语音报站系统开题报告.docx
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语音报站系统开题报告
基于单片机的公交车语音报站系统设计
（开题报告）
课题研究的目的，意义
公交车为出门的朋友们提供了快捷方便的服务，而公交车的报站问题直接关系到公交公司对乘客们的服务质量。
乘务员在传统公交系统中一直负责报站的重要任务，但是这种方法事倍功半而且工作强度很大，在很多发达城市已经摒弃不用了。
近几年来，世界乃至我国的科学技术飞速发展，在许多领域微机技术已经变成主导。
在现今声学的领域里，公交语音报站器已经成为可能，可以使用微机与语音芯片相结合来完成语音合成的技术来实现这个目标，从而使市民有了更加人性化完善的服务。
介于以上问题及原因综合实际使用情况，设计了一种由单片机控制的公交车自动报站系统.
我国相当数量的中小城市的机动车保有量已经达到几乎饱和的程度，大力发展城市公共交通已经成为城市管理者解决城市拥堵的主要措施。
给乘坐公交车出行的人们提供舒适便捷已经成为公交系统的主要任务，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，难以实现普及。
为了实现城市公交车的自动报站，设计了一套低廉、高性能的城市公交车自动报站系统系统具有一定的现实意义。
国内外研究现状
近些年来，随着经济的增长，城市人口的逐渐增多，城市的车辆也是逐年递增，使得
原本就拥挤的道路变得更加地拥挤，严重影响了车辆通行的速度。
在现代化城市里，公交
车已经成为都市人生活不可替代的交通工具，它的运行状况直接影响到人们的生活。
目前
在国内的大多数城市中，公交车普遍采用无人售票的方式。
存在了几十年的公交车售票员
在国内各城市的公交车上已经不见了，代之而来的是无人售票及手动报站。
目前在国外发
达国家公交系统中，电子信息技术在公交车上已经得到了广泛的应用，如自动报站器、电
子显示屏、IC卡刷卡机、GPS卫星定位系统等，有效地促进了公交车的服务水平和经营效
益的提高。
而我国的情况变化不大，仍然采用的是人工按键报站，甚至一些地区还存在售
票员报站。
只有北京、上海、深圳、广州、青岛等城市实现自动报站.
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。
现今，有三种公交报站的方式，其中有一种功能强大，系统稳定，就是利用GPS全球卫星定位系统的公交语音报站系统，这种报站系统已经在美国的一些城市投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其但投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受。
现在我国大部分城市采用的是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，这样就加大了司乘人员的工作强度。
手动电子报站一般由司机或者乘务员控制，经常出现错报、误报的情况，而人工报站容易给外地乘车人员带来不便，这种报站方式应用的越来越少了
公交车为出门的朋友们提供了快捷方便的服务，而公交车的报站问题直接关系到公随着公交优先战略的确定，公交在缓解城市交通拥堵方面的作用将越来越重要，也这种要求相比，我国大城市公共交通还有很大差距。
我国智能运输的基础较差，因此理论研究虽在进行，但相应技术却得不到推广，在实际生活中得不到应用，达不到广泛服务社会的目的。
目前在国际上已经实现了DPS定位车载智能系统，在国内的几个大城市也都有使用，实现了公交系统的全面监控和调度。
公交车自动报站系统的研究也达到了无线联络，全自动报站的水平。
拟采取的研究路线
整个自动报站系统主要由GPS模块、主控制器及其外围电路两大部分构成。
硬件系统以AT89C51SND1C单片机作为主控制器，以GPS模块为数据采集器，以图形点阵液晶显示模块LCD为信息显示器，从而实现数据采集、自动报站和信息显示等功能。
在实现公交车自动报站系统时，MCU通过串行口处理GPS模块的通信数据，公交车预使用的语音信息（如报站、广告、温馨提示等）通过USB接口以MP3文件格式存放在NandFlash芯片中，需要播放时，再从Flash中读取。
键盘接口可以用来实现对系统的手工控制，LCD显示可以让司机掌握系统的工作状态。
该系统的硬件框图如图所示
（1）MCU为主控制器
（2）GPS模块为数据采集器（3）LCD为信息显示器（4）NandFlash存储器用来读取数据（5）键盘实现对系统的手动控制
进度安排
1、根据论文研究内容，查阅、收集文献资料，完成开题报告、文献综述及外文翻译第1-2周
2、确定系统总体方案第3-4周
3、系统硬件设计，包括元器件的选择和单元电路设计第5-8周
4、绘制硬件电路图，包括单元电路图和整体电路图第9周
5、编写系统软件程序，并调试第10-11周
6、应用仿真软件对设计系统进行仿真第12周
7、撰写毕业设计论文第13-15周
8、准备毕业答辩第16周
文献综述
课题研究的目的和意义
优先发展城市公共交通，不仅可以缓解城市交通拥堵的问题，也是改善城市环境，促进城市可持续发展的必然要求。
公共交通必须依靠科技进步来满足日益增长的社会需求，这一点已经成为共识。
因此，公交车报站系统的发展的日趋完善已经成为必然。
本文介绍了公交车报站器的发展以及对集中典型的报站器的介绍与分析城市公共交通是城市建设和发展的重要组成部分，是影响国民经济和社会发展的具有全局性、先导性的基础产业，加快城市公共交通事业的发展，也是加快城市化进程的一项重要内容。
随着城市区域不断扩大、旅游资源的发展、城市人口的增加、道路网络的构筑、人民生活水平的提高，以及政府“公交优先”的政策推行，为城市公共交通事业的发展创造了良好的经营环境。
随着国民经济的飞速发展，公交系统也日新月异[4]。
不仅公交车的型号不断更新换代，而且为了公司效益目前大半改成无人售票车。
报站也由原来的售票员报站给有司机按键报站了。
但是由于公交司机又要开车，又要兼顾按键报站，所以常常出现误报、漏报等现象，不能满足公交系统的要求；另一方面，由于司机开车时为报站分散精力，也对公交的安全运行埋下了隐患。
因此，对自动报站系统的需求也日益强烈。
自动报站可节省员工开支，又可以利用报站器播报标准的普通话站名
国内外研究现状
对智能交通系统的研究许多国家都投入了巨大的人力和物力，并成为继航空航天、军事领域之后高新技术应用最集中的领域。
目前已形成以美国、日本、欧洲为代表的三大研究中心。
在美国，对智能交通系统（ITS）的研究虽然起步最晚，但由于投入较多，目前已处于该领域的领先水平。
美国建立有结合救助服务的辅助导航系统，该系统即为一个监控中心，由较为完善的功能强大的计算机管理系统并配有电子地图及通信连接设备组成，能为装有GPS设备的车辆提供定位跟踪管理、报警服务受理、求助服务受理、紧急救援提供、在线语音导航以及安全防盗服务等。
另外，美国为了防止交通堵塞、提高公路运输能力，利用GPS、城市交通地理信息和移动通信，与交通管理中心联络，为司机提供实时的交通信息，指引车辆选择最佳的行车路线，避开交通堵塞路段，还可以为司机及时调整车距，避免撞车提供信息。
日本城市公共交通智能化的发展经历了3个阶段：
70年代末开始应用公共汽车定位系统——公交汽车接近显示系统；80年代初开始应用公交运行管理系统，其中包括乘客自动统计，运行监视和运行控制；进入90年代，由于机动车数量的增长和严重交通拥挤的影响，要保持正常的行车速度十分困难，由此引起的公共交通的不便性和不可靠性导致乘客数量的急剧减少
研究主要成果
王建军，《严宝杰.交通调查与分析[M].》北京：
人民交通出版社，2014.公共汽车是目前世
界各国使用最广泛的公共交通工具。
它起始于1905年的美国纽约，当时用公共汽车代替
原有的公共马车，20世纪30年代得到了迅速的发展。
公共汽车之所以被广泛采用，是由
于它的机动灵活，只要有相宜的道路，就可以通行，并且公共汽车组织运行所需的附属设
施的
投资，较之其它现代化公共交通工具也最少。
我国的公共汽车车辆类型甚多，按载客量分，
有小型（载客60~90人）、中型（载客90~130人）和大型（载客
130~180人）。
大型公共汽车对解决上下班客运高峰时间的乘车拥挤情况起了很大的作
用.大型公交的乘客管理有一定的麻烦，所以智能公交系统的研究有很大的作用。
智能公交
系统是智能交通系统的重要研究内容，近年来开始出现了许多针对公交车辆智
能化的研究与尝试，这其中就包括自动报站系统。
吴亮，王建新《基于单片机的智能公交系统设计》北方民族大学电气信息工程学院
为了提高公交系统运行的智能化、信息化水平,在分析智能公交系统应具有功能的基础上,
设计了采用无线跳频通信的公交系统,主要包括公交系统和站台系统,并提出了硬件和软件实
现系统。
研究结果表明:
该系统采用无线通信技术传输站台信息,能完成自动化公交车语音报
站和公交车站台预报车号,并对公交车实行智能调度;该系统实现了准确掌握车辆实时运行情
况,乘客能及时了解车辆到站情况,提高了公交管理、调度的智能化和信息化水平
杨程泽《单片机公交语音报站器的设计》华中师大电子信息技术专业硕士生论文2009.以
51单片机为核心设计一个公交车语音报站系统此公交车报站系统主要可分为四个部分:
单
片机控制部分、语音播报部分、液晶显示部分和键盘输入部分,采用51单片机作为主控制芯
片,利用ISO142OP实现语音报站,显示采用FM12864F液晶显示模块,键盘采用通用家用彩电
遥控器（SAA301O）T,简单易行且控制方便。
王东张海辉《基于GPS定位的公交车语音报站系统设计》西北林业大学电子工程学院
本研究根据公交车报站的实际需要，设计并实现了基于GPS的
公交车自动报站系统。
该系统利用嵌入式实验设备实现了公交
车的自动报站，具有性能高、能耗低、体积小、播报准确的特
点，便于在实际运行的公交车上使用；采用先进的卫星定位技
术与语音播放技术相结合的方式，彻底改变了传统公交车语音
报站器由司机手控的方式，进站、出站自动播报站名及服
务用语，准确、及时，完全不需要人工介入
颜世强李树广《公交车自动报站系统设计》上海交通大学自动化系
目前，在公交车报站方面，也由传统的人工报站，逐渐改变为使用微电脑控制的语音文字
报站系统。
笔者采用（89C51）单片机、ISD004语音芯片、点阵型.LED显示屏以及-DS18B20
数字式温度传感器设计了一种既经济又高效的公交报站系统
刘基余.GPS《卫星导航定位原理与方法（第二版）[M].》北京：
科学出版社，2008.全球定位
系统是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，具有
在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
它可以
提供全球范围内的导航定位数据，用户实时接收卫星发出的星历，可以推算出用户当前的
位置、速度和时间等定位信息。
GPS具有全天候、全球性、全能性（陆地、海洋、航空与
航天）、自动化、高精度的导航、定位、定时测速等显著特点，并成功的应用于大地测量、
工程测量、航空及智能交通等多种学科[9]。
它是由21
颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成的实用系统。
这些星分布在互成60度的6个轨道
平面上，每个轨道平面平均分布3颗卫星。
这样，对于地球任何位置，均能同
时观测到4颗卫星。
目前，全球定位系统己成为迄今最好的导航定位系统，随着GPS的
不断改进，硬、软件的不断完善，其应用领域正在不断地开拓。
眭相林基于《GPS定位的公交车自动报站系统研究》江西理工大学硕士学位论文2008.12该系统是以GPS定位技术为基础来实现自动定位，从而提供自动报站服务，本文首先详细介绍了GPS的定位原理等基础知识，但由于GPS定位受到一些地理环境等因素的影响，GPS
信号有时会发生丢失，研究了采用GPS/DR组合定位，以GPS定位为主，DR定位为
辅的方法。
然后提出了以AT89C51SND1C单片机作为主控制器的硬件总体设计方案，着重分析设计了各部分电路，包括电源电路、系统时钟电路、复位电路、USB接口电路和
NandFlash存储器电路等，并给出了实际应用电路图和PCB板的元件布局图，完成了整个系统硬件电路的功能设计。
最后在软件设计部分，介绍了系统所采用的软件开发环境及其主程序设计，着重分析设计了U盘功能模块、MP3语音播放模块、GPS信息接收与处理模块和LCD显示模块的实现流程，特别是对U盘功能模块中USB设备枚举、Bulk-
Only传输协议以及FAT16文件系统的实现做了较详细的说明，并给出了大部分的源代码。
参考文献：
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国防工业出版社.2008,71-75.[3]
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561-563.[6]徐爱钧,彭秀华.NRF401无线
收发模块应用[M].北京:
电子工业出版社.2001.[7]杨伟平,刘剑飞等.基于nRF905的公交车自
动报站系统[J].通信技术.2009,（10）:
134-136
摘要
五十年代末，原苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星，美国科学家在对其的
跟踪研究中，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星定位导航系
统的建成，在军事和民用方面取得了巨大的成功，是导航定位史上的一次飞跃，我
国也曾引进了多台多普勒接收机，应用与海岛联测、地球勘探等领域。
但由于多普
勒卫星轨道高度低、信号载波频率低，轨道精度难以提高，使得定位精度较低，以
满足大量测量或工程测量的要求，更不能用于天文地球动力学研究。
为了提高卫星
定位的精度，美国从1973年开始筹建全球定位系统GPS创（GlobalPositioning
System）。
在进行了方案论证、系统试验阶段后，于1989年开始发射正式工作卫星，
并于1994年全部建成，投入使用。
GPS系统的空间部分由21颗卫星组成，均分布在
6个轨道上，地面高度为20000余公里，轨道倾角为55度，扁心率约为0，周期约为12
小时，卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为1575.442兆赫兹
（L1波段）和1227.6兆赫兹（L2波段），卫星上安装了精度很高的原子钟，以确保频率
的稳定性，在载波上调制有表示卫星位置的广播星历，用于测距的C/A码和P码，
以及其它系统信息，能在全球范围内，向任意多用户提供高精度的、全天候的、连
续的、实时的三维测速、三维定位和授时。
GPS系统的控制部分有设在美国本上的5个监控站组成，这些站间不断地GPS
卫星进行观测，并将计算和预报的信息由注入站对卫星信息更新。
GPS系统的用户是非常隐蔽的，它是一种单程系统，用户只接收而不必发射信
号，因此用户的数量也是不受限制的。
虽然GPS系统一开始是为军事目的而建立的，
但很快在民用方面得到了极大的发展，各类GPS接收机和处理软件纷纷涌现出来。
能对两个频率进行观测的接收机称为双频接收机，只能对一个频率进行观测的接收
机称为单频接收机，他们在精度和价格上均有较大区别。
对于测绘界的用户而言，
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GPS己在测绘领域引起了革命性的变化，目前，范围上数公里至几千公里的控制网
或变形监测网，精度上从几百至毫米级的定位，一般都将GPS作为首选手段，随着
RTK技术的日趋成熟，GPS一开始向分米乃至厘米级的放样、高精度动态定位等领
域渗透。
国际GPS大地测量和地球动力学服务IGS自1992年起，己在全球建立了多个数
据存储及处理中心，和百余个常年观测的台站，我国也设立了上海余山、武汉、西
安、拉萨、台湾等多个常年观测台站，这些台站的观测数据每天通过INTERNET网传
向美国的数据存储中心，IGS还几乎实时地综合各数据处理中心的结果，并参与国
际地球自转服务IERS的全球坐标参考系维护及地球自转参数的发布。
使用者也可免
费从INTERNET网上取得观测数据及梗米数据等产品。
GPS系统的实时导航定位精度很高，美国在1992年起实行了所谓的SA政策，即
降低广播星历中卫星位置的精度，降低卫星钟改正数的精度，对卫星基准频率加上
高频的抖动（使伪距和相位的量测精度降低），后又实行了A-S政策，即将P码改变为
Y码，即对精密伪距测量进一步限制，而美国军方和特许用户不受这些政策的影响，
但美国为了获得更大的商业利益，这些政策终将被取消。
2、GPS定位原理
GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息，用于预报未来几
个月内卫星所处概略位置的预报星历:
用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，
精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）;以及GPS系统信息，如卫星状况等。
GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟
的误差及大气传播误差，故称为伪距。
对OA码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为
20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。
GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的
信息去掉后，就可以恢复载波。
严格再言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是
收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收基本机振荡产生信号相位之
差。
一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相
位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历
元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。
相
位观测值得精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有
一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用
相位观测值。
按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。
单点定位就是根
据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用
于车船等的概略导航定位。
相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据
来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测
量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
在GPS观测量中包含
了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路经效应等误差，在定位计算时还要受
到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因
此定位精度降大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层
误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用
双频接收机。
在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位，如用于车船
等粗略导航定位的精度为30-100米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的
米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级的相位差分定位（RTK），实
时差分定位需要数据连降两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。
在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位，在进行控制
网观测时，一般均采用这种方式由几台接收机同时观测，它能最大限度地发挥GPS
的定位精度，专用于这种目的的接收机被称为大地型接收机，是接收机中性能最好
的一类。
目前，GPS己经能够达到地壳形变观测的精度要求，IGS常年观测台站己
经能构成毫米级的全球坐标框架。
3、RTK技术
常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能
获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它
采用了载波相位动态实时差分（Real-timeKinematic）方法，是GPS应用的最大里
程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高
了外业作业效率。
高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位
观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位
结果，并达到厘米级精度。
在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测
站坐标信息一起传送给流动站。
流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还
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要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级
定位结果，历时不到一秒钟。
流动站可处于静止状态，也可处于运动状态;可在固
定点上进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境
下完成周模糊度的搜索求解。
在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处
理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可
随时给出厘米级定位结果。
RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接
收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值及己知数据传输给流动站接收机，
数据量比较大，一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。
4、RTK技术的应用
（1）各种控制测量
传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网来施测，不仅费工费时，
要求点与点之间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度如何，采用常规的
GPS静态测量、快速静态、伪静态方法，在外业测设过程中，不能实时知道定位精
度，如果测设完成后，回到内业处理，发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK
来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以
停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。
如果把RTK用
于公路控制测量、电子线路控制测量、水利工程控制测量、大地测量、则不仅可以
大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚
至于几秒钟内就可完成。
（2）地形测量
过去测地形图时，一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架
上全站仪或经纬仪，配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手薄配合地
物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测
图等，都要求在测站长测四周的地形、地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，
而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到外业去返测，
现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌点呆上一二秒钟，并同时输
入特征编码，同过手薄可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专
业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用RTK仅需一人操作，不要求点与
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点间
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