基于STC89C52單片機的公交車自動報站系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要隨著時代的不斷發(fā)展和科技的迅速進(jìn)步，嵌入式控制技術(shù)經(jīng)過近幾年的發(fā)展趨于成熟，特別是在人工智能技術(shù)不斷發(fā)展的今天，嵌入式控制系統(tǒng)在市場上占據(jù)著重要地位，嵌入式產(chǎn)品也帶來了經(jīng)濟、社會效益，方便了人們生活。公交車是綠色出行的主要方式之一，怎樣既能滿足公交車安全行駛又能夠為公交車司機減負(fù)，適應(yīng)社會需求的同時降低費效比，是目前公交車報站方式的主要研究方向。目前已有的公交車報站方式和技術(shù)無法很好地滿足社會需求，所以此次論文的內(nèi)容是在進(jìn)行市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)目前社會的需求進(jìn)行了基于單片機的公交車自動報站系統(tǒng)的設(shè)計。首先對傳統(tǒng)的公交車報站方式及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研分析，結(jié)合嵌入式控制的特點和優(yōu)勢，設(shè)計符合本次論文要求的系統(tǒng)。本論文主要完成控制系統(tǒng)程序的設(shè)計，對控制系統(tǒng)開發(fā)板進(jìn)行分析，設(shè)計電子電路并完成原理圖和PCB圖的設(shè)計，根據(jù)功能需求對主要元器件進(jìn)行選型，然后根據(jù)系統(tǒng)功能利用C語言進(jìn)行編程，最后制作原理樣機并對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，檢測各工作模塊是否順利工作，數(shù)據(jù)傳輸是否可靠。經(jīng)過多次調(diào)試，各模塊工作順利，能自動、準(zhǔn)確地播報站名、安全提示等消息，系統(tǒng)控制穩(wěn)定，低耗高效，具有很好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：嵌入式控制；全球定位系統(tǒng)；公交車；數(shù)字語音；自動報站目錄TOC\o"1-3"\h\u90301概述 4113051.1研究的背景 424131.2目的和意義 4185411.3研究的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀 5140331.3.1國外技術(shù)現(xiàn)狀 5287681.3.2國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀 6182871.3.3嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展及特點 6167001.4工作內(nèi)容和方法 7308081.4.1項目任務(wù) 7166831.4.2設(shè)計方案 7187361.4.3研究內(nèi)容 9171151.4.4研究方法 9135941.4.5技術(shù)路線 10172251.5重難點與擬解決方法 1186771.5.1任務(wù)的重點 117121.5.2任務(wù)的難點 12249391.5.3擬解決的方法 1269942總體方案設(shè)計 1479642.1方案的對比研究 1498382.2方案的對比結(jié)論 1689193控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 17223143.1結(jié)構(gòu)方案與主要部件選型設(shè)計 17234133.1.1STC89C52概述 17207303.1.2STC89C52引腳 17303823.1.3STC89C52內(nèi)部原理 1926813.2原理設(shè)計 19146683.3按鍵控制電路 20172583.4時鐘電路 2186413.5電源電路 2339323.6LCD12864液晶顯示電路 23288243.7語音播報模塊電路 24171263.8GPS電路 26198143.9工具軟件介紹 27162193.10PCB設(shè)計 28133314控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 29146764.1功能設(shè)計 29301464.1.1功能分析描述 29144904.1.2功能實現(xiàn)流程 32127004.2程序設(shè)計 37174475樣機試制與調(diào)試 3933995.1樣機試制及調(diào)試 398515.2樣機測試 40291455.3測試結(jié)果分析 4495916總結(jié)與展望 45310996.1工作總結(jié) 45111396.2工作展望 4519287參考文獻(xiàn) 4819707附錄 508932附錄一：12864程序 5023448附錄二：common延時程序 5524931附錄三：GPS程序 5625280附錄四：uart串口程序 67概述研究的背景能源與環(huán)境是當(dāng)今社會重點關(guān)注的兩大主題，公交車作為一種綠色、低碳、環(huán)保的出行方式，越來越受到人們的青睞，公交車在低碳出行的生活方式中發(fā)揮的作用也越來越突出，人們對公交車的安全運營也提出了更高的要求。目前，安裝了自動報站系統(tǒng)的城市只有少部分中等城市和大型城市（據(jù)調(diào)研，目前國內(nèi)公交車全面采用自動報站系統(tǒng)的城市不足30%），有部分城市即使安裝了自動報站系統(tǒng)，但不是所有的公交線路都普及了自動報站系統(tǒng)，沒有安裝自動報站系統(tǒng)的公交車在運行過程中不僅給司機增加了工作量同時也增加了行駛過程中的安全隱患，故急需駕駛安全、檢修方便、成本低的公交車自動報站器REF_Ref17310\r\h[1]。因此，具有普適性的公交車自動報站系統(tǒng)是目前公交車提高效率、增加安全行駛的主要途徑，也能比較顯著的降低費效比。目的和意義公交車的運行為人們提供了便捷、舒適、綠色的出行方式，但是公交車的報站方式直接影響了乘客的使用體驗。傳統(tǒng)的通過乘務(wù)員或者公交車司機報站的方式不僅會給相關(guān)工作人員增加工作強度，還會增加車輛行駛過程中的安全風(fēng)險，因此在很多城市已經(jīng)不再使用人工報站的方式了。如今，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，微機技術(shù)在各行各業(yè)的許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用REF_Ref17601\r\h[2]。在提高并完善人性化服務(wù)上，目前可以使用微機技術(shù)與數(shù)字語音芯片相結(jié)合實現(xiàn)語音合成，來實現(xiàn)公交車的自動報站REF_Ref17650\r\h[3]。綜合目前微機技術(shù)和語音技術(shù)的發(fā)展并結(jié)合現(xiàn)實的公交車實際使用情況，設(shè)計一個基于單片機控制的公交車報站系統(tǒng)有一定必要性，且能產(chǎn)生一定的社會經(jīng)濟效益。如今，我國機動車數(shù)量在很多大城市已達(dá)到飽和狀態(tài)，道路擁堵、出行緩慢的問題突出。為解決道路擁堵的問題，目前我國正在大力發(fā)展公共交通運營體系，為出行的人們提供較為便捷、快速的出行方式，并且公共交通對于文明、綠色的城市建設(shè)也有促進(jìn)作用，能較好提高城市形象。此外，還能減少政府投入，創(chuàng)造良好的社會經(jīng)濟效益。與傳統(tǒng)的公交運營系統(tǒng)相比，智能化的公交運營系統(tǒng)能較好實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的完美結(jié)合。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會文明的進(jìn)步，公交車的運行不僅對于創(chuàng)建文明城市和衛(wèi)生城市有積極促進(jìn)作用，而且還能增加社會效益。雖然目前已有部分城市使用了GPS技術(shù)對公交車進(jìn)行報站，但是由于GPS技術(shù)的成本較高，普適性較低，難以在所有城市進(jìn)行推廣使用。為了實現(xiàn)公交車自動報站在城市中普遍覆蓋，設(shè)計一套具有普適性、低成本、高性能的公交車自動報站系統(tǒng)具有一定的現(xiàn)實意義。研究的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀國外技術(shù)現(xiàn)狀近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者在公共交通智能化的發(fā)展上有了較大進(jìn)展，無線通訊技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)、GPS技術(shù)等已廣泛的運用到了公共交通的智能化發(fā)展中。其中電子信息技術(shù)如今已應(yīng)用在了國外發(fā)達(dá)國家的公交車系統(tǒng)中，如液晶電子顯示器、語音播報系統(tǒng)、無線射頻刷卡機、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)等，促進(jìn)了社會發(fā)展提高了社會經(jīng)濟效益REF_Ref17751\r\h[4]。國外許多學(xué)者也在有關(guān)技術(shù)上不斷探索，諸如：WaelA.Salah1,BasemAbuZneid等通過研究回顧了微型計算機在智能遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用中使用無線/有線技術(shù)控制和管理不同系統(tǒng)的進(jìn)展REF_Ref17787\r\h[5]。JorgeTavares,FernandoJ.Velez,Jo?oM.Ferro確定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）在汽車上的某些應(yīng)用REF_Ref17820\r\h[6]，并考慮了在2.4GHz下使用CrossbowMICAz節(jié)點以及TinyOS支持。MohammedAbuzalata,MuntaserMoman等研究了基于單片機的防盜車應(yīng)用系統(tǒng)，通過使用基于微控制器的系統(tǒng)來保護(hù)汽車免受非授權(quán)用戶的攻擊REF_Ref17859\r\h[7]。SathyaNarayanan,Gayathri通過對基于PIC單片機的無線家庭自動化及安防系統(tǒng)設(shè)計的研究，讓電子領(lǐng)域的新技術(shù)為每個人的日常生活帶來了巨大的變化，目前這些技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)、醫(yī)藥、電信和家庭自動化等領(lǐng)域REF_Ref17898\r\h[8]。VijethaTummala,S.AkshayKumar,P.Srinivas,G.Sravan使用GPS模塊接收經(jīng)緯度值，然后把這個值發(fā)送給微控制器，微控制器檢查當(dāng)前位置，顯示并播報相應(yīng)的公交車站REF_Ref17950\r\h[9]。當(dāng)前，美國的部分城市已經(jīng)利用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)實現(xiàn)公交語音報站，這種方式功能強大，系統(tǒng)穩(wěn)定。國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀近年來，隨著我國工業(yè)化、信息化建設(shè)迅速推進(jìn)，城市建設(shè)的加快和經(jīng)濟制度的改革，將現(xiàn)代通信、信息、電子、控制、計算機、網(wǎng)絡(luò)、傳感器等新技術(shù)集成應(yīng)用是當(dāng)今智能公共交通系統(tǒng)構(gòu)建的研究熱點。如今，國內(nèi)報站方式還是以人工手動報站為主，部分地區(qū)還存在著售票員進(jìn)行報站的方式。國內(nèi)學(xué)者在有關(guān)技術(shù)方面也在不斷探索，馮國平等在分析ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對公交車站臺的地址進(jìn)行編碼，然后使編碼后的站臺信息自動發(fā)射，設(shè)計了一款基于ZigBee技術(shù)的單片機自動報站系統(tǒng)[1]。黃發(fā)乾等應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對定位誤差進(jìn)行修正并最終減小了定位誤差，該技術(shù)首先通過使用里程表對站點的信息標(biāo)號進(jìn)行檢測，然后對站點的誤差范圍進(jìn)行推算，并根據(jù)檢測和推算結(jié)果提出了一種信標(biāo)誤差修正的定位算法，此外還通過無線傳感器開發(fā)平臺對節(jié)點的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量，根據(jù)測量結(jié)果對有定位誤差的參數(shù)通過使用最大信號法來進(jìn)行定點修正，然后通過單片機對射頻數(shù)據(jù)在發(fā)送和接收過程中存在的字節(jié)對齊問題進(jìn)行了處理，并在對射頻數(shù)據(jù)和字節(jié)對齊問題的處理上進(jìn)行歸納匯總，最終給出了在SPI驅(qū)動模式下利用曼徹斯特編碼處理字節(jié)同步問題的解決方案。此外，在利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對定位誤差進(jìn)行修正時，黃發(fā)乾等還發(fā)現(xiàn)了無線通信技術(shù)在目前還存在可靠度不高的問題，通過對無線鏈路的工作特性和優(yōu)缺點進(jìn)行研究分析，提出了度量鏈路質(zhì)量的新標(biāo)準(zhǔn)，通過ManchesterViolationIndication對鏈路質(zhì)量進(jìn)行度量分析REF_Ref18045\r\h[10]。黃艷國、許倫輝、眭相林等在對公交車報站進(jìn)行研究時，發(fā)現(xiàn)目前社會上使用的公交車在到達(dá)公交車站臺對站名進(jìn)行語音播報時，存在播報的語音質(zhì)量較差，區(qū)分度不夠明顯的問題。此外，在與公交車司機和維修檢測人員溝通交流中了解到，在對公交車語音播放數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時難度也比較大，針對上述問題提出了通過使用MP3或者U盤來進(jìn)行報站的方案REF_Ref18071\r\h[11]。為了公交車的行駛安全，目前很多公交車上都安裝了實時定位器來跟蹤公交車的行駛軌跡，袁焱、王澄、諸勤敏通過對公交車運行路線和到站時間的不確定性進(jìn)行推理，在對公交車行駛里程進(jìn)行測算和隨機到站時間進(jìn)行推算的基礎(chǔ)上，提出了一種簡化的航跡推算定位辦法REF_Ref18104\r\h[12]。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展及特點（1）嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展：20世紀(jì)60年代，發(fā)布了由單獨的晶體管邏輯電路構(gòu)成的D-17自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)帶有主存儲單元的硬盤。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在20世紀(jì)70年代，世界上第一個微處理器誕生，但它并不像現(xiàn)在的微處理器那樣自己具備存儲芯片和邏輯電路。隨著時代進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，微處理器的所有器件全部容納到了一個微型晶片單元，使得嵌入式的構(gòu)造、成本得到有效降低。再之后嵌入式系統(tǒng)幾乎出現(xiàn)在所有的電子裝置中REF_Ref18143\r\h[13]。到了1970年左右，嵌入式技術(shù)得到全面發(fā)展，嵌入式技術(shù)被廣泛使用在通信、電子器件、國防軍事等領(lǐng)域REF_Ref18172\r\h[14]。同時，嵌入式系統(tǒng)在新型元器件和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)上也逐漸發(fā)揮著越來越重要的作用，很多高端設(shè)備目前都設(shè)計了人機交互頁面，能夠打破人與機器之間冷漠的機械交流方式，增加了設(shè)備的感染力和親和力REF_Ref18283\r\h[15]。（2）嵌入式系統(tǒng)的組成：一個嵌入式系統(tǒng)裝置通常由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計算機系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成REF_Ref18359\r\h[16]。（3）嵌入式系統(tǒng)的特點：嵌入式系統(tǒng)具有靈活性高、個性化強、能源消耗低、可靠度高等特點REF_Ref18391\r\h[17]，在復(fù)雜環(huán)境中能體現(xiàn)出更好的抗干擾性REF_Ref18548\r\h[18]。嵌入式系統(tǒng)與其他計算機相比還有一個比較突出的性能，即是他的隱蔽性。由于嵌入式系統(tǒng)的主要功能為對系統(tǒng)進(jìn)行控制，故其還有一個突出特點是對控制對象表現(xiàn)出智能特性REF_Ref18594\r\h[19]。工作內(nèi)容和方法項目任務(wù)完成基于單片機的公交車自動報站系統(tǒng)設(shè)計的市場調(diào)研和綜述，了解控制參數(shù)、原理、發(fā)展及現(xiàn)狀。進(jìn)行技術(shù)路線分析、完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計，根據(jù)功能確定模塊的組成?？刂葡到y(tǒng)方案設(shè)計，完成原理圖。基于嵌入式控制的PCB圖的設(shè)計，BOM表統(tǒng)計，進(jìn)行制版。完成基于嵌入式語言編程，實現(xiàn)對應(yīng)的功能并驗證。演示樣機制作調(diào)試，能進(jìn)行操作演示，以達(dá)到更好的、清晰地展示最終完成的實驗成果。完善設(shè)計論文及樣機，詳細(xì)概括介紹基于該方案設(shè)計的產(chǎn)品的基本原理、主要功能以及工作過程等。設(shè)計方案在前期技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析研究了基于無線射頻技術(shù)、紅外線傳感技術(shù)、ZigBee技術(shù)在公交車自動報站系統(tǒng)上的應(yīng)用，經(jīng)過分析其技術(shù)現(xiàn)狀和優(yōu)缺點提出本項目的技術(shù)方案是基于GPS技術(shù)的自動語音報站系統(tǒng)。設(shè)計的報站系統(tǒng)結(jié)合了手動報站和自動報站兩種模式，手動報站司機可以通過鍵盤模塊操作進(jìn)行報站和切換下一個站點?；趩纹瑱C的公交車自動報站系統(tǒng)主要由硬件模塊、軟件系統(tǒng)及其外圍電路三大部分構(gòu)成。采用STC89C52單片機作為主控制器，接收傳感器的信息，控制液晶屏和各個外設(shè)，需要提前熟悉單片機的硬件結(jié)構(gòu)、管腳功能、I/O接口設(shè)計、指令系統(tǒng)等。系統(tǒng)用DS1302作為時鐘模塊，以WT588D為數(shù)字語音模塊，以GPS模塊為數(shù)據(jù)采集器，以LCD12864為液晶顯示模塊，從而實現(xiàn)信號采集、數(shù)據(jù)處理、語音報站和信息顯示等功能。公交車在自動報站運行前，通過按鍵模塊選擇語音播報模式，然后對時間、日期和經(jīng)緯度等信息進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)上有五個按鍵分別表示手動模式、自動模式、經(jīng)緯度數(shù)據(jù)設(shè)置、返回上一級和手動播報等功能，在手動模式下系統(tǒng)上有兩個按鍵分別表示上一站和下一站，通過按下這兩個按鍵可以手動對8個不同的車站進(jìn)行語音播報。在自動模式下，當(dāng)按下按鍵時，可以分別輸入八個站點各自對應(yīng)的經(jīng)緯度，在公交車進(jìn)行自動報站時，GPS模塊接收到當(dāng)前站點位置的經(jīng)緯度信號，經(jīng)過和前期存儲的經(jīng)緯度信息進(jìn)行比對，然后GPS模塊將通信數(shù)據(jù)通過串行口發(fā)送給單片機。公交車在報站時用到的語音需要在使用前通過專門的下載器下載站點播報時需要的站名和溫馨提示語音頻文件，后期生成地址再發(fā)送給單片機，在最后需要播報時傳輸?shù)絎T588D語音模塊進(jìn)行播報。使用WT588D語音模塊要熟悉模擬電子電路、會在Keil軟件中用C語言進(jìn)行編程，會設(shè)計數(shù)字語音電路。公交車進(jìn)入到之前設(shè)置經(jīng)緯度的誤差范圍內(nèi)時，接收到有關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行比對后單片機分別控制WT588D和LCD12864對當(dāng)前站名進(jìn)行語音播報和站名顯示，同時播報溫馨提示語等消息，提示乘客攜帶好隨身物品有序下車。DS1302時鐘模塊可以獲取或者自動設(shè)置當(dāng)前日期、時間等信息并實時顯示日期和時間在LCD12864液晶屏上，LCD12864模塊還可以將當(dāng)前公交車的運行線路圖、實時線路等行駛情況顯示在液晶顯示器中，便于乘客了解當(dāng)前所在位置避免誤站。自動報站系統(tǒng)框圖如圖1.1所示。在軟件設(shè)計上，系統(tǒng)原理圖和PCB圖使用AD（altiumdesigned）繪制，編程使用C語言，系統(tǒng)調(diào)試使用Keil軟件。圖1.1系統(tǒng)框圖研究內(nèi)容在前期文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了目前幾種使用的自動報站系統(tǒng)的優(yōu)點和不足，本次設(shè)計的主要研究內(nèi)容為針對現(xiàn)存的自動報站系統(tǒng)的缺點進(jìn)行優(yōu)化和加深改進(jìn)，并利用GPS技術(shù)設(shè)計并制作一個基于GPS的公交車自動報站系統(tǒng)。此系統(tǒng)不僅能通過按鍵輸入控制，還能通過接收GPS信號，經(jīng)過信號處理能在液晶顯示中自動顯示站名和提示并用語音播報。本次設(shè)計主要圍繞GPS信號檢測、站點信息顯示、站名和溫馨提示的語音播報三個部分來設(shè)計。單片機采用STC89C52單片機作為CPU處理器，信號檢測通過時鐘信號和GPS信號檢測來實現(xiàn)。按鍵模塊先設(shè)置當(dāng)前報站模式并將站點的經(jīng)緯度信息輸入。顯示的部分由LCD12864完成對當(dāng)前站名和下一站站名，以及時間、日期等信息進(jìn)行顯示。當(dāng)公交車行駛到最后一個站臺時，單片機控制WT588D語音芯片和LCD12864液晶顯示器對終點站進(jìn)行顯示和語音播報，并提醒乘客終點站到了，攜帶好隨身物品有序下車。圖1.2是整體工作原理圖：圖1.2系統(tǒng)工作原理圖研究方法（1）通過CNKI、學(xué)校圖書館以及知網(wǎng)研學(xué)查找文獻(xiàn)，完成對自動報站系統(tǒng)的調(diào)研及發(fā)展現(xiàn)狀分析以及嵌入式系統(tǒng)的特點及結(jié)構(gòu)分類分析，結(jié)合分析結(jié)果，思考該如何實現(xiàn)課題的任務(wù)要求，制定系統(tǒng)總體設(shè)計方案；（2）根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計方案，對每個模塊的功能及特點進(jìn)行分析，運用所學(xué)模擬電路、數(shù)字電路、單片機、控制理論等相關(guān)知識以及各種嵌入式系統(tǒng)的參考，對基本的模塊進(jìn)行功能梳理和電路初步設(shè)計；（3）對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，根據(jù)設(shè)計方案所需功能，重點學(xué)習(xí)模擬電路、串口通信、函數(shù)編寫等功能；（4）架構(gòu)設(shè)計，代碼的編寫，調(diào)試各模塊的工作狀況以及通信情況，完成對系統(tǒng)軟件部分功能的測試；（5）了解完成設(shè)計需要使用到的軟件，完成系統(tǒng)的控制方案設(shè)計，同時學(xué)習(xí)AD軟件，基本掌握繪制原理圖，PCB圖的方法，查找資料制作BOM統(tǒng)計表；（6）焊接電路板，將各模塊組裝在一起制作樣機，最后進(jìn)行功能測試。技術(shù)路線本課題的目的是以單片機為控制單元，通過GPS技術(shù)，設(shè)計出一個公交車自動報站系統(tǒng)。為了完成該課題，首先根據(jù)課題任務(wù)書確定課題的主要研究任務(wù)和大致要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，即基于單片機應(yīng)用嵌入式控制實現(xiàn)公交車自動報站系統(tǒng)的設(shè)計。當(dāng)確定了課題的研究方向后，通過查閱大量文獻(xiàn)資料和有關(guān)書籍，扎實基礎(chǔ)知識，然后調(diào)研目前市場上已經(jīng)存在的自動報站產(chǎn)品。通過上述過程加深對課題技術(shù)背景和國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀的認(rèn)識，同時為接下來的方案設(shè)計奠定堅實的基礎(chǔ)。這一階段的成果產(chǎn)出主要是文獻(xiàn)綜述和外文文獻(xiàn)翻譯。在后續(xù)的研究中，著重開展對系統(tǒng)的軟件和硬件的設(shè)計研究，并在研究過程中完成電子電路圖的設(shè)計和程序設(shè)計，最終能實現(xiàn)Keil和Proteus的聯(lián)合仿真。仿真正常條件下對樣機進(jìn)行焊接調(diào)試，最終將程序燒錄到樣機中進(jìn)行演示，最終完成論文論文的撰寫。在整個系統(tǒng)的技術(shù)路線中主要分為了硬件電路設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計，總共包括了GPS模塊、時鐘模塊、按鍵模塊、數(shù)字語音模塊、液晶顯示模塊等，在研究過程中著重深入學(xué)習(xí)并應(yīng)用這幾種模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。技術(shù)路線如圖1.3所示。圖1.3技術(shù)路線圖重難點與擬解決方法任務(wù)的重點根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案和控制系統(tǒng)方案的主要內(nèi)容進(jìn)行研究分析，設(shè)計中主要有以下重點：（1）語音功能模塊的設(shè)計與使用由于在公交車自動報站過程中會使用語音模塊對公交車站臺進(jìn)行語音播報，所以在選擇語音功能模塊時需要選擇一個播報清晰、語音質(zhì)量較高的模塊。在對語音功能模塊進(jìn)行選型對比的基礎(chǔ)上確定了WT588D，但是由于WT588D的功率輸出比較大，所以在使用過程中需要設(shè)計一個功率放大電路對語音功能模塊的輸出進(jìn)行緩沖。通電連接后，直流信號也會對語音播報質(zhì)量產(chǎn)生影響，所以要通過連接一個適當(dāng)?shù)碾娙轂V去直流信號。在對電路板進(jìn)行布線的時候還要把模電和數(shù)電分開，使用阻值較低的電阻將數(shù)字地和模擬地直接連接到電源的地線REF_Ref18718\r\h[20]。（2）抗干擾設(shè)計由于電子設(shè)備的性能與其周圍工作環(huán)境的噪聲和干擾有關(guān)，故要提高電子設(shè)備的性能就要減少干擾和噪音。硬件電路中采用了較多電子元器件，對電路的干擾較大，噪音也比較大，故在電子電路設(shè)計中應(yīng)考慮減少干擾，可采取以下措施：①芯片VCC與GND之間可接在1μF左右的去耦電容；②晶振兩端加瓷片電容，防止晶振停振；③印刷電路的電容值應(yīng)準(zhǔn)確，保持在最小誤差范圍內(nèi)，且電容要遠(yuǎn)離發(fā)熱元器件。（3）程序編寫設(shè)計的軟件系統(tǒng)由各個模塊的控制系統(tǒng)構(gòu)成，每個控制系統(tǒng)涉及到幾個子程序，整個設(shè)計會調(diào)用到很多個程序。在編寫程序時應(yīng)該考慮如何使每個子程序盡量簡潔且能夠梳理出主程序的架構(gòu)，在主程序調(diào)用相關(guān)子程序時能更節(jié)約反應(yīng)時間，同時整個系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)也比較簡潔，一目了然。任務(wù)的難點根據(jù)總體軟硬設(shè)計方案和控制系統(tǒng)方案的主要內(nèi)容進(jìn)行分析，設(shè)計中主要有以下難點：（1）由于每個單片機的引腳個數(shù)在出廠時就是設(shè)計好的，所以在單片機引腳個數(shù)有限的情況下如何最大限度的將單片機的功能進(jìn)行最大化使用？（2）如何提高GPS定位的精度？由于公交車在城市中運行，有很多高樓大廈和樹木對GPS信號進(jìn)行干擾和屏蔽，所以這是一個技術(shù)上存在的較大的一個問題。擬解決的方法對所提出的重難點進(jìn)行詳細(xì)的分析與思考，提出以下擬解決方案：（1）掌握CNKI、學(xué)校圖書館等文獻(xiàn)查找網(wǎng)址的運用方法，檢索大量與設(shè)計題目相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行閱覽，學(xué)習(xí)當(dāng)前相關(guān)技術(shù)的發(fā)展前沿，并通過對比分析有關(guān)前沿技術(shù)，找到能解決問題的最優(yōu)方案。在使用單片機時，可以使單片機的引腳實現(xiàn)多功能利用，或者在電路板焊接式時可以對單片機的布局進(jìn)行合理布置，最大限度發(fā)揮單片機的功能。此外，合理布線可以有效避免引腳接觸時可能會產(chǎn)生的問題，從而最大限度提高單片機的可用性。（2）為解決問題2，采用了兩種解決辦法：方法一：使用數(shù)學(xué)方法可以消除GPS數(shù)據(jù)的誤差，能夠使得GPS數(shù)據(jù)的誤差范圍縮小到1m左右。目前差分技術(shù)是在GPS使用過程中減小誤差普遍使用的一種數(shù)學(xué)方法，他能夠?qū)PS數(shù)據(jù)的偽距離進(jìn)行差分，然后使得GPS的數(shù)據(jù)誤差減小到僅僅由SA和電離層殘差引起的誤差。此外，還可以通過將全球定位系統(tǒng)與其他精度較高的定位系統(tǒng)進(jìn)行融合，結(jié)合使用彌補不足，從而降低單獨使用GPS時產(chǎn)生的誤差。方法二：在使用全球定位系統(tǒng)時，可以通過延長觀測衛(wèi)星的時間來提高全球定位系統(tǒng)的精度。觀測時間越長，能夠觀測到的衛(wèi)星數(shù)量就越多，或者說在觀測相同數(shù)量衛(wèi)星的情況下，觀測的時間越長，我們獲取到的觀測值就會越多，從而對于獲取位置的值就有更多的數(shù)據(jù)，從而提高定位精度。

總體方案設(shè)計方案的對比研究隨著中國現(xiàn)代化的進(jìn)程，人工智能時代已然到來。人工智能在社會智能化的發(fā)展進(jìn)程中將發(fā)揮著更重要的作用。公交車自動報站系統(tǒng)是智能公共交通管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。公交車自動報站系統(tǒng)主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：①單片機控制技術(shù)；②數(shù)字語音技術(shù)；③短距離無線通訊技術(shù)；④GPS技術(shù)等。通過前期對比國內(nèi)外研究技術(shù)，目前使用的語音報站技術(shù)各有優(yōu)缺點。方案一：基于RFID的自動報站系統(tǒng)，通過使用無線射頻技術(shù)來實現(xiàn)公交車自動報站系統(tǒng)的設(shè)計。使用無線射頻技術(shù)需要在公交車和公交站臺上分別安裝無線射頻發(fā)射器和無線射頻接收器，當(dāng)公交車行駛靠近站臺時，公交車上的無線射頻接收器接收到公交站臺上無線射頻發(fā)送器發(fā)送的信號，無線射頻處理平臺通過對公交車站臺上發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將含有當(dāng)前公交車站臺數(shù)據(jù)的信號傳送給單片機，單片機通過控制總線中的語音模塊來對當(dāng)前站名進(jìn)行播報，并提示下一站的站名。方案二：基于紅外感應(yīng)器的自動報站系統(tǒng)，通過使用紅外線來發(fā)射和接收編碼信號實現(xiàn)公交車自動報站功能。使用紅外線傳感技術(shù)，分別在公交車站臺和公交車上安裝一個紅外線編碼發(fā)送裝置和紅外線編碼接收裝置，公交站臺上的紅外線編碼發(fā)射裝置一直不停地往外面發(fā)射該站點的編碼信號，公交車在行駛過程中公交車上的紅外線編碼接收裝置一直開啟，當(dāng)公交車靠近站臺時，進(jìn)入到紅外線編碼的接收范圍內(nèi)，公交車上的紅外線編碼接收裝置接收到前方站臺的信號，通過編碼芯片對接收到的站臺信號進(jìn)行解碼，然后將解碼后的數(shù)據(jù)與存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，如果信號正確是當(dāng)前站點的信號，則對當(dāng)前站點進(jìn)行語音播報，如果數(shù)據(jù)比對有誤，則循環(huán)比對。經(jīng)過對信號的處理和識別來判別當(dāng)前站點，最終實現(xiàn)通過紅外線編碼信息控制報站器進(jìn)行報站REF_Ref18888\r\h[23]。方案三：基于ZigBee技術(shù)的自動報站系統(tǒng)。在公交線路復(fù)雜的城市，公交站臺數(shù)量較多，一個公交站臺有時可能會同時?？慷噍v公交車，每個站點的名字也可能會因為公交線路的不同會有不同的名稱。所以，在公交車行駛過程中公交車要不斷的識別當(dāng)前行駛到的位置，對公交車的行駛路線進(jìn)行實時追蹤，并且通過位撥碼開關(guān)對站址編碼信息進(jìn)行動態(tài)設(shè)置。方案四：基于GPS的語音報站系統(tǒng)，通過全球定位系統(tǒng)獲取當(dāng)前公交車行駛到達(dá)的經(jīng)緯度，然后將獲取到的經(jīng)緯度信息與存儲的經(jīng)緯度信息進(jìn)行比對，如果數(shù)據(jù)正確則進(jìn)行報站。通過使用全球定位系統(tǒng)，可以將公交車導(dǎo)航、定位和自動報站功能結(jié)合在一起，大大提高了公交車行駛過程中的使用效率和安全性能。表2.1公交車自動報站方案優(yōu)缺點序號方案優(yōu)點缺點一基于RFID的自動報站系統(tǒng)①信息匹配度高，報站語音與站點信息一致，即使公交線路改變也能準(zhǔn)確報站，避免乘客誤站REF_Ref18819\r\h[22]；②發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)可以形成一對多的關(guān)系，一個公交車可以匹配多個站點；③經(jīng)濟，抗干擾能力強，提高公交車服務(wù)質(zhì)量。①通用性不理想，如今無線通信技術(shù)越來越成熟，無線網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控已廣泛應(yīng)用；②基于單片機的GSM數(shù)據(jù)傳輸方案在遠(yuǎn)程遙測遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用已走向成熟；③RFID技術(shù)目前比較落后，新興的5G技術(shù)在智能化發(fā)展中占據(jù)著重要地位REF_Ref18959\r\h[25]。二基于紅外感應(yīng)器的自動報站系統(tǒng)①通用性強，每個站臺的編碼數(shù)據(jù)都是同一個地址數(shù)據(jù)；②系統(tǒng)檢修方便快捷。①抗干擾性能差，易受高溫、射頻輻射、高溫氣流影響；②被動紅外穿透能力差，紅外輻射易被遮擋；③穩(wěn)定性較低；三基于ZigBee技術(shù)的自動報站系統(tǒng)①性能強，性價比高；②可擴展性強，成本低；③適合大規(guī)模推廣使用；④通用性強，維護(hù)簡便。①成本高昂，ZigBee芯片及其他外圍器件和射頻器件成本貴；②通信穩(wěn)定性不強，衍射能力弱，信號差；③自組網(wǎng)耗費時間和資源。四基于GPS語音報站系統(tǒng)①算法技術(shù)成熟、安全性高、體積小、方便攜帶；②具有全天候，高精度、自動化、高效益、性能好、應(yīng)用廣等特點；③能準(zhǔn)確的采集多種數(shù)據(jù)（時間、經(jīng)緯度、速度、航向、海拔等等）REF_Ref18927\r\h[24]；④功能強、成本低、系統(tǒng)穩(wěn)定、無需人工介入、抗干擾能力強、存儲方便；⑤實用性很強，提高了公交系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量和安全性。①有技術(shù)依賴性，造價較高，不利于大規(guī)模推廣；②替代性差，其它定位技術(shù)和方法尚在研究；③有數(shù)據(jù)誤差，由于樹木、高樓的遮擋會導(dǎo)致有些路段接收GPS信號效果不佳。方案的對比結(jié)論通過以上對公交車自動報站系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的對比論證，F(xiàn)RID、紅外線感應(yīng)、ZigBee、GPS等技術(shù)均有一定局限性，不能完美的在社會中適應(yīng)于大中小城市的全面需求，因此探索一個普適性的公交車自動報站系統(tǒng)不僅對公共交通的智能化發(fā)展起了畫龍點睛的作用，而且對于提高衛(wèi)生城市和文明城市建設(shè)起到了促進(jìn)和導(dǎo)向作用?；贕PS的語音報站系統(tǒng)，集合了全球定位系統(tǒng)技術(shù)、語音播報技術(shù)、顯示提示技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，可以實現(xiàn)車輛的自動報站和自動定位，大大的減少交通安全事故的出現(xiàn)和極大的提高效率。因此本設(shè)計方案選擇基于GPS的語音報站系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)方案與主要部件選型設(shè)計本次設(shè)計的公交車自動報站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)就是對系統(tǒng)的元器件進(jìn)行選型，在滿足各個模塊功能的需求下，通過對比不同型號的元器件優(yōu)缺點和價格等因素，確定使用的元器件的型號。在選擇完元器件后就要對電子電路進(jìn)行設(shè)計，在電路設(shè)計時要合理布線，在正確布線的前提下使整個電路板的線路清晰、簡潔，元器件布局規(guī)則、合理。設(shè)計完原理圖、畫好PCB圖后，需要對腐蝕板進(jìn)行制作，并將電子元器件焊接在腐蝕板上形成完整的硬件系統(tǒng)。在完成硬件系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)上，還要對系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計，用來控制整個單片機和所有的模塊按照正常功能運行。在編程過程中，采用KEIL軟件用C語言來編寫程序，然后對編寫好的程序進(jìn)行測試，先檢測每個模塊的子程序是否能按照各個板塊的功能需求開展工作，然后測試主程序能不能按照程序結(jié)構(gòu)來調(diào)用子程序并使得整個程序簡潔、高效，最后將hex文件燒錄進(jìn)單片機。在單片機的選擇上，使用STC89C52單片機作為系統(tǒng)的控制核心，對信號檢測、信息顯示和信息播報進(jìn)行控制。STC89C52概述STC89C52單片機是一個微小電路集成系統(tǒng)，能夠通過自身對收集到的信號進(jìn)行處理，然后對系統(tǒng)和外圍部件進(jìn)行控制。但是因為他體積小，只有40條引腳，功能比較局限，所以能夠控制的單元和作用有限。但目前單片機已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了人工智能、航空航天、家用電器、工業(yè)制造等領(lǐng)域，發(fā)揮著越來越重要的作用。STC89C52單片機與51單片機相比較，STC89C52單片機擁有更大的存儲器，51單片機只有4K字節(jié)的內(nèi)存而STC89C52有8K字節(jié)。此外，使用STC89C52單片機在燒錄程序時只需要通過相應(yīng)的引腳，使用對應(yīng)的編譯器就可以將程序直接燒錄進(jìn)單片機。所以STC89C52單片機具有簡單、高效、性能高等特點，有較高適用性。STC89C52引腳STC89C52單片機有40條引腳，采用雙列直插式進(jìn)行封裝。單片機的引腳作為“連接中端”將單片機和外部元器件進(jìn)行連接，外部元器件通過引腳將信號傳輸給單片機，單片機將處理后的信號反饋給控制元器件進(jìn)行輸出，這樣單片機才可以和傳感器等外設(shè)部件進(jìn)行信息的交互。但是由于每個單片機的引腳個數(shù)在生產(chǎn)時就是固定的，所以在單片機引腳個數(shù)有限的情況下要通過采用多功能引腳來最大限度的使單片機的功能最大化使用。如圖3.2所示，是STC89C52單片機的封裝引腳圖。圖3.1STC89C52單片機引腳圖主電源引腳VCC引腳—40號引腳，輸入電源正極，輸入電壓為5V；VSS引腳—20號引腳，作為GND引腳，用于接地，連接電源負(fù)極。時鐘源XTAL1引腳—19號引腳，用來連接晶振的一端，如果連接的是外部震蕩的晶振，那么此引腳要接地。XTAL2引腳—18號引腳，連接晶振，當(dāng)連接的晶振位于外部時，XTAL2引腳需要接地。多功能I/O單片機一共具有32個I/O引腳，分成4組，分別是P0,P1,P2,P3口，分別具體不同功能的I/O口?？刂疲x通或復(fù)用EA/Vpp引腳—31號引腳。該引腳的作用是作為單片機的信號輸入輸出端口，可以連接外部或者單片機內(nèi)部的存儲器。但是僅僅在輸入低電平時才有效。本次設(shè)計是按鍵復(fù)位方式，復(fù)位通過當(dāng)按鍵按下時，上電復(fù)位；當(dāng)按鍵按壓下時，復(fù)位端通過和電阻、+5V電源項鏈來實現(xiàn)寬度的閥值電壓的方式來實現(xiàn)。STC89C52內(nèi)部原理STC89C52單片機內(nèi)部有4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、2個16位定時器/計數(shù)器、32個I/O口、64K總線擴展控制、2個串行輸入/輸出口等結(jié)構(gòu)，外部有振蕩器和定時電路。雖然STC89C52單片機體積很小，但是結(jié)構(gòu)卻很復(fù)雜，雖然只是一個微型處理器，但具備處理器所有基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)。STC89C52單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。圖3.2單片機內(nèi)部電路圖單片機的最小系統(tǒng)由振蕩電路、供電電源和單片機三部分組成。單片機晶振給單片機提供特殊的工作周期，讓單片機有序的工作，陶瓷電容濾波，排除干擾信號；P0口是八位高阻態(tài)，接上拉電阻，將電平鉗制在高電平，外接的并口能夠進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)傳輸。為了防止程序運行過程中出現(xiàn)卡死和跑灰，一般采用復(fù)位的方式來避免。復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式，我們在使用過程中采用上電復(fù)位方式，這種復(fù)位方式只需要電源導(dǎo)通后再關(guān)閉就可以直接實現(xiàn)復(fù)位，故使用一個10μF的電解電容和一個下拉電阻，在0.1s時完成一個復(fù)位操作。原理設(shè)計設(shè)計思路：系統(tǒng)采用5V、2A的直流電源進(jìn)行供電，在電源處設(shè)置自鎖開關(guān)控制電源的供給，原理樣機在使用過程中可以采用移動電源來進(jìn)行供電。單片機型號為STC89C52單片機，用來控制各個模塊。為了獲取準(zhǔn)確的時間，系統(tǒng)通過設(shè)置外部時鐘DS1302來進(jìn)行時間信號的獲取，DS1302獲取到時鐘信息后傳輸給單片機，通過LCD12864液晶顯示器來顯示當(dāng)前的時間信息和狀態(tài)，LCD12864芯片一端連接一個二極管和電容，當(dāng)斷電后可以單向?qū)▽崿F(xiàn)供電。按鍵有兩種電頻特性，即高電平和低電平，高電平松開低電平連接，按鍵還用來設(shè)置公交車站名的播報模式和設(shè)置站點的經(jīng)緯度信息，根據(jù)經(jīng)緯度進(jìn)行自動語音播報。語音播報使用WT588D模塊，使用過程中下載音頻文件生成地址發(fā)送給單片機然后控制WT588D進(jìn)行語音播報，當(dāng)公交車到達(dá)站點時對當(dāng)前站點和下一個站點的站名進(jìn)行播報，并播放溫馨提示。GPS通過串口通信基于9600的波特率來實現(xiàn)通信，串口RX和TX分別表示發(fā)送和接收，GPS獲取到經(jīng)緯度信息通過串口發(fā)送給單片機，單片機對接收到的信息進(jìn)行處理然后用液晶顯示當(dāng)前站點信息。圖3.3是設(shè)計的硬件電路原理圖。圖3.3電路原理圖按鍵控制電路按鍵是用來進(jìn)行設(shè)置相關(guān)信息參數(shù)的，設(shè)計的按鍵電路由5個微動開關(guān)通過并聯(lián)而成。按鍵有4個引腳，對角連接到單片機引腳或者GND，引腳1、2和3、4是內(nèi)部導(dǎo)通的，設(shè)計時只需要把1、2或者3、4連接到單片機或者GND，當(dāng)按鍵按下后輸出低電平，按鍵松開為高電平。按鍵由于在波動時存在誤差，需要在編寫函數(shù)時采用一個短暫的延時函數(shù)來提高精確性。按鍵能夠選擇自動模式和手動模式，并設(shè)置當(dāng)前經(jīng)緯度信息，在自動模式時根據(jù)識別經(jīng)緯度來進(jìn)行語音播報。圖3.4為按鍵實物圖，圖3.5為按鍵控制電路原理圖。圖3.4系統(tǒng)中使用的按鍵圖3.5按鍵控制電路原理時鐘電路時鐘模塊采用DS1302，DS1302是一款高性能、低功耗的實時時鐘芯片，可以顯示時間、日歷和星期等信息。芯片將時鐘信息傳輸給單片機，通過LCD12864顯示當(dāng)前信息。時鐘模塊附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，具有掉電保存的特性，當(dāng)我們給電路斷電的時候，電路可以通過二極管單向?qū)ㄊ箷r鐘正常供電并仍然行走。DS1302芯片中有12個寄存器，其中有7個寄存器與日期和時間有關(guān)系，其關(guān)系如表3.1所示。表3.1日歷、時鐘寄存器與控制字母表單片機和DS1302芯片在通訊時通過同步串行的方式來實現(xiàn)，由單片機向DS1302芯片中寫入一個命令幀。幀的格式如表3.2所示。表3.2DS1302內(nèi)部寄存器寄存器名稱命令字取值范圍各位內(nèi)容寫讀76543210秒寄存器80H81H00-59CH10SECSEC分寄存器82H83H010MINMIN時寄存器84H85H00-5912/240AHRHR日寄存器86H87H01-12或00-230010DATEDATE月寄存器88H89H01-1200010MMONTH星期寄存器8AH8BH01-0700000DAY年寄存器8CH8DH00-9910YEARYEAR圖3.6DS1302與單片機連接圖電源電路電源電路采用直流5V、2A供電，電源模塊包括一個3腳的連接外部電源的電源座子和一個6腳的電源自鎖開關(guān)組成。設(shè)計的電源電路如圖3.7所示：圖3.7電源電路圖LCD12864液晶顯示電路液晶顯示電路采用LCD12864液晶顯示器作為輸出，能夠顯示當(dāng)前的時間、星期和報站模式，對當(dāng)前所到站名進(jìn)行顯示并提前提醒乘客下一站的站名。LCD12864具有64行輸出，每行128個字符，能夠同時顯示8192個字符。圖3.8LCD12864芯片如圖3.9所示，是LCD12864液晶顯示器的引腳連接圖，其對應(yīng)的引腳功能如表3.3所示。圖3.9LCD1602液晶顯示引腳連接圖語音播報模塊電路語音播報模塊采用WT588D語音芯片。語音播報之前需要相應(yīng)的下載器來下載音頻文件，音頻文件生成地址，單片機調(diào)用當(dāng)前地址和下一站地址進(jìn)行組合，單片機發(fā)送指令語音模塊進(jìn)行播報。如圖3.10為語言芯片電路引腳圖，揚聲器用來進(jìn)行語音播報，P02是復(fù)位引腳也可以不接，只有P03口是數(shù)據(jù)引腳。圖3.10語音播報引腳表3.3LCD12864各引腳功能表3.4WT588D注意事項GPS電路GPS使用串口通信，使用9600波特率，將頻道設(shè)置在固定頻道完成通訊。當(dāng)GPS的TXD發(fā)送信號，單片機RXD接收信號，單片機處理信號后液晶顯示器顯示當(dāng)前信息。GPS定位技術(shù)具有高精度、高效率和低成本的優(yōu)點，使其在各類大地測量控制網(wǎng)的加強改造和建立以及在公路工程測量和大型構(gòu)造物的變形測量中得到了較為廣泛的應(yīng)用REF_Ref20119\r\h[26]。圖3.11GPS芯片當(dāng)GPS模塊接收到衛(wèi)星信號后，對信號進(jìn)行處理，然后通過串口將信號移植到STC89C52單片機對定位信息、時間進(jìn)行解碼，信息解碼后轉(zhuǎn)換成經(jīng)度信號和緯度信號發(fā)送到單片機，單片機將數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)絎T588D語音播報模塊和LCD12864液晶顯示模塊。如圖3.12所示為GPS引腳，管腳說明如表3.5所示。圖3.12GPS引腳表3.5GPS管腳說明工具軟件介紹AD（AltiumDesigner）是軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，是一個功能強大的PCB設(shè)計軟件，能使原理圖和PCB圖實現(xiàn)互通。在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境下，可以進(jìn)行前端設(shè)計與捕獲、物理PCB設(shè)計、混合信號電路仿真、信號完整性分析、PCB制造等方面的電子開發(fā)。此外，還能夠同時打開原理圖、PCB和outputjob文件，并顯示從完成的電路板生成的所有輸出，在電子設(shè)計和機械設(shè)計之間緊密配合，能方便地在兩者之間傳遞設(shè)計數(shù)據(jù)，使電路設(shè)計的質(zhì)量和效率大大提高。AD集成了現(xiàn)代設(shè)計數(shù)據(jù)管理功能的AltiumDesigner成為電子產(chǎn)品開發(fā)的完整解決方案REF_Ref19224\r\h[27]。PCB設(shè)計通常一個工程為一個PCB項目，一個工作組可以包含多個工程，一個工程可以包含多個原理圖和PCB。下面簡單介紹下設(shè)計PCB的流程：（1）新建封裝庫和與元件庫，在封裝庫和元件庫中新建元件封裝和元器件，將繪制原理圖所需元器件與元件封裝一一對應(yīng)；（2）新建工程組，在工程組中新建PCB工程，在PCB工程中添加原理圖文件；安裝前面設(shè)計的元件庫，從元件庫中取出元器件添加到原理圖中，進(jìn)行連線，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號等進(jìn)行原理圖設(shè)計，設(shè)計完成后編譯檢驗原理圖是否有錯誤，修改錯誤直到編譯無誤；（3）在PCB工程中添加PCB文件，保存，設(shè)置板框；隨后將原理圖導(dǎo)入到保存的PCB中，檢查元件，線段是否有缺少，接著設(shè)置設(shè)計規(guī)則；最后在PCB文件中對元件進(jìn)行布局，布線，鋪銅等PCB設(shè)計；（4）在布局的時候，一般是以一個功能模塊為單元，先擺置核心部件或者占位較大的部件，然后再放置其他器件。布線時首先要畫電源和GND，之后再連接其他的外圍器件；大電壓之間的線距離要設(shè)置的稍微大一點，保證系統(tǒng)安全可靠，同時在走線時注意折線的夾角，之后進(jìn)行鋪銅REF_Ref20164\r\h[28]。（5）PCB設(shè)計完成之后，進(jìn)行DRC（設(shè)計規(guī)則檢查）；DRC沒有錯誤，輸出生產(chǎn)文件進(jìn)行加工；導(dǎo)出BOM，采購元器件。圖3.13PCB圖控制系統(tǒng)軟件設(shè)計功能設(shè)計功能分析描述系統(tǒng)中主要有5種模塊，分為按鍵模塊、時鐘模塊、語音模塊、GPS模塊、顯示模塊，這五種模塊在系統(tǒng)中根據(jù)報站的需要承擔(dān)著不同的功能。在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計版塊，主要圍繞時鐘模塊、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)液晶顯示模塊時序圖，可以編寫出相應(yīng)的驅(qū)動程序。液晶顯示模塊讀寫資料時序圖如圖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串行連接時序圖（3）晶振延時函數(shù)：由于GPS芯片在對獲取到的經(jīng)緯度信息進(jìn)行比對時需要一段時間，所以通過編寫common程序，對晶振延時1ms。（4）DS1302時鐘模塊：表4.1DS1302功能分析GPS模塊：表4.2GPS模塊功能分析功能實現(xiàn)流程由于系統(tǒng)分成手動報站和自動報站兩種方式，故系統(tǒng)的主流程主要圍繞這兩個功能來編寫。首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后按下按鍵選擇啟用自動/手動模式，在手動模式下，按動一次按鍵，系統(tǒng)則根據(jù)儲存在語音芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行站點播報。當(dāng)選擇自動模式，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，然后到了站點對站點的經(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)行語音播報和站點信息顯示。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)，并對時間、日期、站點的經(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)需要時間，所以要增加一個延時函數(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，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，單片機對字符串進(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)站點的語音地址，語音地址里面已經(jīng)載入該站點的語音文件，故可以通過WT588D進(jìn)行語音播報。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，單片機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)計根據(jù)控制系統(tǒng)硬件選型，程序設(shè)計包含對多個模塊的控制，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。程序設(shè)計主要包括了主函數(shù)編寫和common延時程序、DS1302程序、GPS程序、urat串口通信程序、LCD12864程序的編寫。有關(guān)函數(shù)詳見附錄。樣機試制與調(diào)試樣機試制及調(diào)試在硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)分析完成后，按照設(shè)計的原理圖和PCB圖將各個模塊的元器件焊接在腐蝕板上，包括：按鍵模塊（5個按鍵并聯(lián)）、DS1302時鐘模塊、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)致在原理樣機在制作過程中出現(xiàn)了幾次電路焊接錯誤的情況。在電路板焊接完成后，將程序和語音燒錄進(jìn)單片機和語音芯片后，第一次使用原理樣機進(jìn)行報站，語音斷斷續(xù)續(xù)，且報站不連續(xù)，有誤報站等情況出現(xiàn)。隨后，更改方案，選擇用腐蝕板來制作原理樣機，重新采購元器件，并根據(jù)設(shè)計好的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。原理樣機實物圖如圖5.2-5.3所示。圖5.2腐蝕板原理樣機圖5.3樣機成品通電顯示樣機測試首先，連接直流電源，按下開關(guān)按鍵開機，對原理樣機進(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；第二行顯示時間，如14:20:22；第三行顯示手動模式或者自動模式，本站/下站；第四行顯示站名，如西南石油大學(xué)。五個按鍵分別對應(yīng)不同的功能，可以設(shè)置時間和日期，也可以錄入站點的經(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。樣機總共設(shè)置了八個站名，在每個站點均會顯示站名名稱并進(jìn)行語音播報，在終點站還會提醒乘客終點站到了，帶上隨身物品等溫馨提示語。在手動模式下，按動四號或者五號按鍵可以分別播報上一站或者下一站的站名。在自動模式下，經(jīng)過提前設(shè)置每個站點的經(jīng)緯度，八個站點均設(shè)置完成后，觀察GPS模塊綠燈亮起，說明GPS信號正常可以開始測試，當(dāng)挪動樣機到達(dá)設(shè)置好的站點的經(jīng)緯度時樣機自動播報站名。經(jīng)過所有功能測試，樣機的功能均正常實現(xiàn)，樣機滿足設(shè)計要求。在正常的天氣條件下，在戶外對基于GPS技術(shù)的公交車自動報站器進(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)樓等八個點位對自動報站器進(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，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)第一個站點“西南石油大學(xué)”站，按下按鍵3，系統(tǒng)自動獲取當(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，將八個站點的經(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，回到第一個站點進(jìn)行調(diào)試。在第一次調(diào)試過程中，從距離第一個站點“西南石油大學(xué)”站500m處調(diào)試好原理樣機，逐步靠近站點經(jīng)緯度信息采集點，在第一個站點在距離采集點接近15m的距離原理樣機就播報了當(dāng)前站點信息，并提示下一個站點站名。繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)在第二個站點進(jìn)行測試時，原理樣機播報了該站點信息，誤差有所縮小，在5m左右。依次完成了第一次八個點的全部測試，在最后一個站點，自動報站播報器播報：“終點站石油魂到了，請所有的乘客收拾好行李物品及時下車，感謝您乘坐本次公交車，祝您生活愉快”。第一次測試，原理樣機在所有點都進(jìn)行了報站，只是報站的距離誤差較大，需要進(jìn)一步調(diào)試。表5.1第一次現(xiàn)場測試表序號站點經(jīng)緯度是否成功播報誤差范圍備注5m3m1m1西南石油大學(xué)經(jīng)度：30d49m35s緯度：106d06m40s√15m播報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)場測試表序號站點經(jīng)緯度是否成功播報誤差范圍備注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，原理樣機能夠較為準(zhǔn)確的根據(jù)經(jīng)緯度信息對八個站點較為精確的報站，且誤差超過3/4在1m以內(nèi)。說明原理樣機試制成功，GPS報站精度較高，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)計過程中，各個模塊焊接完成后，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焊點沒焊牢等狀況，經(jīng)過萬能電用表檢測發(fā)現(xiàn)由于電源和地短路造成了液晶顯示器不亮。然后對有關(guān)電路進(jìn)行重新焊接，將電源和地的兩根線重新布局，排除了問題。但是液晶顯示屏亮度比較低，調(diào)節(jié)電位器，旋轉(zhuǎn)電位器螺母后液晶顯示屏變亮。當(dāng)重新通電，液晶顯示屏四行都沒有字符顯示，下載程序也沒辦法下載。通過檢查電路并除去其他元器件，只剩下單片機最小系統(tǒng)，仍然無法下載程序。最后，經(jīng)過詢問老師和同學(xué)，發(fā)現(xiàn)晶振兩邊的陶瓷電容是104pF，當(dāng)把電容換成22pF，可以下載程序，系統(tǒng)可以正常運行。

總結(jié)與展望工作總結(jié)本課題通過對公交車自動報站的方案進(jìn)行調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)如今公交車自動報站的技術(shù)相對于其他發(fā)達(dá)國家有著差距，存在報站不精確、錯報漏報，語音不清晰等問題，且我國在公交車自動報站的普及程度還比較低。再通過對近年來發(fā)展快速的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其諸多特點都符合公交車自動報站的控制系統(tǒng)，所以選用基于單片機的嵌入式控制為主要技術(shù)，通過對多種模塊進(jìn)行連接控制，接收信號，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化操作。報站方式采用具備高精度、高效率和低成本等優(yōu)點的GPS技術(shù)，實現(xiàn)公交車的準(zhǔn)確報站，同時選用WT588D語音模塊和LCD12864液晶顯示模塊較大程度彌補了語音不清晰和提示作用不突出的缺點，更好的從視覺和聽覺的角度滿足乘客的需求。最后通過對所有模塊的檢測，所有模塊均能正常工作，自動報站系統(tǒng)能按照設(shè)計方案實現(xiàn)相應(yīng)功能。滿足課題設(shè)計控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，播報精準(zhǔn)，低耗高效，普適性高的特點。對整個課題回顧來看，在設(shè)計過程中主要完成以下工作：（1）確定課題后便開始對課題相關(guān)設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行了學(xué)習(xí)。通過書籍學(xué)習(xí)到嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)知識，了解了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展過程，其組成、基本結(jié)構(gòu)和開發(fā)流程等。掌握了基本的一些控制模塊程序的編寫和使用。（2）開始正式設(shè)計課題內(nèi)容后學(xué)習(xí)了AD的使用，模塊硬件的選型。課題內(nèi)容是設(shè)計控制系統(tǒng)，所以需要自己設(shè)計開發(fā)控制板，通過學(xué)習(xí)AD軟件，了解了其十分強大的功能，設(shè)計過程中要考慮系統(tǒng)需要用到的一些基本的模塊，所以它們的型號、接口類型等信息就必須去了解、熟悉。（3）在開發(fā)控制板設(shè)計完成后就開始對各模塊的子程序進(jìn)行研究。通過對每個模塊具體的功能進(jìn)行分析，得到它的控制需求，選用模塊來進(jìn)行控制，編寫每個模塊的初始化和使用程序，方便在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)用，多采用參數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行代替，提高程序的移植性。（4）模塊程序設(shè)計完成后對其進(jìn)行檢測，判斷其可靠性。測試結(jié)果顯示基本模塊的初始化配置和使用函數(shù)的程序無誤，可以在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)用，完成對自動報站系統(tǒng)的控制。工作展望時代發(fā)展的腳步從未停歇，隨著人工智能時代的到來，對嵌入式產(chǎn)品的需求越來越多，人們對智能操作系統(tǒng)的要求也逐漸提高?，F(xiàn)如今許多設(shè)備和公共服務(wù)設(shè)施的自動化程度并不是太高，時常需要人為干預(yù)，無法做到真正的智能化操作。嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)在逐漸適應(yīng)并滿足用戶多元的需求，盡管在有些方面還不足，但人工智能技術(shù)在不斷進(jìn)步，人們也越來越接近智能化時代?？偨Y(jié)本次論文過程，在硬件設(shè)計選型等方面有著一定的完成度，選用可靠穩(wěn)定、性能突出、高效低廉的模塊實現(xiàn)相應(yīng)功能，但設(shè)計中還是存在著不少的問題：（1）技術(shù)的前沿性還不夠，時代發(fā)展是迅速的，此次的課題只能在未來很近的時間段內(nèi)能發(fā)揮較好的社會效益，新技術(shù)的出現(xiàn)必將替代落后的技術(shù)。（2）控制系統(tǒng)程序的編寫未能完善，編程能力不足。主要完成了基本模塊控制程序的編寫，沒有將各個模塊結(jié)合起來實現(xiàn)功能的流程。同時主程序在調(diào)用子程序時，程序還不夠簡潔。（3）對于電子系統(tǒng)方面的知識還比較欠缺，在后面的學(xué)習(xí)和工作中不能有畏難心理，應(yīng)踏實的走好每一步，打下堅實的基礎(chǔ)。（4）所設(shè)計的系統(tǒng)目前僅開展到了實驗室原理樣機研制階段，并沒有進(jìn)入社會進(jìn)行推廣使用，導(dǎo)致目前設(shè)計的系統(tǒng)的性能與社會上現(xiàn)存的公交車自動報站系統(tǒng)沒有進(jìn)行過使用度的對比，在后期還應(yīng)繼續(xù)加強推廣使用。

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