基于单片机的公交车自动报站系统.docx

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基于单片机的公交车自动报站系统

第一章绪论

1.1本课题的研究意义

近些年来，随着城市人口的不断增加，人们生活节奏的不断加快，公交车在大城市以及中小城市已经普及，并且有了日新月异的发展，在人民生活中起着重要作用，因此，公交车的正常运行与人们的正常生活息息相关。

传统公交车报站大多是由乘务人员来人工报站，但是因为方言的差异或者人多时语音嘈杂，这种方式不利于人民生活的和谐。

所以根据这种需要市面上产生流行了多种公交车报站器也方便人们的生活。

目前虽然现在在一些大城市的公交车上已经采用GPS定位系统自动报站，但其造价昂贵，难以在一些中小城市实现普及。

另外，现在也有一些城市正在使用的一种半自动语音报站系统，这种系统需要由司机在车子进出站的时候人工操作，由于这两个时间点往往是路面情况最复杂的时刻，因此也给行驶中的车辆带来了安全隐患。

所以本设计针对目前常见公交车报站系统的主要缺陷，研究介绍了一种基于单片机控制的公交车自动报站系统，实现在到站时的自动语音报站和LCD液晶显示，而且该系统造价廉价，可以在中小城市中普及。

1.2目前几种公交车报站器详细比较

公交车对社会影响巨大，对城市发展起着最基本的推动作用。

随着公交车的不断普及市面上也出现各种各样的公交车报站器，现在市面上流行的几种报站器主要有下列几种类型：

1.2.1GPS公交车自动报站器

利用GPS全球卫星定位系统的公交车报站系统，在司机座位后面隔板上，安装了一台15英寸的液晶电视和GPS信号接收器，安装了这套设备后，公交车在语音报站的同时，通过液晶电视还可以显示到站站名的字幕，这样如果没听清报站的话，通过显示屏，乘客也可以一目了然。

当出现紧急情况时，调度中心将会给公交车发出相应的信息，以短信的形式传送到显示屏上，同时车载台会发出相应的提示音；驾驶员也可以通过相应的工具进行回复。

目前在美国部分城市GPS卫星定位系统已经投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受。

1.2.2手动式公交车自动报站器

手动式公交车自动报站器通过主机上的汉字显示器，显示当前车站名称，即将达到站名指示功能；通过主机屏幕的显示，可直观的观察到进站和下一站信息；通过按键，可播放进站，出站，服务用语等语音。

但是该种报站器需要由司机在车子进出站的时候人工操作，由于这两个时间点往往是路面情况最复杂的时刻，因此也给行驶中的车辆带来了安全隐患，不利于公交车的安全行驶。

1.2.3基于单片机的公交车自动报站系统

基于单片机的公交车自动报站系统，而这种系统又大致分为两种技术支持。

其中一种的技术关键是对车轮转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。

该方式应用单片机的高速计数器端口进行脉冲计数，以距离来控制报站时刻，首次实现了模糊控制，改变现有设备的不足。

做到简单实用自动化程度高。

传感器在公交车上的应用极大的提高了设备功能。

另外一种基于单片机的公交车自动报站系统就是利用编码解码芯片PT2262/PT2272进行解码编码，利用无线数传模块F05V/J05V和天线进行发射和接收来实现的。

在每个站牌上设置一个编码发送装置PT2262和无线数传模块F05V，通过公交车上设置的接收装置J05V和译码装置PT2272进行译码并传输到单片机。

发送装置按照延时3到5秒不断发送信号，公交车在距离站牌10到20米的时候就能接收到信号，然后根据程序来实现语音报站，LCD液晶显示。

这种报站系统软件编写比较简单，也容易修改，并且芯片价格低廉，大批生产能够获得比GPS系统达到更高的性价比，是公交车自动报站系统的较佳选择。

综合上述各种公交车自动报站系统，本设计选择了基于单片机的公交车自动报站系统，并利用无线数传模块来实现公交车的自动报站。

第二章系统方案的确定

2.1系统主要要实现的功能

该系统应实现无线信号收发确认，到站时的公交车站名的液晶显示以及自动语音提示。

系统的硬件设计中应充分考虑了性价比，用最少的器件设计出满足要求的硬件电路。

本次设计主要是完成实现基本的仿真，该系统仿真电路的总体结构以52单片机为核心，由模拟接收电路、LCD（LiquidCrystalDisplay,液晶显示屏）显示电路等组成。

2.2无线传输模块的选择

PT2262/PT2272集成芯片。

方案采用低功耗、低价位、通用编解码电路，发送用高β的达林顿管，所以在灵敏度和抗干扰性方面有保障。

无线数传模块F05V/J05V（典型遥控应用电路）：

F05V采用的SMT工艺，优点是低电压微功率、体积小、低功耗发射模块，适合单片机数据传输以及短距离无线遥控报警。

J05V作为接收模块优点是低电压、体积小，两者连接在PT2262/2272配合使用

2.3控制模块的选择

所学专业课中学习过51单片机，并且单片机体积小，重量轻，具有很强的灵活性而且价格便宜，所以控制模块选用单片机。

2.4液晶显示模块及语音模块的选择

随着科学技术的日益发展和进步，微型计算机已经在很多领域得到广泛应用。

LCD与微机技术结合，比传统的LED显示效果更佳。

所以结合公交车报站的使用特点和运营环境，设计一种由单片机控制、LCD显示的公交车报站显示系统。

公交车报站显示系统的设计应用单片机，LCD显示，使到站信息及提示信息以显示的方式告知市民，为市民提供人形化、完美的服务。

所以本次设计中重点使用了LCD1602液晶显示模块

鉴于使用Proteus仿真，在仿真中使用蜂鸣器代替语音模块，使用蜂鸣器的连续间断发声作为提示。

为了以后实际需要，在文章中介绍了常用的语音模块ISD4004。

2.5系统整体硬件电路的确定

根据系统要实现的功能，以及各个模块的选择，确定了整个报站系统主要组成部分分为两个模块。

发射模块即电子站牌部分主要由AT89C51单片机，PT2262编码装置，无线传输模块F05V和天线组成。

接收控制模块即车载部分是主要部分，选择AT89C51为核心的控制器，PT2272译码装置和无线数传模块J05V以及天线作为接收信号装置，语音录放芯片ISD4004组成的语音播放电路以及LCD1602液晶显示屏构成液晶显示模块。

系统各部分框图如下图所示。

图2-1公交车站牌发射部分方框图

图2-2公交车车载接收部分方框图

公交车自动报站系统就是利用编码解码芯片PT2262/PT2272进行解码编码，利用无线数传模块F05V/J05V和天线进行发射和接收来实现的。

在每个站牌上设置一个编码发送装置PT2262和无线数传模块F05V，通过公交车上设置的接收装置J05V和译码装置PT2272进行译码并传输到单片机。

发送装置按照延时3到5秒不断发送信号，公交车在距离站牌10到20米的时候就能接收到信号，然后根据程序来实现语音报站，LCD液晶显示。

发射部分通过编码芯片PT2262，无线数传模块F05V和天线不停发射周期信号，发射的一个周期的内容包括本站点的地址、站名等信息的编码信息。

当公交车行驶进人该信号范围内，车载部分的通过天线，经无线数传模块J05V和PT2272译码就会接收到这个编码信息，单片机将编码信息处理后，向显示模块和语音模块发送对应的信息，就能实现液晶显示屏显示对应的站名和语音报站，完成自动报站。

第三章系统功能模块详细介绍

3.1单片机AT89C51

随着计算机技术的发展，单片机技术已成为计算机技术中的一个独特的分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色。

纵观单片机发展的30多年来，单片机正往多功能、高性能、高速度、低电压、低价格、低噪声、低功耗、小体积、大容量、专用化和外围电路内装化的方向发展。

单片机的出现使的过去经常采用模拟电路、数字电路实现的电路系统，转变成现在用单片机予以实现，并且传统的电路设计方法演变成硬件和软件相结合的设计方法，并且许多电路设计问题将转化为纯粹的程序设计问题。

诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想，是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑

微控制器通常将主要的组成部分集成在一个芯片上，就是把中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要部件集成在一个芯片上。

AT89C51俗称单片机，可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

主要特性：

1、一个CPU，一个片内振荡器以及时钟电路，

2、4K（RAM）程序存储器，

3、128B（ROM）数据存储器

4、21个特殊功能寄存器

5、数据能够保存的时间：

10年

6、与MCS-51指令相兼容

7、32个可编程I/O线（4个8位并行I/O端口）

8、16位定时器/计数器有两个

9、5个中断源，两个优先级嵌套结构

10、一个可编程全双工串行接口

11、低功耗的闲置和掉电模式

12、片内振荡器和时钟电路

尽管目前单片机种类多，各类单片机的指令系统各不相同，功能各有所长，但市场占有率最高的是51系列单片机。

单片机体积小，重量轻，具有很强的灵活性而且价格便宜，得到越来越广泛的运用。

例如工业控制领域、家电产品，智能化仪器仪表，计算机外部设备，特别是机电一体化产品中都有重要的用途，其中的51单片机系列发展规模最大。

51单片的运用广泛，并且具有优异的性能价格比，集成度高，体积小，有很高的可靠性，并且控制功能强。

所以是核心控制期间的最佳选择。

图3-1AT89C51单片机引脚图

3.1.1管脚说明

下面对设计中用到的一些管脚进行简要的介绍：

VCC：

供电电压，一般接+5V电源正端。

GND：

接地，一般接+5V电源地端。

P0口（39~32脚）：

输入输出线P0.0~P0.7统称为P0口。

可以用作准双向输入/输出口使用，但由于内部无上拉电阻，一般外加上拉电阻：

在进行片外存储器扩展或I/O扩展时，P0口作为分时服用的低8位地址总线和双向数据总线。

P1口（1~8脚）：

P1口作为准双向I/O口使用。

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。

P2口（21~28脚）：

P2口也可作为准双向I/O口，当进行片外村春气扩展或I/O口扩展时，P2口用作高8位地址总线。

P3口（10~17脚）：

P3口作为准双向I/O口使用外，每一个端口还具有第二功能。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行口输入端）

P3.1TXD（串行口输出端）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（定时器/计时器0计数脉冲输入）

P3.5T1（定时器/计时器1计数脉冲输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通信号输出）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通信号输出）

RST（9脚）：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持10ms高电平时间才能保证有效的复位。

ALE/PROG（30脚）：

地址锁存允许/编程线。

采用了地址/数据总线复用技术。

/PSEN（29脚）：

片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。

/EA/VPP（31脚）：

片外程序存储器选用端，低电平有效。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

外接晶体振荡器一端。

XTAL2：

外接晶体振荡器另一端。

3.1.2外部晶振的选择

AT89C51的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。

通过XTAL1，ATAL2外部接上一片作为反馈元件的晶体，与C1和C2构成了并联谐振电路，使其构成自激