公交車智能報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吉高卿 鄭運(yùn)昌 張紫朝 張海東 范永勝

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

0 引 言

隨著城市的飛速發(fā)展與環(huán)保問(wèn)題的日益增加，公共出行成為越來(lái)越多人的出行方式.目前，我國(guó)仍有一些城市還在使用以前的老舊公交系統(tǒng)，沒(méi)有完成公共交通完全智能化，公交司機(jī)還需兼顧到站進(jìn)行手動(dòng)按鍵提醒的任務(wù)，如此一來(lái)，公交司機(jī)的任務(wù)艱巨且危險(xiǎn)，公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)就顯得尤為重要[1].這就需要一種依據(jù)公交車坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)的系統(tǒng)，及公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng).

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)的公交車智能報(bào)站系統(tǒng).經(jīng)過(guò)測(cè)試表明.該系統(tǒng)能正常工作，較好的實(shí)現(xiàn)了公交自動(dòng)報(bào)站的功能.

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示.公交車智能報(bào)站系統(tǒng)的主控芯片為STC89C58RD單片機(jī)，該單片機(jī)是一種新型的51單片機(jī)，我們?cè)O(shè)定這種單片機(jī)為最主要的支配部件，控制整個(gè)公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)[2]；液晶顯示部分設(shè)計(jì)選取了LCD12864液晶，這種顯示部件能夠很好的與單片機(jī)進(jìn)行匹配，接受單片機(jī)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行顯示信息，此次設(shè)計(jì)主要用于顯示公交車的站點(diǎn)信息；GPS模塊是需要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位的模塊，我們選取VK2828U7G5LF作為此模塊能夠更精準(zhǔn)的進(jìn)行定位，從而使公交車到站后能準(zhǔn)確及時(shí)的進(jìn)行報(bào)站功能；音頻播放配件設(shè)計(jì)選取Miniplay模塊，這種模塊能夠準(zhǔn)確執(zhí)行單片機(jī)要求的指令，如播放指定音樂(lè)等[4].本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于公交車自動(dòng)播報(bào)到站情況，同時(shí)必不可少的是按鍵電路，這是我們與單片機(jī)建立聯(lián)系的基礎(chǔ)，這樣就能夠?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行各種操作.此外，還實(shí)現(xiàn)了電源指示燈提示，時(shí)鐘顯示等附件功能.

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

1.2 語(yǔ)言播報(bào)模塊

語(yǔ)音是自然、方便的交流方式，是公交車智能報(bào)站系統(tǒng)的一個(gè)重要部分.本系統(tǒng)的語(yǔ)言播報(bào)模塊采用的是DFPlayer Mini模塊，圖2為其電路原理圖.該模塊的芯片可以為MP3、WAV、WMA更格式的音頻硬解碼，不再需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器.支持FAT16、FAT32文件系統(tǒng)，集成度高，使用方便[5].語(yǔ)音播報(bào)電路操作簡(jiǎn)單，控制引腳與TTL兼容.提供串口功能，集成了的EEPROM.支持TF卡驅(qū)動(dòng)，控制簡(jiǎn)答.采用一般的串口指令，實(shí)現(xiàn)如何播放樂(lè)曲，怎樣播放樂(lè)曲等功能，較好的真實(shí)再現(xiàn)語(yǔ)音功能.

圖2 DFPlayer Mini模塊電路原理圖

1.3 時(shí)鐘模塊

公交車智能報(bào)站系統(tǒng)的時(shí)鐘模塊采用DS1302芯片.其主要引腳為：Vcc2為主電源，VCC1為后備電源.其電路原理圖如圖3所示.DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電.實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí).當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電.

圖3 DS1302時(shí)鐘模塊電路原理圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要包括以下幾個(gè)模塊：主程序模塊，GPS定位模塊，DFPlayer Mini語(yǔ)音模塊，LCD12864顯示模塊，DS1302時(shí)鐘模塊.主程序模塊的工作流程為：首先單片機(jī)讀取DS1302時(shí)鐘模塊信息，然后通過(guò)LCD12864顯示模塊進(jìn)行顯示時(shí)間；其次單片機(jī)從GPS模塊提取模塊所處位置的經(jīng)緯度信息，并且與當(dāng)前站點(diǎn)位置進(jìn)行對(duì)比，如果到站則進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)站.此外，該系統(tǒng)支持GPS校時(shí)、手動(dòng)報(bào)站與自動(dòng)報(bào)站的切換、切換上行下行模式等功能.系統(tǒng)主程序的流程圖如圖4所示：

圖4 系統(tǒng)主程序流程圖

2.1 DFPlayer Mini語(yǔ)音模塊軟件

DFPlayer Mini模塊是一個(gè)性價(jià)比很高，便于攜帶的語(yǔ)言播放元器件.當(dāng)公交車即將到站時(shí)，GPS模塊識(shí)別出公交車的位置信息后，將向DFPlayer Mini模塊傳輸信息，DFPlayer Mini模塊接收到信息后，會(huì)依據(jù)事先設(shè)定好的程序讀取音頻文件并進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào).公交車駛離站點(diǎn)時(shí)的工作原理與上述過(guò)程相同.具體的語(yǔ)音模塊工作軟件流程圖如圖5所示

圖5 語(yǔ)音模塊工作軟件流程圖

2.2 顯示模塊軟件

系統(tǒng)的顯示模塊主要采用LCD12864液晶顯示模塊，該模塊與GPS模塊、時(shí)鐘模塊相互配合，將公交車運(yùn)行過(guò)程中的站點(diǎn)信息、GPS信號(hào)的鏈接狀態(tài)、當(dāng)?shù)貢r(shí)間日期、手自動(dòng)模式、公交車的運(yùn)行方向等信息直觀的反映在LCD顯示屏上.顯示模塊軟件的流程圖如圖6所示.

圖6 顯示模塊工作軟件流程圖

3 測(cè)試及結(jié)論

按上述完成硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)后，即可進(jìn)行公交車智能報(bào)站系統(tǒng)的測(cè)試工作.系統(tǒng)上電后，開(kāi)始正常工作，效果如圖7所示.LCD顯示屏上顯示的信息包括：系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間，報(bào)站系統(tǒng)播報(bào)模式，公交行駛方向，歡迎字幕等信息.默認(rèn)情況下，播報(bào)模式為“手動(dòng)播報(bào)”，公交車行駛方向?yàn)椤跋滦小?

圖7 系統(tǒng)上電后顯示屏信息

當(dāng)公交車到達(dá)程某一程序中設(shè)置好的站點(diǎn)位置時(shí)，開(kāi)始報(bào)站，顯示屏上有相關(guān)提示信息.如圖8所示.

圖8 到站時(shí)顯示屏信息

測(cè)試結(jié)果表明，該公交車智能報(bào)站系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確的完成公交車自動(dòng)報(bào)站工作，提高了工作效率，節(jié)省了人工成本，具有一定的市場(chǎng)推廣價(jià)值.