公交车无线自动报站系统硬件毕业设计Word文件下载.docx
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进度安排：
1--3周：
查阅资料，了解公交车报站系统的背景以与国外的现状；
了解组成本次设计的各个芯片的资料以与做好开题报告的准备工作。
5--9周：
根据查阅掌握的资料，拟定此次设计的制作方案，以与PCB板的制作。
10-11周：
完成中期答辩。
12-16周：
完成剩余部分，焊接，调试电路板。
5.毕业设计（论文）的工作量要求撰写15000字论文
①实验（时数）*或实习（天数）：
300机时
②图纸（幅面和数）*：
③其他要求：
查阅资料不少于10份
指导教师签名：
年月日
学生签名：
系主任审批：
说明：
1本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。
2带*项可根据学科特点选填。
公交车无线自动报站系统——硬件设计
摘要
随着科学技术的日益发展和进步,无人售票公交车在街头多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。
对于报站器的设计国已有相关的文献评论，但是总的来说以前的设计，功能相对比较单一，无法充分利用单片机系统的资源，最大程度的发挥报站器的全部功效。
本文则结合单片机技术、语音技术、测温技术、无线数据传输技术和LCD显示技术，不但发挥了报站器的报站功能，而且同时拥有测温功能和汉字显示功能。
实现了公交车进站前自动预报前方到站；
全市公交车辆都可以到那站报那站，线路的变化都没有关系；
同样可以实现自动预报站，无须司机按键。
不但给乘客带来方便，而且能让司机更加专心于驾驶，加强了道路行驶安全性。
关键词：
语音；
测温；
无线数据传输；
LCD显示
ThebuswirelessAutoReportsstationsystem
——HardwareDesign
Abstract
Alongwiththeincreasingdevelopmentandprogressofscienceandtechnology,
thebuswithoutticket-sellerbecomesmoreandmorepopulartoday,atthesametimetheaudiostop-reportingdevicefindsawideuse.Thisexemptsthebusstewardsfromthetroubleofreportingstopsalongtherouteandfacilitatesthepassengerswhoarenotfamiliarwiththeroute.
Inourcountry,therehavebeenrelevantdocumentsaboutthedesignofstop-reportingdevice.Butfromthewhole,theirdesignshavethedeficiencyofcomparativesinglefunction,andinabilitytomakefulluseoftheresourcesofMonolithicmachinesystemtobringouttheentireefficacyofthedeviceinlargestdegree.ThispaperincorporatingthetechnologyofMonolithicmachine,Pronunciation，temperature-measuring,radiodatatransmissionandLCD,givesanewdesignwhichhavenotonlythestop-reportingfunction,butalsothetemperature-measuringandcharacter-indicationfunctions.Thusitrealizesthebasicarrive,nomattertherouteschangeornot;
atthesametime,ithavethefunctionofpre-reportingstopsfunctionofreportingstops:
thebusesofthewholecitycanreportstopswherethey:
atacertaindistancebeforethestop,itcanautomaticallyandaccuratelyreportthestopswithoutthedriverpushingthebutton.Atthetimeofbringingconveniencetothepassengers,italsomakesthedrivermoreintentontheirworking,thusincreasingthesecurityofthetraffic.
Keywords:
pronunciation;
measurethetemperature;
wirelessdatatransmission;
LCDisdemonstrate
1绪论
1.1引言
作为一个城市的公交企业，它既要代表政府体现当地城市的形象，又要尽一切力量减少政府投资，创造良好的社会效益和经济效益。
而传统的公交运营系统的装备和管理模式较难达到这两者的完美结合。
随着科学技术的发展，公交应用系统带给公交企业的将不仅是形象的提升，也是效益的增长。
虽然现在已经有些车上已经采用GPS定位系统自动报站，但其昂贵的成本，难以实现普与。
为了实现城市公交车的自动报站，本文设计了一套低廉、高性能的城市公交车无线自动报站系统。
1.2课题研究的背景与意义
当前国主要大城市的公交车大都采用人工语音报站，即每到一站由司机或者乘务员按语音键来进行报站，而车站的识别、语音的播放还要靠驾驶员控制，不仅增加了驾驶员的操作,还存在一定的安全隐患。
另外由于受到各种因素如雨雪天路滑，车上拥挤，乘务员心情的变化等的影响，会出现报错,漏报的情况，给乘客带来了不必要的麻烦，特别是给不熟悉本市地形的外来乘客带来了不必要的麻烦,从而影响到了一个城市的窗口形象工程建设，因此公共汽车自动报站系统的研发势在必行。
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，使得公交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与实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车自动报站系统。
公交车自动报站器的设计主要是为了弥补传统语音报站器必须有司机操控才能工作的落后方式，进站、出站自动播报站名与服务用语，为市民提供更人性化，更完善的服务。
如果采用了我们研发的公共汽车自动报站系统不会出现由于受到各种因素如雨雪天路滑,车上拥挤,乘务员心情的变化等的影响而出现报错站，漏报的情况。
从而给乘客带来了极大的方便；
不会因坐车过站而走冤枉路,为我们城市的窗口形象工程建设贡献一份力。
1.3报站器的动态发展趋势与国外相关研究情况
行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。
作为公共汽车还要求有醒目和减少乘务人员劳动强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普与。
公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公交车的服务质量。
目前公交车报站有三种方式：
（1）利用GPS全球卫星定位系统的公交车报站系统即在司机座位后面隔板上，安装了一台15英寸的液晶电视和GPS信号接收器，目前美国部分城市投入使用，国也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受；
（2）手动电子报站；
（3）人工报站；
目前我国部分城市采用手动电子报站和人工报站的方式，而它们都离不开司务人员，加大司乘人员的工作强度。
1.4系统可行性分析
要做一个实用性比较高的公交报站系统，前期的调研是必不可少的。
通过在各个车站收集公交司机与各个年龄阶段的乘客对报站系统的看法和他们心中理想的报站方式，得出以下两个结论：
（1）准确报站：
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，让不熟悉路线的乘客不知所措。
（2）普通话报站：
许多外来人员对此深有感触，听不懂的报站语言让乘客不知是否已到达目的地，经常下错车带来很多不必要的麻烦，因而普通话报站对于外来人员来往频繁的大城市是非常有必要的。
然而各个公交车站并没有对现有报站系统进行改进，根据调查走访，主要原因在于现今仍然没有一个性能比较好且制作改装成本低、可以普与的报站系统，因而一直没有对报站系统进行改良。
针对该现象，本文所设计的城市公交车无线自动报站系统，其创新之处在：
（1）采用编码技术对每一个车站点进行编码，当车行驶到车站点信号围时，系统将自动识别该站并发送指令启动语音报站系统进行语音报站与站名显示。
（2）采用短距离无线数据通讯技术，自动报站，高效准确。
（3）该系统能利用现有系统进行改装，而且改装容易，制作成本低，运行几乎不需要成本。
1.5研究步骤和方法
第一：
理论准备阶段，理解题目，研究题目所涉与到的容，能够较好的掌握有关题目的知识。
第二：
确定系统各个硬件部分电路，理清各个硬件部分电路与单片机之间的连接关系，并开始进行相关硬件电路的资料收集。
第三：
规划课题，确定组成结构，提出大体系统框架并在结构框架的基础上提出原理框图。
第四：
完成硬件设计部分并画出各部分电路图，将系统部件通过接口电路集合在一起，并画出电路图。
第五：
根据系统控制过程完成软件设计部分，绘制出主流程图。
第六：
检查是否可以实现要求的控制目的，能够按照要现控制功能。
第七：
整理论文。
1.6设计的主要任务
本文对系统的理论分析、硬件电路的设计制板和功能方法都有了详细的介绍。
系统设计的重点：
（1）接口电路的设计
（2）RS232与TTL的电平转换电路
（3）其他外围电路的设计
2系统的硬件方案设计
2.1系统功能与技术要求
公交车无线自动报站系统是针对公共汽车公司需求而设计开发的，与其他国同类产品区别在于：
采用全自动的方式进行自动报站，完全不需要驾驶员在进站前操作键盘，分散注意力，真正实现自动报站功能。
同时可以与LCD液晶显示实时时钟、车温度和到站的文本信息，并配有真人语音报站功能，为公交车装备现代化，提高服务档次起到本产品应尽的责任。
技术要求：
1）无需按键实现自动语音报站，到站前每个10秒连续播报并配有文字提示。
2）车辆部温度实时采集，温度采集精度：
±
1℃
3）LCD字符显示
4）实时时钟
5）语音报站
6）使用电源：
直流：
12V
7）使用环境：
温度：
－40℃～＋50℃
2.2采用的研究方案
根据公交车无线自动报站系统的功能要求与技术要求，为实现全自动报站，将本系统分成两个子系统：
站台系统和车载系统。
两个子系统的信息交换通过无线数据模块来完成，进而完成自动报站。
整个系统的结构图如图2.1所示。
站台系统上电自检后，自动处于休眠状态。
当车辆驶进入到无线数据模块收发的距离围（具体可参考下一章）之，站台系统接收到车载系统发来的正确命令数据后（具体数据协议参考下一章），将本站的站台信息回发到车载系统，车载系统接收到站台系统回发的数据后，根据数据协议，解析数据查表得到本站信息，然后通过语音芯片进行语音输出，并利用LCD进行文本滚动提示乘客。
站台系统
图2.1系统的结构图
根据上述的整个系统的功能和结构图，以与市场的调研和相关资料的查询，确定整个系统硬件框图如图2.2所示。
图2.2系统硬件框图
如图2.2所示,整个系统有两个子系统组成,车载系统和站台系统。
站台系统功能比较简单，主要完成TTL电平与RS232电平的转换与串口数据的接收和发送。
为此，该子系统硬件设计较简单。
公交车无线自动报站系统主要的功能主要集中在车载系统，为此，车载系统以单片机89C52为核心，利用DALLAS公司的DS18B20温度传感器和DS12887时钟芯片，完成车温度的实时检测和时间数据的读取，最终将温度和时间数据送至LCD实时显示。
另外通过无线数据模块和电平转换电路完成车载系统与站台系统的数据通信，从而实现全自动语音报站。
本次毕业设计的主要任务是完成公交车无线自动报站系统的硬件电路的设计，而车载系统的设计则是本设计最核心的部分。
3系统接口电路的分析与设计
系统接口电路的设计系统的最重要的部分，在确定系统功能要求与系统硬件方案后，选定芯片，查阅芯片的使用手册与其引脚的定义的后，根据CPU总线与I/O设备之间信号要求与时序进行相应的接口设计，通常设计接口时应对完成的功能所需要的硬件和软件作统筹考虑，确定那些功能由硬件完成，哪些功能由软件实现，两者之间做出合理的接口电路设计思路。
在此基础上，合理的选用I/O接口芯片，进行硬件接口电路设计与如何与CPU的连接是至关重要的。
微处理器是公交车无线自动报站系统的核心部件，它的结构、特性对所研制的系统的性能有很大影响。
因此，对微处理器的选择尤为重要。
我们通过选取和对比各种型号的微处理器芯片的功能特性和价格，发现AT98C5X以其低廉的价格、强大的功能，完全符合经济的原则并且完全满足本系统的功能要求。
所以，在两个子系统中我们分别选用AT89C51和AT89C52作为CPU芯片。
3.1单片机的介绍
单片机小系统选择的是ATMEL公司的低功耗，高性能的CMOS8位单片机AT89C52芯片，片含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统与8052产品引脚兼容，片置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
主要性能参数：
a.与MCS-51产品指令和引脚完全兼容
b.8k字节可重复擦写Flash闪速存储器
c.1000次擦写周期
d.全静态操作：
0Hz-24Hz
e.三级加密程序存储器
f.256乘8字节部RAM
g.32个可编程I/O口线
h.3个16位定时/计数器
i.8个中断源
j.可编程串行UART通道
k.低功耗空闲和掉电模
AT89C52的引脚排列如图所示
图3.1AT89C52的引脚排列
3.2系统电源部分的设计
在本系统中所涉与的两个子系统均需要用到电源，电源是系统的能量来源，另外电源电压的要求与其稳定性和可靠性将是系统首要考虑的问题。
两个子系统的CPU与外围芯片的供电均需要稳定的5V电源，因此两个子系统的电源电路的设计类似，因此在本设计中以车载系统的电路设计为例，必须给CPU提供一个比较稳定的＋5V电源电压。
在此本次设计中采用了三端集成稳压LM7805CV来稳压。
集成稳压器LM7805CV是将非稳定的直流电压变换成稳定的直流电压的IC芯片。
LM7805CV集成稳压器有输入端、输出端与公共端三个引脚。
芯片部设有过流保护、过热保护与调整管安全保护电路，其所需外接元件少，使用方便、可靠。
广泛地用于各种电子设备中。
LM7805CV最大的输入电压为35V，最小输入电压为7.5V，其输出电压为+5V。
具体电路图3.2如下：
图3.2电源电路
LM7805CV输入端1脚接VS，VS是＋12V直流电压，符合LM7805CV的电压围，管脚2接地，这样管脚3就可输出＋5V的稳定电压。
为了滤除输入和输出电压上的纹波，分别在LM7805CV的输入和输出管脚分别接以电解电容和瓷电容，使其得到较稳定的电源电压。
3.3CPU其他外围电路设计
3.3.1看门狗电路的设计
看门狗就是在程序飞跑或死机时,对系统进行复位重新置位,以使系统恢复正常运行的一种专用电路。
现在常用的看门狗主要有两种：
软件狗和硬件狗。
软件狗实际上就是通常说的软件指令,一旦程序跑飞,只要程序指针指向这些地址,便立即被强行跳转至程序的开头或其他指定地址处,从而使程序继续正常执行。
硬件狗现在更多的被采用。
所谓硬件狗，就是一个能够发送“复位”信号的计数器或定时器电路。
以前常用的硬件狗由脉冲计数器和一些外围电路组成，计数清零和溢出端分别和单片机的I/O与RST相连接。
其工作原理是：
由脉冲发生电路产生脉冲，计数器对脉冲进行计数。
程序正常运行时，CPU在计数器溢出之前通过I/O口对计数器清零，使计数器不能溢出，此时由于溢出端与CPU的RST端相连接，所以使单片机系统“复位”，使其能重新正常运行。
单片机系统的供电电源有时候因为各种不同原因而不稳定，发生电压波动或瞬时掉电的现象，从而影响系统的正常工作和数据保存。
如果能对电源电压进行监视，当电源电压下降到某一特定值时，发生一个信号给单片机和电源切换电路，那么就使CPU与时进行必要的操作和维持工作电源的稳定。
MAX813能够完全满足要求。
所以本系统采用MAX813作为电源监视和看门狗芯片。
电路图如图3.3所示。
将第7脚接CPU的复位脚，第1脚与第8脚相连，第6脚与CPU的P1.6相连。
在软件设计中，P1.6不断输出脉冲信号。
如系统死机导致P1.6无脉冲信号输出，则1.6秒后在MAX813的第8脚输出低电平。
该低电平加到第1脚，使MAX813产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为200ms，使CPU有效复位，摆脱死循环的困境。
看门狗复位电路如图3.3所示：
如果在1.6秒没有触发该电路（即第6脚无脉冲输入）则第8脚输出一个低电平，是单片机复位
图3.3看门狗电路
电路连接图如图所示。
在这个系统中，P16作为看门狗的“喂狗”信号；
REST和单片机的复位信号连接。
3.3.2时钟电路
在单片机芯片部有一个高增益反相放大器，其输入端为单片机的XTAL1，其出端为单片机的XTAL2。
而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和两个33PF微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。
在此我们采用11.0592MHZ即可满足两个子系统的要求。
图3.4晶振电路
3.4电平转换电路的设计
车载系统与站台系统均采用无线数据模块传输数据，其接口是RS232串口，电平是RS232电平，而单片机的串口是TTL电平，为此在车载系统和站台系统均需要设计RS232电平转换电路。
3.4.1RS232标准
RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA（ElectronicIndustryAssociation）代表美国电子工业协会，RS（ecommededstandard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。
它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能与传送过程。
常用物理标准还有有EIA；
RS-232-C、EIA;
RS-422-A、EIA；
RS-423、EIA；
RS-485。
我们这里用的是EIA；
RS-232-C（简称232，RS232）。
EIRS-232C与TTL转换：
EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。
因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。
MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换。
这里我们选用DB-9连接器，在AT机与以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。
它只提供异步通信的9个信号。
DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。
因此，若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆线。
电缆长度：
在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。
传输电缆长度由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸变10-20%的围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，在9600的时候可以达到250英尺，即75米。
3.4.2电平转换芯片的选择
在两个系统中均采用MAX232APE，它是一种双组驱动器/接收器，片含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。
每个接收器将EIA/TIA-232-E电平输入转换为5VTTL/CMOS电平。
这些接收器具有1.3V的典型门限值与0.5V的典型迟滞，而且可以接收
V的输入。
每个驱动器将TTL/CMOS输入电平转换为EIA/TIA-232-E电平。
MAX232的工作温度围为0℃至70℃。
MAX232APE的特点
1）单5V电源工作
2）LinBiCMOS工艺技术
3）两个驱动器与两个接收器
4）
V的输入电平
5）低电源电流:
典型值是8mA
6）符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E与ITU推荐标准V.28
7）可与Maxim公司的MAX232互换
8）ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V
引脚排列
图3.5MAX232芯片引脚图
3.4.3无线数据模块的工作介绍
本设计采用采用LAC－UP型微功率无线数据传输模块，其特点如下：
a.微功率发射：
最大发射功率为10MW
b.工作频率在1SM频段，无需申请频点。
载频频率430MHZ－434MHZ，也可提供315/868/915MH
升级会员 