車接近顯示系統(tǒng)；80 年代初開始應(yīng)用公共交通運行管理系統(tǒng)，其中包括乘客自動統(tǒng)計，運行監(jiān)視和運行控制；進入 90 年代，由于機動車數(shù)量的增長和嚴重交通擁擠的影響，東京都交通局開發(fā)了城市公共交通綜合運輸控

13、制系統(tǒng)（CTCS），旨在改進公共汽車服務(wù)，重新贏得乘客的認可。在 CTCS 中，公共交通運營管理系統(tǒng)是一個基本的框架，其目的是通過掌握運行情況以及乘客數(shù)據(jù)實現(xiàn)精確平穩(wěn)的公共運營交通服務(wù)。它將運營中的公共汽車和控制室之間建立信息交換，并利用誘導(dǎo)和雙向通訊的方法，將服務(wù)信息提供給公共汽車運營員和駕駛?cè)藛T，同時這些信息也通過進站汽車指示系統(tǒng)和公交與鐵路接駁信息系統(tǒng)提供給乘客。公共交通綜合管理系統(tǒng)包括累計運營數(shù)據(jù)、乘客計數(shù)、監(jiān)視和控制公共汽車運營和乘客服務(wù)等功能，其中乘客服務(wù)功能中包括進站汽車指示、信息查詢和公共交通與鐵路接駁信息提示，公共交通綜合管理系統(tǒng)的硬件包括公交主控中心、區(qū)域中心以及路邊、車庫

14、和車載設(shè)備等。歐洲許多國家通過實施公交優(yōu)先通行信號，布設(shè)智能公交監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)等措施，提高公交車輛運行速度和公交服務(wù)質(zhì)量以吸引公共車坐公交車出行，從而有效地緩解了城市交通壓力，解決了城市交通問題，并取得了明顯的社會經(jīng)濟效益。與歐美、日本等國家相比，我國的公共交通事業(yè)還比較落后。截止 2000 年，我國城市公交客車的總保有量為 23 萬輛，每千人擁有公交車 0.7 輛，距離發(fā)達國家每800 人擁有一輛公交車的水平還有一定差距，而且公交智能化水平還較低，絕大部分仍沿襲舊的運營體制。但是，近幾年，由于科學(xué)技術(shù)的進步和政府對公交投入力度的加大，我國智能公共交通系統(tǒng)已出現(xiàn)端倪。比如：上海的地鐵安裝了自動

15、檢票系統(tǒng)，可實現(xiàn)乘客的自動計數(shù)，統(tǒng)計客流變化情況。還有一些城市正在著手實施公交“一卡通”。杭州、上海、北京等幾座大城市已在部分公交線路上建立了公交車輛跟蹤地阿杜系統(tǒng)，使得調(diào)度過程有據(jù)可依，并實現(xiàn)了計算機輔助管理，節(jié)約了勞動力，減輕了勞動負擔，同時，提高了車輛運行正點率和服務(wù)水平，吸引了大量客流。這些系統(tǒng)雖然使得中國邁進了公交智能化時代，但由于他們?nèi)狈υS多基礎(chǔ)理論的深入研究，一般沒有將動態(tài)交通情況信息與車輛定位信息有效融合，而且某些系統(tǒng)的開發(fā)和研制又缺乏交通領(lǐng)域?qū)＜业闹苯訁⑴c，使目前的系統(tǒng)具有以下的缺陷：不是以公交線網(wǎng)優(yōu)化為基礎(chǔ)，致使調(diào)度效果欠佳；大多數(shù)系統(tǒng)線路與線路間缺乏聯(lián)系，未能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上

16、的整體協(xié)調(diào)調(diào)度；缺少信息服務(wù)系統(tǒng)，使系統(tǒng)智能化程度大大降低；由于站點間運行時間單純由距離比汽車運行速度求得，沒有陷阱的算法作保證，致使在電子站牌上顯示的下班車到達時間不準確。智能公交系統(tǒng)（Intelligent Transportation Systems）簡稱 ITS。1994 年開始我國關(guān)注國際上 ITS 的發(fā)展，特別在 1995 年之后，我國對 ITS 的研究、試驗、國際交流活動日益頻繁，且在 ITS 上的開發(fā)和應(yīng)用也取得了相當大的發(fā)展，1996 年以來，國家科技部、交通部、鐵道部先后成立了智能交通系統(tǒng)工程研究中心，組建了中國ITS 政府協(xié)調(diào)小組，隨后又成立了智能交通協(xié)會，現(xiàn)任會長是科技

17、部部長萬鋼，制定的總體規(guī)劃包括道路，鐵路，水運和民航的中國 ITS 發(fā)展規(guī)劃。 1.3 研究內(nèi)容及方案設(shè)置城市智能公交系統(tǒng)強調(diào)的是公交車通過尋跡完成整個行駛過程，途中每到一站公交車自動停車，然后利用語音芯片實現(xiàn)自動報站，公交車發(fā)送信號給站牌，站牌收到信號后相應(yīng)的站點旁的指示燈點亮，與此同時，通過串口總線通信方式使得同路線上的相同站點的指示燈也被點亮。通過語音芯片實現(xiàn)自動報站，減輕了駕駛員的勞動量并減少因駕駛員的報站或按鍵失誤給乘客帶來的不便。站牌上站點指示燈的顯示可以讓等車的乘客清楚公交車所處的位置，同時站牌上還按有液晶顯示器，可以顯示天氣預(yù)報和公交車所到站和即將到的站，同時還可顯示廣告等信息

18、。在一定程度上給乘客帶來方便的同時也給她們帶來了休閑和娛樂。針對這個目的我們提出了如下幾種相關(guān)的研究方案:方案一：利用無線通信技術(shù)，實現(xiàn)車與站牌之間的通信。但考慮到無線通信技術(shù)適應(yīng)于長距離間的通信，短距離容易造成干擾，而本系統(tǒng)的模擬環(huán)境有限，故此種方案利用價值不大。方案二：采用超聲波檢測障礙物。但是超聲波存在反射、噪音、交叉問題等缺點，而且超聲波很容易受外界干擾易使測得的數(shù)據(jù)不夠準確，從而產(chǎn)生誤動作。綜合超聲波的各項缺點我們決定放棄超聲波檢測障礙物這一方案。 故本系統(tǒng)在單片機的控制之下，采用了紅外通信技術(shù)完成車與站牌之間的通信功能，采用紅外避障傳感器實現(xiàn)公交車的智能避障功能，以此輔助完成整個智

19、能公交系統(tǒng)的功能。1.4 系統(tǒng)功能與指標功能：實現(xiàn)自動尋跡行駛，自動報站，公交車與站牌以及站牌與站牌的即時通信，通過液晶屏進行漢字顯示，智能避障，無線充電。指標：1、本系統(tǒng)公交車與站牌與實際的比例為 1:100，其他各項指標基本符合實際標準。 2、系統(tǒng)采用電流為 800mA 的充電電池。第二章 關(guān)鍵技術(shù)介紹2.12.1 單片機的簡介所謂的單片機，其外表通常只是一片大規(guī)模集成電路芯片，但在芯片內(nèi)部卻集成了中央處理器單元（CPU） 、各種存儲器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM 和 Flash ROM 等）、各種輸入/輸出接口（定時/計數(shù)器、并行 I/O 和 A/D 轉(zhuǎn)換接口等）等眾多的功

20、能部件。因此，一片芯片就構(gòu)成了一個基本的微型計算機系統(tǒng)。 由于單片機芯片的微小體積、極低的成本和面向控制的設(shè)計，使得它作為智能控制的核心器件被廣泛地嵌入到工業(yè)控制、智能儀器儀表、家用電器、電子通信產(chǎn)品等各個領(lǐng)域的電子設(shè)備和電子產(chǎn)品中，可以說，以單片機為核心構(gòu)成的單片機嵌入式系統(tǒng)已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的組成部分。 單片機有很多種類， 8051 單片機， AVR 單片機，Motorola 單片機。51 系列單片機最早有 Intel 公司推出，主要有 8031 系列，8051 系列。后來 Atmel 公司以 8051的內(nèi)核為基礎(chǔ)推出了 AT89 系列單片機。其中 AT89C51 AT89C52

21、AT89S51 AT89S52 AT89S8252 等單片機完全兼容 8051 系列單片機，所有的指令功能也是一樣的。就是功能上做了一系列的擴展。本系統(tǒng)中的站牌系統(tǒng)的核心控制芯片就是 AT89S52。AVR單片機也是 Atmel 公司的產(chǎn)品，是 8 位單片機中第一個真正采用 RISC 結(jié)構(gòu)的單片機，它采用了大型快速存取寄存器組、快速單周期指令系統(tǒng)以及單級流水線等先進技術(shù)，使得 AVR 單片機具有高達 1MIPS/MHz 的高速運行處理能力。本系統(tǒng)中的公交車系統(tǒng)就是采用 AVR 單片機中的 ATmega128，ATmega16 作為核心控制芯片。2.1.1 單片機的典型應(yīng)用領(lǐng)域及特點以單片機為核

22、心構(gòu)成的單片機嵌入式系統(tǒng)已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的組成部分。在現(xiàn)代的數(shù)字化世界中，單片機嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)大量地滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。其主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾方面：1工業(yè)檢測與控制主要應(yīng)用工業(yè)過程控制、智能控制、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸、測試、測量、監(jiān)控等。在工業(yè)自動化的領(lǐng)域中，機電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種集機械、微電子和計算機技術(shù)為一體的綜合技術(shù)（如機器人技術(shù)）中，單片機發(fā)揮著非常重要的作用。2儀器儀表目前對儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高。單片機的使用有助于提高儀器儀表的精度和準確度，簡化結(jié)構(gòu)，減小體積而易于攜帶和使用，加速儀器儀表

23、向數(shù)字化、智能化、多功能化方向發(fā)展。3消費類電子產(chǎn)品例如，洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、電風(fēng)扇、電視機、微波爐、加濕機、消毒柜等。嵌入了單片機后，功能和性能大大提高，并實現(xiàn)智能化、最優(yōu)化控制。4通訊在調(diào)制解調(diào)器、各類手機、傳真機、程控電話交換機、信息網(wǎng)絡(luò)及各種通訊設(shè)備中，單片機也已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。5武器裝備在現(xiàn)代化的武器裝備中，如飛機、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機嵌入其中。6各種終端及計算機外部設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)終端（如銀行終端）以及計算機外部設(shè)備（如打印機、硬盤驅(qū)動器、繪圖機、傳真機、復(fù)印機等）中都使用了單片機作為控制器。7汽車電子設(shè)備已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種汽車

24、電子設(shè)備中，如汽車安全系統(tǒng)、汽車信息系統(tǒng)、智能自動駕駛系統(tǒng)、衛(wèi)星汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車緊急請求服務(wù)系統(tǒng)、汽車防撞監(jiān)控系統(tǒng)、汽車自動診斷系統(tǒng)以及汽車黑匣子等。8分布式多機系統(tǒng)在較復(fù)雜多節(jié)點的測控系統(tǒng)中，常采用分布式多機系統(tǒng)。一般由若干臺功能各異的單片機組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。在這種系統(tǒng)中，單片機往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進行實時的測量和控制。 從工業(yè)自動化、自動控制、智能儀器儀表、消費類電子產(chǎn)品等方面，直到國防尖端技術(shù)領(lǐng)域，單片機都發(fā)揮著十分重要的作用。2.1.2 單片機的系列Zilog 的 Z80 系列（這個是比 51 還要老的單片

25、機）Intel 的 51 系列單片機Atmel 的 AT89 系列單片機Atmel 的 AVR 系列單片機Microchip 的 PIC 系列單片機Freescale 的 MC 系列Motorola 的 6800 系列義隆公司的 EM 系列麥肯公司的 MDT 系列和泰的 ABOV 系列意法半導(dǎo)體的 ST 系列單片機ARM 系列 32 位的單片機等2.1.3 單片機的結(jié)構(gòu)典 典型單片機的基本組成結(jié)構(gòu)為了提高 MCU 并行處理的運算效率，AVR 單片機采用了程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器使用不同存儲空間和存儲總線的 Harvard 結(jié)構(gòu)，如下所示。Harvard 結(jié)構(gòu)圖AVR 的內(nèi)核結(jié)構(gòu)示意圖B、 、 、

26、PSWALU、 、 、 、 、 、 P3、 、 、 P1、 、 、ISP、P3、 、 、 、P1、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 /、 、 、 、 、 、 、ACCSPTMP1TMP2、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 PC、 、 、 、 、 PC、 、 、 、 、 、 RAM、 、 、 、 、RAM P0、 、 、 P2、 、 、Flash P0、 、 、 、P2、 、 、 、 VCCGNDPSENPROGALE/PP/EA VRSTP0.00.7P2.02.7P3.03.7P1.01.7XTAL1XTAL2 AT89S5 指令圖 2 的系統(tǒng)2.2 WT58

27、8D 語音芯片的簡介2.2.1 主要性能WT588D 語音芯片是一款功能強大的可重復(fù)擦除燒寫的語音單片機芯片，高度集成的單片機技術(shù)足以取代復(fù)雜的外圍控制電路，配套 WT588D Voice Chip 上位機操作軟件可隨意把信息在線下載，大大減少了語音編輯的時間。支持插入靜音模式，不占用 SPI-Flash 內(nèi)存的容量。輸出模式有 MP3 控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制控制端口擴展輸出模式，完全支持 6K22KHz 采樣率的音頻加載。220 個可控制的語音地址位，單個地址位里能加載 128 段可組合語音。PWM 和 DA

28、C 輸出方式，PWM 輸出可直接推動 8/0.5W 的揚聲器，DAC 輸出外接功放，音質(zhì)好。2.2.2 工作原理WT588D 系列語音單片機的封裝有：16PIN 模塊、28PIN 模塊、DIP18、SSOP20 和LQFP32 芯片，我們采用的是 16PIN 模塊。內(nèi)部電路如下圖, WTW-16P 采用 WT588D-20SS 作為核心控制電路，WTW-16P 內(nèi)部包含了 WT588D-20SS 外圍所需的 SPI-FLASH、振蕩電路、復(fù)位電路，外部只需要接上電源、控制端以及揚聲器（或者功放）就能正常工作。為了節(jié)省單片機 I/O 口，我們采用一線串口控制模式，因此只使用了其中的七個引腳。簡介

29、如下表：封裝引腳引腳標號功能描述1/RESET復(fù)位鍵，低電平保持5ms 有效3PWM+PWM+音頻輸出腳，需要從軟件設(shè)置 PWM 輸出才生效（接揚聲器正極）4PWM-PWM-音頻輸出腳，需要從軟件設(shè)置 PWM 輸出才生效（接揚聲器負極）8GND地線腳(接地)10DATA按鍵/三線時鐘/一線數(shù)據(jù)輸入腳(接單片機 I/O 口)14VCC存儲器電源輸入腳（3.3V）15BUSY語音播放忙信號輸出腳16VDD數(shù)字電源輸入腳（3.3V）一線串口只通過一條數(shù)據(jù)通信線控制時序，依照電平占空比不同來代表不同的數(shù)據(jù)位，先拉低 RESET 復(fù)位信號 5ms，然后置于高電平等待大于 17ms 的時間，再將數(shù)據(jù)信號拉

30、低 5ms，最后發(fā)送數(shù)據(jù)。高電平與低電平數(shù)據(jù)占空比為 1：3 即代表數(shù)據(jù)位0，高電平與低電平數(shù)據(jù)位占空比為 3：1 代表數(shù)據(jù)位 1。高電平在前，低電平在后。數(shù)據(jù)信號先發(fā)低位再發(fā)高位。2.3 L298 的簡介L298 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：L298 是一個很好的驅(qū)動電機芯片，無論是直流電機還是步進電機都可以。最大的輸出電流是 2A。1 個芯片里包含了 2 個 H 橋，可以驅(qū)動兩個電機，兩個使能端分別為 EnA 和 EnB，都是高電平才有效， In1(In3)和 In2(In4)的電平必須輸入是相反的電平再可以使能電機轉(zhuǎn)動 .L298 引腳說明：2.4 直流電機簡介定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機，稱為

31、直流電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流電機的可逆運行原理：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行,也可以作為發(fā)電機運行,這種原理在電機理論中稱為可逆原理。當原動機驅(qū)動電樞繞組在主磁極 N、S 之間旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組上感生出電動勢，經(jīng)電刷、換向器裝置整流為直流后，引向外部負載（或電網(wǎng)） ，對外供電，此時電機作直流發(fā)電機運行。如用外部直流電源，經(jīng)電刷換向器裝置將直流電流引向電樞繞組，則此電流與主磁極 N.S.產(chǎn)生的磁場互相作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子與連接于其上的機械負載工作，此時電機作直流

32、電動機運行。直流電機的分類：按結(jié)果主要分為直流電動機和直流發(fā)電機;按類型主要分為直流有刷電機和直流無刷電機2.5 紅外傳感器尋跡簡介2.5.1 尋跡原理公交車在粘有白線的黑板“路面”上行駛，由于白線和黑板對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強弱來判斷“道路” ，我們采用了簡單、應(yīng)用比較普遍的紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點。在尋跡公交車行駛過程中紅外發(fā)射二極管會不斷地對地面發(fā)射紅外線，當紅外線遇到黑色地面后被吸收，沒有被反射回來，此時模塊的輸出為低電平；遇到白線時發(fā)生漫反射被接收管接收，此時模塊的輸出為高電平。單片機就是否收到反射回來的紅

33、外光為依據(jù)來確定白線的位置和公交車的行走路線，紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過 3cm。2.5.2 傳感器的選擇和安裝 市場上用于紅外探測法的器件較多，可以利用反射式傳感器件外接簡單電路自制探頭，也可以使用結(jié)構(gòu)簡單、工作性能可靠的集成紅 外探頭。TCR 系列集成紅外探頭價格便宜、體積小、使用方便、性能可靠、用途廣泛，所以該系統(tǒng)中最終選擇了 TCRT5000 反射傳感器作為紅外光的發(fā)射和接收器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路均較為簡單，如圖傳感器原理圖2.6 LCD 顯示器簡介站牌系統(tǒng)用到的液晶顯示器是諾基亞的 5110 顯示器，84x48 的點陣LCD，可以顯示 4 行漢字，采用串行接口與主處

34、理器進行通信，接口信號線數(shù)量大幅度減少，包括電源和地在內(nèi)的信號線僅有 9 條。支持多種串行通信協(xié)議（如 AVR 單片機的I、MCS51 的串口模式等） ，傳輸速率高達 4Mbps，可全速寫入顯示數(shù)據(jù)，無等待時間。 可通過導(dǎo)電膠連接模塊與印制版，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可將模塊固定到印制板上，因而非常便于安裝和更換。LCD 控制器驅(qū)動器芯片已綁定到 LCD 晶片上，模塊的體積很小。采用低電壓供電，正常顯示時的工作電流在 200A 以下，且具有掉電模式。LPH7366 的這些特點非常適合于電池供電的便攜式通信設(shè)備和測試設(shè)備中，如本系統(tǒng)中站牌設(shè)備。 諾基亞 5110 液晶顯示器的引腳圖如下所

35、示：諾基亞 5110 液晶顯示器的引腳圖第三章 功能分析 城市智能公交系統(tǒng)最終實現(xiàn)的目標是小車在給定的路線上實現(xiàn)自動尋跡，每到達一站自動停止，自動報站，同時公交車發(fā)送信號給站牌，站牌接收到信號后使該站點旁的指示燈被點亮，站牌間通過串口總線通信技術(shù)使得同路線上的相同站點的指示燈都被點亮。整個過程中站牌上的液晶顯示器動態(tài)切換顯示天氣預(yù)報、公交車的動態(tài)位置、廣告內(nèi)容等。公交車在行駛的過程中還具備智能避障功能，到達終點站后能自動無線充電。智能公交系統(tǒng)的整體圖如下： 為了實現(xiàn)以上目標，對小車和站牌的實際做以下分析：本系統(tǒng)由兩輛公交車和七個站牌構(gòu)成，其中有一個站牌為公共站牌。公交車在模擬跑道上利用紅外對管

36、掃描自動尋跡前進，通過掃描跑道上的標志到達站牌指定位置停車，語音芯片通過單片機的控制實現(xiàn)自動報站，單片機控制紅外發(fā)射頭發(fā)送調(diào)制波（兩輛車的調(diào)制波不同），站牌上的紅外接收頭接收到信號后傳送到51單片機，繼而判斷來自哪路車，控制站牌上對應(yīng)的指示燈被點亮，同時站牌通過串口總線通信發(fā)送數(shù)據(jù)給該路的每個站牌，每個站牌相應(yīng)的指示燈也被點亮，站牌的液晶屏?xí)@示公交車離本站還有幾站地、天氣預(yù)報、廣告等信息。停車一段時間后公交車會繼續(xù)尋跡前進。由于兩路公交會有公共路段、公共站，公交車系統(tǒng)添加了紅外避障功能，紅外避障傳感器檢測到障礙物后自動停車，待障礙物離開，繼續(xù)前進。公交車在行駛結(jié)束后會進入停車場，利用無線充電

37、技術(shù)對公交車進行無線充電。第四章 系統(tǒng)設(shè)計4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)是由公交車子系統(tǒng)和站牌子系統(tǒng)組成。公交車系統(tǒng)基于ATmega128、ATmega16 芯片的基礎(chǔ)上，增加了紅外尋跡模塊、數(shù)碼管顯示模塊、WT588D 語音自動報站模塊、紅外通信模塊、左右輪電機模塊。站牌系統(tǒng)采用以AT89S52 為核心的主控芯片，增加液晶顯示模塊、紅外通信模塊、RS232 總線模塊、指示燈顯示模塊等。通過運用外部中斷、定時器、PWM、串口通信等技術(shù)實現(xiàn)了城市智能公交車功能，城市智能公交系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)整體流程圖如下所示：公交系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖紅外通信模塊紅外尋跡模塊ATmega128 單片機左輪電機右輪電機數(shù)碼管顯示

38、模塊語音模塊紅外避障模塊無線充電模塊站牌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖RS232 總線通信液晶顯示模塊 紅外通信模塊AT89S52 單片機指示燈顯示模塊電源模塊是否是否開始小車前進判斷是否到站小車停止，自動報站，發(fā)送信號站牌判斷是否收到信號同路線上的所有該站點的指示燈全被點亮延時公交系統(tǒng)的整體流程圖站牌系統(tǒng)的整體軟件流程圖如下圖所示：站牌系統(tǒng)的整體流程圖否判斷是否收到 1KHz或 2KHZ 的波？設(shè)置電子開關(guān)，使工作在發(fā)送狀態(tài)通過串口向各站發(fā)送該站編號是串口收到數(shù)據(jù)？初始化外部中斷和定時器開始初始化串口設(shè)置電子開關(guān)，使工作在接受狀態(tài)為該站設(shè)置一個編號是液晶屏顯示所到的站點，距離該站還有幾站更新站牌指示燈，點亮

39、相應(yīng)站的指示燈液晶屏顯示新聞、廣告等內(nèi)容否4.2 尋跡模塊設(shè)計4.2.1 硬件設(shè)計(1) 總體方案 整個尋跡系統(tǒng)分為檢測、控制、驅(qū)動三個模塊。首先利用光電對管對路面信號進行檢測，經(jīng)過 LM324 比較器處理之后，送給軟件控制模塊（以 ATmega16/ATmega128為主控芯片）進行實時控制，輸出相應(yīng)的信號給 L298 驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，從而控制整個小車的運動。（2）傳感檢測單元檢測（白線）軟件控制 尋跡模塊框圖驅(qū)動電機控制小車 正確選擇檢測方法和傳感器件是決定尋跡效果的重要因素，而且正確的器件安裝方法也是尋跡電路好壞的一個重要因素。從簡單、方便、可靠等角度出發(fā)，本系統(tǒng)在地盤裝設(shè)有三個紅外探測頭

40、，進行三方向糾正控制，將大大提高其尋跡的可靠性，具體位置分布如圖：紅外探頭的分布圖圖中尋跡傳感器全部在一條直線上。并且中間與兩邊的紅外傳感器之間的距離不能超過白線的寬度。公交車前進時，始終保持中間的紅外傳感器能檢測到白線，兩邊的傳感器哦只檢測到黑板。當公交車偏離白線時，中間的傳感器就會檢測到黑板，把檢測信號送給小車的處理和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號對小車軌跡予以糾正。本系統(tǒng)中的紅外對管間的距離為 1.4cm，距離地面的距離為 8mm，間距適當，尋跡效果較好。否否是是4.2.2 軟件設(shè)計此部分是整個小車運行的核心部件，起著控制小車所有運行狀態(tài)的作用?？刂品椒ㄓ泻芏?，大部分都采用單片機控制。本系統(tǒng)

41、采用 ATMEL 公司的性能優(yōu)越的ATmega128、ATmega16 分別控制 2 輛公交車。其程序控制流程圖如下圖： 否否否否否是是是PA 口的高三位為 110是是是開始定義變量 i 和tempPA 口的高三位為 010將 PINA5-7 賦給 temp（紅外對管掃描情況決定 PA 的高三位的電平高低）公交車直線行駛PA 口的高三位為 100公交車左拐行駛PA 口的高三位為 001公交車右拐行駛PA 口的高三位為 011公交車左拐行駛公交車右拐行駛PA 口的高三位為 111公交車左拐尋跡開定時器中斷產(chǎn)生1K/2K 方波,公交車停止，語音芯片工作報站。延時關(guān)定時器中斷，公交車繼續(xù)尋跡行駛，語

42、音芯片停止工作。否 尋跡軟件流程圖小車進入尋跡模式后，即開始不停地掃描與探測器連接的單片機 I/O 口，一旦檢測到某個 I/O 口有信號變化，程序就進入判斷程序，把相應(yīng)的信號送給電動機從而糾正小車行駛的狀態(tài)。整個尋跡模塊的電路原理圖如下圖所示： 尋跡模塊的電路原理圖4.3 公交車車次顯示模塊設(shè)計4.3.1 硬件設(shè)計 本系統(tǒng)的公交車子系統(tǒng)由兩輛公交車組成，分別由 ATmega128 和 ATmega16 作為主控制芯片，車次分別為 919、920，通過數(shù)碼管顯示車次。 數(shù)碼管的顯示分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。本系統(tǒng)采用的均為動態(tài)顯示。數(shù)碼管的驅(qū)動方案有多種，有不需要其他芯片直接驅(qū)動的，本系統(tǒng)中由 A

43、Tmega128 主控的小車數(shù)碼管的驅(qū)動就是采用這種方式，這種方式需要足夠的 I/O 口，比較適合于驅(qū)動少量數(shù)碼管。也有需要外加芯片驅(qū)動的，本系統(tǒng)中由 ATmega16 主控的小車數(shù)碼管是由74HC138 和 74HC595 間接驅(qū)動的，其中 74HC138 控制位選，74HC595 控制段選。 硬件設(shè)計電路原理圖如下所示：數(shù)碼管顯示模塊原理圖4.3.2 軟件設(shè)計軟件流程圖如下所示：數(shù)碼管顯示模塊流程圖數(shù)碼管 1 顯示 9開始延時數(shù)碼管 2 顯示 1 或 2延時數(shù)碼管 3 顯示 9 或 0延時4.4 語音芯片模塊設(shè)計4.4.1 硬件設(shè)計WT588D 系列語音單片機的封裝有：16PIN 模塊、2

44、8PIN 模塊、DIP18、SSOP20和 LQFP32 芯片，我們采用的是 16PIN 模塊。應(yīng)用電路如下圖：為了節(jié)省單片機 I/O 口，我們采用一線串口控制模式，因此只使用了其中的七個引腳。簡介如下表：由于語音芯片只有在非常惡劣環(huán)境下才需要單片機在每次發(fā)送地址位時進行復(fù)位，所以我們將 1 引腳接 10 電阻接到 VDD直接拉高，揚聲器分別接 3、4 引腳，PWM 波控制揚聲器發(fā)聲，8 引腳接地，10 引腳接單片機 PE0 口，由單片機發(fā)送地址位以控制播放的語段，14、16 引腳接 3.3V，3.3V 電源由 5V 經(jīng)過 LD1117-3.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓而成。15 引腳串聯(lián) LED 和 470

45、 電阻，在語音芯片工作時，LED 燈亮。4.4.2 軟件設(shè)計一線串口只通過一條數(shù)據(jù)通信線控制時序，依照電平占空比不同來代表不同的數(shù)據(jù)位，先發(fā)拉低 RESET 復(fù)位信號 5ms，然后置于高電平等待大于 17ms 的時間，再將數(shù)據(jù)信號拉低 5ms，最后發(fā)送數(shù)據(jù)。高電平與低電平數(shù)據(jù)占空比為 1：3 即代表數(shù)據(jù)位 0，高電平與低電平數(shù)據(jù)位占空比為 3：1 代表數(shù)據(jù)位 1。高電平在前，低電平在后。數(shù)據(jù)信號先發(fā)低位再發(fā)高位?？刂茣r序圖和軟件流程圖如下：結(jié) 束d+_否否是開 始將數(shù)據(jù)口 PD0/PE0 置低延時 5ms將數(shù)據(jù)口 PD0/PE0 置高判斷地址位數(shù)d 是否小于 8定義變量 d 并賦初值 0判斷地

46、址的第d 位是否為 1延時 600us將數(shù)據(jù)位 PD0/PE0 置低延時 200us將地址位向右移 1位將數(shù)據(jù)口 PD0/PE0 置高是延時 200us將數(shù)據(jù)位 PD0/PE0 置低延時 600us語音模塊的軟件流程圖4.5 紅外通信模塊設(shè)計本系統(tǒng)中的公交車系統(tǒng)要和站牌系統(tǒng)進行通信，這部分功能通過紅外通信模塊完成。由于本系統(tǒng)中的公交車系統(tǒng)由兩輛公交車組成，為了避免信號之間的干擾，所以要產(chǎn)生兩種不同頻率的信號，一路公交車上的單片機利用定時器產(chǎn)生 1kHz 波，另一路公交車上的單片機利用定時器產(chǎn)生 2kHz 波。與此同時我們采用 555 定時器產(chǎn)生38kHz 的波，用于和單片機產(chǎn)生的波進行調(diào)制，然

47、后在公交車到站時通過紅外發(fā)射頭發(fā)送給站牌，站牌通過紅外接收頭的接收、放大和解調(diào)直接輸出公交車發(fā)送的信號。利用555 定時器產(chǎn)生 38KHz 方波的算法：占空比 q=(R1+R2)/(R1+2R2)，由于需要產(chǎn)生占空比為 66.6%的方波，故計算可得 R1= R2；振蕩頻率 f=1/(R1+2R2)Cln2=38kHz，取，計算得 R1= R2。利用 555 定時器產(chǎn)生 38kHz 方波的電路原理圖如下圖所示：555 定時器產(chǎn)生 38kHz 方波電路原理圖4.6 避障模塊 為了避免小車在尋跡行駛的過程中發(fā)生碰撞，兩輛小車上分別都安置了紅外避障傳感器。紅外避障傳感器我們選擇了漫反射光電開關(guān) E18

48、-D80NK 代替，它是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測距離可以根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點，可以廣泛應(yīng)用于機器人避障、流水線計件等眾多場合。 實物圖 調(diào)節(jié)距離方式圖4.6.1 硬件設(shè)計避障電路原理圖4.6.2 軟件設(shè)計開始小車前進判斷是否有障礙小車停止延時 避障模塊軟件流程圖 4.7 XKT-408 無線充電模塊 為了提高公交車系統(tǒng)的供電便利性，我們增加了無線充電模塊對公交車進行無線充電。無線充電技術(shù)屬于無線電能的傳輸(Wirelss Power TransmissionWPT)，是借助于電磁場或電磁波進行能量傳遞的一種

49、技術(shù)，主要采用電磁感應(yīng)原理，通過線圈進行能量耦合實現(xiàn)能量的傳遞。如圖 1 所示， 無線充電模塊由發(fā)射模塊和接受模塊兩部分組成，將發(fā)射模塊放置公交車終點站，接受模塊放置公交車上。其中發(fā)射模塊是由芯科泰電子公司生產(chǎn)的一款最小體積的無線輸電模塊，模塊體積僅為長 18mm 寬 15mm 高 8mm 的輸電控制模塊，除外置一個發(fā)射線圈外無任何元件，無線充電接收電流可高達 600mA，基本滿足普通電子產(chǎn)品的充電供電之用，模塊具有識別能力，可根據(jù)負載大小自動增減發(fā)射功率，工作效率約70安裝方便簡單，價格低廉，可直接工作在 412V 的寬電壓工作，主要用于短距離的各種小電子產(chǎn)品使用，符合本系統(tǒng)的使用要求。接收

50、模塊是由相應(yīng)的接收線圈和接收板構(gòu)成。發(fā)射線圈的制作:在直徑為 40mm 的圓上繞 20N，電感量約為 30uH。接收線圈選用發(fā)射線圈的同樣大小匝數(shù)可視具體情況繞制，在確定距離后調(diào)整線圈的匝數(shù)至接收電壓稍高于負載為佳（也可直接用發(fā)射線圈作接收）。發(fā)射模塊工作電壓：5V-12V。發(fā)射模塊工作電流：隨接收負載電流的大小自動增減。接收模塊的輸出電流：5V/600mA。收發(fā)的作用距離：120mm，如果小電流工作可適當增加接收線圈匝數(shù)來增加傳送距離。 XKT-408 實物圖 發(fā)射電路原理圖如下所示：接收路原理圖如下所示：4.8 液晶顯示模塊 為了增加本系統(tǒng)的智能化并給乘客帶來更多的方便和樂趣，我們在站牌上

51、安置了液晶顯示器，不但可以顯示公交車所處位置和下一站的信息，等車的乘客能夠準確地預(yù)知公交車的位置，還可以顯示天氣預(yù)報和廣告新聞內(nèi)容，給焦急等車的乘客帶來些許的關(guān)懷和樂趣。4.8.1 硬件設(shè)計硬件原理圖： 液晶顯示電路原理圖4.8.2 軟件設(shè)計液晶顯示模塊軟件流程圖4.9 串行通信模塊 為了完成站牌與站牌間的通信，我們應(yīng)用了串行通信技術(shù)。所謂串行通信，即一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通信方式。它的特點是：數(shù)據(jù)位傳送，傳送按位順序進行，最少只需一根傳輸線可完成。串行通信成本低但速度慢，且通信的距離可從幾米到幾千米。根據(jù)信息的傳送方式，串行通信可以進一步分為單工、半雙工和開始判斷站牌是否接收到

52、信號是否是 1K 信號顯示廣告 天氣預(yù)報 車位置是否顯示 920 車進站顯示 919 車進站是否全雙工三種。本系統(tǒng)中采用的是 RS232 串口通信。目前較為常用的串口是 9 針串口（DB9，通信距離較近時12m） ，可以用電纜線直接連接標準 RS232 端口，若距離較遠，需附加調(diào)制解調(diào)器（MODEM） 。RS232 串口通信接線方法（三線制）接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，信號地對應(yīng)相接。DB9 接口三線引腳定義：RXD 接收數(shù)據(jù)， TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)。GND 信號地。RS232 邏輯電平：邏輯 0 電平規(guī)定為+5+15 之間，邏輯 1 電平規(guī)定為-5-15 之間，因此

53、在與單片機進行通信時需要進行電平轉(zhuǎn)換。4.9.1 硬件設(shè)計RS232 串行通信接口的電路設(shè)計如下：RS232 串行通信電路原理圖4.9.2 軟件設(shè)計串口通信模塊軟件流程圖接收到信號發(fā)送給 919 路其他站牌，使相應(yīng)指示燈點亮發(fā)送給 920 路的其他站牌，使相應(yīng)的指示燈點亮繼電器上電串口發(fā)送數(shù)據(jù)開始是否是 1k 信號否是第五章 總結(jié)本系統(tǒng)由公交車系統(tǒng)和站牌系統(tǒng)兩部分組成，公交車系統(tǒng)是由達盛科技有限公司所提供的 EXP-ATmega128 作為電動小車的主要微控制器，在該控制器的基礎(chǔ)之上，增加了紅外尋跡模塊、數(shù)碼管顯示模塊，紅外通信模塊，語音自動報站模塊、驅(qū)動和控制電機模塊、紅外避障模塊以及無線充電模塊。站牌系統(tǒng)是由 AT89S52 作為主控芯片在該控制器的基礎(chǔ)上增加了紅外通信模塊、