基于單片機的公交車自動報站系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

聶 茹

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電子信息工程學(xué)院，廣州 510800)

1 引言

隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，公交車已成為人們的主要交通工具，公交車的服務(wù)質(zhì)量代表了一個城市交通發(fā)展的水平。如今由售票員人工售票，報站的公交車已經(jīng)基本沒有了，無人售票公交車在街頭逐漸多起來了，語音報站器也被廣泛使用，這在相當(dāng)大程度上免除了乘務(wù)人員沿途報站的麻煩，給許多不熟悉公交線路的乘客帶來了方便。隨著單片機技術(shù)的日益成熟，多媒體技術(shù)的普通應(yīng)用，公交車語音報站器系統(tǒng)的服務(wù)得到進一步完善。

在結(jié)合單片機和公交車報站器特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于單片機STC89C52來控制語音芯片ISD4004進行公交車語音報站，并通過LCD1602來顯示當(dāng)前實時情況的公交車自動報站系統(tǒng)。該公交車報站器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，音質(zhì)清晰，可以在各種公交車上提供及時報站服務(wù)，具有很強的實用性。

2 系統(tǒng)功能

公交車自動報站系統(tǒng)的主要功能如下:

(1)不同公交線路站名的輸入和更換。

(2)實現(xiàn)完整手動播報一條公交線路的站名，包括上行線路與下行線路。

(3)進行語音播報，使報站器更人性化。

(4)可以在LED顯示屏上顯示時間、日期、報站信息、提示語和廣告。

(5)利用汽車后門的打開與關(guān)閉實現(xiàn)對當(dāng)前站名的播報和下一站的預(yù)報，當(dāng)播報出錯時還可以利用調(diào)試按鈕對播報系統(tǒng)進行調(diào)試。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件部分主要包括MCU微處理控制器單元、LCD液晶顯示模塊、語音芯片、功放、按鍵控制、紅外電路模塊、溫度測試模塊、實時時鐘電路、晶振電路、電源模塊等電路。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)主要硬件部分實現(xiàn)

系統(tǒng)以STC89C52單片機為CPU進行系統(tǒng)搭建，它是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強抗干擾的單片機，具有8K可編程Flash存儲器，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051［1］。

系統(tǒng)利用液晶1602模塊進行顯示。LCD1602是一種用5×7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(nèi)容豐富、體積小、美觀和易于控制都是本設(shè)計選擇它作為顯示模塊的原因。常以I/O口方式進行讀寫訪問，在該設(shè)計中，我們使用P0口直接驅(qū)動1602，由P2.0、P2.1、P2.2 這3 個引腳做控制端。

語音芯片采用 ISD4004。美國 ISD公司的ISD4004芯片是一種功能非常強大的語音芯片［2］，它的錄放時間為8至16分鐘，而本公交車系統(tǒng)的錄音時間長，采用ISD4004利于每個站臺的錄音和報站。另外在控制上，ISD4004可以直接通過地址方式查詢錄音信息并通過揚聲器報放錄音信息。最后也是最重要的，ISD4004具有錄音結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)錄音結(jié)束后，單片機可以通過讀取該標(biāo)志產(chǎn)生中斷信號，使CE、PD置高電平，從而控制ISD4004進入不工作節(jié)能狀態(tài)。

紅外無線控制電路，由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器;接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。

實時時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)。DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路［3］，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒計時，DS1302與單片機之間用同步串行的方式進行通信，用RST(復(fù)位)、I/O(數(shù)據(jù)線)、SCLK(串行時鐘)這三個接口線進行連接。

溫度傳感模塊采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換，控制都由這根線完成。DALLAS公司的DS18B20是這樣一種獨特的溫度傳感器，它只需一個接口引腳即可通信，可用數(shù)據(jù)線供電，并具備多點測溫能力［4］。DS18B20具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點［5］，本設(shè)計在P3.3懸掛該溫度傳感器。

按鍵控制模塊使用簡單的獨立式按鍵來控制報站信息，同時設(shè)置系統(tǒng)在不同功能下單個按鍵的功能也隨之不同。按鍵采用重復(fù)使用功能，這使系統(tǒng)看起來較簡便，控制簡單，設(shè)計新穎。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括中斷服務(wù)程序、錄音/放音控制程序、紅外遙控解碼程序及主程序的設(shè)計。

4.1 中斷服務(wù)程序

在CPU工作的同時，它也在查詢INTO是否有中斷信號(低電平有效)產(chǎn)生。當(dāng)檢查到有中斷信號時，CPU發(fā)出讓顯示器和ISD4004工作的控制信號，把接收到的站牌信息顯示并播報出來，播報結(jié)束后，系統(tǒng)返回到相應(yīng)的主程序。圖2為本設(shè)計使用的中斷服務(wù)程序流程圖。

圖2 中斷服務(wù)流程圖

4.2 錄音/放音控制程序

如果有按鍵按下，電路將執(zhí)行該按鍵指向的工作程序。有放音鍵，停止鍵，加一，減一鍵以及特殊語鍵。在待機狀態(tài)下，如果放音鍵首次被按下，程序?qū)⑹紫扰袛嗍侨ミ€是回(公交車路徑一般是既去又回的)，并點亮相應(yīng)的指示燈。自動讀出第一站的放音內(nèi)容，站號顯示1。如果不是首次按下，程序則首先判斷當(dāng)前站號，并以該站號為依據(jù)獲得存放該站放音內(nèi)容的首地址。調(diào)用放音子程序，讀入前面獲得的本站放音內(nèi)容首地址，開始放音。每一句放音完畢后，ISD4004的中斷引腳(25腳)會自動送一低電平信號。在硬件設(shè)計中，該引腳與單片機的P3.3連接。因此，會引起一次中斷，在中斷子程序中會有一個計數(shù)器記錄中斷次數(shù)，從而判斷何時一站結(jié)束，站號加一并刷新顯示。加一鍵按下后則使程序放音內(nèi)容轉(zhuǎn)向下一站，減一鍵則使程序放音內(nèi)容轉(zhuǎn)向上一站，相應(yīng)的站號顯示也將隨之刷新。特殊語鍵按下后，程序轉(zhuǎn)向執(zhí)行特殊語放音(比如拐彎請注意等語句)。停止鍵被按下將中止當(dāng)前的放音狀態(tài)。

4.3 主程序流程圖

系統(tǒng)的主程序設(shè)計是用來控制整個系統(tǒng)運行的時序工作狀態(tài)，因此，完善的程序設(shè)計是本設(shè)計的重點內(nèi)容。圖4是本設(shè)計使用的主程序設(shè)計流程圖。

圖3 錄音/放音程序流程圖

圖4 主程序流程圖

5 結(jié) 束 語

以STC89C52單片機為核心設(shè)計公交車自動報站系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)過實際調(diào)試，可以正常運行，音質(zhì)清晰，在各種公交車上都可以提供及時報站服務(wù)，具有很強的實用性。

［1］劉維紅，譚永超.基于STC89C52單片機的電子時鐘研究［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2012(9):57－58.

［2］靖大同，吳向前，司志澤.基于ISD4004芯片的電梯智能語音系統(tǒng)的設(shè)計［J］.電子世界，2012(11):35－36.

［3］裘昌利，金美善，楊坤.串行時鐘芯片DS1302在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代教育科學(xué)，2010(1):96－97.

［4］何慧娟，何芝仙，趙轉(zhuǎn)哲.基于DS18B20的單片機溫控系統(tǒng)［J］.科技信息，2008(13):149－150.

［5］王琪，朱光衡.一種基于DS18B20的單點測溫方法的研究［J］.科技傳播，2011(17):223－224.