基于单片机的公交到站预报显示系统站台机南京理工大学紫金学院.docx

1、基于单片机的公交到站预报显示系统站台机南京理工大学紫金学院南京理工大学紫金学院毕业设计说明书(论文)作 者:学 号：系：电子工程与光电技术系专 业:电子信息工程 题 目:公交到站预报显示系统-站台机高级硬件研发工程师指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2013 年 5 月南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计（论文）评语学生姓名： 班级、学号： 题 目： 公交到站预报显示系统-站台机 综合成绩： 指导者评语：公交到站预报显示系统-报站机能够为乘客提供良好的公交到站时间的信息，方便乘客的上下车与公交选乘。站台机不光显示各个公交车的到站时间，同时能提

2、供相应的语音提示。站台机与公交车进行自动的信息交换，减少相应的人力与误差。该生设计思路清晰，理论准确，同时能够解决现有的问题，具有现实应用价值。该生能够在论文中阐述相应的设计思路，并设计出相应的硬件与软件系统，并进行验证分析，符合技术要求。 该生能够充分理解电子工程的相关基础理论，同时在设计过程中学习和补充其它的高级电子设计知识，完满完成了该设计。建议该生进行并通过毕业论文答辩 指导者(签字)： 2013年 5月 4日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日毕业设计说明书（论文）中文摘要智能交通技术是

3、一项起源于美国的新兴技术，各个国家在引进的时候都必须考虑本国的实际情况，充分考虑引进技术与本国文化的整合，充分考虑技术位差。各个国家在制定本国ITS发展内容时，必须对本国现有技术进行整合，然后再把与现有技术相近的内容作为自己的近期发展目标。本文就智能交通体系在国内外的发展状况做了简要的介绍，并对中国智能交通系统的发展提出了自己的看法和建议。 针对当前公交车手动电子报站的不足，设计了一种新型自动报站系统。通过将单片机控制技术、数字语音技术和短距离无线通信技术相结合来实现自动报站功能，并给出了系统的总体架构和软硬件设计。该方案可以降低司机的工作强度，提高车辆运行的安全性，且成本较低，具有较强的实用

4、价值。关键词 智能 公交车站台 无线通信 单片机 毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Design and realization of automatic report station in the bus based on MCU AbstractIntelligent transportation technology is a originated in Americas emerging technology, of each country in the introduction of time must consider their own actual situation

5、, give full consideration to introduce technology and its cultural integration, consider technology potential difference. Any new technology if there is no existing technology of digestion and absorption is a failure, so each country in making their development when ITS content, it is necessary to i

6、ntegrate their existing technology, and then with the existing technology of similar content as their recent development goals. This paper is intelligent transportation system in the domestic and foreign development status were introduced, the China how to develop the intelligent transportation syst

7、em puts forward my own opinions and suggestions.In view of the problem existed in manual report station in the bus, this year introduces a new method design a automatic report station system in the bus. The function of automatic report station is retaliated by the combination of MUC, digital speech

8、and wireless communication technology ,and the overall scheme of the system and the hardware and software design are given. It can relieve the drivers work, so the security of the bus is more guaranteed. it has lower cost and the strong practical value. Keywords Intelligent； Bus station; Wireless co

9、mmunication; 目 录1 引言 111 课题的背景 112 公交站台智能提示系统研究现状 213 公论文研究的主要内容与解决方案 22 系统的总体框架 43 无线通信简介与方案选择 53.1 无线通信简介 53.2 315M 无线模块介绍 63.3 PT2262/2272 实现无线通信数据安全性 63.4 PT2262/2272 芯片的地址编码设定和修改： 74 系统硬件设计 84.1 主控芯片电路的介绍 84.2 文字提示模块LCD1602 简介 114.3 串行通信的基本原理 115 系统软件设计 125.1 软件开发环境介绍 125.2程序简介 135.3模块介绍及设计原理 1

10、36 软件仿真与硬件系统测试 186.1系统硬件实物图 186.1 仿真软件的介绍 186.2软件仿真结果如下 186.3硬件系统测试 196.4 总结与展望 23结 论 25致 谢 26参考文献 27附录A 291 引言近几年来，随着城市的人口逐逐渐增加、城市化的发展、汽车的普及给交通带来巨大的压力，由此引发的环境污染、道路阻塞等一系列问题严重地困扰着世界各大城市。公交车己经成为人们生活中不可替代的交通工具，所以，公交车的运行状况直接会影响人们的出行生活。传统公交车报站方式是主要由乘务人员进行人工报站，因方言或拥挤等情况，该方式工作强度太大其效果往往不佳。针对以上这些问题，本次毕业设计设计我

11、设计了一种公交车自动报站系统，可以实现车辆到站时自动报站及液晶显示。智能交通系统(ITS,Intelligent Traffic System)主要包括交通信息的传输、交通信息的采集、交通控制和诱导等方面，通过这些方面提高对交通信息的有效使用和管理来提高交通系统的效率1。信息采集子系统通过传感器采集交通流量、车速、车道占有率等信息；交通信息传输系统将采集的信息经过处理后，实时可靠地传输到控制中心；策略控制子系统根据设定的目标(如通行量最大、或平均候车时间最短等)运用计算方法(例如模糊控制、遗传算法等)计算出最佳方案，并输出控制信号给执行子系统(一般是交通信号控制器)，以引导和控制车辆的通行，达

12、到预设的目标2。11 课题的背景随着城市化的进展和经济的快速发展，汽车越来越普及，伴随而来的交通运输问题变得日益严重，道路车辆拥挤，交通环境不断恶化。与出租车和私家车相比，公交车人均占道面积少、成本低、运载能力高，同时它的通行线路覆盖面广，在缓解交通拥堵，节能减排方面都有积极作用，因此在未来将得到进一步的应用。可以肯定地说，城市公共交通在今后一个时期内将得到迅速地发展。然而，现有的城市公交车运输方面存在如下一些问题：目前现实公交车报站系统设计是服务于在公交车内的乘客，并没有完全没有考虑到在站台等车乘客的帮助和需求，当车辆太多导致视线，或是不好天气恶劣的时候，有些乘客往往很难分辨到达的车辆路线，

13、出现众多乘车不便的现象：有的乘客下到机动车道伸头观望，更多的是常常一拥而上，前后跑动、追赶，找寻自己要上的车辆，很容易造成盲目拥挤，秩序混乱的场面。我国城市特别是大城市的交通问题极其严重，如果不能得到有效解决和根本治理，必将对我国经济的持续、快速、健康发展构成严重威胁。目前大多数公交车报站系统设计主要考虑为公交车内的乘客服务，没有考虑到在站台等车乘客的需求。虽然站台有站牌，但对于盲人、识字不多以及对乘座公交车不太熟悉的人来说，还不是很方便；再加之，到达同一站台的公交车较多，也很容易引起乘客的混淆。12 公交站台智能提示系统研究现状目前，公交车自动报站主要有以下几种方式：一种是通过全球定位系统（

14、GPS）的用户终端接收工作卫星的导航信息，从而解算出车辆的经纬度信息，进而计算出实时坐标，将其与站点坐标相比较，当车辆驶入站点一定距离范围内时，不用人工干预，系统自动报站；另一种是利用无线射频识别（Radio Frequency Identification）技术，在每一个公交站台设置一个具有唯一ID 的射频发射器3，采用间歇工作方式发射信号，当公交车即将到达车站时，车载系统接收到站信号并解码出站台的 ID 号，由单片机控制自动播放对应站台编号的报站语音；还有一种是对车轮轴的转角脉冲进行计数，将计数值和预置值对比，即可确定报站时刻，达到准确报站的目的。 然而，这三种方式都不太适合乡镇的发展现状

15、。第一种设备造价过高，定位精度也难以达到要求；第二种站台建设投入较大，站点一旦变更，射频发射装置即须移动，较为麻烦；第三种需要公交线路严格固定，稍有改变，报站就难以准确。13 公论文研究的主要内容与解决方案本设计采用南通国芯微电子有限公司的STC89C52RC为主控芯片，LCD1602为显示模块提供文字提示、以及315MHz的无线收发模块实现数据通信。1.3.1 研究的基本内容1) 掌握信息编码知识及无线通信知识由于公交车总站台和公交车，公交车和站点之间的通信是通过无线信号收发实现的，在通信信道中存在各种噪声(包括其他线路公交车的编码信号)的干扰，容易造成误码，对此可以采用奇偶校验以及握手等形

16、式对接收到的信息进行确认4。考虑到由于双向车道的上行和下行的公车都有可能同时在一个站台的有效检测范围之内，咨询老师后，老师说这种情况暂时不用考虑。2) 公交车系统与站台系统的设计此部分主要包括硬件系统与软件系统，硬件系统包括主控芯片的选择与无线数据收发模块的设计，现在依次进行分析。系统的主控芯片我们选择市面上常见且价格低廉功能可靠的以52内核为主的单片机系列。软件系统采用C语言编写。3) 无线数据收发模块的设计无线数据收发模块采用集成模块。模块尽可能低功耗、低价位、含有通用编解码电路，在灵敏度和抗干扰性方面要有比较好的保障。如今越来越多的无线模块其稳定度与功率都大幅度的提高，并且价格也比较低廉

17、。采用集成芯片或模块，其设计、制作与调试工艺都变得简洁起来。十分便于在各个中小公交车系统普及起来。4) 站台系统提供文字提示公交车所处位置的识别是一个很重要的环节，本设计系统采用特定地点编码，通过编码来确定公交车所处站点。数据传输采用4位。站台通过显示屏将车辆位置信息依次在屏幕上显示。1.3.2 主要问题的解决方案无线传输的安全性与抗干扰性的解决公交车与站点在通信工作中，采用了无线通信技术。为了提高其安全性与抗干扰性，本设计通过对比各种无线数据传输模块，最终选定了含有编解码功能的315MHz的无线发射接收模块。由于系统需要一个稳定且传输距离远的无线模块5，故选择频率较低、性能稳定315MHz的

18、频段。该模块最大发射距离可达1000m左右。在安全性方面，本设计选择PT2262/PT2272编码解码芯片。PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平)。1.3.3 论文的基本架构本文分为六个章节，基本框架安排如下：第1章：绪论。概述了课题研究的背景和意义，并通过分析现有公交站台的状况，得出了实现公交车站台智能提示系统所需要解决的主要问题，并对各问题进行了阐述并拟出了解决方案。第2章：系统设计概述。从系统层面对整个公交车站台智能提示系统进行了整体

19、的论述。详细介绍了其工作关系与工作原理，并对车站系统进行了详细的说明。第3章：无线通信简介与方案选择。分析了无线数据传输并结合本设计的实际应用考虑，对无线通信进行了简略的介绍，对本设计采用的315MHz的收发电路和数据编解码芯片进行了详细的介绍。第4章：系统硬件设计。本章详细介绍了公交车站台智能提示系统的硬件设计。着重介绍了主控芯片功能与应用与文字提示模块的实现与操作。第5章：系统软件设计。介绍了Keil开发环境与STC-ISP下载环境。车站系统详细的介绍了各模块的软件设计，并给出了各模块详细的软件流程图。第6章：系统测试与结果分析。2 系统的总体框架本设计的公交车站台智能提示系统在总体由两部

20、分组成：是车站系统，车载系统。车站系统主要负责各公交车发送来的信息的接收，信息的处理，处理后对文字提示模块进行相应的控制驱动，用以及时提醒车站内的乘客准备上车6；车载系统，安装于公交车上，将车次以及到站信息发送给车站系统，让车站系统进行信息处理，并接收到的信息进行显示。公交车上的车载系统通过手动编码发射车次和车辆到站信息。公交车即将到站的时候，将车次和到站台机的站数信息，然后将其所处的位置编码通过无线信号发送给车站系统，车站系统进行显示的处理。 无线模块发射 站台系统 公交车车载系统 无线模块接收 图2-1系统架构车站系统的硬件部分主要包括以下几个部分，无线站点信息接收系统，负责接收解码车载系

21、统发送而来的信息；文字显示系统，对公交车的站点信息进行文字提示；电源系统，负责给系统提供电源。车站系统的软件部分主要包括以下几个部分，分别为主程序，负责对各个子模块进行调度；接收信息中断服务程序，负责读取接收到的站点信息，并进行一定的分析运算；距离标识发送驱动程序，负责驱动外部无线发送模块发送信息；定时器中断程序，进行一定的计时工作7；LCD1602驱动程序，完成对公交车距离信息的文字提示工作；其中软硬件结合通过一定的IO口进行连接。3 无线通信简介与方案选择 3.1 无线通信简介现代无线通信始于19世纪末。1873年，麦克斯韦提出电磁波辐射理论，奠定了无线电通信的理论基础；1897年5月18

22、日，马可尼进行横跨布里斯托尔海峡的无线电通信试验取得成功，标志着无线电通信的诞生；1901年，马可尼实现了隔着大西洋的无线电通信。从20世纪初以来，巨大的市场需求、理论界的一次次跨越、微电子和半导体器件的进步，使无线通信技术日益成熟并得到飞速发展，无线通信进入了崭新的时代。在未来的无线通信技术里(移动通信)，将对无线电发展要求更多，如自适应编码调制技术、多输入多输出技术、软件无线电等。通信就是将信息从发送方传送到接收方的过程。下图为“一个通信系统”的简化方框图。可以看到一个通信系统是由发信设备、传输介质和收信设备三部分组成。其中，发信设备将原始的信源转换成适合在给定传输介质上传输的信号，其中包

23、括放大、滤波、调制、编码等处理过程；收信设备完成相逆的功能，包括译码、解调、变换、放大等，将收到的信号还原成原来的信息送至接收端。传输介质也称为信道，在信道中还常常会引入干扰噪声，而造成通信质量的下降8。图3-1 一个通信系统的简化方框图无线通信在距离上有近距离、中距离、远距离之分。本课题所做的公交车站台智能提示系统设计基于低成本低消耗的目的，只着重介绍近、中距离的无线通信。根据工作频率的不同，无线通信系统大体分为低频段和高频段两类，典型的工作频率为135KHz以下、13.56MHz、433MHz、860960MHz、2.45GHz等。不同频率的无线通信系统，其工作距离不同，应用的领域也有所差

24、异9。在315MHz、433MHz和868MHz等频段，这些频段的无线芯片，主要用于无线数据收发。在无线数据采集以及无线监控中，这些频段是现存应用中使用最多的。许多WSN无线传感器网络都是在这些频段上运行的。在这些频段上，数据的通信速率一般在1.220kbps之间，绝大部分只是提供一个频段。由于这些频段较低，穿透障碍的能力相对较强，通信距离也相对较远。在高频段，无线通信主要采用2.4GHz的频段。这个频段的技术特别多，应用也十分丰富。随着通信的发展和人们的需求，包括UWB、802.11、蓝牙和ZigBee等在内的短距离无线通信技术也在日益成熟10。3.2 315M 无线模块介绍315m无线模块

25、广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。 数据发射模块的工作频率为315MHz，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在25+85度之间变化时，频漂仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体11，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也

26、很难保证已调好的频点不会发生偏移12。发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262或者SM5262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至数据模块的输入端即可。3.3 PT2262/2272 实现无线通信数据安全性PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441

27、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。编码芯片PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射

28、等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100的调幅13。PT2262/PT2272 特点：CMOS工艺制造，低功耗；外部元器件少；RC 振荡电阻;工作电压范围宽：2.6-15v;数据最多可达6位；地址码最多可达531441种。论文中用到的PT2272解码电路引脚图：图3-2PT2272 解码电路引脚图3.4 PT2262/2272 芯片的地址编码设定和修改：在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272

29、的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致

30、时，接收机对应的D1D4 端输出约4V 互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵14。设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。4 系统硬件设计4.1 主控芯片电路的介绍4.1.1 主控芯片STC89C52RC 单片机简介STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟机器周期和6时钟机器周期可以任意选择，内部集成MAX810专用复位电路。这款单片机包含有很多资源，对于本设计的实现，

31、提供了很大的便利。本设计所采用的主控芯片即是此款芯片15。图4-1 STC89C52RC实物图STC89C52RC主要具有以下特征：STC89C52RC是增强型8051单片机，6时钟机器周期和12时钟机器周期可任意选择，指令代码完全兼容传统8051，其工作电压在5.5V-3.3V(5V单片机)，工作频率范围在0-40MHz，相当于普通8051的0-80MHz，实际工作频率可达48MHz，用户应用程序空间8K字节。通用IO口(35个)，复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉(普通8051传统IO口)；P0口是开漏输出，作为总线拓展用时，不用加上拉电阻，作为IO口用时，需要加上拉电阻。ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口(RxD/P3.0，TxD/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片，其片内带有看门狗。外部中断4路，下降沿或低电平触发中断，Power Down模式可有外部中断低电平触发中断方式唤醒。通用异步串行口(UART)，还可以用定时器软件实现多个UART。STC89C52RC单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器、公交车站台智能提示系统设计(SRAM)、定时/计数器、UART串口、IO接口、EEPROM、看门狗等模块。STC89C52R