公交车自动报站器电路设计.pdf
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1、摘要摘要:本文提出了一种公交车自动报站电路的设计方案。所介绍的公交车自动报站器 可以让公交车到达站点时自动报告公交车所停站点的名称。相对于市面上的其它公交车报站器,该报站器具有全自动,体积小,成本低,容量大等优点。本文介绍的公交车自动报站系统采用无线发送接收头F05P/J04P和 编解码芯片SC2262/SC2272的配合使用,加上低功耗单片机2051控制语音模块的 工作,成功地减小了这个装置的体积,最终达到普通手机大小。由于装置内部采 用的都是市场上的普通器件,容易购买,因此成本大大降低。采用的语音模块是 深圳点创科技有限公司的产品miniC-A101FS,它支持的Flash容量是OM-10
2、24M,而 且支持SD卡,根本上解决了报站器容量的问题。关键字:公交车自动报站器单片机编码解码芯片无线发射接收芯片 mini-A101FS语音模块1Abstract:In this paper,a plan of the electronic voice guide device was introduced.The electronic voice guide device mentioned in this paper can be taken with the tourist when he is sightseeing,and it can automatically play in
3、every sceneries,so the tourists no need to operate it at all.Compared with the other voice guide device at the market,the design has many advantages,such as small volume,low cost,huge voice storage,etc.The guide system introduce in this paper adopt a technique of using F05P/J04P and SC2262/SC2272,co
4、operate with the single-chip 2051 in controlling voice module,successfully reduce this devices volume,finally its size can compare with a common mobile phone.Because of the parts of the device can be easily bought in the market,greatly reduce the cost.The voice module we adoptive is miniC-AlOlFS whi
5、ch produced by the Shenzhen Dian chuang technology Ltd.,the Flash capacitance it support is 0M-1024M,besides it can support SD card,radically settle the problem of the capacitance of our guide device.Key word:Electronic voice guide device Single-chip Code-decode chip2目录摘要.IAbstract.II第一章绪论.11课题研究的背景
6、及意义.11.2 报站器的动态发展趋势.11.3 设计的主要目标任务.21.4 论文的主要工作和时间安排.第二章总体设计.32.1 总体设计方案.2.2 单片机的选用.2.3 解码芯片的选用.2.4 编码芯片的选用.2.5 语音模块的介绍.2.6 发射模块部分.2.7 接收模块部分.3第一章绪论1.1 背景及意义随着大城市化步伐加快,人们对公交的服务更加迫切,同时公交事业建设既要 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。随着科学技术的发展,公交车载设备的发展,对公交企业来说 不仅是形象的提升,也是效益的增长,技术的革命。近年来单片机技术迅猛发展,
7、广泛应用于诸多领域。由于单片机具有可编程 性及优良的存储扩展性等许多优点,因此萌生了用单片机来实现公交车辆的自动 报站。为了实现城市公交车的自动报站,本次设计研究了一套低廉、高性能的,基于单片机的城市公交车自动报站系统。公交车自动报站器是相对于人工控制报站器而言的,目前对自动报站器的理 解,是指利用电子技术原理制造的各种报站设备系统,用于改变原有人工手动控 制方式和方法,称之为自动智能控制。这样就减少的公交车司机的负担.,传统的 公交车报站器需要公交车司机手动控制,这不但影响了公交车司机的正常驾驶,分散了驾驶员的注意力,加重了他工作的负担同时由于是人工控制就存在着差 错,可能会汽车进站没有报站
8、,导致乘客错过自己要下的车站,或是对一名新来 的公交车驾驶员不能准确记清楚站的名称以至报错站。为了是大家的生活更便捷,让公交车驾驶员的工作量能有效减轻,运用先进 的技术手段,将语音压缩技术、计算机技术、频率合成编码技术及调频广播发射 技术溶于一体,研制、开发了价格低廉、性能稳定、使用方便、适合国情的公交 车自动报站器,以FM广播的形式播放出去,使每俩公交车到站时都能收该站点的 报站,让每位乘客能准确知道自己的位置。41.2 国内外现状及发展趋势现今社会,公交事业关乎到大多数城市居民的出行,可公交车上的报站系统 依然无法满足大家对其的要求。通过在各个车站收集公交司机及各个年龄阶段的 乘客对报站系
9、统的看法,可以对现在公交车上普遍使用的人工按键报站总结出以 下三个弊端:(1)报站不准确:由于司机在操作报站系统时经常会按错键或忘 记按键,而且在调整系统时会连续报出儿个站点,让不熟悉路线站点的乘客不知 所措。(2)安全隐患:每次报站时都需要由驾驶员对报站器进行操作,而在车辆起 动与进站时,往往是路面情况最复杂的时候,驾驶员既要对行驶中的汽车进行起 动或制动等操作,同时还要兼顾报站系统的操作,给行驶中的车辆带来一定的安 全隐患。目前,我国一些大中城市的公交车报站主要有三种方式,人工控制,一般报 站人员都是当地人,用方言进行报站,这给外地的乘客带来了很大的不便,这种 报站方式逐渐被其他方式取代;
10、半自动报站,这种报站方式一般是司机控制的,比前一种有较大的改进,但是又是由于司机疏忽,也会出现错报、误报的现象,同时,由于需要司机参与,也有一定的安全隐患;自动报站,这种报站方式实现 了智能化,无需司机参与,系统自动识别车站,比较准确现在研究这种方式的比 较多。虽然国内外都在研究公交车自动报站系统,但他们实现的技术手段是不一样 的,现在已经有些大城市的某些公交车上已经采用GPS定位系统自动报站、但其 昂贵的成本,难以实现普及,特别是一些中小城市难以负担。还有的设计主要是 对公交车车轮轴的转角脉冲进行计数,将计数值与预置值进行比较,即可确定报 站时刻,达到准确自动的目的。以上这些技术都是基于单片
11、机的公交车自动报站 系统解决的,所以对于这个系统的开发是有其必要性的。1.3 设计的主要目标任务本设计的主要目标任务,把单片机技术和电子技术相结合,用集成发射/接收、编码/解码模块对公交车自动报站电路进行设计和实验。要求学生了解方案后,对 各单元电路,单片机软,硬件等进行设计。根据毕业设计所做工作写出毕业设计 论文。1.4 论文的主要工作和时间安排在完成论文的这几个月以来,为了避免自己在平时的工作生活中浪费精力我 为自己制定了一套工作计划,这也是我在完成论文的这段时间来总结出来的一条 宝贵经验,让我在今后的工作学习里获益匪浅。我的工作计划如下:3初至4月中旬 完成课程设计并查找毕业设计的相关资
12、料,为今后的工作打下基础4月中旬至5月中旬 开始进行毕业设计的进一步研究与实际调查,完成基本 的编程,初步完成论文的初稿5月中旬至6月初 完成一篇科技论文的翻译工作,并与导师进行进一步的沟 通,解决论文中的问题6月初至论文截稿 完成论文定稿,装订2第二章总体设计2.1 总体设计方案站器发展有个过程,最开始的时候是一种半自动化的系统,它的功能是把车 站信息以语音文件格式存储在报站器里,一般通过司机手动键盘直接按键播放,很不方便。发展到现在有一些全自动化的智能自动报站设备,它一般是在站点安 放无线发射模块,这些发射模块可以控制工作范围,这样在各个站就有不同的编 码信号。公交车到达某一站点后,公交车
13、上的自动报站器就能接受站点发出的编 码信号,然后解码并把解码后的信号传给单片机处理,单片机作为控制中心控制 语音播放即可。本文介绍了这一全智能化公交车自动报站设备的设计,采用了 miniC-A101FS和单片机AT89c2051配合使用。当前市场上公交车自动报站器有以下缺陷:L成本高2.体积大3.语音存储容 量小。本文介绍的设备利用无线发送接收头F05P/J04P,编解码芯片SC2262/SC2272 的配合使用,低功耗单片机AT89c2051控制语音模块的工作,成功的减小了体积,大约是普通手机大小。降低了成本,由于采用得都是市场上的普通器件,成本大 大降低。采用的语音模块是深圳点创科技有限公
14、司的产品miniC-AlOlFS,他支持的 Flash容量是0M-1024M,而且支持SD卡,根本上解决了导游机容量的问题。硬件电路原理框图3第二章总体设计2.2 选用的单片机简介选用的单片机是AT89C20511.主要性能参数:MCS 51产品指令系统完全兼容,2k字节可重擦写闪速存储器,1000次擦写周期 2.7V6V的工作电压范围 全静态操作:0Hz-24MHZ 两级加密程序存储器 128X8字节内部RAM 15个可编程I/O 口线 两个16位定时/计数器 6个中断源 可编程串行UART通道2.功能特性概述AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS 8位单片机,片
15、 内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机 存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生 产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单 元,功能强大AT89c2051单片机可提供许多高性价比的应用场合。AT89C2051提供以下标准功能:2k字节Flash闪速存储器,128字节内部 RAM,15个I/0 口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,内置一个精密比较器,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C2051可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软
16、件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统 继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件 工作直到下一个硬件复位。4第二章总体设计3.引脚结构介绍引脚结构RST/VPP 匚(RXD)P3.0 (TXD)P3.1 匚XTAL2C XTAL1C(INTO)P3.2 匚(INTT)P3.3 匚(TO)P3.4 匚(T1)P3.5C GNDC1202193184175166157148139121011 VCC P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1(AIN1)P1.0(AINO)P3.7图
17、2.1 AT89C2051引脚图4.方框图5第二章总体设计图2.2 2051内部方框图5.引脚说明5.1 VCC:电源电压5.2 GND:地5.3 Pl U:P1 口是一组8位双向I/O 口,P1.2P1.7提供内部上拉电阻,P1.0 和P1.1内部无上拉电阻,主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端(AIN0)和反相输入端(AIN1),如果需要应在外部接上拉电阻。P1 口输出缓 冲器可吸收201nA电流并可直接驱动LED。当P1 口引脚写入“1”时可作输入端,当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而输出 电流。P1 口还在Flash闪速编程及程序校验时接收
18、代码数据。4.4 P3 口:P3 口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O 口。P3.6没有引出,它作为一个通用I/O 口但不可访问,但可作为固定输入片内比较 器的输出信号,P3 口缓冲器可吸收20mA电流。当P3 口写入“1”时,它们被内 部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时,被外部拉低的P3 口将用上拉电 阻输出电流。P3 口还用于实现AT89c2051特殊的功能,如下表所示:表 2.1 2051 P3 口功能口引脚功能特性P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4T0(定时/计数器
19、。外部输入)P3.5T1(定时/计数器1外部输入)P3 口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。5.5 RST:复位输入。RST引脚一旦变成两个机器周期以上高电平,所有的I/O 口 都将复位到“1”(高电平)状态,当振荡器正在工作时,持续两个机器周期以 上的高电平便可完成复位,每个机器周期为12个振荡时钟周期。6第二章总体设计5.6 XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。5.7 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。6振荡器特征:XTAL1、XTAL2分别为片内振荡器的反相放大器的输入和输出端。可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器,如需从外部输入时钟
20、驱动 AT89c2051,时钟信号从XTAL1输入,XTAL2应悬空。由于输入到内部电路是 经过一个2分频触发器,所以输入的外部时钟信号无需特殊要求,但它必须符 合电平的最大和最小值及时序规范。7特殊功能寄存器:片内特殊功能寄存器(SFR)空间存储区的映像图如下表所示。并非存储区中所有的地址单元都被占用,未占用的地址单元亦不能使用,如 果对其进行读访问一般返回为随机数,写访问也不确定。这些单元是为了以后利用这些未使用的地址单元扩展新功能而设置,所以用 户软件不要对它们写“1”,在这种情况下,新位的复位或不激活值总为“0”。0F8HOFOH0E8HOEOH0D8HODOHOC8HOCOHOB8H
21、OBOH0A8HOAOH98H9OH88H80HOFFH0F7HOEFH0E7HODFH0D7HOCFH0C7HOBFH0B7HOAFH0A7H9FH97H8FH87HB 00000000ACC 00000000PSW 00000000IP XXXOOOOOP3 11111111IE OXXOOOOOSCON 00000000SBUF XXXXXXXXP1 11111111TCON 00000000TMOD 00000000TLO 00000000TL1 00000000THO 00000000TH1 00000000SP 00000111DPL 00000000DPH 00000000PCO
22、N oxxxoooo7第二章总体设计图2.3 AT89C2051片内特殊功能寄存器(SFR)空间存储区的映像图8某些指令的约束条件AT89C2051是经济型低价位的微控制器,它含有2k字节的Flash闪速程序 存储器,指令系统与MCS 51完全兼容,可使用MCS 51指令系统对其进行编 程。但是在使用某些有关指令进行编程时,程序员须注意一些事项。和跳转或分 支有关的指令有一定的空间约束,使目的地址能安全落在AT89C2051的2k字节 的物理程序存储器空间内,程序员必须注意这一点。对于2k字节存储器的 AT89C2051来说,LJMP 7E0H是一条有效指令,而LJMP 900H则为无效指令。
23、8.1 分支指令对于 LCALL、LJMP、ACALL、AJMP、SJMP、JMP A+DPTR 等指令,只要 程序员记住这些分支指令的目的地址在程序存储器大小的物理范围内(AT89C2051 程序地址空间为:000H 7FFH单元),这些无条件分支指令就会正确执行,超出 物理空间的限制会出现不可预知的程序出错。CJNE.、DJNZ.、JB、JNB、JC、JNC、JBC、JZ、JNZ等这些条件转移指令的使用与上述原则一样,同样,超出物理空间的限制也会引起不可预知的程序出错。至于中断的使用,80C51 系列硬件结构中己保留标准中断服务子程序的地址。8.2 与MOVX相关的指令,数据存储器AT89
24、C2051包含128字节内部数据存储器,这样,AT89C2051的堆栈深度局 限于内部RAM的128字节范围内,它既不支持外部数据存储器的访问,也不支持 外部程序存储器的执行,因此程序中不应有MOVX:指令。一般的80c51汇 编器即使在违反上述指令约束而写入指令时仍对指令进行汇编,用户应了解正在 使用的AT89C2051微控制器的存储器物理空间和约束范围,适当地调整所使用的 指令寻址范围以适应AT89c2051。9 程序存储器的加密:AT89C2051可使用对芯片上的两个加密位进行编程(P)或不编程(U)来 得到如下表所示的功能:8第二章总体设计注:加密位只能用片擦除操作进行擦除程序加密位L
25、B1 LB2保护功能1UU无程序加密功能2PU禁止进一步进行Flash闪速编程3PP同方式2,同时禁止校验10 空闲模式:在空闲模式下,CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态,这种 方式由软件产生。此时,片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲 模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终I上oP1.0和P1.1在不使用外部上拉电阻的情况下应设置为“0”,或者在使用 上拉电阻的情况下设置为“1”。应注意的是:在用硬件复位终止空闲模式时,AT89C2051通常从程序停止一 直到内部复位获得控制之前的两个机器周期处恢复程序执行。在这种情况下片内 硬件禁止对内部RAM的读写,但允许对端
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