基于单片机的公交车自动报站系统的设计和实现计算机专业.doc

基于单片机的公交车自动报站系统的设计 摘 要 本课题旨在研究智能交通系统的重要内容智能公交系统，在论文中设计研制了一种基于GPS定位的公交车自动报站系统，系统本身可以利用GPS来获取车辆的位置，再结合语言播报技术，根据配置的公交车所在位置完成自动报站的功能，它可以改变传统的公交车必须由司机手动操作报站的既复杂又耗费时间的方式，可以做到完全不需要人工去操作，这样能使交通系统更为智能。整个系统是利用GPS定位为基础，确定公交车的位置及到站情况，从而实现自动定位，提供自动报站服务。 关键词：自动报站系统 GPS 单片机AT89C51 目 录 摘 要 I 绪 论 1 1 系统总体方案设计 4 1.1 系统整体设计方案 4 1.2 系统整体框架结构图 4 2 系统各部件的选择 5 2.1 单片机的选择 5 2.2 语音芯片的选择 7 2.3 GPS芯片的选择 9 3 系统的硬件研究与设计 10 3.1各部分电路 10 3.1.1单片机的最小系统 10 3.1.2LCD12864液晶显示电路 10 3.1.3 MX6200音频输出电路及按键电路 11 3.1.4 GPS模块接口电路 12 3.2 系统整体电路图 13 4 系统软件的研究与设计 14 4.1主程序流程图 14 4.2语音模块子程序 15 4.3 LCD12864液晶显示子程序 16 5 系统校验与调试 18 5.1系统仿真 18 5.1.2仿真实现流程 18 5.2实物演示效果 18 5.2.1开机 18 总结 19 致 谢 21 参考文献 21 附录1 22 系统硬件电路图 27 附录2实物照片 29 III 绪 论 随着时代的进步，科学技术也取得突飞猛进的发展，各种科技也有了诸多的衍生成果，其中无人售票的公交车的应用电路也多了起来，语音播报模块更是被广泛的使用，这在极大程度上免除了公交乘务人员报站的繁琐操纵，极大的提高了乘车的舒适度。 课题背景 目前，GPS卫星导航系统现代化非常迅速，随着卫星导航全球化民用，技术方面得到了极大的发展，其需求量也日益剧增。GPS可以全球、全天候工作、定位精度高、效益高、功能多样、应用广泛，并且由于它的观测时间短，所以能够快速的确定其相对位置，真正能够实时定位。这使得全球卫星导航技术成为了继移动通信和互联网之后的全球第三个普及度、应用度最高的新新科技。 虽然拥有GPS定位功能的公交车在使用及乘坐方面拥有更好的市场潜力，但是至今依然有几个迫在眉急的问题需要解决克服：首先，公交车大多在市区内行驶，各项干扰较多，必须使用及时性好，定位准确度高的新型GPS芯片才能满足提前报站的要求是，这就将无可避免地提高公交车成本；再者，由于现在致力于研究GPS芯片与无线通信技术的公司并不多，其研发的进度和成果并不同步，于是造成了产品的效果良莠不齐，这大大增加了公交车公司的选择难度，这使得很多公司甘愿于现状，而不愿意采用现有的一切不一定完善的解决方案，另外有一些公交车公司也会考虑自行研制车载型导航系统。 随着航天科技的飞速发展，GPS定位系统可实现的功能也越来越多，归纳了一下，GPS系统大概有以下几个特点:全球，全天候工作，能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。不受天气的影响。定位精度高，功能多，应用广。 随着汽车、手机等高档消费品的普及，中国正在成为全球卫星定位导航系统（GPS）产业增长最快的市场之一。“十一五”期间，GPS在多个领域将会拥有更大的发展空间。然而，由于GPS在我国尚处于起步阶段，与产业发展相配套的环境还不完善，制约了企业的创新和发展。致力于GPS产业发展的有识之士时刻关注着这些问题，并亲自实践探索其发展和突破之道。 研究现状 国内GPS市场呈现出两个重点发展趋势。 (1)以车载导航为核心的移动目标监控、管理与服务系统。 GPS系统在车辆方面有两个比较重要的应用：即车辆的跟踪系统和车辆的导航系统。这两种功能都与汽车的运行有极大的关系，但是它们在功能上截然不同，其一种是在车辆被盗时可以定位车辆位置及时找回的功能，只要将已编码的GPS接收装置安装在汽车上，该汽车无论行驶到任何地方都可以通过计算机控制中心的电子地图指示出它的所在方位；另一种则是车辆的最为常用的导航系统，可以在行驶过程中为驾驶员提供路线，方便出行。车主可以将各个地区的交通线路电子图存储在 GPS中，只要输入目的地，显示屏上就会自动找到最佳的行驶路线，同时，在联网情况下，计算机可以将道路的交通情况反馈到车载GPS上，根据实时的交通情况，可以选择出更佳的出行路线。 最为常用的导航系统是由导航主机、导航显示终端两个部分构成。G系统硬件内置的GPS天线会接收到环地的24颗GPS卫星中一部分卫星所传递的数据信息，GPS可以通过卫星发送的信号来确定汽车所在的位置。再加上GPS主机内存储的电子地图，通过卫星发来的信息可以在电子地图中找到其准确位置，这也是为了防止在GPS的使用过程中由于信号不良的原因不能持续接受信号，但使用者依然能看到附近的位置。 (2)面向个人消费者的GPS终端产品。 随着GPS的发展，芯片的小型化技术不断进步，如今GPS芯片终于小到足以植入一些小型电子器件、又因为生产成本的降低、耗电量的减小等有利因素，使得GPS芯片终于可以应用到我们的日常生活中。其中使用得最广泛的当属于移动端电子设备。 到至今为止，已经有集成了GPS芯片和地图信息的移动通信手机、可以确定位置的电话手表，甚至相机等设备，其中使用最为广泛的便是移动通讯手机。 通讯手机是近年来研究的新成果，它主要是由手机和GPS两部分组成，因此它既要具有一般手机的通信功能又要具有GPS功能。GPS最主要的功能只有一个就是具有定位功能，加之与手机结合之后，便可以像车载导航仪一样，随时确定自身位置，同时可以让手机具备导航功能，加之手机一直连接网络，许多具有功能性的地点也会出现在地图上。随着4G网络的开通以及未来5G网络的出现，GPS手机会有更多更方便的功能。 本文的研究内容 自动报站系统是智能公交系统的重要组成部分，公交车自动报站系统是利用全球定位系统（GPS）进行数据采集，根据公交车所在的位置进行提前自动报站，它将GPS、语音、计算机、通信等实用技术集中运用于公共交通系统，改变公交车旧的服务模式，建立全新的智能交通体系，这样不仅提高了服务质量，同时也减少了工作人员的操作繁复性。 1．课题的主要研究的内容 近些年来，软、硬件正发生着日新月益的变化，其中GPS作为这其中的一部分，其发展的速度比起其他技术也是毫不逊色，随着蜂窝网络的全球覆盖，理论上来说GPS在地球上的所有角落都能起到准确定位效果，而GPS的动态定位效果也有了根本性的进步。而作为智能交通中至为重要的公交车自动报站系统也应运而生，公交车自动报站系统拥有着众多的优点，它不但报站准确，而且随着GPS的普及，这种报站器不像以前一样昂贵，价格越来愈低，越来越实惠，这样也能让更多的公交车公司所采用。 针对我国的一些二三线以及县级城市，许多公交车依然采用老式的人工报站，司机师傅需要一边开车一边通过手动的方式让公交提醒站况信息，甚至有些地方还只能由乘务人员自己告知乘客站况，这不但增加了司机师傅的工作量，也让许多乘客感到不方便。 而后又出现了一种在站牌处设立信号发射点，公交车内装置接收器，在快达到站点时，公车接收到发射点的信号，从而报站。这种方式在很多地区依然在使用，但是由于站点间的互相干扰，导致不同公车极易报错站，给人们带来了许多困扰。而我们自主研发的这一套基于GPS的公交车自动报站系统，相比于在站点设立发射器的方式，改变在于植入了GPS卫星定位技术，从而设计一种全自动的更为高效、更为便捷、更为准确的公交报站器，它不仅完全能够免除工作人员的麻烦，还进一步的降低安全隐患。 在进行系统设计时，除了实现系统要求的功能以外，由于系统是安装在公交车上，和车载导航类似，属于车载终端设备，但是相比于车载导航又有所不同，相比于车载导航，本系统在公交车的行驶路线上更为精细，且作为公交车的负载设备，必须兼顾要电源、体积等各种因素，在加之公交车公司的经济效益原因，还要考虑到产品成本、产品质量、定位精确度、用户体验等问题。 本公交车自动报站系统的核心是通过AT89C52单片机来整理各类信息；GPS模块负责确定公交车的位置，并向单片机输入信息；智能整合处理各种信息；利用GPS模块和按键模块进行信息输入；利用MX6200系列语音芯片进行音频处理和输出，实现到站语音播报；利用YM12864 LCD液晶模块来显示到站信息及下一站站点。 2．课题研究的目标 本课题旨在研制出基于GPS的公交车自动报站系统，目的是为了制作出能够通过GPS定位，确定车辆位置信息，位置信息传递给单片机，当车辆到达设定位置时，液晶屏显示位置，语言芯片播报录制完成的站台语言。从而将以往的公交报站从手动中解放出来，做到真正智能化，提高乘客乘坐公交车的舒适性和满意度。 同时，市面上也已经有各种型号的公交报站器，但是其成本大多较高，许多公交车运营公司因为其售价而望而却步，退而求其次的购买价格低廉但是性能一般的自动公交报站器。在研究此课题时希望能最大程度的减少其研究成本，以此达到其普及智能公交报站系统的目的。 1 系统总体方案设计 1.1 系统整体设计方案 设计利用GPS模块获取经度、纬度坐标值，然后将这些信息传达给主控芯片89c52单片机，芯片中根据经纬度预先给特定的经纬度编注为站点，公交车行驶过程中，主控芯片通过实时计算，当主控芯片收到GPS到达预定的站台附近的信息时，芯片内的站台信息将被调用，站台信息会通过显示屏向乘客告知站点已到达，并显示站点名称，同时语言芯片会播报预先录制的音频，提醒乘客已到站。 1.2 系统整体框架结构图 89C52单片机由5V电源供电，作为主控芯片，需要存储公交车各站点的经纬度及站点信息，GPS芯片可以得知报站系统所在的经纬度，主控芯片将获取的GPS信息与预存的站台坐标信息进行计算、配对，以此确定车辆的具体位置，当车辆到达站点附近时，主控芯片会将站点信息发送给语言播放芯片及LED显示屏，两者分别从文字和语言方面向车内乘客进行报站。其结构框图如图1-1所示： +5V电源 C52单片机 语音录放电路 液晶显示电路 GPS模块 图1-1 系统硬件结构框架 2 系统各部件的选择 2.1 单片机的选择 方案一：选用凌阳单片机SPEC061A作为主控芯片： 凌阳科技公司推出的SPCE061A单片机芯片是一种16位结构的微控制器。 优点：它的内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，使得其具有更强的功能和更低的成本。并且其体积小、集成度高、可靠性好且易于拓展。它把各个功能部件模块化地集成在一个芯片里，内部采用总线结构，因而减少了各个功能部件之间的连接，提高了其可靠性和抗干扰能力。另外，模块化的结构易于系统扩展，以适应不同用户的需求。除此之外，它还具有较强的中断处理能力，中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，适合实时应用领域。其还具有功能强、效率高、低功耗、低电压等优点。 缺点：经过一系列的查对比较，发现凌阳单片机在网上的各类资料不甚完整，前人使用此芯片的记录不多，这就导致应用中如果出现问题比较难以解决。并且相比于89C52，凌阳单片机更注重音频处理，运算能力强，而89C52更注重我们所需要的控制能力 方案二：选用89C52单片机作为主控芯片： STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速 、低功耗 、超强抗干扰的单片机,