公交车语音报站.docx
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公交车语音报站.docx
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公交车语音报站
课程机器视觉
院(系)物联网工程学院
专业控制工程
学生姓名王俊俊
学号6151913031
指导教师陈莹
完成日期:
2015年10月14日
巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书
本人郑重声明:
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除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
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本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
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保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。
本人签名:
日期:
导师签名:
日期:
公交车语音报站电路设计
摘要
本设计主要目的是解决如何方便、准确地指示乘客到站的问题,利用语音播报方式进行报站和预报站,对所报站数进行文字显示和站名语音信息录放及站名选择控制等功能。
系统使用AT89C52单片机来控制语音合成模块和液晶显示模块。
语音模块采用MP3-TF-16P,这是一种利用简单的串口指令即可完成指定的语音或音乐,以及如何播放音乐等功能。
这里不需经过数模之间或模数之间的相互转换,因此能够更好地再现语音的真实效果,避免了语音电路量化噪声和失真现象的出现。
然后在配合液晶屏显示,就能使得该报站系统更加实用。
系统包括单片机模块,语音电路模块,显示模块,键盘接口,复位电路及电源等。
关键字:
语音提示;单片机;文字显示;公交报站
Bus-stopcircuitdesignVoice
Abstract
Thedesignmainlysolvetheproblemofhowtoeasilyandaccuratelyindicatethatpassengersarriving.Ithasthefunctionofanalogvoicereportingandforecastingstationonthetextdisplay,reportingnumberandstationname,andvoiceinformationrecordingandstationnameselectioncontrol.Thesystemuses52Single-chipMicrocomputertocontrolspeechsynthesischipandliquidcrystaldisplaymoduleVoicechipMP3,usingasimpleserialcommandstocompletetheassignedmusic,andhowtoplaymusicandotherfunctions,notthroughA/DandD/Aconversion,sowecanreceivethenaturalemergenceofbettervoiceeffectsandavoidthequantizationofnoiseanddistortioncausedbythequantizationandcompressioninthegenerallysolidvoicecircuit.Besides,LCDmakesthereportingsystemmorepractical.Thesystemincludesmicro-controllermodule,voicerecordingandplaybackcircuitry,stationnumber,stationnamedisplaymodules,interfacecircuitofthekeyboard,resetcircuitandpowersupply.
KEYWORDS:
AudioPrompt,Single-chipMicrocomputer,CharacterDisplay,Bus-StopAuto-Announce
1.绪论
1.1课题研究的意义及背景
在快速发展的当今社会,公交车已经成为人们生活中必不可少的交通工具,为了更加方便、快捷、准确的为顾客服务。
我们需要改进目前的公交语音报站系统。
现在,公交车行驶在现代文化程度高经济发展迅猛的市区,它形成一道美丽的风景线。
同时随着经济的飞速发展,公交系统也日新月异。
不仅公交车的型号不断更新换代,而且为了公司效益目前大半改成无人售票车。
报站也由开始的售票员报站变成了目前的司机按键报站。
公交车语音报站系统在公交事业占有举足轻重的地位。
为了提供便捷、舒适、安全的乘车环境,是我们不断追求的目标。
目前,公交车语音报站有许多种方式,在此介绍几种公交车语音报站的最新成果:
一种是利用无线射频识别技术,在每一个公交站台设置一个具有唯一代码或身份证的射频发射器,采用间断性的工作方式发送信号,当公交车即将到达车站时,公交车载的接收信号的系统,接收到站信号并解码出站台的代码或身份证号,然后触发单片机控制播放对应站台编号的语音报站;另外一种是采用全新高科技,利用全球定位系统(GPS)接收卫星的导航信息,计算出实时坐标,将其与站点坐标相比较,当车辆驶入距离站点一定距离范围内时,无需人工按键,公交车系统会自动播报公交车所到达的站台名。
但是,这两种方式都不能适用于乡镇的发展。
第一种站台建设投入较大,一旦站点有所变更,我们就不得不将射频发射装置移动,这是件非常麻烦的问题;第二种设备造价过高,定位精度也难以达到要求。
为此,本文试图设计一种方便、易行、经济、实惠、快捷的公交车报站系统。
1.2设计任务
本设计采用最简单的人工按键的操作方式,实现公交车在到站时,对站名的语音播报和文字显示功能。
利用单片机AT89C52来控制语音芯片进行语音播报,当公交车到达某站时,司机只需按动按键,就可以触发单片机发出指令控制语音模块对站名进行语音播报,并在液晶屏上显示站数。
该系统的优点在于使用方便、灵活,音质清晰明亮。
经过研究,得到了一种低成本的公交车自动报站方案。
2.方案的选择与论证
公交车自动报站系统的设计主要是利用人工手动来控制报站时刻,进站、出站自动播报站名及服务用语,准确、及时。
本章重点在于阐述硬件以及方案的对比选择,并进行论证,然后确定选用方案。
2.1系统设计结构图
公交车语音报站器的设计,对按键准确熟练实用即可确定报站时刻,达到准确的目的。
以AT89C52为主控芯片,结合语音模块MP3-TF-16P输出语音,播报站台信息。
系统CPU控制、控制按键、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)CPU控制:
当到站时,司机就会按动按键,触发单片机输出信号控制语音芯片进行报站。
(2)控制按键:
控制按键主要是司机手动控制、手动调整等。
(3)语言芯片:
由专用语音芯片MP3-TF-16P组成,便于在不同公交线上使用。
(4)输出显示:
LED点阵汉字显示。
2.2系统设计方案对比
根据设计要求和目的,对系统主要部分的器件和设计方案进行选择如下。
2.2.1处理器CPU的方案选择
方案一:
凌阳公司生产的,8位的CPU和16位的CPU。
它也有很多特点,比如:
体积小不大、易于扩展、可靠性强;另外,在处理中断能力上比较强;强功能、高效率的指令系统及低功耗、低电压。
但是其主要是为控制处理数据处理和数字信号处理等领域。
方案二:
ATMEL公司生产的八位低电压、高性能的单片机。
与凌阳系列相比,AT89C52单片机无论在CPU功能还是存储容量以及特殊功能部件性能上都要高出一筹。
其性能如下:
高性能CMOS8位单片机内含8Kbytes的存储空间和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),片内置有通用8位中央处理器和Flash存储单元;可编程I/O口线有32个,16位定时/计数器有3个,寻址范围64K。
另外,可以重复编程、快速擦除、写入。
综上,在本设计中,考虑到个人对单片机的熟悉程度,选择ATMEL公司生产的AT89C52单片机作为微控制器。
2.2.2LCD液晶显示的方案
方案一:
LCD1602液晶显示器,相比其他液晶显示模块而言,它是块价廉物美的显示器件,其体积不大、控制简单、使用方便。
它能显示2行16列的数字或英文信息,另外连接它的线很少,只要8根数据线和3根控制线,这样给使用带来很大的方便,节约单片机I/O口。
市场上一块LCD1602的价格也只在15元左右。
方案二:
TH12864液晶显示模块是点阵的文字图形型液晶显示模组,内置国际标准的GB2312码简体中文字库、ASCII码字符集(8×16点阵)和64×256点阵显示RAM(GDRAM绘图区域);这种液晶显示模块可直接与CPU接口相连,有两种界面被提供用于来连接微处理机(八位并行及串行连接方式);具有光标显示、画面移位等多种功能,功能强大,但是价格很高。
综上所诉,显示模块的选择,方案一中的LCD1602液晶显示器会更适合作为此次设计的显示模块。
显示去向和站台信息,方便乘客观看。
2.2.3语音芯片的方案对比
方案一:
WT5001-48L是一款OTP高音质的MP3语音芯片,支持MP3和WAV解码,丰富的外设接口使其应用更加多种多样:
一个SPI;一个标准的UART异步串口;低功耗;休眠时待机电流约80uA;控制播放响应快速性和保真,优于同类产品;如果设计的产品需要更换语音或者音乐文件时间较长或则是音质要求较高的场合都可以选择这款语音模块。
WT5001-48L芯片及模块可应用在汽车电子智能家居系统、语音说明书的领域得到广泛的应用。
方案二:
MP3-TF-16P是一个提供串口的语音模块,集成了MP3、WAV等硬件解码,使用方便、高保真。
同时软件支持TF卡的驱动。
通过简单的串口指令即可完成指定的语音或则音乐的播放。
综上,选择方案二,符合该设计的需要,虽然方案一也可以但是方案一的成本较高,方案二又足以胜任该设计的所有需求。
另外,MP3-TF-16P无需繁琐的操作,使用方便,性能稳定。
因此,方案二更为合适。
2.2.4串口部分的方案选择
因为AT89C52单片机有一个全双工的串行通讯口,所以使得单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。
但是如果要进行串行通讯,必须要满足一定的条件,由于电脑的串口是RS-232电平的,而单片机的串口是TTL电平的,要想两者之间相互通讯,必须要有一个电平转换电路,才能进行结合。
在本设计中采用了专用芯片MAX232进行电平转换,使用+5V单电源供电。
3.系统的硬件电路及说明
本章根据系统设计结构图来对每个模块的电路部分解析和说明,主要部分分别是单片机AT89C52、语音模块、液晶显示模块以及串口部分的芯片。
该系统的核心器件是单片机。
3.1关于AT89C52单片机
AT89C52作为系统的核心控制元件,只有它能正常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态。
因此,下面对AT89C52进行必要的说明,AT89C52的管脚如图3-1所示。
图3-1AT89C52管脚图
引脚功能说明:
VCC:
电源电压。
GND:
地。
P0口:
P0口是一个8位漏级开路双向I/O口,作为输出端可以驱动8个TTL门电流。
在实现某些功能时,P0口需要外加上拉电阻。
P1口:
P1口具有内部提供上拉电阻,是一种双向的8位I/O口,P1口缓冲级能够驱动4个TTL门电路。
此外,定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和定时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)的功能分别由P1.0和P1.2来担任。
引脚号第二功能
P1.0/T:
T2(定时器/计数器T2的外部计数脉冲输入),时钟输出。
P1.1/T:
T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)。
P2口:
P2口具有内部上拉电阻,是一种双向的8位I/O口,P2具有输出缓冲器驱动4个TTL逻辑电平功能。
如果让P2口作为输入口使用,必须对P2端口写“1”,使得内部上拉电阻把端口拉高。
P3口:
P3口具有内部上拉电阻,是一种双向的8位I/O口,P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑门电路。
,如果让P3口作为输入口使用,此时需要对P3端口写“1”,使得内部上拉电阻把端口拉高。
另外,如果P3口被外部拉低,引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
端口引脚第二功能:
P3.0:
RXD(串行输入口)
P3.1:
TXD(串行输出口)
P3.2:
INT0(外中断0)
P3.3:
INT1(外中断1)
P3.4:
T0(定时/计数器0)
P3.5:
T1(定时/计数器1)
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)
RST——复位输入。
要使得电路复位,必须使RST引脚维持在两个机器周期以上高电平才能使得电路复位。
ALE/PROG——这个端口的功能是当访问外部程序存储器或数据存储器时,地址锁存允许输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
PSEN——程序储存允许(PSEN)输出表示外部程序存储器的读选通信号。
EA/VPP——外部访问允许。
如果EA端保持低电平(接地),CPU仅访问外部程序存储器。
3.2复位
复位电源线(RST)的目的是使AT89C52处于复位状态。
通常,上电复位和按钮复位是AT89C52有两种复位方式,。
在单片机应用中,单片机本身需要复位,I/O接口电路等也需要复位。
因此,我们需要一个包括上电和手动复位在内的系统同步复位电路。
复位电路如图3-2。
图3-2复位电路
3.3晶振
片内晶振电路输入线(XTAL1和XTAL2)外接石英晶振和微调电容。
AT89C52的访存时间必须大于所用外部存储器的最大存取时间这样做的目的是为了使AT89C52和外部存储器同步从而可靠工作。
同时,我们选取振荡器频率为11.0592MHz。
连接图如图3-3。
图3-3晶振电路
3.4语音提示
在本设计中,使用的语音芯片是MP3-TF-16P,是一种提供串口的语音模块,集成MP3、WAV等的硬件解码。
支持TF卡驱动,该语音模块是通过简单的串口指令读取外部存储卡中的语音系统即可完成指定的音乐,以及如何播放音乐等功能,不需要繁琐操作,稳定可靠是其最大的特点。
其引脚如图3-4。
图3-4MP3模块的引脚
引脚的说明如下:
1)VCC:
模块电源输入。
2)RX:
UART串口数据输入。
3)TX:
:
UART串口数据输出。
4)DAC-R:
音频输出右声道。
5)DAC-L:
音频输出左声道。
6)SPK2:
接喇叭+。
7)GND:
地。
8)SPK1:
接喇叭-。
9)I01:
触发口,默认上一曲。
10)GND:
地。
11)I02:
触发口,默认下一曲。
12)ADKEY1:
AD口1,当触发时是第一段。
13)ADKEY2:
AD口2,当触发时是第五段。
14)USB+:
接U盘或插电脑的USB口。
15)USB-:
接U盘或插电脑的USB口。
3.5文字显示
液晶显示器以其微功耗、体积不大、显示内容丰富、便于携带等诸多优点,在各种小系统中得到了更广泛的应用。
本设计中使用的液晶显示模块是LCD1602。
图3-5所示为本设计LCD1602的连接图。
3.5.1LCD1602的电路连接及引脚结构
图3-5LCD1602的连接图
LCD1602是一种用点阵图形来显示字符的液晶显示器模块,它显示的容量为2行16个字。
它的显示内容丰富、体积不大、美观和易于控制都是本设其引脚结构图如图3-6。
图3-6LCD1602引脚结构图
3.5.2引脚功能
1)第1脚:
GND为地电源。
2)第2脚:
VCC接+5V电源。
3)第3脚:
VEE为液晶显示器对比度调整端。
接+5V电源和接地使得对比度分别为弱和强。
当显示屏产生“鬼影”时,说明对比度过高。
为了方便调整对比度可以利用精密的电位器进行调节,一般对比电压为0.7V左右。
4)第4脚:
RS为寄存器选择。
5)第5脚:
为读写信号线。
进行读操作时是高电平,写操作时为低电平。
6)第6脚:
E端为使能端。
当液晶模块执行命令时,E端的电平会由高电平跳变成低电平。
7)第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据线。
8)第15脚:
背光灯VCC,一般直接和+5V电源相连接。
9)第16脚:
背光灯GND。
3.6串口部分
本设计中的单片机和PC机之间的通信的电平转换采用MAX232芯片来实现。
单片机是TTL电平,而PC机是标准的RS-232正负逻辑状态,所以它们之间只有经过相互的转换之后才能连接。
本设计中MAX232的引脚图如图3-7所示,连接图如图3-8所示。
图3-7MAX232的引脚图
图3-8连接图
3.7键盘接口
本设计使用简单的独立式按键来控制报站信息,同时通过设置系统在不同的功能下让单个按键的功能也跟随不同,这使系统使用起来很方便。
3.8电源供电电路
本设计采用最简单的电源供电设计,如图3-9所示为系统电源供电电路连接图。
图3-9电源供电电路连接图
4.软件设计
4.1语音提示应用实现
图4-1语音芯片放音流程图
语音模块的流程,如图4-1。
当电源供电后,语音模块会执行上电操作指令。
上电过程会有短暂的延迟,当达到上电延迟时间后,语音模块会自动执行SETPLAY命令设置播放地址。
当有信号输入时,例如按键按下触发单片机,单片机会发出指令,指示语音模块执行播放的内容。
让后再一次按下按键,语音就会播报下一个语音内容。
4.2显示应用实现
图4-2文字显示程序流程图
文字显示程序的流程图,如图4-2。
开始上电后,液晶显示屏第一行会显示出语音报站的英文,第二行会显示第几站。
如果外部按键被按下,触发单片机,显示模块就会接到一个指令使得站数加一。
如果外部没有按键按下,显示模块不执行任何命令。
4.3键盘接口应用实现
图4-3键盘接口程序流程图
按键流程图,如图4-3,是外部控制的最重要的部分,内部的一切指令,都需要外部按键的控制。
按键连接P1口,当按键按下时,相当于向P1口输入一个低电平,触发单片机。
本设计中的按键采用独立式按键,使用方便。
每按下一次按键,语音模块和显示模块都会有相应的响应。
5.系统制作、焊接和调试
本节主要介绍了基于单片机公交车语音报站器设计系统的制作、焊接、调试。
5.1系统的制作
通过以上的几节的介绍和说明,按照电子工艺的操作工程开始制作电路板。
1)根据电路原理图,买好相应的元件,并根据各自元件的封装,画好系统的PCB图。
2)根据系统的原理图,制作好电路板。
3)按照系统的安装图把元件安装在电路板上。
5.2系统的焊接
在焊接原件的过程中,有必要注意以下几点:
1)先焊接跳线,再焊接个子较低的元件,最后焊接体积大的,个子高的元件及飞线。
2)在焊接过程中,要注意焊接的质量,避免有空焊、虚焊、桥接等焊接质量问题的出现。
3)极性元件在安装焊接的时候一定要注意极性是否和原理图上的相对应。
5.3系统调试
按照上面的步骤,系统在正常的情况下安装并焊接完成。
在调试前,先检测系统的电源和地之间是否有短路和断路现象,如果有,用万用表检查故障原因并维修好,直到把故障消除。
然后对设计电路进行检测。
1)电源电路的调试:
前工序做好了,用5V电源接在PCB板上的插座上,观察电源指示灯是否正常点亮,如果正常点亮,则说明电源部分电路正常;否则检测电源电路故障,直到电源指示灯正常点亮。
2)微控制器电路、液晶显示器、按键部分的调试:
接通电源开关,通过连接在PCB板上的串口和PC机上的USB接口之间的下载连接线程序烧入单片机中,再根据系统的控制要求对各模块进行检测。
检测AT89C52是否正常工作、LCD1602是否正常显示、按键的控制是否符合系统的控制要求。
对以上各个部分检测完并确定都正常后,至此,系统的整过制作过程结束;否则,要对其相应的部分做维修处理,直到一切都正常为止。
5.3.1系统实物图
系统制作的实物图,如图5-1。
图5-1系统实物图
图中的部分包括最小系统,LCD1602液晶显示以及MP3-TF语音模块等,由这些原器件组成了简单的公交语音报站系统,可以满足一些大小城市的公交语音报站系统。
5.3.2系统的测试图
上电后,系统的初始化显示如图5-2。
图5-2系统初始化显示
报站过程中的系统显示出第几站,如图5-3和图5-4分别为第二站和第四站的显示。
图5-3第二站系统显示
图5-4第四站系统显示
5.3.3系统程序运行
系统运行部分截图,如图5-5和图5-6。
图5-5系统程序运行
图5-6系统程序运行
5.4系统原理图
系统原理图,如图5-7。
图5-7系统原理图
6.结束语
我毕业设计的题目是公交车语音报站器的设计,在这次论文中,学习了从安装软件到画图,排板,布线,制板,焊接,下载程序,调试等一整套的过程。
经过几个月的奋斗,终于完成了设计。
该设计本着简单、方便、经济、实用的目的设计,设计的系统具有的一些优点在于成本低、稳定、实用、音质好等,实现了适用于乡镇公交语音报站的要求。
系统选用MP3-TF语音模块,该模块是一个提供串口的语音,通过简单的串口指令就能完成指定的语音播放功能,并且其语音保真度较高。
另外,本设计仍然存在的许多的不足之处,比如它在报站时刻上不能十分的精确,存在一定的误差。
这些问题都需要在今后的研究工作中加以改进,使系统更完善,更好的为人们服务。
在科技、文化、经济高速发展的今天,人们已经离不开公交车,它给人们外出带来了方便、快捷,然而影响服务质量的一个主要因素在于公交车报站器系统设计的是否人性化、是否能为人们带来舒适。
通过本次设计,我不仅学习到了52系列单片机的知识,更拓展了自己的视野,培养了自己的学习能力。
这些进步对以后的工作学习肯定会有很大的帮助。
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- 公交车 语音 报站