公交车语音自动报站系统的设计第3稿11

公交车语音自动报站设计

本科生毕业论文（设计）

系（院）物理与电子工程学院

专 业 电子信息工程

论文题目公交车语音自动报站系统的设计

学生姓名

指导教师 吴波（讲师）

（姓名及职称）

班 级 07级电信1班

学 号

完成日期：2011 年4月

公交车语音自动报站设计

公交车语音自动报站系统的设计

李春容

物理与电子工程学院 电子信息工程 07331046

[摘 要] 本文介绍了一种利用红外线技术,模拟公交车语音自动报站的系统的设计制作过程。该设计以STC89C52单片机为控制核心，ST188作为进出站识别系统，再由单片机控制语音芯片APR9600输出事先录入的站点信息，达到语音播报的目的，同时LCD显示当前的站台信息。

[关键词]单片机 反射式红外传感器 模数转换芯片 语音芯片

1前言

现今社会，公交事业关乎到大多数城市居民的出行，可公交车上的报站系统依然无法满足大家对其的要求。现在公交车上普遍使用的人工按键报站会出现报站不准确（由于司机在操作报站系统时经常会按错键或忘记按键，而且在调整系统时会连续报出几个站点，让不熟悉路线站点的乘客不知所措），并且每次报站时都需要由驾驶员对报站器进行操作，而在车辆起动与进站时，往往是路面情况最复杂的时候，驾驶员既要对行驶中的汽车进行起动或制动等操作，同时还要兼顾报站系统的操作，给行驶中的车辆带来一定的安全隐患。

虽然现在已经有些大城市的某些公交车上已经采用GPS定位系统自动报站，但其昂贵的成本，难以实现普及，特别是一些中小城市难以负担。本设计针对目前常见公交车报站系统的主要缺陷，介绍了基于单片机控制的公交车语音自动报站系统，该系统费用廉价，可以普及。

2 总体方案设计

2.1 方案例举

方案一：由麦克风输入语音信号，经过放大处理后送至AD采样转换成单片机可以识别的数字信号，再存放在外部存储器（EEPROM）里面，当到站的时候，在有单片机从中取出声音信号，送给DA转换成模拟的音频信号，再经过音频放大器将信号放大，最后送到扬声器，进行语音播报。

公交车语音自动报站设计

方案二：把预先制作好的语音信息，分别都烧录到一块一次性集成语音芯片内，当到站或出站的时候就由单片机控制驱动电路，分别驱动对应的语音报站芯片，让其进行语音播报，从而达到自动报站的目的。

方案三：采用可以反复录制和播放的语音芯片，由单片机控制录音和放音，将预先制作好的语音分段录入语音芯片，当要进行语音播报的时候，由单片机控制语音芯片，输出相应的语音信息，在将输出的语音信息经过放大器放大，最后送至扬声器播放[5]。 2.2 方案分析

方案一：设计思路简单，但是要求单片机有较高运行速度，硬件电路设计复杂，信号很容易收到干扰，实现比较困难。

方案二：运用一次性语音芯片是个不错的方法，它使得单片机控制非常方便，运用集成电路，可以有效的抗干扰。但是他需要使用很多的语音芯片，使得该系统的体检大大增加，同时它不能满足不同公交线路的使用，而且它的语音下载也需要专门的下载器件，不方便多次录音使用。

方案三：此方案的设计思路明确，其最大优点是采用到了可以反复录音和放音的语音芯片，可以实现重复录放音的功能，可以满足当公交线路改变的情况下重新录音使用，而且采用了集成芯片，让电路具有更强的抗干扰性[5]。

综合上述三个方案，并进行优化论证，主要考虑其设计思路明确，外部电路简单等优点，最后决定采用方案三。 2.3系统总体设计结构

该公交车自动报站系统是由单片机模块、键盘输入控制、语音播报模块、显示模块以及红外识别模块共同组成。系统基本原理结构是：对红外识别模块采集的相应信号进行处理，然后由控制模块对处理后的信号进行分析判断，并控制显示模块和语音模块。公交车语音自动报站系统的设计基本原理结构框图如图2.1所示。

公交车语音自动报站设计

系统实现的功能主要有：

（1）利用红外反射原理，实现对公交车的进站与出站的识别； （2）播报及显示相应的站台信息；

（3）进站与出站时，分别发出相应的响应；

3 系统硬件设计

3.1系统整体硬件电路

整个硬件系统结构设计部分主要包括STC89C52单片机主控制模块、红外识别模块、液晶显示模块、语音播报模块、按键输入模块以及电源模块。系统总电路图如图3.1所示。

图3.1系统原理图

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3.2 红外识别模块设计

ST188作为进出站识别传感器，其原理是根据接受管接受到发射管发送出去的红外线的反射量的大小来来识别线路情况。ST188采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，检测距离可调整范围大，4-13cm可用，采用非接触检测方式[7]。其光电特性（Ta=25℃）和极限参数（Ta=25℃）如表3.1和3.2[7]。

表3.1光电特性（Ta=25℃）

表3.2极限参数（Ta=25℃）

为了保证传感器正常工作，在发射管的输入端接入了限流电阻，在接受管的输出端增加了一个上拉电阻，以保证检测信号的准确，其电路原理图如图3.4[7]。

公交车语音自动报站设计

图3.4反射式红外传感器内部结构原理图

3.3模数转换模块

由于传感器输出的信号是模拟信号，因此需要用模数转换芯片ADC0809将它转换为数字信号，然后才能提供给单片机读取，其电路电路如下图3.5。

图3.5数模转换电路

图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，其转换时间为100μs左右。因此可以直接与系统数据总线相连，表3.3为通道选择表[6]。

表3.3 通道选择表

图3.6 ADC0809引脚图

公交车语音自动报站设计

为了使AD0809正常的工作，除了电源之外的另外一个条件就是500kHz左右的时钟信号，为了电路设计简单，将单片机的定时器2输出口与AD0809的时钟输入口相连，用单片机产生500kHz的时钟信号。 3.4 键盘输入控制模块

按键电路是由按键开关经上拉电阻分别接P3.0、P3.1、P3.2口构成，同时3个IO口还与74HC04以相与的方式连接，最后的输出连接至单片机的外部中断口，以外部中断方式进行键盘扫描，其电路如图3.7所示。三个按键分别起到设置、录音和放音作用：按下1键，表示对模式的选择，即：公交车播报模式、手动录音模式、手动放音模式；按下2键，表示录音模式的开始或结束；按下3键，表示放音模式的开始或结束。

图3.7按键电路图

3.5 单片机最小系统模块

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