公交车语音报站系统毕业设计.doc
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1、 毕 业 设 计 论 文题 目: 基于单片机的公交自动报站器设计 学 院: 电气与信息工程学院 专 业: 自动化 姓 名: 刘小洁 学 号: 092410102 指导老师: 宁蕴緋 完成时间: 2014年5月23日 摘要随着国民经济的快速发展,我国城市人口高度集中并大幅增长、交通需求不断扩大导致城市道路交通拥挤,乘坐公交车出行是解决我国城市交通发展问题和实践低碳环保绿色出行的有效途径。随着近年来城市公交事业迅速发展,之前靠售票员报站的方式已经不能满足实际需要,而公共汽车的报站直接影响到服务的质量。本设计介绍了基于单片机的公交车语音报站系统的设计,对系统软件设计和硬件实现进行了详细的描述,主要是
2、以STC89C52单片机为核心控制元件,WT588D语音芯片为录音模块,以液晶屏为显示模块,以独立按键K1、K2为输入设备,扬声器为语音输出设备,设计一个带语音报站和液晶显示功能的公交车报站系统。关键词:公交报站 单片机语音提示液晶屏 AbstractWith the take-off of the national economy, Chinas urban population is remarkably exploding. The increasing demand for transports gives rise to traffic congestion in urban are
3、as. Therefore, public bus system is not only an efficient way to solve the problem of traffic congestion but a way to put the “Low-Carbon Transportation” into of date. The recent development of public transportation requires a phonetic system which can automatically announce bus stations.And the aut
4、omatic stop announcer directly affects the service bus station reporting quality.This paper introduces the automatic stop announcer based on STC89C52 and aims to explicitly describe the software and hardware applied in the system. The main features of the system are that STC89C52 is used for core co
5、ntrolling components, WT588D pronunciation chip for recording, LCD12864 screen for video displays, independent key K1 and K2 for input device, loudspeaker for output device. This is designed for a stop announcement and display system for buses. Key words: Bus stop announcer MicrocontrollerVoice prom
6、ptLCD screen目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1课题研究的背景11.2课题研究的意义11.3课题研究的主要内容22系统总体设计方案32.1功能要求32.2设计思路32.3方案选择32.3.1显示模块选择方案32.3.2按键选择方案42.3.3芯片选择方案42.4 总体设计框图53系统硬件设计63.1概述63.2主控模块63.2.1STC89C52芯片的简介63.2.2主控模块电路原理图93.3语音芯片模块103.3.1WT588D芯片简介103.3.2语音芯片模块电路原理图113.4LCD液晶显示模块123.4.1组成结构133.4.2引脚功能133.5按键控制模块143.
7、5.1按键控制模块电路原理图144系统软件设计154.1 系统的主流程图154.2显示模块设计164.3键盘扫描模块设计175系统分析与调试186结论与展望20致谢21参考文献22附录A 实物照片23附录B 硬件原理图24附录C程序25 1绪论1.1课题研究的背景随着社会经济的发展,城市化进程越来越快,城市人口急剧增加从而使城市交通压力不断增大,在倡导绿色低碳环保的今天,公交车作为城市公共交通的重要方式,是城市居民出行的重要工具。因为公交车具有方便、快捷、经济实惠等优点。公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务,而公共汽车的报站直接影响到服务的质量。随着国民经济的持续发展和各级政府对县域经济的
8、高度关注,乡镇的城市化正在全国如火如荼地展开,基础设施得到了突飞猛进的发展。在这个过程中,乘坐公交车逐步取代了以前落后的出行方式,成为广大城乡人民短途出行的首选。近年来城市公交事业迅速发展,以前靠售票员报站的方式已经不能满足实际需要,很多大中城市都在推广实行无人售票。在广大乡镇,公交车如何实现自动报站还缺乏人们的重视。目前,公交车自动报站主要有以下几种方式:一种是通过全球定位系统(GPS)的用户终端接收工作卫星的导航信息,从而解算出车辆的经纬度信息,进而计算出实时坐标,将其与站点坐标相比较,当车辆驶入站点一定距离范围内时,不用人工干预,系统自动报站;另一种是利用无线射频识别(Radio Fre
9、quency Identification)技术,在每一个公交站台设置一个具有唯一ID的射频发射器,采用间歇工作方式发射信号,当公交车即将到达车站时,车载系统接收到站信号并解码出站台的ID号,由单片机控制自动播放对应站台编号的报站语音;还有一种是对车轮轴的转角脉冲进行计数,将计数值和预置值对比,即可确定报站时刻,达到准确报站的目的。然而,这三种方式都不太适合乡镇的发展现状。第一种设备造价过高,定位精度也难以达到要求;第二种站台建设投入较大,站点一旦变更,射频发射装置即须移动,较为麻烦;第三种需要公交线路严格固定,稍有改变,报站就难以准确。1.2课题研究的意义传统由乘务人员人工报站的方式工作强度
10、大且效果差,并需要大量的人力资源。而通过单片机和语音芯片的结合,使得公交车到站信息及提示信息以语音和显示的方式告知乘客,为市民提供更人性化,完善的服务,并且节省了大量的人力资源。公交车语音报站系统还可以结合每条线路的特点和实际情况自主设定不同的报站方式和站点设置,在为乘客提供方便的同时也便于公交车的运营和司乘人员的操作。1.3课题研究的主要内容本设计采用人工按键的操作方式,实现公交车对站名的语音提示和文字显示功能。当公交车到达某一站时,司机或乘务人员只需按动按键,就可以使单片机控制语音模块对站名进行语音提示,并控制显示模组在液晶屏上显示站名。论文主要是对C语言和单片机的一些基本知识、概念的应用
11、学习和研究,以及STC89C52芯片模块、WT588D语音模块和LCD12864液晶屏的开发设计,该设计的目的是设计一个实现单片机与语音控制芯片和显示模块互联的系统。通过按键,系统可播报相应的车站信息或者公益提醒,并通过液晶屏用汉字显示出来。本设计的主要工作有以下几个方面:1、整体方案的设计方案的选择要符合芯片功能的要求,既要保证操作简单易行,便于公交司机操作,又要体现出本产品的特点。本文研究设计的带录音功能的公交车语音报站系统是采用STC89C52单片机和WT588D语音芯片,用来实现公交车站信息的播放能,用LCD12864带中文字库的液晶显示屏实现公交站名的显示。 2、程序流程图及软件设计
12、一个程序要想实现其功能,不能没有次序而盲目下手,必须对其有一个全面的了解后画出流程框图,然后逐个模块的实现其功能,最终把模块之间合理的连接起来,构成完整程序。本设计的软件设计主要包括系统的初始化设计、延时子程序的设计、录音子程序的设计、放音子程序的设计、液晶屏的显示设计、中断程序设计、以及主程序设计等。整个系统程序采用模块化结构设计程序,易于修改和调试,系统软件的开发是用C语言设计的。3、系统原理图及硬件调试本设计在进行硬件原理分析后,需要连接实物进行实际操作,检验自己的设计是否可以行得通。需要在protel DXP环境下画出硬件原理图并进行电气测试,检测无异议后进行硬件系统的调试,为了保证系
13、统的可靠性分析查找,硬件的调试分模块分别进行了模拟。2系统总体设计方案2.1功能要求1、通过STC89C52芯片实现对按键的读取并将所对应的信息送至扬声器同时将到站信息通过液晶屏显示;2、语音芯片WT588D完成语音模块,实现公交站信息的录入及到站时的放音功能;3、采用两个独立按键,作为上下行播放录音的控制键;4、采用LCD12864液晶屏,显示相对应的站的信息;2.2设计思路电路总体上分为主芯片控制部分、语音芯片和液晶显示部分。以STC89C52单片机最小系统作为核心控制电路,以独立按键对上下行放音进行选择,具体显示内容及方式由软件来完成。语音部分由WT588D芯片来实现,它是一个多功能的语
14、音芯片,可以多次重复录放,本设计正是运用此特点,完成录音和放音功能的。具体步骤是:先录入站的信息,存储到芯片内部,建立语音库,并且具体锁定到对应的地址中,通过按键的次序播放不同的信息。2.3方案选择2.3.1显示模块选择方案方案一:用LCD1602液晶显示,但是由于1602主要显示英文和字符,不适合用于带汉字的公交车报站。方案二:采用LCD12864不带字库芯片,但需要用取模软件取模,PROTEUS可以仿真HT1621(1602)KS0108(12864) T6963C(24064),等系列的模块,需先学会仿真软件方案三:采用带字库的LCD12864芯片,可直接调用字库,使用比较方便。鉴于上述
15、对比与分析,本设计采用方案三。2.3.1语音模块选择方案 方案一:采用专门的语音芯片,常用的如ISD4004,可以录入长达8分钟的语音,8K采样率。虽然这些语音芯片音质失真度较小,但背景噪声很大,还得额外加功放,无额外发挥功能。 方案二:WT588D语音模块,PWM和DAC输出方式,PWM输出可直接推动0.5W/8的扬声器,DAC输出外接功放,音质好。 应用范围广,几乎可以涉及到所有的语音场所。 考虑报站需良好音质,而且要求控制方便,所以决定采用方案二2.3.3按键选择方案方案一:采用STC89C52的独立键盘,其独立键盘有4个按键,按键数量符合录音和放音两个按键的需要。方案二:采用STC89
16、C52的矩阵键盘,其矩阵键盘具有16个按键,数量太多,不如独立按键方便。故采用K1和K2两个独立按键,K1为上行键,按第一下时,对应播放第一站信息,同时调用显示子程序,在液晶屏上显示对应信息。按第二下时,对应播放第二站信息,并在液晶屏上显示信息。K2为下行键,按下时,播放最后一段语音信息并显示,按下第二下时,播放倒数第二段语音信息并显示。2.3.4芯片选择方案方案一:AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS型8位单片机,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大。其片
17、内的4K程序存储器是FLASH工艺的,这种单片机对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密,这又很好地保护我们的劳动成果。再者,AT89C51目前的售价比8031低,市场供应也很充足。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统,缩小系统体积,增加系统的可靠性,降低系统的成本。只要程序长度小于4K,四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程,而且擦写时间仅需l0ms。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密,提供了方便灵活而可靠的加密手段,能完全保证程序或系统不被仿制。PO口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。方案二:
18、完全兼容AT89C51指令系统的STC89C52单片机1、AT89C51不带ISP下载,要用下载器才行,STC89C52可以用USB转串口下载,下载软件可以到STC厂家网上去下。2、STC单片机执行指令的速度很快,大约是AT的3-30倍,所以在AT上好使的程序在STC上不一定好用,最典型的例子就是那些对时序有严格要求的模块,比如IIC,DS18B20、DS1302等的时序。再者,由于执行速度的加快,非定时器控制的精确延时也会受到一定影响,用STC时注意得加长延时,大约是AT的1030倍。3、STC单片机对工作环境的要求比较低,电压低于5伏时仍然正常工作,甚至3伏到4伏之间都还可以工作,然而这样
19、的环境下AT肯定不行了,所以当一个系统用STC单片机好用,但用AT的单片机不工作时,直接查最小系统,看单片机的供电是否正常。比较这两种方案,由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C语言程序设计,综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源,经过对比此次设计要求,我选择用STC系列芯片完成。而且学校也提供了相应的硬件操作平台,实际操作起来比较方便,故STC为更合理的选择。2.4 总体设计框图按照系统功能的具体要求,在保证实现其功能的然础上,尽可能降低系统成本。总体设计方案围绕上述思想,初步确定系统的方案如图2.1所示:STC89C52单片机P2.2-P2.7P3.4-P3.7P3.2-P
20、3.3LCD12864液晶显示屏WT588D语音模块独立按键图2.1系统初步方案 从图中可以看出,系统有微处理器模块、液晶屏显示模块、独立按键模块和语音模块组成。在方案设计中,遵循简洁至上的原则,因此所有的外围模块采用串行方式与微处理器模块接口。该设计以STC89C52系列单片机为控制核心,实现公交车语音报站基本功能。在设计系统时,为了更好地采用模块化设计法,分步的设计各个单元功能模块,系统的硬件部分可以分为按键设定、单片机控制、LCD显示和语音控制四大部分。3系统硬件设计3.1概述此次的毕业设计主要由4个大的模块构成,分别是主控模块、语音芯片模块、LCD液晶显示模块、按键控制模块,其中主控模
21、块是此次毕业设计的核心模块,主要是指STC89C52芯片,它控制整个系统的运行,利用其各个口分别控制其他模块,使其他模块能够成为一个整体,实现功能的需要;语音模块主要指WT588D芯片;而LCD液晶显示模块是整个系统的辅助模块,用来显示到站信息;按键控制模块则是用按键来控制实现的是哪个功能,对应上行、下行。3.2主控模块3.2.1STC89C52芯片的简介功能特性:STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在
22、系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,STC89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。主要性能:与MCS-51单片机产品兼容、
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