基于GPS的公交报站系统的设计

装订线 基于GPS的公交报站系统的设计基于GPS的公交车报站系统的设计摘要：随着经济的不断发展，人们的生活水平不断的提高，人们的出行也越来越多，安全方便的出行也变的越来越重要。所以智能的公交车系统显得尤为重要，本次毕业论文设计是基于GPS的公交车报站系统的设计，它利用GPS进行位置信息采集，然后将采集的信息传递给单片机AT89C51,系统以单片机作为CPU进行总体控制，通过ISD4004语音芯片进行语音报站，再通过LCD液晶显示器进行站数显示，这样就完成了公交车自动报站系统。关键词：单片机，语音芯片,液晶显示器Design of bus stop system based on GPSAbstract：With the continuous development of the economy, peoples living standards continue to improve, peoples travel is also more and more, safe and convenient travel has become more and more important. So the intelligent bus system is particularly important, this graduation thesis is based on the design of GPS bus stop reporting system. It utilizes GPS location information acquisition, and then collect the information to the microcontroller AT89C51, system with MCU as the CPU of the overall control, the voice chip ISD4004 voice station reporting, the LCD liquid crystal display station number display, thus completing the automatic bus stop reporting system.key word：single chip，Voice chip，Liquid crystal displayii目录第1章 概述11.1GPS国内的外发展形式11.1.1国外的研究现状11.1.2国内的研究现状11.2课题研究的内容及意义21.2.1课题研究的内容21.2.2课题研究的意义2第2章 系统的硬件设计和方案选择32.1系统设计结构图32.2系统设计方案的选择32.2.1控制模块的选择32.2.2液晶显示模块的选择32.2.3语音芯片的选择42.3 GPS系统42.3.1 GPS系统简介42.3.2车载GPS定位系统的发展现状4第3章 系统的硬件设计电路与元件说明63.1单片机AT89C5163.1.1单片机管脚说明83.2复位电路83.3LCD液晶显示电路103.3.1LCD液晶显示器的优点103.3.2LCD1602液晶显示器103.3.3LCD引脚功能说明103.3.4LCD的指令说明及时序113.4语音芯片电路133.4.1ISD4004引脚的说明133.5功放电路163.6GPS模块接口电路173.7USB接口电路17第4章系统的软件设计194.1程序设计194.2主程序流程图204.3语音模块流程图21第5章系统仿真225.1开发环境KeilC51介绍225.2仿真环境PROTEUS介绍22总结24致谢24参考文献27I附录28II第1章 概述1.1GPS国内的外发展形式1.1.1国外的研究现状国外对公交车智能系统研究的相对比我们要早很多，他们研究的时间要追溯到上个世纪六七十年代，尤其是在一些发达国家，比如说美国、英国、日本以及欧洲的一部分国家，这是由于第三次科学技术革命带动的结果。研究智能交通系统最早的国家是日本，现如今他们早已经已经进入实用化阶段，技术方案刚开始所采用的是埋在地下的电感环行天线，也是最早成立了全国性ITS推进组织的国家，发展的非常迅速，现在基本实现覆盖全国的智能交通信息网络，在后来GPS逐渐的发展起来，这时候他们又把GPS应用到智能交通系统中，代替了传统的方式，覆盖率达现在能够达到80，并计划要在2011年全部实现智能交通系统的各项指标。GPS定位的出现让智能交通系统的发展越来越智能，美国是在20世纪70年代开始研制的第二代卫星导航系统，这也让很多国家相继利用GPS定位实现智能交通化,他们现在在公共交通智能系统方面的研究技术是非常先进的，国外一些发达国家在进行城市智能交通的研究和开发GPS技术非常的发达，并且利用率也是比较高的，但应用于公交车智能系统就变得比较少一点。1.1.2国内的研究现状我国的智能交通系统发展起步比较晚，与发达国家相比落后很多，我国从事公交智能化方面的研究相对来说就是更加的晚了，公交车在城市交通运输系统中有着至关重要的作用，但是一直没有被政府给予充分的重视。所以导致我国的城市公共交通智能系统的发展一直在后面，现在，我国大多数城市都建立了智能公交车系统，如上海、北京、天津、广州等等，都完成了实践的阶段，现在智能交通系统的发展也比较成熟了。但是与发达国家相比较还是具有较大的差距，我国车与调度中心的通信方式大多采用GPRS的方式，智能公交系统绝大部分采用了GPS定位技术，智能交通系统国内有好多公司在研发，比如大华股份、大连至达、青岛海信、中威电子等等。虽然我国的智能公交系统还不是很完善，在车辆服务、安全、显示、车载网络及广告娱乐设施方面还有一定的缺陷，但是现在我国的科技发展非常的迅速，最近几年更是飞速的发展，也和一些其他国家有许多的合作，发展的也是越来越好，从前的老式的报站方式现在已经基本没有了，在一些小的城镇可能还是有的。GPS是一种无线电卫星导航系统，我国近期发射的各种卫星系统也都非常的顺利，为我国的智能公交系统的发展奠定了结实的基础。当在城市高楼区、树林、隧道等地方可能导致GPS定位信号的暂时中断，产生一定的误差，所以智能公交系统还要进一步的研究与发展。1.2课题研究的内容及意义1.2.1课题研究的内容基于GPS的公交报站系统设计，该系统采用GPS对行驶中的公交车进行定位，在将定位信息传送到控制中心单片机，单片机再控制语音芯片自动进行语音报站，LED显示屏显示到站的站点信息和下一站站点信息。公交车行使的过程中也可插播一些广告。1.2.2课题研究的意义社会在不断地进步，发展的速度也是越来越快，人们的生活水平也变得越来越高，农村、小城镇不断的向大城市涌进，导致城市的人口也在不断地上涨，经济消费水平也在提高，所以大城市的交通压力也变得越来越大，在城市人们选择的出行方式大多是公交车和地铁，所以公交车是现在人们出行上班的重要的交通工具之一，所以公交车的智能化也非常的重要，公交车系统越是智能，人们的出行就越是安全，传统的公交车系统有许多的不安全因素，比如报站需要公交司机手动报站，这种报站方式会分散司机注意力，加大司机劳动量。容易因为分散注意力或是劳累而发生交通事故。现在科学技术发展飞快，智能的公交系统已成必然，在加上卫星通讯的快速发展，这一切都使智能的公交报站系统越来越智能，基于GPS的公交车自动报站系统是目前比较先进的公交车系统，它由单片机作为控制中心，通过卫星进行实时定位，播报即将到达的站点和下一站点，这使得人们的出行更加安全和方便。目前公交车的报站方式主要有以下几种：第一种是由司机进行手动的报站；第二种是通过门的开和关闭进行自动的报站；第三种是利用无线信标语音报站器，来进行报站。这种报站方式的原理是在每个公交站点建立信标发射点，信号覆盖一定的范围，当公交车驶入信号范围时，公交车进行报站，当公交车又行驶出范围时，公交车进行预报下一站，这种方式报站比较准确，也不需要司机动手，比较智能。但是建设麻烦，投资比较大，容易收到信号的干扰不稳定，后期需要不定期的维护，费用比较高；第四种就是本次毕业设计要研究的课题基于GPS的公交车自动报站系统，卫星对公交车进行实时定位，再通过控制中心单片机进行站点信息播报。第 26 页 共 27 页第2章 系统的硬件设计和方案选择2.1系统设计结构图根据毕业设计的要求与自己的设计思路，确定了该系统的结构图。如图2-1所示。硬件电路主要由单片机控制器单元、GPS定位模块、复位模块、LCD液晶显示模块、语音芯片、功放等电路组成扬声器功放语音芯片复位模块GPS模块单片机。LCD液晶显示模块存储模块 图2.1系统设计结构图2.2系统设计方案的选择2.2.1控制模块的选择在我们所学过的专业课中学习最多的就是51单片机，并且51单片机的体积小，控制能力强，种类繁多，价格低具有极高的性能价格比强。其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势，所以控制模块选择51单片机。2.2.2液晶显示模块的选择现在的科学技术发展的越来越快，微型计算机也在不断的发展 并且在各个领域得到了广泛的应用。液晶显示可以有两种选择，一个是LED液晶显示一个是LCD液晶显示，要是选择LED显示的话需要用数个数码管来显示相应的的信息，数个数码管连线也会比较麻烦，还要考虑到美观的问题，在价钱上也需要几十块，站点等信息显示的效果也不算理想，而LCD液晶显示器的就比较方便，其体积小，控制简单。它能显示2行16列的数字或是英文信息，更具有好用、价格便宜、显示清晰等优势。所以最终要选择LCD液晶显示模块。2.2.3语音芯片的选择我们学过的单片机原理及接口技术中并没有涉及，所以需要查找资料来确定选择什么样的语音芯片，第一个是台湾某公司生产的ARP9600语音芯片，这款芯片是采用模拟存储技术的芯片，具有嗓音低、音效好、不怕断电、能够反复录放等特点，单片可录放30到60秒左右，录放的时间比较短，适用于对录放时间要求时间短的系统中，但是次语音芯片价格相对来说比较便宜，比ISD同类芯片价格便宜，还具有多种手动控制方式，控制方便、在进行多段控制的时候电路简单、接收速度快、每个键都有开始停止的功能。第二个语音芯片是ISD4004 系列语音芯片，这个芯片采用CMOS 技术，内含振荡器、音频放大器等等，芯片的工作电压为3.3V，单片的录放时间在8到16分钟，芯片音质好，人们听起来特别清晰，接收信号快速，处理也迅速等等。相比较台湾公司生产的ARP9600语音芯片具有录制语音时间长的特点，使用相对更加简单，因为本次的设计需要录制的时间较长，所以最后选择ISD4004系列语音芯片。2.3 GPS系统2.3.1 GPS系统简介GPS是全球卫星定位系统的简称(Globle Positioning System) ，是一个中距离圆形轨道卫星导航系统。它可以为我们提供地球表面绝大部分地区的位置信息，是美国最开始研制,于在1994年的时候基本建成。系统由美国进行研制和维护，可以精准的确定全球任何地方的三维位置、三维时间和三维运动，GPS的空间是由24颗卫星组成，定位快、全面而且准确，卫星系统的发展也是越来越完善。我国在不断加大卫星定位系统的研究和投资力度，这使得我国的卫星定位系统快速发展起来。技术水平在世界上也名列前茅，全球卫星定位系统具有全天候、高精度、自动化、高效益等特点,运用范围非常广泛，列如船舶远洋导航、飞机航路引导、紧急救生、通讯终端、城市智能交通等等，应用非常广泛，取得了巨大经济效益和社会效益。2.3.2车载GPS定位系统的发展现状随着社会的快速发展，越来越多的人拥有自己的轿车，汽车以走进千家万户，所以车辆的导航也就变得尤为重要，车载GPS在大城市已经得到了广泛的应用，给人们带来了许多的方便。对于城市的公交系统来说车载GPS就更加的必要了，GPS的实时定位大大提高了公交车的智能系统，不在是传统的非智能报站方式，取而代之的是一个自动化的报站模式，在许多的大城市在公交上已经装备了车载GPS，这给我们的出行带来了许多的方便，也在一定的程度上让我们的出行更加的安全，有了GPS定位，自动报站变得及时而又准确，人们可以更加清楚到站站点的信息，如果发生什么意外的情况，有了GPS定位相关部门可以在第一时间确定事故的发生地点，从而在第一时间到达事故地点，更好的解决，将损失降到最低。第3章 系统的硬件设计电路与元件说明3.1单片机AT89C51科技的发展越来越快，尤其在计算机方面显示的最为突出，单片机技术是计算机技术中的一部分，80C51是Inter公司生产的一个单片机系列，AT89C51就是其中的一个单片机，单片机发展非常迅速，在单片机发展到今天，你会发现单片机正往多功能、高性能、高速度、低噪声、低功耗、小体积、大容量的方向发展。单片机是为满足工业控制而设计的，所以控制能力强，各部件之间的连接紧凑，数据传输方便并且不容易受到影响。控制系统过去经常采用模拟电路或是数字电路来实现功能，现在都转变成用单片机来实现，并且电路的设计也逐步变成硬件和软件相结合的设计方法，现在电路设计的许多问题不再是电路问题而转化成为纯粹的程序设计问题，单片机被开发的意义是非常重大的，并不只是它带来多大的经济效益，更重要的是它在技术革命上带来的变革，它已经从根本上改变了传统的控制方法和设计思想，是人类控制技术的一次重要革命，是技术改革的一座重要里程碑。微控制器就是将主要的组成部分集成到一个芯片上，简单的说就是把中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、时钟、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。就构成了所谓的单片机AT89C51。它具有以下主要特性：1、一个CPU，一个片内振荡器和时钟电路， 2、4K程序存储器，3、128B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目前单片机种类繁多，各式各样的单片机拥有各式各样的指令系统，功能也是个不相同，根据需要选择合适的单片机，51系列单片机在市场上占有很大的份额。单片机体具有积小，重量轻，灵活性强而且价格便宜，其CPU可以对I/O端口直接进行操作，位控能力更是其他计算机无法比拟的。单片机种类和型号繁多，适于广泛的应用领域，所以现在得到越来越广泛的运用。例如智能仪器仪表、实时工业控制、分布系统的前端模块、家用电器，特别是在机电一体化产品中有着更重要的作用，其中的51单片机系列发展规模最大应用最多。51单片的运用广泛，具有优异的性能价格比，集成度高，体积小，可靠性强，最重要控制功能强。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单片机管脚说明下面是对设计中能够用到的一些管脚进行简单的介绍：VCC：电源接入引脚，一般情况接+5V电源正端。GND：接地引脚，一般情况接+5V电源地端。P0口（P0.0P0.7）：P0口用作通用I/O口。作输出口时，CPU执行口的输出指令，作输入指令时，可以读自口的引脚，P0用作地址/数据总线时，当执行输出指令时，低8为地址和数据信息分时出现在地址/数据总线上。当执行输入指令时，低8为地址信息先出现在地址/数据总线上，然后数据再出现。这时是一个真正的双向口。P1口（18脚）：P1口作为准双向I/O口使用。当P1口管脚写入1后，被内部上拉为高电平是，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将会输出电流。P2口（2128脚）：P2口也可以作为准双向I/O口。P3口（1017脚）：P3口除了作为准双向I/O口使用外，每一个端口还具有第二功能。P3口可作为AT89C51的一些特殊功能口，其功能如下表所示：P3.0 RXD（串行口输入端）P3.1 TXD（串行口输出端）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（定时器/计时器0计数脉冲输入）P3.5 T1（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）：复位信号输入引脚。当振荡器复位器件时，必须要保持10ms高电平时间才能保证有效的复位。ALE/PROG（30脚）：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚。采用了地址/数据总线复用技术。/PSEN（29脚）：外部程序存储器选通信号输出引脚，低电平有效。/EA/VPP（31脚）：内外存储器选择引脚/片内EPROM编程电压输入引脚，低电平的时候有效。当第一种方式时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端是高电平时。XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚。XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚。3.2复位电路复位就是使程序自动从0000H开始执行，因此我们只要在AT89C51单片机的RST端加上一个高电平信号，信号持续10ms以上就可以了，RST端接一个上电复位电路，它是由一个小的电容和一个电阻构成的的。按键复位电路采用一个按钮控制信号，按下时给RST端加上高电平信号。此次设计采用放电型的进行人工复位的电路，如图按键复位电路，上电时C3通过R2充电，保持宽度大于10ms的正脉冲，就能够完成复位操作。当C3结束充电后，RST端呈现低电平，这时CPU将正常的工作。在此次设计中假如需要按键进行复位，那么按下按钮BUTTON3，C3通过BUTTON3和R2放电，RST端电位将会上升到高电平，进而实现人工复位，BUTTON3松开后C3重新充电，当结束充电后，CPU将会重新开始工作。如下图中，R2是限流电阻，阻值不能过大，不然不能起到复位作用。 图3.2按键复位电路3.3LCD液晶显示电路3.3.1LCD液晶显示器的优点在单片机系统中应用LCD晶液显示器作为输出显示器件有以下几个优点：显示质量高：由于液晶显示器每一个点在接收到信号后就一直保持一定的色彩和亮度，让人更容易看的清楚，而不像阴极射线管显示器那样需要不断刷新亮点，才能让人们看的清楚。因此，液晶显示器比较实用，他的画质高且不会闪烁。数字式接口：液晶显示器都是数字信号传递，和单片机系统连接更加简单可靠，操作也是更加的方便。体积小、重量轻：液晶显示器的原理是通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来进行显示，在重量上比其他传统相同显示面积的显示器要轻得多。功耗低：相对而言，液晶显示器的功率消耗主要在其内部的电极和驱动IC上面，所以它的耗电量也比其它显示器要少得多。3.3.2LCD1602液晶显示器LCD1602是一种用以点形成图来显示字符的液晶显示器，它的显示大小一般为2行共16个字。它可以显示的内容非常丰富，并且它还具有体积小、美观和易于控制的优点。所以这次毕业设计会选择它作为显示模块。其引脚结构图如图3.3所示。 图3.3LCD1602引脚图3.3.3LCD引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（没有背光）或16脚（有背光）接口，各引脚接口说明如表3-1所示: 表3-1 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源接地端9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极 第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接正5V电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整引脚，当接正电源的时候对比度是最弱的，在接地的时候对比度最高，如果对比度过高的时候会产生虚影，所以我们在使用时一般可以通过加一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，当输入高电平时是选择数据寄存器、当输入低电平时是选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，当信号为高电平的时候进行读操作，当信号变为低电平的时候进行写操作。如果R/W和RS的信号一样为低电平时可以者显示地址或写入指令，当输入到RS的信号为低电平而R/W是高电平的时候可以读忙信号，反过来当RS是高电平R/W是低电平的时候写入数据。第6脚：E端为使能端引脚，当E端的信号由高电平变化成低电平时，这时候液晶模块开始执行命令。第714脚：D0D7为8位双放向数据线。 第15脚：背光源正极引脚。第16脚：背光源负极引脚。3.3.4LCD的指令说明及时序LCD模块控制器共有11条控制指令，如表3-2所示： 表3-2 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容LCD1602液晶模块可以通过指令编程来实现读写操作、光标和屏幕的操作。（说明：1为高电平、0为低电平） 指令1：清除显示，指令码01H,光标返回到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H位置。指令3：显示和光标模式设置I/D：设定光标的移动方向，当高电平时光标向右移，当低电平时光标向左移 S:当屏幕上显示的所有文字是否进行右移或者左移，取决于电平的高低，当高电平的时候表示有效，低电平的时候表示没有效果。 指令4：显示控制开关。D：控制整个LCD显示的开与关，当信号为高电平表示开显示，当信号为低电平表示关显示C：控制光标的开与关，当信号为高电平表示有光标，当信号为低电平表示没有光标 B：控制光标的闪烁，当信号为高电平时闪烁，当信号为低电平时不闪烁。 指令5：显示移位或光标 S/C，当信号为低电平的时候光标移动，当信号为高电平的时候显示的文字移动。 指令6：功能设置DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：当信号为低电平时为显示单行，当信号为高电平时显示双行。 指令7：字符发生器RAM地址设置。 指令8：DDRAM地址设置。 指令9：光标地址和读忙信号BF：是忙标志位，当信号为高电平时是忙，这时候模块不可以接收数据或者命令，当信号变为低电平的时候说明不忙。此时模块可以接收数据或者命令。 指令10：写入数据。 指令11：读数据。3.4语音芯片电路 3.4.1ISD4004引脚的说明 引脚图如下图3-4所示。 图3.4ISD4004引脚图引脚说明如下：1）.电源:(VCCD，VCCA)：为使产生的噪声变成最小,一定要把芯片的数字电路和模拟电路分别使用不同的总线电源,要连接到外封装的不同的管脚上,模拟和数字电源端走线方式最好分别走线,最好是在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。2).地线:(VSSD，VSSA)：与上面介绍的电源一样，芯片内部的模拟电路和数字电路在连接地线的时候要使用不同的地线。3).同相模拟输入(ANA IN+)：这个是录音信号的同相模拟输入端。输入放大器可以选择差分驱动或单端。当选择单端输入时,信号则由耦合电容输入,最大幅度是峰峰值32mV。当选择差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值16mV，与ISD33000 系列一样。4).反相模拟输入(ANA IN-)：在输入放大器差分驱动时,这个是录音信号的反相输入端。信号经过耦合电容输入,最大幅度是峰峰值16mV。5).音频输出(AUD OUT)：音频的输出引脚,可驱动5K的负载。6).片选(SS)：当此端信号为低电平的时候,即向该ISD4004语音芯片发送命令，两条命令之间是高电平。7).串行输入(MOSI)：此引脚为串行输入引脚，主控制器一定要将数据存放到本端在串行时钟上升沿之前的半个周期,供ISD输入。8).串行输出(MISO)：ISD的串行输出引脚。ISD未被选中时,呈高阻态。9).串行时钟(SCLK)：ISD的时钟输入引脚,由主控制器进行产生,一般用于同步MOSI和MISO之间的数据传输。当数据在SCLK上升沿的时候被锁存到ISD中,在到下降沿的时候移出ISD。10).中断(/INT)：漏极开路输出引脚。ISD进行任何操作(包括快进)的时候，如果检测到EOM或OVF,此时变为低电平并持续保持这种状态。中断状态会在下一个SPI周期开始的时候被清除。处于中断状态的时候也可用RINT指令读取。OVF标志-当标志出现时表示ISD的录、放操作已到达存储器的最后。EOM标志-在放音时检测到设备里面的EOM标志时,此状态位置1。11).行地址时钟(RAC)：漏极输出引脚。如下图3-5所示，每出现一个RAC 周期的时候可以表示ISD 存储器工作已经进行了一行。当这个信号为175ms时维持高电平,低电平的时候是25ms。在快进模式下的时候,RAC为218.75s 为高电平,在31.25s时是低电平，这个端可用于存储管理技术。图3.5 时钟RAC周期12).外部时钟(XCLK)：本引脚内部设有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前就已经调校完成,误差必须在+1%以内。用于商业的芯片在整个温度和电压范围内, 频率变化应在+2.25%内。用于工业的芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,这时候应该使用稳压电源。若设备需要要求更高的精度,则可以从本引脚输入外部时钟(如前表所列)。如果内部的防混淆及平滑滤波器已设定,那么上述推荐的时钟频率就不能在改变。输入时钟的占空比是多少对其并没有什么影响,因为其内部首先进行了分频,必须接地。13).自动静噪(AMCAP)：当录音的信号电平降低到内部设定的某一值以下的时候,自动静止噪音的功能启动会使信号减弱,这样可以降低没有信号(静音)时的噪声。一般情况下对地接1mF的电容,构成器件内部信号电平峰值检测电路的一部分。检测出来的电平要与其内部设定好的值作比较,来决定自动静止噪声功能的转变点。当为大信号时,自动静噪电路不减小,静音时衰减6dB。1mF的电容也会影响到自动静噪电路对信号幅度的响应速度。所以本引脚接VCCA则禁止自动静噪。3.4.2ISD4004操作模式说明语音芯片ISD4004作用于SPI串行接口。SPI协议为一个同步串行数据传输协议,协议要求在SCLK的下降沿微控制器的SPI移位寄存器操作,于是对于语音芯片ISD4004而言,假如时钟上升沿数据和信号储存MOSI引脚,则下降沿将会把数据送至MISO引脚。SPI协议的内容具体如下：1）.所有的串行数据传输在SS处于下降沿时开始。2）.SS在传输数据的时候必须保持是低电平,两条指令之间应该保持是高电平。3）.所有数据在语音芯片时钟的上升沿移入,在下降沿的时候移出。4）.SS变成低电平的时候,在输入地址指令以后,ISD才能进行录放操作。5）.指令格式：8位控制码 与6位地址码。6）.ISD进行的所有操作(含快进)假如碰到OVF或EOM时,内部系统会生成一个中断,这个中断形态会在下一个SPI周期开始的时候被去除。7）.运用“读”指令的时候，假如“读”指令把中断状态位移出ISD的MISO引脚时,掌控及地址数据也会同步从MOSI端移入。从而我们在进行类似的操作的时候一定要谨记移入的数据是不是与器件现在进行的操作兼容。假如兼容操作是能常规进行的，如果不兼容就可能发生某些差错，从而这个时候我们一定要仔细写，当然,也容许在一个SPI周期里,同一时间运行读状态与开始进行全新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作允许不兼容)。8）.任何操作在运行位(RUN)放置1时开始,放置0时结束。9）.所有发出的指令都在SS端上升沿开始执行。SPI控制寄存器控制器件还有很多的功能,列如录音、信息检索(快进)、上电/掉电、开始和停止操作、忽略地址指针等等。具体详细功能在下面得表3-3中有详细的说明。表3-3 SPI控制寄存器功能表 位值功能位值功能RUN=1=0允许/禁止操作开始停止PU=1=0电源控制上电掉电P/-R=1=0录/放模式放音录音IAB=1=0操作是否使用指令地址忽略输入地址寄存的内容使用输入地址寄存的内容MC=1=0快进模式允许快进停止P15-P0A15-A0行指针寄存器输出输入地址寄存器当AB置0的时候,录、放操作从A9-A0地址开始。为了能够进行连续不断的将录、放，这时候需要将信息储存在存储空间,在操作到达该行末之前,系统会发出下一个SPI指令将IAB置1,如果不把IAB置一，器件就会出现在同一地址上循环。这个特点对语音提示功能很有重要。RAC脚和IAB位都可以，可用于对信息的管理。3.5功放电路LM386是国外半导体公司生产的音频功率放大器,它的主要应用范畴是低电压消费类产物。为了让外围元件变为最少,电压增益必须内置为20。怎么将电压增益内置为20，咱们能在1脚和8脚之间添加一个外接电容或者电阻,这么做我们就能将电压增益设为任意值,直至调到最大值200。LM386还拥有本身功耗低、电源电压范围大、外接的元件较少的特点。输入端以地位参考,此时输出端被自动偏向到电源电压的二分之一,当位于6V电源电压下,它的静态功耗仅仅为24mW,这使得LM386特别适合于电池供电的场合。譬如收音机、录音机等。 LM386的封装方法有塑封8引线双列直插式和贴片式。如下图3-6所示 图3.6 LM386的封装图3.6GPS模块接口电路由于电源电压要求为+5.0V5%，所以GPS模块引脚1、引脚2，引脚3都要接系统的+5V电源。GPS模块是实时定位，所以该模块不需要初始化，接通电源后模块变可自动接收和发送定位数据，不需要对其进行任何控制操作，我们所设计的系统也不必向GPS模块发出控制命令。所以我们运用GPS模块对公交车进行实时的定位还是非常方便的，并且还非常精准误差较小。另外，GPS模块工作电源是+5V，所以我们要在GPS模块与AT89C51单片机之间串接27K的保护电阻。保护设备的安全，具体硬件接口电路如图3-7所示： 图3.7GPS模块接口电路3.7USB接口电路由于AT89C51的内部集成了USB1.1控制器，所以其USB接口电路也就变得非常简单，如图3.8所示。除了根据USB1.1规定的要求，还需要在D+、D-上分别串联一个27电阻，并且还要在D上串联一个1.5k的电阻，在增加了一个USB插入的检测电路。这样一个USB接口电路就完成了。USB插入检测电路由两个电阻分压组成，当我们的USB插入PC机上的USB接口时，USB会产生一个高电平信号，高电平信号输出至MCU的29引脚，这时引脚检测到了高电平信号，便会立即执行U盘功能，当没有检测到信号的时候，整个系统处于自动报站状态。 图3.8USb接口电路第4章系统的软件设计4.1程序设计在自动报站系统的硬件电路设计与实现之后，还需要输入设计完善的程序才能完全把我们这次设计中的所有功能实现。在本系统中，软件的编写遵循以下的基本原则：实时性。实时性是设计任何控制系统都要具备的要求，既要求系统能够及时响应外部发出的信号，并且能够在最短的时间内处理。易理解和易维护性。指我们编译的系统程序代码一定要容易阅读和理解，容易发现和纠正错误，容易修改和补充内容。这是因为每一个系统都是非常复杂的，都会有大量的程序支持所有功能的实现，设计人员很难在短时间内就对整个系统的理解全面与透彻，要经过多次的运行尝试来找出存在的问题，系统软件的设计与调试也是不可能一次性完成的，许多问题在仿真时不会被发现，但是会在实际运行中逐步暴露出来，所以编写的程序一定要易于理解和易于维护。 准确性。算法的正确性与精确性对控制结果起着决定性的作用，算法的错误会导致很大的误差，因此在算法的选择、GPS 定位数据的提取等方面一定要保证准确性，这样才能完成设计时的所有功能。可靠性。可靠性对于一个系统也是非常重要的，一个系统一定要拥有很强的抗干扰能力，这样才会把干扰所但来的误差降到最低，才能更加准确的完成设计。汇编语言是一种效率非常高的语言，在对资源利用、实时响应等方面都具有高级语言难以比拟的优点，但它也是存在一些弱点的，它的可读性、可移植性和可维护性相对较差。C语言作为一种编译型程序设计语言，它具有多种高级语言的特点，并且具备汇编语言的功能。用C语言编写的程序使用度比较好，它比其他的汇编语言更不容易出现错误。C语言具有很好的层次结构，这使其编写的程序更容易阅读、理解和维护，人们运用C语言的时候也相对比较多，所以C编写的程序比汇编更符合人们的思考习惯。目前，大多数软件开发都会用C语言进行程序设计。C语言的方便快捷，使用C语言开发系统可以大大缩短开发周期，程序具有很强的的可读性，便于以后程序的改进和扩充。因此，自动报站系统的程序也是采用了C语言编写。在软件开发中，以Keil C51 作为开发平台，采用模块化程序设计方法。软件源代码大致由USB功能模块、语音芯片模块、GPS信息接收与处理模块和LCD显示模块组成。程序中还有许多难点，关键技术难点在于USB模块、语音芯片模块和GPS信息接收与处理模块的实现。4.2主程序流程图主程序主要涉及各个部分子程序的调用。程序初始化之后，系统出现开机界面，液晶显示频显示下一站站名。本程序主要是以GPS模块接收定位信息的，接收到的位置信息传递给单片机，单片机接收到信号后控制语音芯片，语音芯片自动播报到站信息，液晶显示频显示下一站，下车的指示灯亮。主程序流程图4-1所示 图4.1主程序流程图4.3语音模块流程图ISD1700S语音模块子程序主要为接入主芯片发射过来的音频信号，再由P25端输出一个负脉冲信号，语音芯片里面的指针指向此站点的语音段头，然后由P26端输出一个负脉冲信号，通过音频放大，经过扬声器播放现在指针指向的语音段。流程图如下图4.2所示 图4.1主程序流程图第5章系统仿真5.1开发环境KeilC51介绍Keil是国外Keil公司研发的单片机编译器，是现在最好的单片机51的研发工具之一，KeilC51具有编译、仿真功能，可以汇编，PLM语言和C语言的程序设计，大家容易学习。在KeilC51集成研发环境下运用工程的方法来储存文件，全部的源文件、头文件、说明性文档都能存在工程项目文件里统一管理。本次设计使用KeilC51的开发工具大致流程如下：（1）首先运行 Keil C51 软件，进入KeilC51集成开发环境。（2）选择工具栏中的Project选项，单击鼠标左键弹出下拉菜单，在选择 NewProject 命令建立一个新的Vision2工程。单击左键这时会弹出所示的工程文件保存对话框，最后选择工程目录并输入文件名后，单击保存。（3）建立好一个空白工程，然后在给工程工程添加程序文件，如果还没有程序文件则要先建立程序文件，建立程序文件首先选择工具栏的File选项单击鼠标左键弹出的下拉菜单中选择New目录。这次设计我采用的是将.c的文件导入工程。（4）输入程序，将编译好的程序输入工程文件中，输入完毕后点击“保存”命令保存源程序，KeilC51支持汇编和C语言,所以Vision2会根据文件后缀判断文件的类型,然后进行自动处理。（5）检查源文件是否有错误，检查无误后生成HEX文件，再将HEX文件导入Proteus中的51单片机来运行实现。5.2仿真环境PROTEUS介绍Proteus是英国Labcenter公司开发的一款实物仿真与电路分析的软件。它的操作系统平台必须是Windows操作系统，这款软件可以用来分析、仿真各种模拟器件，当然也可以分析、仿真各种集成电路，该软件应用范围比较广，特别适用于仿真设计。Proteus软件具有许多别的软件不具有的特点，个性化的编辑环境、层次分明、原理图连接方便、设计选择方式多，用它来仿真的器件也是非常的多，仿真模型达到46000多种，Labcenter公司还在不断的添加当中，每次更新都要添加一些。库里面的元件也非常全面，其中包括各种型号的单片机、二极管、三极管、电阻、晶振、按键、电压表、电流表等各种实验设计中会用到的器件。该软件还能够实现以单片机为控制系统的仿真、单片机的数字电路仿真、模拟电路仿真、键盘和LCD的仿真等等各种功能，并且还可以使用示波器等各种辅助工具。更厉害的是该软件还能提供软件调试的功能，它可以观察我们设计的系统中各器件在程序运行时的状态，当然，该软件支持KeilC51生成的HEX文件。总结智能交通系统对我们的生活至关重要，也是是目前世界上交通运输科学技术的前沿，智能公交系统是智能交通系统一个重要的分支，随之它的建立和功能逐步的完善，将会在一定程度上大大提高车、路资源的利用率，提高城市公交的服务质量，让人们享受智能的公交系统，使人们的出行变得方便、舒适而又安全，从而创造巨大的社会经济效益，因此人类对智能公交技术的研究是具有深远的意义。全球定位系统GPS已经在各个领域得到了广泛的应用。在本次设计中通过GPS进行定位，我们可以准确的确定公交车的地理位置，只要在把公交站点的位置数据记录下来，我们就可以知道公交车是否处于进站、到站和出站状态。非常的简单、方便、准确，利用GPS实现公交车的智能报站，在一定程度上大大减少了驾驶员的工作量，使公交车司机能够集中精力驾驶公交车，提高了公交车在行驶过程中的安全系数，这也是公交智能化前进的一大步。所以，本次论文的研究还是非常有意义的，通过这次毕业设计学到了许多。 1）系统总体方案设计。用AT89C51单片机作为主控制器，了解了51单片机各个引脚的功能作用，学会了如何运用，2）系统硬件电路设计。分析设计了各部分电路，包括电源电路、复位电路、USB接口电路、按键电路和Nand Flash存储器电路等，学会了如何设计电路，再设计电路时要注意些什么，让设计的电路能够更好的完成我们想要完成的内容。3）系统软件设计。了解了U盘功能模块、语音芯片模块、GPS模块和LCD显示模块的。其实我们在做每一个设计的时候，都是一个进步的过程，因为你的设计内容是以所学的知识作为基础，但你所学的知识又是远远不够的，你必须去图书馆或是去网上查找资料，然后在去慢慢研究与探索，在研究和探索的过程中是我们最好的学习机会，因为这是必须要去了解和解决的东西，重要的也是你能了解的领域，我们能够很快地把这个设计该了解的、该学习的，都掌握好。在实践中学习是最快的。当你有了这些基础后，就可以构思你的毕业设计，然后在尝试和研究中学习和进步，我觉得电子设计我们一定要亲自动手去做，只有你做了才能学到知识，单纯是理论知识不足以令你做成一个项目，实践后你就会遇到各种各样的问题，当你把所有的问题都解决完，毕业设计也就完成了。致谢在本次毕业设计制作到这个时候就说明已经完事了，经过一个月的时间不断忙碌，终于完成了这次的毕业设计。回想起来由刚开始的什么都不知道再到现在的全部完成真的很不容易，在毕业设计完成的过程中，我最应该感谢的就是我的指导老师李国欣老师，他真的帮助了我许多，最开始帮助我们确定论文题目，根据我们知识掌握的情况给我们适合自己的题目。然后又帮助我在构思、编排等方面进行指导。并且在我每次遇到难题不知道怎么办的时候，想半天也确定不了该如何解决，这时候我就会想到我的导师并试探性的问问老师在不在，但是老师总能帮助我，告诉我们无论什么时候找老师都可以，想要让老师帮看看只需要提前和老师说好，找一个大家都有空的时间老师进行对自己的指导，每次老师都会竭尽所能的为我讲解，告诉我应该如何处理，每次给老师看自己的论文，老师总是一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关。李老师深厚的理论功底和丰富的经验对我课题的完成起到了至关重要的作用。所有的问题老师都能帮解决，给出建议。在此，谨向李老师致以崇高地敬意和由衷地感谢。同时我还要感谢在我学习制作期间给我极大关心和帮助的各位老师以及我的同学和朋友。当然，在我上大学期间，还要感谢我的家人，我的爸爸妈妈，是他们无怨无悔的付出，我才有了上大学的机会，无论我遇到什么困难，他们都是我坚强的后盾帮我抵御风霜，谢谢你们。因为有你们一直在我后方支持我，我会在你们的关心和帮助下不断的成长。参考文献1 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