公交车自动报站系统.docx

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公交车自动报站系统

目录

绪论1

1语音、音乐存储还原的历史和技术发展1

2自动语音报站系统2

2.1自动语音报站系统的市场需求2

2.2技术发展2

2.3方案框图3

3电路分析和功能介绍3

3.1语音录音系统3

3.2准点报时收音系统7

3.3音频放大系统9

3.4供电单元10

3.5控制方案12

4结构特点12

参考文献14

致谢15

公交车用收音机—报站器设计

摘要

在当今社会，随着城市人口密度提高，道路变得越来越拥挤，公交车无疑是人们出行的首选交通方式，因为它具有效率高，价格便宜的优势。

以往的公交报站主要由售票员报站，但是有些售票员地方口音浓重，给外地人乘坐公交车造成了困难。

本文介绍了一种操作简单的公交报站器，能够在即将到站时按下按钮自动报站，报完站名后自动停止，同时还能在整点报时。

本方案利用语音合成芯片完成语音的合成技术，再配合存储器，扩大存储容量，很容易就可以实现公交车报站器，从而为市民提供方便准确的服务。

【关键词】：

报站器语音电路报时收音功率放大器

DesignofAutomaticStationsBroadcastinginBus

Abstract

Intoday'ssociety,withthecitypopulationdensityincreases,theroadbecomesmoreandmorecrowded,thebusisthepreferredmodeoftransportationforpeopletotravel,becauseithastheadvantagesofhighefficiency,lowpriceadvantage.Thebusstationismainlycomposedofthestations,butsomeofthelocalthickaccent,resultedinthedifficultytooutsidersbybus.Thispaperintroducesasimplebusstopisarriving,canpressthebuttonautomaticstation,afterthestationnameautomaticallystops,butalsointhewholepointtimekeeping.Theschemeusesthespeechsynthesischipcompletevoicesynthesistechnology,coupledwiththememory,expandedmemorycapacity,caneasilyrealizethebusstation,soastoprovideconvenientandaccurateservice.

【Keywords】：

StopdeviceVoicecircuitClockradioPoweramplifier

绪论

随着计算机技术、数字化处理技术的不断发展，语音（含音乐）的数字化处理技术在越来越多的场合会得到广泛的应用。

公交汽车自动报站系统是一种最早投入实际应用的数字化音频记录、播放的语音系统。

它取代了人工报站，代替了70年代的磁带录音播放的声频系统，形成不断延伸产业和技术互动发展，在今天的各种场合不断得到新的应用。

公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响服务的质量。

传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰。

近年来，随着科学技术的日益发展和进步，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。

在声学领域，微机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。

鉴于传统公交车报站系统的不足之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由语音电路控制的公交车自动报站系统。

1语音、音乐存储还原的历史和技术发展

语音（音乐）的存储和还原技术，走过很多历史。

纵观其发展，是人类智慧和文明的综合产物。

爱迪生在1877年制成了世界上第一个留声机，借助运载体上深度不同的沟道来记录和回收声音。

1930年左右，电子管放大器的产生，使得声音可以扩大，传播得更远。

1940年，美国发明出磁带录音机，但是这种录音机比较大而且笨重，不方便携带。

到1950年，日本东京通信工业公司（SONY的前身）开发出小型的磁带录音机，使得录音变得便携简单，不过所能记录的时间并不长。

语音录放技术是在电磁信号通过记录—保存—重复播放的技术基础上，随着数字电路—存储电路—大规模集成电路技术发展的基础上发展的。

语音录放技术实际上是一个模拟信号转变为数字信号，经过存储后依据需要，将已存储的数字信号还原成模拟信号，经过功率放大器放大后还原成原来的模拟信号的过程。

即A/D—EPROM—D/A过程。

最早的应用起源于上世纪70年代，人们将几秒到十几秒的音乐经A/D转换，存储于小容量的ROM电路中，当需要播放时，从ROM电路将已录入的信号经D/A转换，再通过音频电路将音乐还原出来，这些产品主要用在生日卡，贺年卡，电子门铃中。

80年代，由东芝公司研制开发的语音信号处理芯片开始投入应用。

广泛用于移动式话筒扩大器中，许多商场里见到的各种促销品推广的扩大器就是预先录入需要推销产品讯息，然后循环扩大音量播放。

动态随机存储器容量不断以日新月异的速度发展。

集成电路芯片制造技术由毫米级别到现在的微米级别的发展。

体积小，重量轻，耗电省，功能多的语音记录播放系统。

在取代人工播放，磁带记录播放的同时，实现计算机和网络连接，语音识别控制的功能，在淘汰传统的机械传动，磁带记录，电子管、晶体管组成固定播放形式，形成快速的无线，可移动的记录和播放系统。

90年代，语音录放技术开始用于报站信息和航班信息

2000年代，深入教学和辅导等领域，同时结合光电技术，现在与字幕屏和LED电视机结合，实现声、光、电同步播放，应用于各种公共场合。

如汽车、铁路轨道交通。

2005年开始，以GPS为主导的交通管制系统的全方向引入。

实现报站、语音提示、速度监控、实时信息反馈传递技术已投入使用。

其他领域将从城市向农村普及。

2自动语音报站系统

2.1自动语音报站系统的市场需求

对于乘客（最大的受益群众）而言，报站器的主要功能体现在：

通过报站器的语音报放功能，应使乘客能够非常清晰的明白知道本次公交车的起始和终点站以及当前所停靠站的站名，当乘客上下车和公交启动后，并能告知乘客下一站将要到达的站点和向乘客提供其他的温馨语言提示。

对于公交司机来讲，最为希望的是自己能够方便的自行更改报站器的播放内容，并可以通过编辑播放列表文件更改所要播放的文件，而当操作错误时能够轻易地对键盘按钮进行纠正。

对于生产厂家而言，在能够很好的实现和满足公交语音报站器的功能要求的前提下，最为注重的考虑使用当前哪些科技材料来代替传统的、相对落后的材料而简化生产工序，以此降低生产成本并使生产的产品使用更为简单以此扩大销售量，从而为企业、社会创造更多的价值。

2.2技术发展

目前公交车报站的技术主要应用有以下三种：

1）手动控制型。

这类控制器通常有一排按钮，车辆在进站、到站、出站、途中运行几个阶段都需要司机来操控。

虽然这种控制手段会增加车辆行驶的安全隐患，但是操作简单，成本较低。

2）无线交互型。

在每个公交站点和公交车辆上安装无线收发模式，车辆驶近公交站点时，通过车内外无线模块完成信息交互，从而实现自动报站，无需司机操作。

但是站点配置工作量大。

3）GPS定位型。

通过卫星定位来实现车辆到达站点报站，但是该方式技术非常复杂，投资很大。

根据具体需求，本设计主要讨论第一种：

手动控制型。

本方案在驾驶员插入通电钥匙后，本系统通电，驾驶人员在每一站到达前30~50米左右，按一下报站启动按键，系统报站名一次（或二次），报完站名自动停止，需要听收音机内容，按转换键即可。

2.3方案框图

图1系统框图

3电路分析和功能介绍

3.1语音录音系统

全电子语音录放板是一种完全摆脱了机械束缚的新型语音录音和放音装置，它不存在磁头磨损和各种机械故障，不需要进行清洗、润滑等日常维护，具有长期的工作可靠性。

全电子语音录放板省去了直流电机，耗电比录音机少得多，由于它全部采用电子元器件，整机重量轻、体积小、能耐受强烈震动。

因此，它在人们的日常生活以及生产和国防建设中有着广泛的应用。

图2这一款语音芯片T6668，它的集成度很高。

T6668是采用模拟信号分解，数字信号合成，动态存储技术的数字化语音集成电路。

问世以来以其较强的功能和较高的性能价格比倍受设计者的宠爱，与简单的外围器件配合即构成随录随放型语言板，可手动控制实现语音记录、再生。

T6668是采用ADMC（自适应增量调制）方式的录、放音专用单片CMOS—LSI．声音数据存储器采用外接动态RAM，利用外接的话筒、喇叭、放大器等音频电路构成录、放音系统。

下面介绍下

图2T6668引脚图

1、2、4、5脚（CAS1~CAS4）：

为第2至地4块存储器的列地址选通信号输出端，依次接DRAM个数从CAS1开始依次使用，低电平有效。

6脚（EXE）:

为外接存储器扩展输出端。

此端输出T6668内部地址计数器最高位的溢出信号，供扩展外接存储器容量时使用。

7、8脚（M1、M2）：

为外接DRAM个数编程输入端。

当M1、M2同时为0时，外接第1块DRAM，此时只有CAS1有效。

同理，M1、M2为1、0时接第2块DRAM;为0、1时，3块DRAM工作；为1、1时，4块DRAM全部接入使用。

9、10脚（

、

）：

分别为集成电路内部数字部分和模拟部分的电源地线。

11、12脚（C3、C4）：

为内部运算放大器用基准电压发生电路去耦电容的连接端。

13、16脚（MICOUT、MICIN）:

为内部音频放大器的输出与输入端。

14、15脚（C2、C1）：

为内部音频放大器的耦合电容连接端。

17、18脚（TS1、TS2）：

为芯片的测试脚，芯片出厂检验时使用。

19、20脚（FL0UT、FLIN）：

为电路内部重放用带通滤波器的输出及输入端子。

21脚（DAO）：

为D／A电路的模拟输出端。

22脚（DAI）：

为A／D电路的模拟输入端。

23、53脚（VDD）：

为电源正输入端，电源电压为+5v士10。

25脚（RST）;为复位信号RESET输入端，低电平有效，触发此脚可使电路进入工作状态。

26脚（CPU）:

为计算机控制／手动控制选择端。

为高电平时电路由外部计算机信号控制，此时25、27～4O脚均与外接计算机做适当连接构成计算机接口。

为低电平时，电路处于手动控状态。

27~29、31脚（DO～D3）:

为存储器分段选择输入端。

通过这4个脚输入的4位BCD控制码，存储器控制电路将把外接存储器划分为16等分来工作，通过改变DO～D3的电平即可分别使用各段存储器进行录放。

当DO～D3各端悬空时存储器不分段，可连续使用。

32脚（START）：

为启动输入端。

当输入20ms以上宽度的正脉冲时，电路进行录放操作。

33脚（STOP）：

为停止输入端。

当输入20ms以上宽度的高电平信号时，电路停止录放操作。

34、35脚（BIT1、BIT2）：

为采样比特率选择输入端。

37脚（CE）：

为当电路处于手控状态时静噪输入端。

39脚（WR）在手控状态时为录、放音转换端；高电平时为录音状态，低电平时为放音状态。

40脚（RD）：

为读输入端。

在计算机控制状态时才使用，用来读写CPU送来的脉冲。

41脚（EOS）：

为结束指示输出端。

电路录放开始时是低电平，录放结束后跳回高电平，此脚可驱动工作指示灯，并实现连续录放等功能。

44脚（TEST）:

为测试输入端，使用时应悬空。

45脚（256M）:

为存储器型号选择端当使用64M的DRAM4146时，接低电平；使用256M的DRAM41256时，应接高电平。

46脚（WE）:

为写入脉冲输出端。

低电平有效，接存储器。

47脚（RAS）为行地址选通信号输出端，低电平有效。

48、49脚（Din、Dour）:

为数据输入、输出端。

接存储器。

50、51、54～60脚（A0～AS）:

为地址输出端，接存储器。

3、24、30、35、38、52脚（NC）:

为空闲端。

用一块T6668，再配以4块256MDRAM，以32Kbit每秒语音录音，可以连续或间隔累计录音时间为8.6小时。

T=4x256M/32Kbit=1024000000/32000=32000s=530min=8.6h

满足城市公交汽车一个来回的循环播放

图3录放板电原理图

图3是用T6668组成的典型录放电路。

其中数字处理部分由T6668和256MDRAM组成；音频功放部分由功率放大集成电路LM380等组成；T0-92封装的三端稳压集成块78L05、7815组成了向上述两部分供电的稳压电路，供电的电压为+5V。

13、21脚间接入一级无源滤波器，提高量化质量，降低噪音。

为方便电路各种功能的转换，使用多位打码开关对电路进行集中控制。

27、28、29、31、34、35各脚都街上了打码开关，故可以任意选择采样频率及分段放音。

T6668的19脚输出的音频信号经电容耦合后送至LM380功率放大器放大。

与16脚连接的驻极体话筒最好选用大功态范围，中灵敏度的，因为话筒输出的语音信号一旦产生过载，经芯片中A/D、D/A电路处理后失真将变得更加严重。

适当调节驻极体话筒的偏压电阻，可改变其动态、灵敏度特性。

调节时以声音清晰为主，其次再兼顾灵敏度。

电路操作方法如下：

首先，通过开关D6和D7确定采样速率，而后先将D0~D3开关悬空至OFF位，再将“录放”开关打开，按“启动”按钮开关，LED指示灯熄灭，表示录音开始。

如果录音时产生回授啸叫声，可将扬声器远离话筒并调音量电位器减小音量。

尝试用不同强度的语音对话筒录音，可以找到一个录音失真较小的适当响度。

若录音时扬声器无声，可检查37脚是否接地。

重放时，先将“录放”开关关闭并按“启动”按钮就可以开始放音。

要暂停重放时，只要按下“停止”按钮就可以了。

如果重放过程中想要返回到起点，再重新放音，同时按下“启动”和“停止”两钮。

任何状态下，只要按“复位”钮，电路都会将存储器现存内容清除，回到初始状态，等待重新录音。

以上操作是针对连续录放而言的，此时D0~D3开关悬空至OFF。

录放技术分两种方式：

（1）直接语音话筒录音。

（2）计算机语音系统，将所需语音信息以及文字方式在计算机中编辑；然后整理成E规文字，转化为标准语音信息，将此信息如同音乐一样下载到DRAM中或者flashRAM中，然后再将芯片插入相应的车中，形成批量高速录放工艺操作。

3.2准点报时收音系统

点频式FM收音头单元，在FM收音频率范围88~108MHZ内，通过调谐到该城市的信息台或新闻台，予以固定。

这样避免了收音单元的反复调谐，同时降低成本，即可以收到城市交通信息或者是新闻台，同时可以掌握准点时间信息。

图4自动报时收音电路图

广播电台每逢整点都用六响信号报时。

报时信号的前五响为0.5Hz方波调制的800Hz正弦波信号。

根据这种规律，我们可以将报时信号取出来接通收音电源，使收音机每逢整点自动播放广播员报时的声音。

自动报时收音机的高、中频部分一直是加电的，以便能从音量电位器上取出音频控制信号；低放部分的电源则是受控的，只有整点时才接通。

整个装置电路如图4所示。

音频信号取自音量电位器。

为减少对收音机电路的影响，利用IC1-a做缓冲放大。

其后由IC1-b、IC1-c组成的两级选频放大器，以滤除干扰，取出800HZ报时信号。

选频放大器的中心频率

，

图中令R6=R7=R9=R10，C3=C5，C4=C6。

调整R5或R8可改变选频放大器的增益。

IC2-a、IC2-c完成整形、脉冲包络检波。

无800HZ信号时，IC1-c输出为一固定直流电平。

此时IC2-a由于R14接地而输出高电平；IC2-c由于EC通过R16对C9充电进入稳态而输出低电平。

当接收到800HZ信号时，IC2-a输出800HZ方波。

方波的低电平使二极管D1导通，C9经D1迅速放电使IC2-c输入变为低电平，输出上跳为高电平。

当B点的方波为高电平时，EC通过R16对C9充电。

适当选取R16、C9数值，使B点方波高电平期间C9充电电压不足以使IC2-c翻转变为低电平。

因此，当B点输出800HZ方波时，IC2-c输出一直保持高电平。

只有当800HZ方波消失，B点变为固定高电平时，C9才充电直至IC2-c翻至低电平。

所以，IC2-c及其附属电路在这里起到了脉冲包络检波作用。

IC3是一片6D触发器，将其输出Qi接至输入Di+1（i=1、2、…5），组成六位串入并出移位寄存器，每隔1秒检测一下输入端D1（即IC2-C输出）的状态，并将其顺序移入寄存器内寄存。

IC2-b组成振荡频率为1HZ的多谐振荡器，提供IC3的时钟，做为取样检测脉冲。

IC2-d、IC2-e、IC2-f作为反相器使用。

D2-D7、IC4-a组成六输入或非门，检测移位寄存器IC3的输出状态。

当且仅当Q1、Q3、Q5为“0”，Q2、Q4、Q6为“1”时，IC4-a才输出“1”，否则输出为“0”。

件，IC4-a输出跳变为“1”，

广播电台的整点报时信号经选频放大、脉冲整形、包络检波后，由IC2-c输出占空比约为50%的0.5HZ方波（见图5波形C）。

在IC3的时钟上升沿对其进行取样，取样速度是1次/秒。

由图4中可见，在有报时信号时，Q1-Q6逐次移位，并且是“1”、“0”相间的。

当取样状态的第一个“1”移至Q6时，正好满足Q1、Q3、Q5为“0”，Q2、Q4、Q6为“1”的件，IC4-a输出跳变为“1”，触发IC4-b、IC4-c组成的单稳态电路，使IC4-c输出为高，经BG1、BG2驱动继电器J吸合，使收音机低放部分加电，扬声器发声自动报时。

与此同时，LED1点亮，指示出工作状态。

电路中由于采用了六位移存器来寄存、检测输入状态，即使有800HZ干扰信号通过选频放大串入，只有同时满足①间歇振荡；②间歇时间为1秒；③连续3个以上。

显然，出现这种干扰的的几率是很小的。

IC4-a输出端E点有三次上跳机会，只要有一次上跳即触发单稳，使之自动报时。

IC1用一块LM324四运放。

IC2选用一块CD40106六施密特触发器。

IC3选用一块CD40174六D触发器。

IC4选用CD4001四2输入端或非门。

四种片子的引脚功能见图5。

D1-D7用2CK型，继电器选用作电压为9V的。

其它元件均为通用型。

图5波形图

图6IC引脚功能图

3.3音频放大系统

公交车上由于环境的嘲杂、车身过长，为避免乘客因杂音太多听不清报站声，需要若干个扬声器，保证声音覆盖整个公交汽车。

根据公交汽车大小，选择输出功率在2W到5W不等的功放单元，车型小选择功率2W左右，采用4个扬声器串联达到最佳负载匹配。

该功放电路采用美国国家半导体公司14脚封装的LM380作为放大器件，带散热连接金属板封装方式：

外围元件少，无需调整即可使用，将功放焊接在PCB板上后，将其金属部位与铝壳安装以使散热。

输入信号经音量控制电位器Rp（20kΩ）和22μF的耦合电容加到运放LM380的反相输入端（引脚6），其同相输入端（引脚2）接地，引脚1外接10μF的滤波电容，以滤除高频纹波干扰，电路采用16V单电源供电，并在电源端（引脚14）到地之间外接470μF的去耦电容，其输出端（引脚8）到地之间有两个并联支路：

一支路由2.7Ω电阻与0.1μF电容串联组成，用于提高电路的稳定性，滤除部分高频，防止产生高频自激振荡；另一支路由470μF的耦合电容Co和负载ZL（8Ω喇叭）组成，Co和ZL决定了电路的下限截止频率fL。

由图中的参数可得出其下限截止频率为：

fL=1／（2πZLCo）=1/（2π×8×470×10-6）=42Hz。

下面是2W的LM380音频功率放大电路

图7LM380功率放大器电路图

显然，欲降低下限截止频率，可适当增大Co的值。

LM380的电压放大倍数为固定值50，该值由其内部反馈电路所决定，不需外接元件，其最大输出功率可达2.5W，但输出功率较大时，其电源电压的纹波干扰将增大，故一般选用输出功率为2W。

该器件的电源电压适用范围较宽：

l0～22V，输入阻抗也较高：

约为150kΩ。

3.4供电单元

公交汽车常有两种供电方式：

1汽油发动机汽车，常用12V直流（小型车）和24V直流（中型车）

2柴油发动机汽车，常采用24V直流供电

目前，电子设备中常使用输出电压固定的集成稳压器。

由于它只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端式稳压器。

这类集成稳压器的外形图如图7所示

图878稳压器系列

78××系列输出为正电压，输出电流可达1A，如78L××系列和78M××系列的输出电流分别为0.1A和0.5A。

它们的输出电压分别为5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V等7档。

和78××系列对应的有79××系列，它输出为负电压，如79M12表示输出电压为–12V和输出电流为0.5A。

图9三端稳压内部线路图

电路如图9所示，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。

图10电压差应大于2～3V。

电路中接入电容C1、C2是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频自激振荡并抑制电路引入的高频干扰。

C3是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

D是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器C3一个放电通路，防止C3两端电压作用于调整管的be结，造成调整管be结击穿而损坏。

图10三端稳压器的典型接法

图11供电单元结构图

3.5控制方案

图12控制方案图

本设计采用的是人工控制报站，需要设计足够按钮来满足三十个站名正向、反向报站。

按启动按键，即可控制该控制器上其它按钮。

按停止按钮，则其它按钮无效。

需要接收收音机时，可按收音开关ON，关闭按OFF即可。

需要报站时，只需在到站后按相应站名的按钮，就可实现实时报站。

若有需要，可反复按该站名，以免乘客没有听到，错过下车。

4结构特点

采用散热良好铝型材做底座，便于安装于汽车仪表盘下，同时便于散热。

将线路板固定于铝型材上，留出输出接口插座，然后罩盖采用已涂漆金属盖，用螺钉固定。

线路板由四块组成，语音录/放单元板，点频FM收音头单元板，功放单元板，电源板；其特点便于生产，维修方便，调试简单。

该结构板如下图所示：

图13结构板

。

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