-PAGE2-單片機(jī)公交報(bào)站控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及測試案例目錄TOC\o"1-3"\h\u26297單片機(jī)公交報(bào)站控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及測試案例 116711.1功能設(shè)計(jì) 12521.1.1功能分析描述 1224421.1.2功能實(shí)現(xiàn)流程 5180261.2程序設(shè)計(jì) 1148592樣機(jī)試制與調(diào)試 12202962.1樣機(jī)試制及調(diào)試 12120532.2樣機(jī)測試 1385802.3測試結(jié)果分析 17功能設(shè)計(jì)功能分析描述系統(tǒng)中主要有5種模塊，分為按鍵模塊、時(shí)鐘模塊、語音模塊、GPS模塊、顯示模塊，這五種模塊在系統(tǒng)中根據(jù)報(bào)站的需要承擔(dān)著不同的功能。在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)版塊，主要圍繞時(shí)鐘模塊、語音模塊、GPS模塊和液晶顯示模塊來開展。（1）主程序：首先定義變量，并使串口初始化，用定時(shí)器作為波特率發(fā)生器。通過調(diào)用各模塊子程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能。（2）液晶顯示模塊：LCD12864初始化，設(shè)置并行通信口，又由于DB0和DB7倒置排列，所以需要設(shè)置一個(gè)調(diào)換函數(shù)，當(dāng)模塊在接收指令之前，必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部是否處于非忙碌狀態(tài)，所以要設(shè)置判斷忙函數(shù)，當(dāng)處于非忙碌狀態(tài)時(shí)可以寫入指令數(shù)據(jù)到LCD，然后使LCD初始化，設(shè)定顯示的坐標(biāo)位置。液晶顯示模塊具有并行和串行兩種連接方式，我們根據(jù)液晶顯示模塊時(shí)序圖，可以編寫出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。液晶顯示模塊讀寫資料時(shí)序圖如圖4.1-4.3所示。圖4.1寫資料到模塊圖4.2從模塊讀資料圖4.3串行連接時(shí)序圖（3）晶振延時(shí)函數(shù)：由于GPS芯片在對獲取到的經(jīng)緯度信息進(jìn)行比對時(shí)需要一段時(shí)間，所以通過編寫common程序，對晶振延時(shí)1ms。（4）DS1302時(shí)鐘模塊：表4.1DS1302功能分析GPS模塊：表4.2GPS模塊功能分析功能實(shí)現(xiàn)流程由于系統(tǒng)分成手動(dòng)報(bào)站和自動(dòng)報(bào)站兩種方式，故系統(tǒng)的主流程主要圍繞這兩個(gè)功能來編寫。首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后按下按鍵選擇啟用自動(dòng)/手動(dòng)模式，在手動(dòng)模式下，按動(dòng)一次按鍵，系統(tǒng)則根據(jù)儲存在語音芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行站點(diǎn)播報(bào)。當(dāng)選擇自動(dòng)模式，則切入到GPS模塊中，首先接收GPS信號對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析轉(zhuǎn)換，然后到了站點(diǎn)對站點(diǎn)的經(jīng)緯度進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，確認(rèn)到達(dá)指定經(jīng)緯度，進(jìn)站后進(jìn)行語音播報(bào)和站點(diǎn)信息顯示。主流程圖如圖4.4所示。圖4.4主程流序程圖在按鍵模式下，首先確認(rèn)是否按下按鍵，按下按鍵后選擇系統(tǒng)相關(guān)模塊的函數(shù)，并對時(shí)間、日期、站點(diǎn)的經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。此外，當(dāng)還通過按鍵設(shè)置液晶顯示的數(shù)據(jù)信息，完成四行字符的顯示。流程如圖4.5所示。圖4.5按鍵流程圖在DS1302模塊中，首先對變量進(jìn)行初始化，要關(guān)閉DS1302寫保護(hù)，然后復(fù)位關(guān)閉。首先將地址寫入，然后由于寫入數(shù)據(jù)需要時(shí)間，所以要增加一個(gè)延時(shí)函數(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)寫完后復(fù)位關(guān)閉，寫入地址，再進(jìn)行延時(shí)，最后將地址讀出，地址增加，最后顯示數(shù)據(jù)。流程如圖4.6所示。圖4.6DS1302流程圖在GPS模塊中，首先要對串口進(jìn)行初始化，使其前面所有經(jīng)過串口通信的數(shù)據(jù)清零，然后編寫延時(shí)函數(shù)。首先GPS要判斷是否接收到信后，信號接收后通過串口將字符串發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)對字符串進(jìn)行解析，解析出經(jīng)緯度，然后再轉(zhuǎn)換為字符串，最后返回。流程如圖4.7所示。圖4.7GPS流程圖在WT588D數(shù)字語音模塊，首先對WT588D進(jìn)行初始化，然后生成語音地址，等待主函數(shù)調(diào)用語音地址，當(dāng)GPS信號經(jīng)過解析確認(rèn)已經(jīng)到站后，調(diào)用相應(yīng)站點(diǎn)的語音地址，語音地址里面已經(jīng)載入該站點(diǎn)的語音文件，故可以通過WT588D進(jìn)行語音播報(bào)。流程如圖4.8所示。圖4.8WT588D流程圖在LCD12864模塊，首先需要對液晶顯示模塊進(jìn)行初始化操作，清空存儲的所有數(shù)據(jù)，并對顯示屏上面的所有字符清零。然后對起始頁面和起始列進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后進(jìn)入到漢字顯示程序，調(diào)用寫漢字程序，如此反復(fù)六次，確保液晶顯示模塊的所有行都全部初始化。然后，計(jì)算漢字代碼的初始地址，寫入起始頁地址和起始列地址，調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序，如此往復(fù)直到R0=16，起始頁地址加1，重新設(shè)置起始頁地址然后再一次調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序，直到R0=32。當(dāng)按下按鍵時(shí)，單片機(jī)操控寫入引腳要顯示內(nèi)容的命令，然后LCD12864顯示對應(yīng)的站臺的中文名稱。液晶顯示器顯示流程圖如圖4.9和4.10所示。圖4.9液晶顯示器初始化流程圖圖4.10液晶顯示器程序流程圖程序設(shè)計(jì)根據(jù)控制系統(tǒng)硬件選型，程序設(shè)計(jì)包含對多個(gè)模塊的控制，需對不同的模塊編寫代碼進(jìn)行初始化配置，以及編寫一些函數(shù)用于在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)用，簡化主函數(shù)的結(jié)構(gòu)，也能更加直觀的了解到程序運(yùn)行的邏輯。程序的編寫在Keil軟件中進(jìn)行，使用C語言進(jìn)行編寫，采用簡單易用的庫開發(fā)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)主要包括了主函數(shù)編寫和common延時(shí)程序、DS1302程序、GPS程序、urat串口通信程序、LCD12864程序的編寫。樣機(jī)試制與調(diào)試樣機(jī)試制及調(diào)試在硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)分析完成后，按照設(shè)計(jì)的原理圖和PCB圖將各個(gè)模塊的元器件焊接在腐蝕板上，包括：按鍵模塊（5個(gè)按鍵并聯(lián)）、DS1302時(shí)鐘模塊、WT588D數(shù)字語音模塊、GPS模塊、LCD12864模塊、電源電路。最后用導(dǎo)線將各個(gè)模塊按照電路圖連接起來，確保沒有出現(xiàn)短路現(xiàn)象。焊接好后的電路板如圖5.1所示。圖5.1面包板原理樣機(jī)由于最初開始使用面包板作為電路板來焊接，面包板線路復(fù)雜，加之需要焊接的元器件較多，導(dǎo)致在原理樣機(jī)在制作過程中出現(xiàn)了幾次電路焊接錯(cuò)誤的情況。在電路板焊接完成后，將程序和語音燒錄進(jìn)單片機(jī)和語音芯片后，第一次使用原理樣機(jī)進(jìn)行報(bào)站，語音斷斷續(xù)續(xù)，且報(bào)站不連續(xù)，有誤報(bào)站等情況出現(xiàn)。隨后，更改方案，選擇用腐蝕板來制作原理樣機(jī)，重新采購元器件，并根據(jù)設(shè)計(jì)好的PCB圖定做腐蝕板，將重新采購的語音芯片、液晶顯示器等元器件重新焊接制作，最后完成。原理樣機(jī)實(shí)物圖如圖5.2-5.3所示。圖5.2腐蝕板原理樣機(jī)圖5.3樣機(jī)成品通電顯示樣機(jī)測試首先，連接直流電源，按下開關(guān)按鍵開機(jī)，對原理樣機(jī)進(jìn)行功能調(diào)試。通電后液晶顯示器顯示了四行字符，第一行顯示日期和星期，如2020-05-06，星期三；第二行顯示時(shí)間，如14:20:22；第三行顯示手動(dòng)模式或者自動(dòng)模式，本站/下站；第四行顯示站名，如西南石油大學(xué)。五個(gè)按鍵分別對應(yīng)不同的功能，可以設(shè)置時(shí)間和日期，也可以錄入站點(diǎn)的經(jīng)緯度。此外，液晶顯示屏的右下角在焊接板上還有一個(gè)電位器，可以通過旋轉(zhuǎn)螺釘調(diào)節(jié)液晶顯示屏的亮度。樣機(jī)總共設(shè)置了八個(gè)站名，在每個(gè)站點(diǎn)均會顯示站名名稱并進(jìn)行語音播報(bào)，在終點(diǎn)站還會提醒乘客終點(diǎn)站到了，帶上隨身物品等溫馨提示語。在手動(dòng)模式下，按動(dòng)四號或者五號按鍵可以分別播報(bào)上一站或者下一站的站名。在自動(dòng)模式下，經(jīng)過提前設(shè)置每個(gè)站點(diǎn)的經(jīng)緯度，八個(gè)站點(diǎn)均設(shè)置完成后，觀察GPS模塊綠燈亮起，說明GPS信號正?？梢蚤_始測試，當(dāng)挪動(dòng)樣機(jī)到達(dá)設(shè)置好的站點(diǎn)的經(jīng)緯度時(shí)樣機(jī)自動(dòng)播報(bào)站名。經(jīng)過所有功能測試，樣機(jī)的功能均正常實(shí)現(xiàn)，樣機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。在正常的天氣條件下，在戶外對基于GPS技術(shù)的公交車自動(dòng)報(bào)站器進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如下。2021年5月16日，天氣晴，星期日。于學(xué)校西大門、龍井湖、地質(zhì)樓等八個(gè)點(diǎn)位對自動(dòng)報(bào)站器進(jìn)行了現(xiàn)場測試，并將第一次測試結(jié)果記錄如表5.1所示。由于GPS受天氣、信號等因素影響，故需要選擇在天氣較好的戶外進(jìn)行調(diào)試。開機(jī)，液晶顯示屏顯示Scan，代表GPS正在連接中，當(dāng)液晶顯示屏顯示Connect，GPS芯片上面的綠燈亮，表示GPS信號已正常連接，可以開展調(diào)試。當(dāng)?shù)竭_(dá)第一個(gè)站點(diǎn)“西南石油大學(xué)”站，按下按鍵3，系統(tǒng)自動(dòng)獲取當(dāng)前位置經(jīng)緯度，然后記錄當(dāng)前位置經(jīng)緯度信息，然后通過按鍵將當(dāng)前站點(diǎn)經(jīng)緯度信息記錄在儲存器中，等后面比對調(diào)用。以此類推，將八個(gè)站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息依次記錄并通過按鍵記錄在儲存器中，記錄完成后，回到第一個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試。在第一次調(diào)試過程中，從距離第一個(gè)站點(diǎn)“西南石油大學(xué)”站500m處調(diào)試好原理樣機(jī)，逐步靠近站點(diǎn)經(jīng)緯度信息采集點(diǎn)，在第一個(gè)站點(diǎn)在距離采集點(diǎn)接近15m的距離原理樣機(jī)就播報(bào)了當(dāng)前站點(diǎn)信息，并提示下一個(gè)站點(diǎn)站名。繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)在第二個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行測試時(shí)，原理樣機(jī)播報(bào)了該站點(diǎn)信息，誤差有所縮小，在5m左右。依次完成了第一次八個(gè)點(diǎn)的全部測試，在最后一個(gè)站點(diǎn)，自動(dòng)報(bào)站播報(bào)器播報(bào)：“終點(diǎn)站石油魂到了，請所有的乘客收拾好行李物品及時(shí)下車，感謝您乘坐本次公交車，祝您生活愉快”。第一次測試，原理樣機(jī)在所有點(diǎn)都進(jìn)行了報(bào)站，只是報(bào)站的距離誤差較大，需要進(jìn)一步調(diào)試。表5.1第一次現(xiàn)場測試表序號站點(diǎn)經(jīng)緯度是否成功播報(bào)誤差范圍備注5m3m1m1西南石油大學(xué)經(jīng)度：30d49m35s緯度：106d06m40s√15m播報(bào)2孵化園經(jīng)度：30d49m38s緯度：106d06m43s√√3龍井湖經(jīng)度：30d49m46s緯度：106d06m47s√√4學(xué)生公寓經(jīng)度：30d49m48s緯度：106d06m49s√√5地質(zhì)樓經(jīng)度：30d49m37s緯度：106d07m02s√√6完井樓經(jīng)度：30d49m34s緯度：106d06m58s√8m播報(bào)7火箭樓經(jīng)度：30d49m35s緯度：106d06m51s√√8石油魂經(jīng)度：30d49m35s緯度：106d06m45s√√根據(jù)第一次測試結(jié)果，對原理樣機(jī)進(jìn)行了調(diào)試，通過對GPS定位精度的處理提升，進(jìn)行第二次現(xiàn)場測試。第二次測試也在天氣環(huán)境好，無遮蔽的戶外進(jìn)行。第二次測試結(jié)果記錄如表5.2所示。表5.2第二次現(xiàn)場測試表序號站點(diǎn)經(jīng)緯度是否成功播報(bào)誤差范圍備注5m3m1m1西南石油大學(xué)經(jīng)度：30d49m35s緯度：106d06m40s√√2孵化園經(jīng)度：30d49m38s緯度：106d06m43s√√3龍井湖經(jīng)度：30d49m46s緯度：106d06m47s√√4學(xué)生公寓經(jīng)度：30d49m48s緯度：106d06m49s√√5地質(zhì)樓經(jīng)度：30d49m37s緯度：106d07m02s√√6完井樓經(jīng)度：30d49m34s緯度：106d06m58s√√7火箭樓經(jīng)度：30d49m35s緯度：106d06m51s√√8石油魂經(jīng)度：30d49m35s緯度：106d06m45s√√經(jīng)過兩次測試和調(diào)試，原理樣機(jī)能夠較為準(zhǔn)確的根據(jù)經(jīng)緯度信息對八個(gè)站點(diǎn)較為精確的報(bào)站，且誤差超過3/4在1m以內(nèi)。說明原理樣機(jī)試制成功，GPS報(bào)站精度較高，誤差在一定范圍內(nèi)，能夠達(dá)到公交車正常行駛的使用標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)試過程如圖5.4-5.5所示。圖5.4在“西南石油大學(xué)”站調(diào)試 圖5.5在“龍井湖”站進(jìn)行調(diào)試測試結(jié)果分析在課題設(shè)計(jì)過程中，各個(gè)模塊焊接完成后，對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)問題。首先是液晶顯示屏幕不亮，第一步用萬能電用表排除有短路或者