基于单片机的公交车自动报站系统

基于单片机的公交车自动报站系统摘要：由于改革开放以来经济的持续发展,人们对社会公共服务的质量要求愈来愈高，对公交系统的要求也是愈来愈高。出于对社会服务安全、高效方面的考虑,全国各大城市对公交系统报站质量的要求是使之更加自动化、更加智能化。无线通信研究的出现为公交系统的改进做出了极大地贡献。本设计给出了基于单片机AT89C51的公交车自动报站系统的总体结构设计和其硬件电路设计。本系统总体结构为：采用单片机技术和无线遥控技术，通过单片机AT89C51对系统进行总体控制；本系统硬件是以单片机AT89C51为基础，主要是由主控制电路版、无线遥控发射器、红外接收器、语音播放电路、键盘显示模块等组成。本系统的工作流程是：站台发出到站信息后，公交车及时接收到其准确信息，然后单片机对其进行处理，驱动模块自动报出到站信息。整个报站系统不需要人为参与，不仅不会对司机增加额外工作，还提高了整个公交服务系统的工作效率。该设计可对旧的报站系统进行改进，使社会的公共服务更加智能化、高效化。关键词：公交车，自动报站，单片机，硬件目录1绪论 11.1课题研究的历史背景 11.2课题意义及发展趋势 12课题内容 22.1课题的基本内容 22.2课题的任务 2389C51单片机的相关知识介绍 33.189C51单片机的基本结构 33.1.189C51基本组成 33.1.289C51CPU（8位） 43.2引脚功能 53.389C51存储器结构和地址空间 63.3.1程序存储器 63.3.2数据存储器（片内存储器） 63.4单片机的工作方式 83.4.1复位方式 83.4.2低功耗工作方式 84系统的总体结构设计 85公交车自动报站系统的硬件电路设计 95.1无线遥控发射电路 95.2红外接收电路 95.3显示电路 105.4语音播放电路 116结束语 11参考文献 121绪论现代社会是科学技术迅猛发展的社会，公交车上的售票员也渐渐被投币箱及自动报站系统所取代，不仅改变了公共交通行业人力资源的分配状况，也节省了一部分有效劳动力。1.1课题研究的历史背景改革开放发展以来，农村人口逐渐减少，城市人口不断增多，人们的生活节奏越来越快，社会交通工具也在不断地改进与发展，自汽车成为人们交通出行中不可或缺的交通工具以来，在某些城市，特别是发达城市，公交车愈来愈多，公交系统为人们的社会生活与工作提供了方便快捷的服务。旧的公交车服务体系必需有两个人（即司机与售票员）来完成，售票员的工作不仅包括售票，还要及时的为各站乘客提供到站信息，在全国的公交行业中，为了因地制宜，不同的地区的售票员多采用各地的地方方言为乘客报站。对于一个外地人来说，他很难听懂报站信息，或者是一些大城市有很多外国游客，可能得用英语报站，这些都会引起很多麻烦，而且一整天下来，售票员将会变得非常的劳累与辛苦。由于城市的人口流动量非常大，公交车上经常会出现其它城市甚至是国外来的朋友，因此公交车的报站系统质量直接影响着公共服务的质量。公交车旧的报站方式（由售票人员人工报站）因其售票人员工作强度太大和服务效果太差，在很多地方已经被彻底淘汰，所以，公交车自动报站系统变应运而生，提高了社会的服务效率。本文研究的正是这样的一个智能设备，即基于单片机设计的公交车自动报站系统。这一研究为奔走于各大城市的朋友们带来了方便。1.2课题意义及发展趋势在现代高文明程度的市区，公交车是一道流动着的亮丽风景线，不仅是外观还是服务质量，公交车都对其有较高的要求。现代社会急需要更加高效化和人性化的公交车自动报站系统，自动投票系统，电子显示路牌，前后视频监控系统等新技术将会在社会各个城市变得越来越普及。在公共事业中，公交自动报站系统起到举足轻重的作用，在城市化日益明显的现代社会，为了保护环境、建设绿色社会，公交车依旧是人们进行社会活动必要的交通方式。为了使人们的出行方便，为了让人们更加熟悉自己所在城市的乘车路线，为了为人们了解到自己所需的各种出行信息，为了使人们的社会生活更加高效、方便、快捷，为了减少各种不必要的交通流量，提高社会的服务效率，便出现了公交自动报站系统。在人类尚未进入信息社会之前，公交车服务系统都是通过由司机或售票员向乘客口头传达到站信息的方式来实现的。由于社会和科学技术的迅猛发展，公交车自动报站系统不断改进与发展，不仅提升了公交行业的形象和气质，也增长了公交行业何和社会公共服务的效益。2课题内容2.1课题的基本内容本设计的主要目的是设计公交自动报站系统的硬件电路部分：该设计用到了主控制电路版、无线遥控发射器、无线接收器、语音存储模块和键盘显示模块以及外围电路等。本系统的设计思路为：为公交车所经过的各个站台上都安装一无线遥控发射电路，在公交车离开或靠近站台一定距离时（距离站台的距离可根据车站的具体情况进行自由设置），当公交车接收到发射电路传出的信号后进行编码验证，将验证后的信号送入主控制电路模块（由单片机来进行控制）。主控制电路模块编写程序后按照控制的先后顺序将控制信号传递给语音存储模块，语音存储模块再按照模块中提前录制好的语音信息进行相应的调用，这些调用后的语音信息经功率电路放大后，便能够驱动扬声器，自动地播放相应站台的语音信息。本文涉及到自动控制技术、无线通信技术和电子技术等多方面的内容。研究的内容和方法主要有：(1).确定系统的总体结构设计。(2).确定系统的硬件设计方案。(3).结构设计部分以模块化的方式进行设计。(4).总结、分析实验结果，从各个方面进一步完善。2.2课题的任务现代社会中，在公交系统改进方面，已经由旧的工作人员自己报站逐渐改变成使用卫星控制器控制语言文字报站系统的报站方式，但是由于公交车司机的误操作不可避免，使得报站错误不可避免，出于这个原因本课题设计了这一个基于单片机的公交车自动报站系统，减少了报站过程中错误的出现。该系统的基本要求有如下几点:（1）系统报站时无需公交司机操作，可以实现自动报站；（2）系统可准确完整的播报完某条公交线路中的所有站名，包括上行与下行；（3）系统可以进行语音报站，使得公交服务更加人性化，更加高效；（4）系统可以在液晶显示屏上显示当前到站的站点名称，以便乘客查询与核实。389C51单片机的相关知识介绍单片机，全称是单片微型计算机,简称单片微机，在我国习惯上称为单片机。其英文缩写为SCM(SingleChipMicrocomputer)。单片机是指将RAM、ROM、CPU、输入/输出（I/O）接口电路以及定时器/计数器等计算机的主要部件集成在一块芯片上组成的芯片级的微型计算机。3.189C51单片机的基本结构80C51CPU中断控制器并行可编程I/O时钟外援外部事件计数外部中断控制P0P1P2P3RXDTXD内部中断图1典型单片机的基本组成结构3.1.189C51基本组成(1)一个8位89C51中央处理器CPU。(2)存储器：单片机的存储器有两种基本结构：一种是普林斯顿结构；另一种是哈佛结构。目前的单片机以哈佛结构为多，有程序存储器(RAM)和数据存储器（ROM）。(3)并行I/O口：用于并行输入/输出数据，包括P0口、P1口、P2口、P3口（共32线）。(4)串行I/O口：包括1个全双工串行I/O口，可以实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。(5)定时器/计数器：包括2个16位定时器/计数器，用于对外部事件的计数或定时(6)定时电路及元件3.1.289C51CPU（8位）(1)中央处理器（CPU）是微机的核心部件,由运算器、控制器和工作寄存器及时序电路等部件组成。◆运算器—主要用来实现对操作数的算术逻辑运算和位操作。主要包括算数逻辑运算单元ALU、累加器ACC(A)、暂存寄存器、B寄存器、程序状态标志寄存器PSW以及码运算修正电路等。◆控制器—识别和处理程序指令根据指令性质控制计算机各组成部件行工作的部件它与运算器一起构成中央处理器，并协调各逻辑部件按一定时序工作。程序计数器PC：PC(ProgramCounter)是中央控制器中最基本的寄存器，是一个独立的计数器，存存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。(2)CPU执行程序的简要过程：1)PC给出当前指令的存储地址。2)CPU到存储器取指令，PC自动加13)指令译码器对指令译码，CPU执行指令。4)CPU到存储器取指令，PC=PC+1。5)CPU执行下一条指令，…指令寄存器程序存储器地址程序代码PC=0000H指令代码1PC=0001H指令代码2PC=0002H指令代码3…N指令代码n注释：PC是一个16位的计数器，故而可对64KB的程序存储器直接寻址。3.2引脚功能图2AT89C51引脚封装(1)I/O口AT89C51单片机的引脚封装结构如图2。89C51具有4个I/O口，32根I/O口线。4个8位并行I/O接口引脚P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7和P3.0～P3.7。除P1口外，P0口、P2口和P3口为多功能引脚，可自动切换用作数据总线、地址总线、控制总线或I/O接口外部引脚。P0口：外扩存储器时，作8位数据线/低8位地址线的复用总线。P2口：外扩存储器时，作高8位地址总线。P3口的第二功能：表1P3口引脚线第二功能标记第二功能注释P3.0RXD串行口数据接收输入端P3.1TXD串行口数据发送输出端P3.2INT0外部中断0请求输入端P3.3INT1外部中断1请求输入端P3.4T0定时/计数器0外部输入端P3.5T1定时/计数器1外部输入端P3.6WR片外数据存储器写选通端P3.7RD片外数据存储器读选通端(2)控制线（共4根）RST：复位输入信号端，高电平有效。 /PSEN：外部程序存储器读选通信号端，低电平有效。ALE//PROG：地址锁存允许信号/编程写入脉冲输入端。/EA/VPP：程序存储器选择信号端/编程电源输入端。(3)电源和晶振VCC:接+5V；VSS:接地；XTAL1：输入到振荡器的反向放大器；XTAL2：反向放大器的输出，输入到内部时钟发生器；3.389C51存储器结构和地址空间3.3.1程序存储器①整个存储器分为片内存储器和片外存储器两部分，CPU访问哪部分存储器由EA引脚所接的电平来确定。程序存储器被保留用于特定的程序入口地址单元是0003H～002BH（用于6个中断源的中断服务程序入口地址）。其中：复位或非屏蔽中断0000H外部中断00003H计时器T0溢出000BH外部中断10013H计时器T1输出001BH串行口中断0023H计时器T2/T2EX下降沿002BH②片内存储器为固定只读存储器ROM，存储器的类型有：掩膜ROM、OTP（一次性编程）ROM和MTP（多次编程）ROM（包括EPROM等）。3.3.2数据存储器（片内存储器）(1)片内数据RAM区根据寻址方式的不同可以分为以下四个区域：工作寄存器区、位寻址区、字节寻址区、堆栈区及堆栈指示器。(2)特殊功能寄存器SFR区89C51定义的特殊功能寄存器共21个，其中部分寄存器功能与字节地址介绍如下：1)程序计数器PC（ProgramCounter）PC的基本工作过程:读指令时程序计数器将其中的数作为所取指令的地址输出给程序存储器，然后程序存储器按此地址输出指令字节，同时计数器本身字数加1，指向下一条指令地址。注释：PC因没有地址，没列在SFR之内。复位时，PC=0000H2）累加器（ACC—Accumulator）。CPU中的数据传送大多都通过累加器，因此ACC又相当于一个数据的中转站。ACC的字节地址为0E0H，位地址为0E0H～0E7H.3）寄存器BB是8位寄存器，主要用于乘法和除法指令中。B的字节地址为0F0H，位地址为0F0H～0F7H.4）数据指针DPTR和堆栈指针SP（StackPointer）DPTR为16位寄存器，字节地址为83H、82H;SP的字节地址为81H.5）程序状态字PSW（ProgramStatusWord）PSW是一个逐位定义的8位寄存器，主要存放内容为算数逻辑运算单元的输出，其按位访问格式如下：CYACF0RS1RS0OV—PPSW的各个位所代表含义为：PSW.1(保留位)、PSW.4和PSW.3(工作寄存器选择控制位)、PSW.5(F0)、PSW.0(P，奇偶标志位)、PSW.2(OV，溢出标志位)、PSW.6(AC，辅助进位标志位)、PSW.7(CY，进位标志位)。其中F0：用户自定义标志位。RS1、RS0：工作寄存器区选择位。复位时，PSW=00H表2RS1RS0工作寄存器000区001区102区113区3.4单片机的工作方式3.4.1复位方式复位操作即初始化操作，把PC初始化为000H,单片机就从000H单元开始执行程序。除此之外，若程序运行错误或操作错误引起系统死锁状态，也需按复位键。复位的方式是高电平复位（即>2V），复位信号输入端的引脚为RST（当按下时RST为高电平，松开时RST为低电平）。一些比较特殊的功能寄存器的复位状态列举为：ACC:00HPSW:00HSP:07HP0～P3H:FFH3.4.2低功耗工作方式待机方式：当指令使PCON寄存器IDL位置1，则单片机进入待机方式。此时CPU不能工作，与CPU有关的SP、PC、PSW、ACC以及全部通用寄存器都被冻结在原状态；掉电方式：PCON寄存器的PD位控制单片机进入掉电方式，使单片机停止一切工作，只有内部RAM单元的内容被保存。4系统的总体结构设计AT89C51单片机控制AT89C51单片机控制（CPU）红外接收电路语音播放电路无线遥控发射电路显示电路图3系统的总体结构图本系统采用AT89C51单片机作为CPU，通过控制ISD1420语音芯片来播放各站点的语音信息等；通过在每一公交站点和公交车辆上安装无线收发模块,PT2262编解码无线模块可以将公交车和各站点单向或双向的联系起来。车辆驶近公交站点时,和车内外无线模块完成信息交互,实现自动报站,不需要公交司机手动操作；采用ISD1420语音芯片进行语音录放；采用TH12864M汉字图形点阵液晶模块进行汉字显示。其系统的总体结构如图2所示。5公交车自动报站系统的硬件电路设计公交车自动报站系统的硬件部分主要是以AT89C51芯片为基础，并且由主控制电路版、无线遥控发射器、红外接收器、语音播放电路、显示模块等组成。本文分别对无线遥控发射电路、红外接收电路、显示电路和语音播放电路这四个模块的电路连接进行了相应的线路连接设计。5.1无线遥控发射电路图4无线遥控发射电路无线遥控发射电路主要由AT89C51和PT2262组成,如图4所示。其中PT2262是一种CMOS工艺制造的通用编解码电路,其优点是低价位、低功耗，PT2262的三态地址端管脚(接高电平,悬空,接低电平)数最多为12位最多可有12位，即(A0-A11),任意组合后可提供531441位地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路。5.2红外接收电路利用PT2262实现红外信号编码输出，如图5所示。电路采用的供电电压为5V，接收图接收到信号后，再经过S8050三极管放大，最后传输给PT2272。接收头采用TOP8318A（通用性三端接收头），频率为37.9KHz，接受角度为90，接收距离25m,工作电压为2.4～5.5V，在未到达站台时，能够提前进行发送和接受到站信息，满足了实用要求。这种电路具有稳定的发射信号。图5红外接收电路5.3显示电路图6显示电路显示模块的主要连接部分如图6所示。AT89C51芯片中的RST接口与XTAL1和XTAL2接口的连接电路同其他模块中这两个接口的连接方法一样。报站时需要显示的内容有站名、到站信息、时间、日期等多种字符汉字信息，所以显示模块采用TH12864M汉字图形点阵液晶模块。5.4语音播放电路图7语音播放电路采用了ISD1420语音芯片及外围电路实现语音报站功能，如图7所示。该芯片包含自动增益控制、麦克风前置放大器、片上时钟、功率放大器和带通滤波器。该模块采用了模拟存储技术，可以实现20秒的录放时间，切掉电以后不会丢失，语音音质好。6结束语该设计主要由两部分组成：系统的总体设计和系统硬件设计部分。本设计从这两个方面对公交车报站系统进行分析和研究，同时也突出了设计的重点。本设计在总体上简单的介绍了单片机的相关知识：包括89C51单片机的基本结构、引脚、存储配置、寄存器等，为后面公交车报站系统的设计奠定了基础作用。本设计的核心部分是第四章的公交车报站系统总体设计和第五章的公交车报站系统的硬件设计电路。在总体设计部分，系统主要介绍了系统的总体结构；在硬件电路分，本设计介绍了系统的红外发射电路、红外接收电路、语音播放电路、显示电路四大模块。在这次公交车自动报站系统的毕业设计中，我应用了单片机原理及应用、应用电子技术、自动控制系统原理等专业课理论知识，这次毕业设计使我受益匪浅，使我收获了一笔不小的财富。由于知识结构有限，课题研究时间短，对公交系统的研究工作还不是很完善，有待以后继续弥补、研究。参考文献[1]周锦荣，魏志明.基于AT89C51控制的公交车自动报站器设计[J].赣州师范学院学报，2010[2]苏德恕，基于单片机控制的公交车自动报站系统设计[J].吉林省教育学院学报，2009[3]周云川，周遐，金瑞.公交车自动报站器设计[J].昆明理工大学学报，2009[4]严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）[M]，清华大学出版社，2010[5]丁元杰.单片微机原理及应用[M].机械工程出版社，2005[6]施隆照.数码管显示驱动和键盘扫描控制器及应用[M].福州大学物理与电信工程学院，2007[7]何立民.单片机高级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006：72—89[8]安德宁.单片微型计算机原理接口与应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2009：108—123[9]徐永龙.单片机发生器原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：129—133[10]张俊谟.单片机中级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006[11]耶晓东.基于单片机的公交车自动报站系统的设计与实现[J].信息技术报，2011,4:40-4[12]JustinLahart.EggCracksDifferInHousing,FinanceShells[J].WallStreetJournal,2008-07-13.[13]AT89C51DATASHEEPPhilipsSemiconductors1999.MCUBasedIntelligentStop-reportingSysteminTheBusAbstract:Becausesincethereformandopeningupthesustainabledevelopmentofeconomy,thepeopletothesocialpublicservicequalitydemandishigherandhigher,thetransitsystemrequirementsareincreasinglyhigh.Duetothesocialservicesafety,efficiencyconsiderations,themajorcityofthetransitsystemstationreportingqualityrequirementismademoreautomation,moreintelligent.Wirelesscommunicationresearchfortheimprovementofpublictransportationsystemmadeagreatcontribution.Thedesignofsingle-chipbasedAT89C51busstopautomaticsystemoverallstructuredesignanditshardwarecircuitdesign.Theoverallstructureofthesystemare:theuseofsingle-chipcomputertechnologyandwirelessremotecontroltechnology,throughtheMCUAT89C51onthesystemoverallcontrol;thesystemhardwareisbasedonsinglechipAT89C51asthebasis,mainlyiscomposedofamaincontrolcircuit,awirelessremotecontroltra