基于单片机的公交车自动报站系统设计.docx

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1、基于单片机的公交车自动报站系统设计摘要在本论文中设计了可以实现公交车自动报站的系统，它拥有语音自动广播同时能够实时显示到站信息。在整个设计里，能够解决目前存在的旧公交系统中一些运行风险，同时也减少了司机的工作负担，在本设计中针对性的提高了运行过程中的抗干扰性的同时优化了距离算法能够更好的与公交车的外围设备进行交互。本设计再开始之初提前调研了社会上公交车报站存在的相关短板，以及国内外的相关发展现状，根据最后实际的调研结果分析并设计了此次设计的整体思路。主要是：音频的收集和功放、定位模组、控制模组、储存模组和外设五个主要组成。在本文中设计了整个系统中需要用到的相关软硬件并且得到了实现。其中包含：音

2、频的收集和功放、音频的编解、通信接口及能够实现报站的相关软件等。音频的收集和功放主要是通过对于AD/DA的调用和音频采集速度，最后设定相关的缓存得以实现。音频的编解则是通过针对语音的开源免费的音频压缩格式进行解压和调用并将数据进行储存。通信接口及能够实现报站的相关软件是通过SPI、RS485进行通信，再通过位置定位、处理后进行自动运行的软件。最终针对于此次设计进行了相关的实际测试，针对于测试线路进行了往返测试，得到了相关的系统适用性的分析。关键词：定位；实时报站；公共交通；音频编解；音频收集第一章绪论11.1 研究的背景以及意义11.2 国内外研究现状11.3 研究的主要内容21.4 论文主要

3、内容2第二章自动报站系统设计方案32.1 设计思路与目的32.2 系统设计方案32.3 车辆定位功能42.4 音频的采集与功放42.5 报站信息的存储与显示42.6 车载外围设备通信协议52.7 本章小结5第三章自动报站系统硬件设计63.1 系统硬件设计概述63.2 系统主控设计63.3 公交车定位模块83.4 音频采集模块83.5 系统主板语音播放与信息显示93.5.1 音频输出电路93.5.2 显示模块103.6 车辆音频功放与文字显示103.7 存储模块113.8 按键电路113.9 电源电路123.10 本章小结13第四章公交报站系统软件设计144.1 软件设计阐述144.2 模块初始

4、化154.3 自动播报站点信息154.3.1 SPeeX简介164.3.2 SD卡存储164.3.3 语音解码184.3.4 车载外设通信194.3.5 GPS数据读取与处理224.3.6 距离算法234.4 本章小结24第五章公交报站系统测试与数据分析255.1 站点位置信息录入255.2 数据分析265.2.1 预报站实际距离275.2.2 到站实际距离295.2.3 速度对报站的影响305.3 本章小结31第六章总结与展望326.1 总结326.2 展望32参考文献34致谢鹘!未定义书签。第一章绪论在近些年中，城市的发展也带动了经济的高速发展，但与此同时我们也面临着更加严重的出行时交通堵

5、塞的问题。因而，急需成立一个顺应时代更加完善、便利且成本低廉的公共交通方案。从前公共交通所使用的人工报站的方式会分散司机开车的精力，造成危险驾驶的风险直线上升。最近几年随着科学技术的飞速发展，公共交通也迎来了新的模式发展，而自动运行的报站系统更是主要的科研方向。1.1 研究的背景以及意义公共交通是目前缓解出行交通问题的最有效方式之一，它拥有着诸多优点，一直得到着国家和人们的认同，是国家的重点与民生相关项目和基础设施，同时也是大多数居民所选择的方式。但是随着发展，因为无人售票的方式取代了从前售票员的方式，报站工作也就此转移到了司机身上，在此过程中，司机在报站时分散了行驶的专注程度，造成了安全驾驶

6、的风险但在实，发生交通意外地事故率也因此提高。所以，如何进行改善提高目前有较高风险的传统方式，将现代科技运用到自动报站中具有较高的科研价值。1.2 国内外研究现状在发达国家，因为早已经历过因为汽车保有量带来的后续问题，在经历漫长的改善后，公共交通整个系统变得比较完善，已经开始转向为乘客服务全自动化阶段，包括了自动报站，协助残障人士的脚踏板等等。尤其在美国对于公交车的看重，已经将车辆的设计归进法律,使智能化的设计能够加速公共交通安全发展。但在目前国内公共交通仍在逐步发展的过程中，大部分城的公共交通多为政府补贴，并不实现盈利，所以在改善的过程中经费也成为了延缓发展的原因之一,在一些发展缓慢的区域仍

7、在使用较为落后的公交系统，而部分较为发达的城市，智能化的公交已经开始逐步投放。1-3研究的主要内容本设计实现了公共交通的自动报站系统，使用单片机实现音频的收集和功放以及自动报站的实现。主要方向分为以下几个方面：(1)实现整个系统对于自动报站的技术需求。(2)梳理大体思路，得出为实现功能所需要的设计。(3)通过设计的思路得出所需硬件。(4)通过设计进行编程以便于利用软件逻辑能实现定位功能、音频功能。(5)进行整体软硬件的总装测试，记录各个模块的运行数据。1.4论文主要内容本设计主要是为了针对目前公共交通的需求实现自动报站。主要针对于智能化、低廉、安全、使用进行设计，选择出最适合公共交通现状的软硬

8、件模块。本文的主要内容为：第一章：介绍了本设计的研究现状、意义和对于实际应用的帮助。第二章：主要建立起了本设计的主要思路，将设计中采用的模块介绍解读，说明了选择的原因。第三章：设计整体的硬件架构路线构,表述原理和功能以及串口的通讯方式,设立了音频的收集和功放、定位模组、控制模组、储存模组和外设五个主要组成。第四章：主要表述了软件方面的框架和设计如何实现相应的需求。通过SP1RS485进行通信，再通过位置定位、数据经过处理之后自主运行。第五章：针对于设计进行实际测试，获得测试过程中的相关数据，将数据进行解读。第六章：对显现出的不足进行优化和改进的相关思考。第二章自动报站系统设计方案本设计主要是避

9、免司机在行驶时分散精力，实现到站的自动播报。主要原理为通过车上的主控制端对车辆的实时数据接收和分析得出所在位置信息进行播报。本章主要阐述了设计的整体思路、关键部分和组成。2.1 设计思路与目的本设计主要是为了取代旧模式下的人工报站，使司机工作量减轻，提高运营过程中车辆行驶的安全系数。方案为当公交车即将到站，位置信息将能够定位相应站点，同时通过视频和音频与乘客进行反馈。针对于以上需求，进行了以下设计：定位模组：需要在车辆到达站点附近时，系统得到精准输入，进而输出到站信号。音频模组：利用车载功放，传出到站信号。音频录制：提前录制需要播放的音频，当信号触发则播放相应音频。显示功能：通过车载的显示屏，

10、通过文字重复显示到站信息。2.2 系统设计方案主要为：音频的收集和功放、定位模组、控制模组、储存模组和外设。通过定位模组收集实时的位置信息，输入给主控制端进行数据处理，转化为语音数据播放；显示模组显示文字到站信息；存储模组主要为提前存入的播报以及位置信息；车载外设主要为功放和显示屏。主要框架如图2-1所示。图2-1系统总体框架图主控制芯片是整个设计中最重要的部分，从才能让各个模组联合成为一体协同工作实现系统功能。同时还要兼具调试功能，对各个模组的配合进行调试更加贴合需求功能。定位模组同样为重要的组成部分，该模组用于获取公交车目前的相关位置数据，用于主控制芯片的数据输入。音频采集模组主要用于预先

11、录制报站音频或实时通知。音频播报模组主要用于实现到站信息的播报。显示模组用于调试功能以及文字显示到站信息。车载的外设部分包括了功放、显示屏。显示车辆信息、到站信息、路线信息等等。存储模组储存预先录制好的语音播报以及各种需要显示的文字。2.3 车辆定位功能关于本设计功能的实现，需要主控系统识别公交车辆到站信息。所以此时著控制系统需要有能力判断车辆的位置信息。因此，本设计采用GPS模组作为采集位置信息的方式，同时具有：操作简便、成本低廉、位置信息精度高等优点。2.4 音频的采集与功放音频采集和功放模组主要用于预先录制报站音频或实时通知和播报。因此整个系统的主机和从机需要相互通信并得到控制。本设计中

12、运用了模拟放大电路可以进行调试和功放两种情况。考虑到成本和实际使用是的复杂程度才整个模块中选用了MCP601运算放大器，其具有运行效率高、功耗低、输出高等优点同时拥有较宽的带宽能够兼容A/D转换器的驱动放大器。音频的功放选择了体积较小的TS4871音频放大器,较为适合前期调试工作。2.5 报站信息的存储与显示报站信息的显示和缓存是整个设计中的重要一环。在系统中需要预先储存站点文字信息和报站录音音频，同时，因为公共交通线路繁多，也需要将整个线路地图进行保存，所以在设计中采用了SD储存卡。显示系统也是为了显示控制信息和站点的文字信息，所以同样不可或缺，采用了1ED显示屏。2.6 车载外围设备通信协

13、议因为公共交通车厢面积较大，为了考虑线路铺设的远距离传输，本设计选择了RS485接口，能够很好的抗噪声、抗共模干扰，除此以外此接口还可以连接多达128个信号的收发器，能够保证多个公共车辆之间稳定的通信，同时选择不同车辆之间的随意配置。本设计将RS485组合成为了半双工网络，所有外设将直接通过此接口与主控制器进行通信，又因RS485为二线制，更加简化了复杂程度又提高了抗干扰性。2.7 本章小结第二章主要是对于为了实现所需功能设计的各个部分进行类详细的分析：关于音频收集和功放、储存功能、显示功能、通信协议等对应着预录制、自动报站、调试功能。同时根据优缺点、预算等要求对于相应的模组进行了选择和详细介

14、绍,也介绍了相应模组的实现方案。第三章自动报站系统硬件设计在整个设计中主要为主控制芯片和对应的最小系统；定位功能主要是需要GPS进行实现；而音频收集有着输入输出电路，公交车上的功放是通过RS485实现了通信，从而能控制外设进行播放到站播报。存储模块采用了SD卡。本章针对于上述的各个模块进行了组合并拿出了交互实现功能的完整方案。3.1 系统硬件设计概述本设计的主要硬件部分采用了ARM和32单片机为主要的控制模块、GPS模组给出了当公交车要运行时的详细经纬数据，相关的数据信息在SD卡中再通过外设、输入输出、显示、功放、电源等模组才实现了全部报站设计的硬件部分。公交车实现自动报站的完整硬件系统如图3

15、-1所示。图3-1公交报站系统硬件框图GPS模组所获得的实时位置信息将经过串口通信给到主要控制芯片32单片机，通过SPI总线将储存在SD卡中的预录制录音和站点信息进行提取。经过主要控制芯片将实时数据进行处理获得位置后，提取相应的报站信息，再由功放和1ED屏幕通过RS485进行播报和文字显示，同时在按键模组可以实现实时喊话。电源电路可以将车载的电源进行转化供整个电路使用。至此，整个硬件模块用以实现整个设计的功能。3.2 系统主控设计在本设计中，重要控制芯片为重要组成部分，需要拥有较高性能，而STM32I405正好能够满足设计中所需要的引脚、串口通信、高速处理速度等功能。STM32F405微处理器的最小系统主要为：电源、复位电路、振荡电路等。该系统的时钟复位的时钟选择了具有16MHz的内部RC振荡器。同时系统外接了8MHZ的振荡器的引脚是OSCJN和OSJOUT;利用串口通信于GPS模组进行输入输出交换；音频采集使用PC3与ADC1N相连接；PA5连接DAoUT进行音频的输出；PC6、PC7、PC8、PC9、PA8与屏幕进行连接，实现字体的显示,最小系统整体如图3-2所小：*0x,3HwK1PCIkRW