毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目: 基于51单片机的电子 报站系统设计 院 系 名 称: 电气与信息工程学院 专 业 班 级: 自动化08-1班 * * * *: *** 导 师 姓 名: 谢忠玉 开 题 时 间: 2012年3月28日
指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日
1. 课题研究的目的和意义
目的：现今社会，公交事业关乎到大多数城市居民的出行，但公交车上的传统的人工按键报站依然无法满足大家对其的要求。主要表现为：(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几个站点，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。
公交车自动报站器的设计主要是为了弥补传统人工语音报站的落后方式，使进站、出站及服务用语的信息实现自动播报，为市民提供更人性化，更完善的服务，以减少各种可能产生不必要的交通流量，提高公交的运作效率[1]。
意义：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。而对我么应届毕业生而言，通过设计可以使我们初步掌握单片机的工作原理和使用方法。
2. 文献综述
早在2004年3月国家建设部就发布《关于优先发展城市公共交通的意见》，要求把公交交通专用道路系统建设作为近期建设重点，通过设置并划定公共交通专用道路、优先单向、逆向专用 线路等措施，保证公共交通车辆对道路的专用或优先使用权。2008年政府出台大规模的扩建和完善国内基础交通设施政策。势必给城市公交优先项目的发展带来一定机遇。
随着城市化进程的加快，公共交通作为城市的基础设施之一，仍然是绝大多数出行者的首选交通方式。为使得人们特别是为外来旅游、出差、就医、求职等急需了解本地的公交路线的人提供高效、方便、快捷的公交系统，让他们得到自己所需要的各种相关信息，在计算机还未普及之前，公交车报站管理都是由工作
人员人工报站的方式来操作的。随着社会的进步和计算机科学的迅速发展，便有了公交车自动报站系统的出现。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。
公共汽车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。作为公共汽车还要求有醒目和减少乘务人员劳动强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普及。随着科学技术的日益发展和进步, 无人售票公交车在街头多起来了，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。
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。目前公交车报站有三种方式，一种是利用GPS全球卫星定位系统的公交车报站系统，在司机座位后面隔板上，安装了一台15英寸的液晶电视和GPS信号接收器，安装了这套设备后，公交车在语音报站的同时，通过液晶电视还可以显示到站站名的字幕，这样如果没听清报站的话，通过显示屏，乘客也可以一目了然。当出现紧急情况时，调度中心将会给公交车发出相应的信息，以短信的形式传送到显示屏上，同时车载台会发出相应的提示音；驾驶员也可以通过相应的工具进行回复[2]。目前在美国部分城市GPS卫星定位系统已经投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受。另外两种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，加大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[3]。
近年来，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术与各种语音芯片相结合，即可完成语音的合成技术，使得汽车报站器的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车报站系统的不足之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，一种由单片机控制的公交车自动报站系统便应运而生[4]。
RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。 RFID是2005年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，而 中间 件（Middleware）可称为是RFID运作的中枢，因为
它可以加速关键应用的问世。RFID产业潜力无穷，应用的范围遍及制造、物流、医疗、运输、零售、国防等等。Gartner Group认为，RFID是2005年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，然而其成功之关键除了标签（Tag）的价格、天线的设计、波段的标准化、设备的认证之外，最重要的是要有关键的应用软件（Killer Application），才能迅速推广。而 中间 件（Middleware）可称为是RFID运作的中枢，因为它可以加速关键应用的问世。将此技术运用到公交车自动报站系统中时为最佳。
将语音的合成技术与无线射频技术结合是本设计精确报站的关键所在。 城市公共交通是市民出行的主要交通工具之一。提供舒适，安全、便捷的乘车环境，对于公交企业来说，不仅是应尽的责任，亦是不断追求的目标[5]。我国相当数量的中小城市的机动车保有量都已经达到几乎饱和的大力发展城市公交已经成为城市管理者解决城市拥堵的主要措施。给乘坐公交车出行人们提供舒适便捷的服务已经成为公交系统的主要任务，电子报站系统可行实用，且性价比高，这种基于单片机的自动报站系统符合我国目前公交行业的发展现状。具有很大的使用价值和应用前景，具有一定的现实意义。
3.基本内容和预期达到的目标
(1)基于单片机和语音芯片建立电子报站系统；
(2)通过按键实现外部语音信息的输入与存储； (3)通过外部按键可以选择需要播放的语音片段； (4)通过定时器实现存储语音信息的自动播放； (5)利用LCD数码管同步显示到站序号。
本课题要设计一公交车自动报站系统，以实现公交车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及服务用语，同时利用LCD液晶显示。
4. 整体方案
（1）方案一
射频收发电路是整个设计一大亮点，实现车载部分与电子站牌之间数据的双向数据通信，以达到准确识别信号的目的。以AT89C51为主控芯片，结合语音芯片ISD1700输出语音。系统由信号检测、CPU控制、键盘、语音芯片、输出显示等组成，原理框图如图1所示。
语音芯片放音电路键盘输出显示CPU控制信号检测
图1 原理框图
①信号检测：利用射频技术（RFID）进行数据识别，进而向CPU输入信号。 ②CPU控制：程序中将检测值与预置值进行比较，判断是否到站，当快到站时就输出信号控制语音芯片进行报站。
③键盘：用于手动控制、手动调整、预置值的输入等。
④语言芯片：由专用语音芯片ISD1700组成，可擦写，便于在不同公交线上使用。
⑤输出显示：LCD液晶显示器。
⑥预置存储：采用两种方式存储，一种是在烧写器上将数据写入，另一种是在车上，单片机处于输入状态，车辆行驶一遍，将站与站之间的脉冲数写入片内。 （2）方案二
8031单片机作为CPU来进行总体控制，当汽车到达某站时，汽车司机通过键盘来控制本系统进行工作，并且，系统将使用状态指示电路，向司机指示出当前的行驶方向及站号（如与实际方向不符，司机可通过键盘来调整）。原理图框图如图2所示：
语音合成电路8031小系统LED状态显示电路 语音输入输出电路键盘状态指示电路
图2 原理框图
本系统使用8031作为CPU，由CPU来控制语音合成芯片TC8830AF，使其
工作在CPU控制模式下。当系统进行语音再生时，由CPU控制语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提示。CPU同时通过程序读取汉字信息，送入LED点阵显示电路来进行汉字提示。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音输入电路输入给语音合成电路中的语音合成芯片，由语音合成芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而建立语音库。 （3）方案选择
将方案一与方案二进行比较，方案二是采用8031单片机控制，通过键盘来控制报站时刻，并不完全符合设计的要求，它仍然需要操作员员手动控制，所以本课题决定选用方案一，它使用AT89C51作为主控制芯片，利用无线收发射频装置检测信号，完全无需人工介入，选用的语音芯片是美国ISD公司的ISD1700，该芯片与其它同类语音芯片相比较，性价比较高。
5. 技术路线或者研究方法
公交车报站系统主要由四个部分组成，即主控电路、射频收发电路、语音电路以及LCD液晶显示电路。
射频收发电路相当于一个传感器系统进行信号检测，传达信号传达给主控电路，主控电路将控制信号发给语音电路以及LCD液晶显示电路进行语音报站和数码显示。
(1)主控电路：使用AT89C51作为主控制芯片，通过对里程的计数来控制报站时刻，完全无需人工介入[6]。AT89C单片机的结构主要由下面几个部分组成：1个8位CPU、片内Flash存储器、片内RAM、4个8位的双向可寻址I/O口、1个全双工UART的串行接口、2个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路[7]。在AT89C单片机结构中，最显著的特点是内部含有Flash存储器，而在其他方面的结构，则和Inter公司的8051的结构没有太大的区别[8]。
(2)射频收发电路：射频收发电路包括天线，收发芯片和外围副主电路。通过车载部分和站牌之间的双向数据传输，以实现信号检测的目的。该系统选用Nordic公司推出的单片射频收发芯片nRF905。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
(3)语音电路：美国ISD（Information Storsge Devices）公司是专业研制和生
产先进的半导体语音芯片的著名厂家和领导者，在各类芯片中，ISD公司的芯片目前算是比较流行，性价比较高的一款产品。ISD1700,该系列芯片有不同的录音时间，及采样频率供你选择。所谓的采样频率其实就是音质，采样频率越高则单位时间内采集的数据越多，播放时音质显然越好，当然要求的存贮空间就越大，因此同个芯片，采样越高，录音时间就越短[10]。
ISD1700系列支持两中工作模式：按键模式与SPI模式。所谓按键模式，其实就跟普通录放机工作一样，通过按键来操作[11]。它支持录音、放音、删除、快进、音量控制等按键[12]。另一种工作模式其实就是用控制器，如单片机等，对ISD1700芯片进行完全的控制[13]，最常见的就是公交地铁的报站系统。
(4)LCD 液晶显示电路：LCD液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，通过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。
液晶本身不发光的，只能产生颜色变化，需要背光制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。
液晶本身不发光的，只能产生颜色变化，需要背光源才能看到显示的内容
[14]
。LCD相对于LED，既能完成设计要求又有较高的性价比，因此被优先选用。
6. 进度安排
(1)1~2周，准备开题报告；
(2)3~5周, 设计方案论证，绘制电路原理图； (3)6~11周，软件编程及功能模块调试；
(4)12~14周，撰写毕业设计初稿并交指导老师审阅； (5)15周，完善毕业设计；
(6)16周，上交毕业设计及相关文件，制作电子讲稿并准备答辩； (7)17周，毕业设计答辩。
参考文献
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[2] 章乐多, 兰琴.基于GPS信号的公交车自动报站研究[J].内将科技, 2011，4(6): 120-121.
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[4] 付丽辉. 汽车自动报站器的设计[J]. 世界电子元器件, 2003, (3): 70-71. [5] 王峰. 基于单片机的公交车自动报站器[OL]. www.automationit.cn, 2004. [6] 吕宁. 单片机智能语音提醒报站系统[J]. 电子技术, 2009, (3): 40-41.
[7] 刘强,贾鸿莉. 基于单片机的公交车自动报站器设计[J]. 中国科技信息, 2011, (9): 52-54.
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[14]陈芝. LED与CCFL两种背光源产业前景比较[J]. 今日科苑, 2011, (6): 81-82.
指导教师评语： 指导教师签字： 时间： 年 月 日
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