基于單片機的公交報站模擬系統設計與實現摘要隨著經濟的快速發展和區域化建設的擴大，帶來的是公共交通的發展，公交車依然是人們出行的主要方式。傳統的人工報站方式已經不能滿足現在公交車的需要，為了給乘客帶來更多的便利性，設計一款公交報站系統就顯得尤其重要了。本論文設計的是一款公交報站模擬系統，以AT89C52單片機作為其主控制器芯片,加上了語音模塊、LCD顯示模塊、按鍵模塊等。插上USB接口，按下電源開關，再按下按鍵后，系統開始自動報站。此外本設計還加裝了一個末站示意設備，當到達公交末站時，單片機會給語音芯片傳遞一個指令，控制揚聲器完成下車語音播報。關鍵詞：AT89C52單片機；語音播報；電路模塊；目錄TOC\o"1-3"\h\u7763摘要 I31946目錄 III22175第一章緒論 1306101.1研究背景與意義 1261381.2研究現狀 1205551.3研究內容 212935第二章設計方案 289172.1設計思路 2247272.2系統構成 316446第三章硬件電路設計 4183623.1STC89C52簡介 4108523.2單片機最小系統 445353.4電源電路設計 6321823.5LCD12864液晶顯示電路 792233.6語音播報模塊電路的搭建 8167963.7系統硬件原理圖的設計 92291第四章軟件系統設計 1075784.1軟件主程序架構 10324604.2LCD12864顯示流程 11178434.3按鍵子程序流程 12281664.4報警流程設計 12186314.5編程軟件簡介 138900第五章系統調試 14260475.1焊接調試 14150875.2功能調試 15282025.3問題總結 156134參考文獻 17第一章緒論研究背景與意義當今我們所處的時代，交通發展迅速，方式多種多樣。公交車是我們代步的主要方法之一[1]。然而，傳統的公交車報站存在極大地缺陷，當公交車上人較多時，乘客們很容易分不清到的是那一站，從而坐過站，這給出行帶來了極大的不便。所以為了實現公交車的自動報站，設計一款低廉,優異的公交自動報站系統可以很好地滿足現實的需求。此外，公共交通智能化系統已經成為了公交信息化系統中不可或缺的一部分了，對于改善公共交通服務，讓乘客們有一個很好的乘坐體驗的必要手段。它還能很好地說明一個城市的交通現代化管理程度，是解決中國交通問題的一個重要工具[2-4]。公交報站模擬系統在公交車行業中起著不可忽視的作用，因為它可以很好地滿足乘客想要更好地乘坐體驗?，F時，報站方式出現了這么三類，在這三類中，有這樣一類牢固的系統：搭載GPS的公交語音報站系統，很多國家的大城市中已經投入實際使用，中國也正在開發這樣的產品。但其成本代價極高，很多地方都被迫放棄了。人工報站和相對落后的電子報站依然流行于大都數地區，但其缺點十分明顯：那就是依賴于人，離不開人，還有很重要的是其通常建立在有乘務員陪同的情況下，這就不可避免地導致一些錯誤。這類也就自然而然被拋棄了。為了解決這個問題，本文設計了一種操作簡單的報站系統，該系統在C52單片機基礎上完成。系統一共有六個站臺，用3個按鍵表示。每到一個地方，按下按鍵就可以完成報站了。為了使系統更好地進行服務，以滿足更多人的需求，還特意設計了下車語音提示。不過，這只有在最后的站臺才能生效[5-6]。研究現狀在一些發達國家，特別是美國，歐洲部分國家和日本，私家車的數量十分之多，城市交通面臨的壓力越來越大了。在交通運輸方面，發展的重點自然也就傾向于公交行業了，各類具有先進技術的公交報站系統也就一一誕生了，所以這些國家公交車的發展十分健全。一開始的報站形式逐漸被淘汰，取而代之的是自動化和智能化。人工報站是公交車初期采用的，但無人售票的出現改變了這樣的格局。取而代之的是由司機手動報站。這樣的報站方式同樣也存在很多問題，比如極容易出現誤報或者錯報的情況，因此出現了各種自動報站的設備。其中較為實用的是基于無線射頻技術的報站器，它將司機解放了出來。但是這類報站器存在一個棘手的問題：那就是當需要對車站重新規劃時，它的報站就明顯更不上變化了。舉一個簡單的例子：公交到了一個地方，它卻顯示成其他地方了。隨著GPS的出現以及推廣，現在部分公交車已經配置了GPS報站系統[7]。在我國，隨著公交優先戰略的明確，緩解城市交通擁堵的重要法寶便是公交系統，伴隨著乘坐公交車人數越來越多，現有的公交服務系統面臨巨大的壓力，越來越跟不上時代的潮流，這顯然會影響到公交對乘客的吸引力。所以，怎么樣優化公交系統的服務質量，成為現代公交行業的重中之重。我國也走在了發展智能運輸的前沿，但技術的推廣需要走很長的一段路。因此，開發一款性能優異的自動報站系統以改善公交服務成為了一個重要的研究方向。目前，GPS定位車載智能系統已在國際上廣泛的運用了起來，并在我國多個大城市中得到了應用，公交系統的調節也達到了更好的效果。同時，公交自動報站系統的水準越來越高，真正做到了自動報站、無線聯絡。由于其成本極高，對于我們國家來說，司機輔助、配以半自動化的報站系統依然發揮著很大的作用[8-9]。研究內容本文設計了一款基于52單片機的公交報站模擬系統，主要由兩大部分組成：硬件電路和軟件系統的設計。硬件方面主要是各電路模塊的搭建；利用AD10繪制系統的硬件原理圖。軟件系統方面主要是：基本程序的編寫和優化，能通過編譯且達到設計的最終目的；各電路模塊的顯示流程[10]。在硬件電路以及軟件系統的設計完成后，再對電路板進行焊接，完成實物的制作，實驗的最終成品要能夠演示基本功能，達到設計的要求和目的。設計的內容主要有以下幾個方面：依據設計的要求和目的，畫出整體工作原理圖；根據整體的工作原理圖完成硬件電路的設計；利用相關軟件繪制出系統的硬件原理圖、軟件程序的編寫和優化；裝配相關的電路元件，并及時地做好焊接，調試的工作；最后演示系統的基本功能。第二章設計方案2.1設計思路整體思路的設計需要不斷地翻閱各類書籍，一定要保證其工作的合理性。該系統由三個模塊組成：檢測、顯示和報警。CPU方面的選擇至關重要，我選用的是C52單片機。當公交車行駛到目的站臺時，按鍵部分開始工作，按下即可完成播報。末站時，單片機將發送一個信號給WT588D語音芯片，系統再傳化成具體的信息，提示乘客們及時下車，避免下錯車。圖2-1就是是整體工作原理圖：電源電路電源電路設置按鍵電路設置語音播報實現單片機處理單元LCD12864顯示電路設置圖圖2-1工作原理圖2.2系統構成硬件系統和軟件是構成公交報站系統的核心。硬件系統的搭建首先需要我們準備好材料，最為重要的一點是該選用什么類型的單片機。準備工作完成后，第一步要做好的便是制作合適的電子電路。電路圖作為整個系統的大腦，用來指導我們進行焊接，將各個板塊捏合成一個整體。那么如何使這個系統能正常工作，還需要用到軟件部分，這是用來控制整個單片機的。程序的書寫是在keil05上完成的，用到的C語言。確定沒有錯誤后才能將生成的hex文件燒錄進C52單片機中。STC89C52單片機作為整個系統的核心處理器，整體分為檢測部分、顯示部分、按鍵操作和語音播報。LCD12864液晶顯示屏將用于顯示部分。此外原理圖是利用ad10制作而成的。以下為部分元器件的選用：(1)10uf的電解電容；(2)20pf的陶瓷電容；(3)2個1k的電阻、排針和排組等；(4)一個喇叭；(5)3個按鍵；(6)幾個備用的萬能板。硬件電路設計3.1STC89C52簡介STC89C52單片機是一個高性能的微控制器，具有較低的功率消耗。很多類別的傳感器和外設都離不開它的聲影。而且它還具有一個十分獨特的功能：將收集到的信息進行加工，然后傳輸給系統的各個模塊，廣泛運用于工業的生產[11-12]，就相當于我們的大腦。此外，一個單片機就相當于一臺計算機，它的出現為我們制作各類電器提供了有效的支持。像我們日常生活中使用的電磁爐，手機等內部都存在大量的單片機。C52單片機引腳圖如圖3-1所示：圖3-圖3-1C52單片機引腳圖3.2單片機最小系統考慮到本次設計需要制作出實物，所以要搭建一個基本的電路系統：由單片機本身外接一個振蕩電路和復位電路。振蕩電路提供一個特殊的時鐘頻率，使得單片機能夠正常工作。復位電路可以分為兩種：上電復位和按鍵復位。我這里采用的是上電復位，其作用就是當單片機程序跑偏或者卡死時，直接重啟電源就可以使單片機從頭啟動。這跟我們重啟電腦一個道理。具體的單片機最小系統如圖3-2所示：圖3圖3-2單片機的最小系統3.3按鍵控制電路的設計按鍵其實就是用來進行設置相關的信息參數，其中按鍵有4個引腳：對角連接到單片機引腳或者GND。12和34引腳是內部導通的，所以只需要12或34連接到單片機或者連接到GND就可以了，按鍵時輸出低電平，松開時輸出高電平。按鍵實物圖如圖3-3：圖圖3-3按鍵實物圖按鍵開關的審核，看的就是高低電平的變化。在按下按鍵的過程會耽誤一點時間，這自然而然地就有了一點偏差。因此，編寫按鍵函數時，必須添加一個去抖函數，提高其精確性。本次設計共含有3個按鍵：本次車站，下一站以及末班站臺。單片機反復依次地掃描按鍵，判斷其是否閉合。圖3-4為按鍵控制電路原理圖：圖3圖3-4按鍵控制電路原理圖3.4電源電路設計整個系統采用USB，5v,2a的直流給整個電路供電[13]。此外，電源模塊包含兩個部分：電源座子和開關。其中，電源座子為3腳，開關為6腳。外部電源插頭的連接靠的是電源座子，開關用來操控整個單片機的開和關。電源座子的2口引腳接地，3口引腳僅僅起到固定的作用，沒有特殊的用處，1口引腳連接到電源開關的3口引腳，電源開關的1、3口引腳和4、6口引腳的作用相同，用于電源的正極輸出。電源開關的2、5口引腳作為單片機的接地引腳，在使用時采取相對的選擇，即選擇1、3口引腳作為輸出，那么就要選擇5口引腳作為接地引腳，選擇4、6引腳作為輸出端口，2口引腳則作為接地引腳。本次設計的電源電路如圖3-5所示：圖3圖3-5電源電路電源有很多種連接的形式，上面就是一種。3.5LCD12864液晶顯示電路當下，液晶顯示器的應用無處不在，像我們日常使用的手機，電腦等。同樣本次設計也離不開液晶顯示屏，我在這里采用的是LCD12864液晶顯示屏。它具有很多優點，比如價格低。此外，LCD液晶顯示屏不僅僅能夠顯示數字，還可以顯示符號和字母。實物圖如圖3-6所示：圖圖3-6LCD12864液晶顯示屏LCD12864顯示電路如圖3-7所示：圖圖3-7LCD12864液晶顯示電路圖從字面上我們不難理解，它橫向128個點陣，而縱向有64個。這就構成了可以顯示中文字符的顯示屏。此外，液晶它又分為兩種，一個帶中文字庫，而另一個不帶。像我們這里采用的就是帶中文字庫的，使用起來比較方便。想要顯示某個中文，直接在程序里面轉碼一下就可以了。它還有一個顯著的特點就是比較便宜，可操控性也很強！此外，液晶由于光線強度的不一樣，從而導致液晶的背光亮度不同。這里接入了一個RT（滑動變阻器），當旋轉滑動變阻器時會改變當前的電阻值，即改變了當前的電壓，那么v0口會自動調節其液晶的亮度。3.6語音播報模塊電路的搭建本次設計的報警模塊采用是wt588d語音芯片。它用于語音播報和報警提示。當超聲波感應到目標后，會通過C52單片機控制語音芯片來完成當前內容的播報。此外，當檢測到低于安全距離時，一樣可以觸發播報系統。語言芯片電路引腳圖如圖3-8所示：圖圖3-8語音播報上圖為語言芯片電路引腳圖，揚聲器就是喇叭，用來進行語音播報。值得注意的是，P03口才是數據引腳，而P02只是一個復位引腳，可接可不接。這里特意說明的一點就是：在播報時可以握住喇叭，這樣聲音可以更大、更清晰。WT588D它可以有很多種方式進行播報，而我們這里采用的是將當前語音生成一個地址。然后這個地址發送給單片機進行相應的處理。處理好的信息將再次反饋給語音芯片，從而完成下車提示播報的。值得我們注意的是這種語音芯片是一線串口模式。故而，數據的使用依賴p03即可，其他的I/O口均可用作按鍵。而圖中有十個這樣的I/O口。WT588D功能優異，可以實現反復擦除和燒錄。WT588D不再需要尋找適合控制模式的外圍單片機電路。高度集成的微控制器技術可以替代任何復雜的外圍控制電路。WT588D上位機操作軟件，可以隨意改變WT588D中的控制模式，然后通過SPIFlash接收相關的信息。簡單易懂的操作方式，再加上語音合成技術，可以快速降低語音編輯的時間。此外，它還可以實現在線下載。即使在WT588D開機的狀態下，依然可以通過下載器下載到相關的SPIFlash信息。再通過對語音芯片電路進行一次復位，即可輕松實現對控制模式的更新了。3.7系統硬件原理圖的設計本設計利用AD10進行系統硬件原理圖的繪制。系統硬件原理圖如圖3-9所示：圖3圖3-9系統硬件原理圖值得注意的是在進行原理圖的繪制過程中，需要對每一個元件的位置進行合理的布局，這樣可以有效減少錯誤，也十分利于布線。第四章軟件系統設計4.1軟件主程序架構搭建好合適的硬件系統后，接下來開始對單片機和各個板塊進行軟件設計了。好的構思可以有效地幫助我們開展工作，這時候流程圖就顯得格外重要了。流程圖可以幫助我們清楚的知道每一步該做什么些事情。第一步完成各個硬件的初始化操作，執行后各個電路模塊就開始一一的工作了。詳細的過程為：LCD12864液晶屏模塊初始化，然后按下按鍵，這時候在液晶屏上會顯示出對應的中文站臺名稱。特別值得注意的是，公交車進入到目的地后，C52會給WT588D傳遞一個有用的信號，以便通過揚聲器完成下車語音的提示，乘客們做好準備，有序地下車。下面是整個主流程圖，如下圖4-1所示：開始開始LCD12864初始化WT588D初始化LCD12864顯示當前信息是否按下按鍵語音播報當前站臺是否按下末站語音播報末站返回否否是是圖4圖4-1主流程圖4.2LCD12864顯示流程 LCD12864中DO到D7這幾個引腳是反著接到I/O口中的[14-15]，故而這里需要一個倒序函數。程序如下：unsignedcharLCD12864B_Reversebit(unsignedcharx){x=(((x&0xaa)>>1)|((x&0x55)<<1));x=(((x&0xcc)>>2)|((x&0x33)<<2));return((x>>4)|(x<<4));}設置完成倒序函數后，首先就是LCD的初始化設定、清屏等一系列的操作。接下來就開始檢查LCD忙狀態了，也就是讀液晶的狀態，這里的話看它的時序圖即可。從圖中不難看出判斷它的忙就是去讀它的命令（即RS=0）而非它的數據。當BF（最高位）=1的話就是忙的狀態，反之為0的話就可以寫新的指令與數據了。緊接著就是一個寫指令的操作了，RW=0后執行，EN=1后將指令發出去。寫數據的操作類似，只不過這里RW=1后再執行。LCD12864顯示流程圖如圖4-2所示：子程序入口子程序入口LCD初始化LCD清屏單片機向LCD寫命令單片機向LCD寫數據顯示數據返回否是圖圖4-2LCD12864顯示流程圖4.3按鍵子程序流程該報站系統中按鍵電路實現的功能有很多，一共包含了3個按鍵，前面2個依次表示本次車站和下一站，最后一個按鍵表示末班。當單片機檢測到2個按鍵被按下時，單片機會控制LCD12864液晶屏顯示對應的站臺中文名稱，當第三個按鍵被檢測到按下時，單片機控制語音芯片進行播報，提醒乘客們有序下車，流程圖如圖4-3所示：圖4-3圖4-3按鍵子程序流程圖4.4報警流程設計主函數開始跑動后，要一直檢測是否發生中斷，一旦檢測到緊急報警按鍵被按下時，就會立即進入到中斷函數，單片機驅動三極管控制蜂鳴器完成報警的工作，此外，通過延時函數，單片機還可以控制紅色LED燈閃爍，起到提示作用。報警流程圖如圖4-4所示：子程序入口子程序入口緊急按鍵是否按下報警返回圖圖4-4報警流程圖4.5編程軟件簡介我在這里采用的是KEIL5進行程序的編譯和調試。KeilC51是用于8051單片機的C51語言編程的集成開發環境，它具有很多優點：生成的程序代碼運行速度極快，對存儲器的空間要求很低等等。待程序編寫完成后，下面我們就需要對其進行編譯以及調試了。當確定編譯調試沒有問題后，在菜單欄里面選擇輸出文件，就可與生成仿真所需要的HEX文件了。KEIL軟件使用界面如圖4-5所示：圖圖4-5KEIL使用界面在這里特別要注意的是使用KEIL軟件時，一定要將一個程序設計中所需要用到的，相關聯的程序放在同一個文件夾里。否則會極大影響到程序的編譯。第五章系統調試5.1焊接調試按照設計的要求，我開始收集需要的器件和一些必備的工具，并且在系統硬件原理圖的基礎上，著手完成對各個器件的組裝以及焊接。要值得注意的一點是焊接工作必須在實驗室內進行，并且要得到老師的同意才行。本次我采用的電路板為萬能板。第一步先將小一點的元器件進行焊接，例如一些貼片元件。這步完成之后，立刻將排針焊接好。然后分別將其他的元器件一一焊接好，焊接過程這里就不再贅述了。但布局一定要工整，不能隨意的焊接。經過不斷地調整，焊接工作就結束了。下面接通電源開始進行調試。按下開關發現顯示屏正常發光，但會經常閃來閃去。反復測試幾次，問題依舊存在。這時候考慮是否是顯示屏的原因。重新更換了一個，問題迎刃而解。接著開始測試其他部件能否正常使用。一切正常后，焊接調試就完成了。在焊接過程中，最為重要的一點就是具體問題具體分析，遇到問題結合所學知識一個個的解決。焊接實物圖如圖5-1所示：圖圖5-1焊接圖5.2功能調試單片機焊接測試達到我的要求以后，接下來就是功能的測驗了，主要目的就是看這個實物是否對得上我寫的程序。首先接通電源，打開開關。我們能看到顯示屏最上面的一行字，這反映了整個系統可以跑程序了。接下來，開始進行按鍵操作。每當我按一次，系統就會報站一次，且所顯示的站臺也符合我編寫的程序。說明該設備功能的執行沒有任何問題。功能的調試到這里也就結束了。實物圖如圖5-2所示：圖圖5-2實物圖5.3問題總結畢業論文的設計過程中，單片機焊接的時候，出現了一些問題，例如線接錯；外設不會合理的擺放好。通過自己不斷的修改和調試，最后完成了單片機的焊接工作。然后就是功能調試的過程中也遇到了不大不小的一些問題，首先是實物制作完成后，接通電源發現LCD12864液晶屏即不顯示背光又不亮。我首先想到的是會不會是驅動的問題，我開始測試LCD背光的電流、電壓是否正常，然而，結果卻是正常的。排除這個因素后，我仔細地檢查了一下設備，發現排線接反了。找到問題后，我重新焊接，排除了故障。第二個問題是再次上電，LCD12864液晶屏背光亮，按鍵后卻無法進行語音播報。這個問題我首先通過排查LCD12864焊接狀況是否良好，然后再逐一去掉外圍器件進行檢驗，最后只保留單片機最小系統，可是依舊沒有辦法顯示。接著我檢查是否有錯誤的焊縫。快要崩潰時留意到了晶振兩邊的電容數值，發現電容接錯了，重新換了個電容，問題這才得到了解決。第三個問題就是發現站臺只能顯示一半，起初我以為是單片機板子的問題，換了一個后發現并不是。然后我開始從源程序入手，沒想到竟然是程序的問題，有3個站臺沒有寫完整。最后我補齊了程序，并且認真的重新檢查了程序，在確定無誤后，重新開始了單片機的焊接以及功能的調試，最后問題得到了很好的解決。第四個問題就是在進行幾輪