公交车车门控制电路的研制.docx
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公交车车门控制电路的研制
华东交通大学理工学院
本科生毕业设计（论文）资料袋
题目名称
学生姓名
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专业
分院
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职称
序号
资料名称
袋内有者划√
并写明份数
序号
资料名称
袋内有者划√
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1
任务书
7
答辩专家评审表
2
开题报告
8
答辩评分表
3
原创性申明
9
成绩汇总表
4
毕业设计（论文）
10
图纸
（）张
5
指导教师评审表
11
软件或程序
光盘□软盘□
（）张
6
评阅人评审表
12
其它
综合评定成绩
华东交通大学理工学院
InstituteofTechnology.
EastChinaJiaotongUniversity
毕业设计（论文）
GraduationDesign（Thesis）
（20—20年）
题目公交车车门控制电路的研制
分院：
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华东交通大学理工学院
毕业设计（论文）原创性申明
本人郑重申明：
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设计（论文）中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在设计（论文）中特别加以标注引用，除此之外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
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年月日
摘要
公交车是现代城市必不可缺少的主要交通工具。
针对公交车报站与考核的现状，本文开展公交车车门控制电路的研制。
以单片机AT89S52为核心的公交车自动报站与考核系统。
在自动报站部分，系统利用无线收发模块结合编码芯片PT2262和解码芯片PT2272实现公交车站台信息的发射与接收，用语音芯片PM66实现公交车的报站。
在考核部分，单片机通过采集公交车的车轮上的霍尔传感器将汽车车轮旋转换成脉冲信号，统计转圈数实现里程计数，单位时间内计数量判断车速，从而判断公交车车超速情况，并能通过LCD显示屏准确地显示。
本设计主要包括硬件设计和软件设计两个部分。
其中：
硬件包括单片机最小系统、无线射频发射电路、无线射频接收电路、语音电路、显示电路等；软件主要包括部分电路的设计流程。
由于本设计为自动报站，在应用中可以大大降低司机的工作强度，提高车辆在行驶过程中的安全指数。
关键词:
单片机，自动报站，语音，考核
Abastract
Busesarelessessentialmoderncity'smaintraffictools.Aimingatbusstopsandtheassessmentofthestatusquo,thispapercarryoutthedevelopmentofthebusdoorcontrolcircuit.AT89S52MCUasthecoreautomaticbusstopsandappraisalsystem.Inpartautomaticallystops,thesystemusingwirelessdatatransceivermodulecombinedwithcodingchipPT2262anddecodingchipPT2272busstationinformationtransmittingandreceiving,PM66voicechipisusedtoimplementbusstops.Inreviewsection,microcontrollerbusthroughgatheringthehallsensorsonthewheelsofthecarwheelsrotateintothepulsesignal,thestatisticsinseveralimplementationmileagecount,perunittimethenumberofspeed,soastojudgethebusspeeding,andcanbedisplayedbyLCDdisplaycorrectly.
Thisdesignmainlyincludesthehardwaredesignandsoftwaredesignoftwoparts.Amongthem:
hardwareincludingsinglechipmicrocomputerminimumsystem,radiofrequencytransmissioncircuit,wirelessrfreceivingcircuit,voicecircuitanddisplaycircuit,etc.;Thesoftwaremainlyincludespartofthecircuitdesignprocess.Becausethisisdesignedtoautomaticallystops,intheapplicationcangreatlyreducethedriver'sworkingstrength,improvethevehicleintheprocessofdrivingsafetyindex.
Keywords:
singlechipmicrocomputer,automaticstops,voice,assessment
第1章引言
1.1本课题的背景与意义
如今交通迅速发展社会，便捷的公交事业影响到城市的健康发展，然而目前的公交车上报站系统为群众提供的服务非常有限。
现在公交车上普遍使用的人工按键报站会出现报站不可靠（因为司机经常可能会因为报站时操作系统会错误或忘记按键，并且可能会因为在调整造成系统同时报出几个不相关的站名，让对路线和站点陌生的乘客因为无法掌握正确的站点而坐错车）。
更重要的是每次需要司机手工操作报站器进行报站，同时在公交车启动出站和进站停车的情况，路面情况是最为繁杂，特别需要集中注意力，特别是经验不足的司机在对行驶的公交车进行起动或制动等操作，司机朋友在驾驶汽车行驶同时兼顾报站系统的操作，一心两用，这样的操作上存在很大的安全隐患。
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自动报站系统，该系统费用廉价，可以普及。
1.2本课题在国内外的发展状况
目前，国内外公交车自动报站系统的实现，主要方式有以下几种：
（1）是在公交车上安装GPS或北斗全球定位系统的用户终端，定位系统通过计算导航卫星的定位信息，解算出公交车的地理坐标信息，结合所在地的地图数据库，计算出当前的坐标，与各公交站台的位置关系，司机驾驶公交车将要公交站台或者达到一定距离时，系统自动根据当前是位置信息进行报站，不要司机手工操作报站系统。
（2）我国大部分城市仍使用人工报站的方案。
（3）是通过在公交车到车轮轴安装速度传感器，通过获得转角脉冲，对其进行计数，将获得脉冲数和预先设定的值进行对比，当脉冲值在设定的范围内，就报站，从而达到不需要司机手工操作报站器的目的。
但是，上述的三种报站方式并非适合乡镇的公交建设发展。
第一种采用定位系统不仅设备价格过高，而且本身定位系统的定位精度存在难以满足需要的要求；第二种司机朋友在驾驶汽车行驶同时兼顾报站系统的操作，一心两用，这样的操作上存在很大的安全隐患；第三种需要公交车行走的线路一成不变，稍有改变，报站就难以准确。
第2章整体设计方案分析
2.1整体设计需求分析
如单片机等高新技术飞速发展，使用单片机来实现公交车的自动考核与报站成为一种可行、便捷、廉价的实现手段。
用单片机来实现公交车辆的自动考核与报站，系统设计设计分硬件和软件两方面。
主要由最小系统、计数部分电路、语音电路和显示部分电路等构成硬件。
软件部分用C编程。
（1）自动报站功能：
当车辆到达某一停车站点时，系统自动报站，无需手动按键。
（2）自动考核功能：
自动记录车辆中途停车的时间和行驶的里程数。
自动记录超速、低速行驶的时间和里程数。
（3）显示功能：
时间，当前到站等
2.2整体设计方案论证与设计
本课题使用八位单片机作为控制器件，主要研究的是用单片机实现公交车的自动考核与报站和显示功能。
通过录制语音存入存储器内，单片机控制语音芯片来读语音芯片内部的存储器内部的语音信息，通过语音输出进行报站或者相关提示。
同时，单片机通过液晶显示模组站显示站数和站名的。
当汽车到达某站时，系统接收安置与公交车站台的信号发送器发送出信号，自动播报对应站台语音。
当系统进行语音录制后，语音存储芯片中将数字语音信息建立语音库。
自动测量当前车速，计算公交车行驶距离，记录公交车行驶过程状态。
设计实现三个功能：
（1）公交车的自动报站：
在各个站点安装PT2262集成芯片的编码集成电路，用来发射站台信号；系统设计是在每一辆车上安装单片机控制的无线接收模块PT2272解码电路，主动接收公交车站台上发射出来的站台信息，在公交车上系统能判别车站并报站。
（2）公交车的自动考核：
单片机通过采集公交车的车轮上的霍尔传感器将汽车车轮旋转换成脉冲信号，统计转圈数实现里程计数，单位时间内计数量判断车速，从而判断公交车车超速情况，系统设置存储器储存同时将公交车在行驶的里程和速度。
（3）显示时间：
通过时钟芯片DS1302确定时间，并采用LCD12864显示时间。
公交车车门控制电路整体构成如图2-1所示。
图2-1公交车车门控制电路设计框架
设计功能实现简介：
Ø单片机从安装于车辆的霍尔传感器获得到机车轮转动脉冲，计算得到当前车速，公里数等数据。
Ø无线收发模块用于确定公交站点信息，采用遥控模拟代替。
Ø单片机从时钟芯片DS1302中获得世界信息。
Ø单片机操作LCD12864显示时间、速度等信息。
Ø存储芯片存储必要数据，如某时刻超速信息等，防止掉电丢失。
Ø按键进行人机交互。
Ø通过COM口导出存储芯片内保持信息，形成文档。
2.3主控制器论证与选择
方案一：
采用以AVR系列为核心的微控制器完成对语音、液晶模块的控制，实现对数据的采集。
AVR单片机指令运行速度忙，间接降低了数据采集精度，另外AVR单片机的功耗较大。
方案二：
以高速数字信号处理器（DSP）TMS32OF24O为中央处理单元作为数据采集处理核心。
本方案的主要优点:
（1）TMS32OF24O芯片的执行速度达到20MIPS，芯片的速度快，能够满足高速的数据采集需要。
（2）硬件结构简单，具有丰富的可编程多路复用FO引脚，可以实现对温度传感器、打印接口的编程功能。
（3）DSP的编程方式很灵活，软件允许汇编和C语言混合编程。
方案三：
选用单片机AT系列的单片机，本方案的优点是上述方案所无法替代的：
（1）AT系列单品发展成熟、体积小、可靠性好而且外围扩展性强。
（2）自带多个中断源，能够中断嵌套。
（3）指令系统丰富，运行效率高。
（4）低功耗模式、低电压。
基于低功耗的设计要求，本设计中选用AT89S52单片机。
2.4无线通信方案论证与选择
方案一：
无线AP。
采用IEEE802.11b和IEEE802.11g的通信协议搭建无线AP网络系统，适合可靠通信，传输大量数据，但是其成本比较高。
方案二：
无线数传模块。
无线数传模块构成虽然性能相对较好，并且在功耗低，抗干扰能力强，而且实现方便。
但该方案实现价格较高。
方案三：
PT2262/PT2272-L4集成芯片。
方案的编解码电路具有低价位、低功耗、等优点，并且灵敏度和抗干扰性也具有较高的性能。
方案四：
红外遥控。
可以用现有的遥控装置，我们只要了解其编解码原理，就可以采用现成的简易装置来模拟应用。
以上四种都是可供参考的方案，在考虑了诸多因素之后，决定采用方案三。
2.5语音芯片论证与选择
方案一：
采用ISD1700语音芯片。
ISD1700语音芯片可以实现录音、放音、快进、音量控制、擦除等功能。
具有以下特点：
（1）芯片可以进行十万次的录、放音，芯片内断电保留一百年存储内容
（2）按键手动模式和SPI协议控制模式
（3）MIC和ANAin两种录音模式
（4）PWM和AUD/AUX三种放音输出方式
方案二：
采用PM66语音芯片。
2009年中青世纪科技公司推出包装成标准的COB-28管脚的PM66是一款智能语音产品。
PM66只需接上电源、喇叭、按键，就可以构成一套独立的声音播放系统。
功能特点如下：
（1）存储时间长（40～4000秒）
（2）仅需电源、扬声器、按键即可工作
（3）自由组合录音段和声音段
（4）宽范围的采样频率（4k～20kHz）
（5）弹性的工作电压（3～5V）
因ISD1700语音芯片是通过麦克风将语音存入芯片的，此方案需大量的外围器件作为支撑，于此同时不能对语音进行优化编辑；而PM66则是通过专业的烧录器将语音片段烧录到芯片中，为此可以对语音片段进行优化编辑，而且需要的外围器件少，为此本文选用PM66语音芯片。
2.6显示模块论证与选择
方案一：
采用LED数码管电路进行动态扫描的方法,LED数码管其间本身价格适中,亮度高，显示数字合适,但是连接复杂，耗电流大，驱动电路复杂。
方案二：
采用点阵式显示屏。
点阵式显示屏是采用发光二极管整齐排列成八行八列而组成。
不仅电路实现价格也相对较高，而且仅适合显示简单文字,如果显示数字则浪费资源。
方案三：
采用LCD液晶显示屏,这种方法优点有：
可多样,清晰显示大量文字,图形,。
不仅显示功能强大，并且连接很方便。
综合分析采用LCD液晶显示屏优点较多，控制方便，因此选择方案三。
2.7报警模块论证与选择
方案一：
将蜂鸣器与发光二极管构成一套简易的声光报警方案。
该方案硬件焊接方便而且程序简单、成本低廉。
方案二：
采用PM66智能语音播报系统。
该方案更具人性化、智能化，结合语音报站功能实现，不需要另加设备，节约成本。
因此选择方案二。
第3章自动报站功能实现
3.1功能实现设计需求分析
交车的自动报站：
当车辆到达某一停车站点时，系统自动报站，无需手动按键。
图3-1公交车报站示意图
在各个站点安装PT2262集成芯片的编码集成电路，用来发射站台信号；在公交车上安装无线接收模块PT2272解码集成电路、语音电路、单片机最小系统等，用来接收站台发射的信号并对其进行解码，从而判断该站点并进行自动报站。
通过COM口进行修改报站语音。
3.2单片机电路设计
3.2.1AT89S52简介
AT89系列单片机在内部结构上基本相同，其中不同型号的单片机只不过在个别模块和功能方面有些区别。
它由一个8位中央处理器（CPU）、一个256B片内RAM及4KBFlashROM、21个特殊功能寄存器、4个8位并行I/O口、两个16位定时/计数器、一个串行I/O口以及中断系统等部分组成，各功能部件通过片内单一总线联成一个整体，集成在一块芯片上。
AT89S52单片机对外部电路进行控制或交换信息都是通过I/O端口进行的。
单片机的I/O端口分为并行I/O端口和串行I/O端口，它们的结构和作用并不相同。
（1）并行I/O端口
AT89S52有四个8位并行I/O端口，分别命名为P0口、P1口、P2口和P3口，它们都是8位准双向口，每次可以并行输入或输出8位二进制信息。
（2）串行I/O端口
AT89S52有一个全双工的可编程串行I/O端口，它利用了P3口的第二功能。
在本次设计中，选用单片机芯片AT89S52，如图3-2所示，AT89S52是一种高效微控制器。
外形及引脚排列如图3-2所示，下面详细介绍AT89S52芯片:
图3-2AT89S52引脚图
3.2.2AT89S52管脚说明
P0口：
P0口有八条端口线，命名为P0.0—P0.7，其中P0.0为低位，P0.7为高位。
P0口是一个三态双向I/O口，它有两种不同的功能，用于不同的工作环境。
Pl口：
Pl口有八条端口线，命名为P1.0—P1.7。
Pl口是一个准双向口，只作普通的I/O口使用，其功能与I/O口的第一功能相同。
作输出口使用时，由于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入“1”，使场效应管T截止，然后才能读取数据。
P2口：
P2口有八条端口线，命名为P2.0—P2.7。
P2口也是一个准双向口，它有两种使用功能:
一种是当系统不扩展外部存储器时，作普通I/O口使用，其功能和原理与I/O口第一功能相同，只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一种是当系统外扩存储器时，P2口作系统扩展的地址总线口使用，输出高8位的地址A7~A15，与P0口第二功能输出的低8位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器（64KB），但它只确定地址并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。
P3口：
P3口有八条端口线，命名为P3.0—P3.7。
第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理与Pl口相同。
第二功能是作控制和特殊功能口使用，这时八条端口线所定义的功能各不相同，如表3-1所示。
表3-1P3口各位的第二功能
引脚
第二功能
功能说明
P3.0
RXD
串行数据输入端
P3.1
TXD
串行数据输出端
P3.2
INT0
外部中断O中断请求信号输入端
P3.3
INT1
外部中断1中断请求信号输入端
P3.4
T0
定时/计数器0外部计数脉冲输入端
P3.5
T1
定时/计数器1外部计数脉冲输入端
P3.6
WR
片外RAM写选通信号输出端
P3.7
RD
片外RAM读选通信号输出端
AT89S52的4个口在电路结构上基本相同，P0—P3口都可作为普通I/O口来使用。
但又各具特点，因此在功能和使用上各口之间有一定的差异。
各口用作输入时，均须先写入“1”；P0口用作输出时，应外接上拉电阻。
XTAL1：
片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。
采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。
XTAL:
2：
片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。
采用外部振荡器时，该引脚悬空。
RST：
复位输入端，持续2uS的高电平后单片机复位。
VPP：
片外ROM允许访问端/编程电源端。
3.2.3AT89S52实现电路
40引脚双列的直插类型的单片机AT89S52有四个I/O口P0,P1,P2,P3,MCS-51单片共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。
单片机的最小系统如图3-3所示，18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1引脚与外部晶振和微调电容构成的振荡电路相接,在芯片内部的振荡器倒相放大器处理后产生波形输入，XTAL2引脚接外部振荡电路的另一端，同样经过芯片内部处理电路处理后输出。
第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端，40引脚为电源端。
本设计中因为需要存储及显示大量的数据，为保证数据的稳定及安全性，把需要显示的程序字模等数据全部以数据表格的形式烧录到单片机flash里面。
由于本系统不至于过于庞大，同时对实时性要求也不是很高，故本系统直接开发裸机程序，不做成嵌入操作系统。
图3-3单片机小系统仿真模型图
3.3通信电路设计实现
3.3.1无线收发芯片介绍
编、解码芯片在本设计中选用：
PT2262/PT2272。
它们的引脚图如下：
图3-4编解码芯片PT2262/2272引脚图
PT2262/2272通用编解码电路是采用CMOS工艺制造，具有低功耗、低价位优势，PT2262/2272芯片最多允许用户操作A0到A11的12位地址端管脚，每脚有高电平、低电平、悬空三态。
芯片地址端口任意组合产生有531441种地址码。
PT2262芯片可有从D0到D5的6位的数据端管脚，用户仅需要设定地址码与数据码先后从芯片的第17脚以串行的形式输出，PT2262芯片就构成无线遥控发射电路。
PT2262芯片编码信号的一个完整的码字包括地址码、数据码、同步码三个部分组成。
数据从编码芯片的第17脚输出，再通过射频发射电路将编码后数据发射出去。
解码芯片PT2272将处理射频接电路接收到PT2262发出数据包，首先PT2272芯片将接受到的数据中地址码与本身的地址进行三次比较，芯片的的VT引脚将会输出标志信号高电平，在VT输出高电平后PT2262的数据脚也变为高电平。
若芯片PT2262是出于连续发送数据的状态下，解码芯片PT2272的17脚连续输出高电平，其他数据脚也会连续输出。
直到停止发送编码信号，解码芯片的PT2272的VT脚重新变为低电平。
（1）PT2262：
●A0-A11：
地址管脚，通过这些引脚可以进行地址编码。
●D0-D5：
数据输入端。
●TE：
编码启动端，只有TE引脚为低电平时才能进行编码有效。
●OSC1/OSC2：
振荡电阻的输入/输出端。
●DOUT：
编码输出端，默认状态为低电平。
（2）PT2272：
●A0-A11：
地址管脚，必须与2262一致，否则不解码。
●DIN：
数据信号输入端，数据信号输入端，无线射频模块收到后，传入该脚
●VT：
解码有效确认，该脚默认为低电平，解码有效变成瞬态高电平。
3.3.2无线发射电路
无线射频发射电路原理框图如下：
图3-5无线射频发射电路原理框图
各个公交站点之中安装该部分电路。
本设计中，PT2262有8个地址设置引脚，每个引脚可以设置为：
正、负和悬空三种状态，那么没片PT2622就可以产生3的8次方个编码地址，即6561种不同的地址。
在一座城市里条线路上公交站台通常不超过100个，那么PT2262的编码地址足够满足不同的公交站台的设计需求。
设计上可以通过PT2262的编码功能完成对不同站台的识别，PT2622芯片上的数据端口，通过连接触发电路产生指令并行数据（4位）。
同时设计一套高频发射电路将PT2622发送出来的并行数据进行调制，通过功率放大电路处理后发送。
这里，PT2262的正常工作需要上电复位，就需要通过触发电路和基本的二极管来实现。
发射电路的实现就需要使用到F05P，即是无线射频发送模块。
具体PT2622的相关实现电路图如下：
图3-6无线射频发射电路
3.3.3无线接收电路
无线射频接收原理框图如下：
图3-7无线射频接收原理框图
该部分设计模块
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