公共汽車成為城市人們出行的必備選擇后所面臨的問題是乘客們?nèi)绾文軌蛟谡_的車站下車，如何知道這輛車開向哪里，途中還會(huì)經(jīng)過哪些車站。在一些需要提示乘客注意的情況，比如:轉(zhuǎn)彎需要注意，或者需要讓座等，這時(shí)該怎么辦？解決的辦法就是利用公交車報(bào)站器播放語音提示乘客。其實(shí)語音報(bào)站不是什么新鮮的詞語了，公交車報(bào)站器也不是前所未有，本論文討論一個(gè)具有人性化友好操作界面，成本低報(bào)站準(zhǔn)確公交車報(bào)站器方案。
本文介紹一種基于GPS模塊和STC89C516RD+設(shè)計(jì)的自動(dòng)語音報(bào)站系統(tǒng)。利用凌陽STC89C516RD+串行口通信接收GPS模塊輸出的經(jīng)緯度信息，通過對(duì)比存儲(chǔ)經(jīng)、緯度
數(shù)據(jù)和相應(yīng)的站點(diǎn)名字。確認(rèn)公交車是否進(jìn)入設(shè)定站臺(tái)范圍內(nèi)，以達(dá)到自動(dòng)報(bào)站的目的；再設(shè)計(jì)的過程中給出硬件電路的設(shè)計(jì)方案、主要軟件流程圖、數(shù)據(jù)處理及其程序設(shè)計(jì)的方法。本設(shè)計(jì)解決了以住公交車報(bào)站系統(tǒng)人工操作不便、誤報(bào)站多、故障時(shí)不報(bào)站等問題。
隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公交系統(tǒng)也日新月異。報(bào)站也由原來的由隨車售票員報(bào)站改為司機(jī)按鍵報(bào)站了。但是由于公交司機(jī)又要開車又要兼顧按鍵報(bào)站，所以常常出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)等現(xiàn)象，不能夠滿足公交系統(tǒng)的要求；另一方面，由于司機(jī)開車時(shí)為報(bào)站分散精力，也對(duì)公交的安全運(yùn)行埋下了隱患。因此，對(duì)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的需求也日益強(qiáng)烈。應(yīng)用自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)即可以節(jié)省員工開支，增強(qiáng)公司效益。又可以利用報(bào)站器播報(bào)標(biāo)準(zhǔn)的普通話站名，使各城市更利于交流和發(fā)展。
目前現(xiàn)有公共汽車自動(dòng)報(bào)站器，到站時(shí)LCD 點(diǎn)陣文字提示僅顯示本站和下站，由此，很多乘客并不清楚該車當(dāng)前行駛的方向以及某站點(diǎn)在整條線路中的具體位置，特別是報(bào)站系統(tǒng)故障時(shí)。往往不能提前做好下車準(zhǔn)備，甚至很多要走回頭路；針對(duì)這一問題。本文設(shè)計(jì)一種利用GPS系統(tǒng)與凌陽單片機(jī)、LCD顯示行車方向、車處位置，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)報(bào)站與手動(dòng)報(bào)站之間的切換。能夠顯示多條站點(diǎn)信息、并能夠進(jìn)行相關(guān)站點(diǎn)信息提醒，保證乘客盡可能小的下錯(cuò)或者上錯(cuò)站。
目前在國外，以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今國際公認(rèn)的八大無線產(chǎn)業(yè)之一。隨著技術(shù)的進(jìn)步、應(yīng)用需求的增加，GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效率等顯著特點(diǎn)及其所獨(dú)具的定位導(dǎo)航、授時(shí)校頻、精密測(cè)量等多方面的強(qiáng)大功能，已涉足眾多的應(yīng)用領(lǐng)域，使GPS成為繼蜂窩移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)之后的全球第三個(gè) IT經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)。
雖然具有GPS定位功能的公交車市場(chǎng)潛力頗為看好，就現(xiàn)階段而言仍有幾項(xiàng)障礙亟待克服：首先，不論公交車采用的是內(nèi)建GPS芯片或是用外接GPS模塊作為解決方案，將無可避免地提高公交車成本，也影響消費(fèi)者購買的意愿；最后，目前具有提供整合GPS芯片與無線通信技術(shù)的公司仍屈指可數(shù)，且公交車制造大廠是否愿意采用現(xiàn)有的解決方案，或是另外自行開發(fā)仍是未定之?dāng)?shù)。
通過近20年的發(fā)展，GPS產(chǎn)品已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄M(fèi)電子產(chǎn)品，且所能應(yīng)用的范圍已擴(kuò)展到日常生活中的通信、PDA、定位信息等。不過，以現(xiàn)階段來看，由于 GPS接收機(jī)的單芯片化技術(shù)、價(jià)格以及市場(chǎng)應(yīng)用服務(wù)等仍未臻成熟，因此，在樂觀地看待此市場(chǎng)發(fā)展時(shí)，諸如GPS IC設(shè)計(jì)的技術(shù)是否能達(dá)到公交車或PDA所需的最小體積、成本是否能降低以及內(nèi)建GPS的新公交車系統(tǒng)是否能引起消費(fèi)者的青睞等問題，仍必須審慎地深入評(píng)估。
國內(nèi)GPS市場(chǎng)呈現(xiàn)出兩個(gè)重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)。
(1)以車載導(dǎo)航為核心的移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控、管理與服務(wù)系統(tǒng)。
在GPS應(yīng)用領(lǐng)域，車輛應(yīng)用所占的比例較大。最初GPS車輛應(yīng)用一般分為車輛跟蹤和車輛導(dǎo)航兩大系統(tǒng)。但當(dāng)摩托羅拉公司推出集車輛導(dǎo)航與跟蹤于一體的車輛信息系統(tǒng)后，它就成了發(fā)展的方向。
GPS車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)主要有自導(dǎo)航應(yīng)用和中心監(jiān)控兩種方式。車輛監(jiān)控系統(tǒng)是集GPS技術(shù)、無線通信技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)于一體的綜合車輛管理系統(tǒng)。一般行業(yè)用戶的車船隊(duì)監(jiān)控都采用中心監(jiān)控方式，系統(tǒng)由監(jiān)控中心、位于監(jiān)控中心的主站和安裝在移動(dòng)車輛上的子站等3部分構(gòu)成。系統(tǒng)的工作原理是：安裝在車輛上的GPS接收機(jī)根據(jù)收到的衛(wèi)星信息計(jì)算出車輛的當(dāng)前位置，通信控制器從GPS接收機(jī)輸出的信號(hào)中提取所需要的位置、速度和時(shí)間信息，結(jié)合車輛身份等信息形成數(shù)據(jù)包，然后通過無線信道發(fā)往控制中心。控制中心的主站接收子站發(fā)送的數(shù)據(jù)，并從中提取出定位信息，根據(jù)各車輛的車號(hào)和組號(hào)等，在監(jiān)控中心的電子地圖上顯示出來。同時(shí)，控制中心的系統(tǒng)管理員可以查詢各車輛的運(yùn)行狀況，根據(jù)車流量合理調(diào)度車輛。
(2)面向個(gè)人消費(fèi)者的GPS終端產(chǎn)品。
芯片的小型化技術(shù)、生產(chǎn)成本的降低、體積與耗電量的減小等有利因素，使GPS產(chǎn)品走下神壇、深入到人們的日常生活中。目前面向個(gè)人消費(fèi)者的產(chǎn)品主要有車載自主導(dǎo)航系統(tǒng)、移動(dòng)監(jiān)控終端以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品。
有集成了GPS芯片和地理信息系統(tǒng)數(shù)字地圖的移動(dòng)通信手機(jī)、GPS手持機(jī)、GPS 手表，甚至GPS相機(jī)等，也有基于掌上電腦和筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備的插卡(CF卡式GPS接收機(jī))式、外接(GPS接收機(jī))式等集成產(chǎn)品。
利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)是近幾年的一個(gè)熱門課題。GPS衛(wèi)星定位語音報(bào)站系統(tǒng)具有定位精度高、語音自動(dòng)播報(bào)等特點(diǎn)。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求車輛的定位精度要高于50m，如遇外界影響GPS信號(hào)還可恢復(fù)成手動(dòng)操作進(jìn)行報(bào)站。
要求設(shè)計(jì)一個(gè)操作友好且成本很低的公交車報(bào)站器，具體要求如下：
1、 可以存放較多的服務(wù)用語和廣告詞 ；
2、 要求操作簡(jiǎn)單，每站可自動(dòng)播報(bào)全部報(bào)站內(nèi)容（前方將要到達(dá)的站名，上下車提示服務(wù)用語） ；
3、 要求具有LCD站點(diǎn)信息顯示；
4、 要求語音播報(bào)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種功能；
5、 要求站牌信息及服務(wù)信息等都能通過液晶屏顯示出來；
6、 時(shí)間、日歷播報(bào)、顯示和調(diào)整功能。
7、 GPS定位精度在50m以內(nèi)。
2.2方案論證目前公交車報(bào)站器技術(shù)主要有以下幾種：一般公交車報(bào)站器,到站前由司機(jī)按進(jìn)站按鈕開始報(bào)站，出站時(shí)按下出站按鈕，開始預(yù)報(bào)下站的站名，通過序號(hào)來記錄各個(gè)站點(diǎn)；第二種是門控公交車報(bào)站器，將開門、關(guān)門時(shí)轉(zhuǎn)換信號(hào)和語音報(bào)站器連接，開門和關(guān)門時(shí)自動(dòng)報(bào)站；第三種是無線收發(fā)公交車報(bào)站器，它是在每個(gè)公交車站點(diǎn)設(shè)置發(fā)射信號(hào)同步模塊，公交車臨近到站點(diǎn)左右會(huì)收到信號(hào)，開始自動(dòng)報(bào)站，出站后信號(hào)消失，開始預(yù)報(bào)下一站，此報(bào)站器報(bào)站準(zhǔn)確，但需要為每個(gè)站點(diǎn)組建無線發(fā)射模組，實(shí)施工程復(fù)雜、價(jià)格昂貴，大部分站點(diǎn)無電源供應(yīng)，公交車數(shù)量多時(shí)存在頻率干擾很嚴(yán)重影響報(bào)站的準(zhǔn)確性，每路公交車修改站點(diǎn)非常不方便，系統(tǒng)維護(hù)成本高；第四種就是GPS自動(dòng)語音公交車報(bào)站器，此報(bào)器是在公交車上安裝GPS自動(dòng)語音報(bào)站器，自動(dòng)識(shí)別站點(diǎn)并報(bào)告站點(diǎn)信息。由于報(bào)站精準(zhǔn)，無須人工操作，無須建設(shè)任何車外設(shè)施。
本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是利用現(xiàn)有的GPS系統(tǒng)結(jié)合凌陽單片機(jī)語音技術(shù)研制一套車輛自動(dòng)報(bào)站的系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的軟件與硬件，要求系統(tǒng)具有建設(shè)費(fèi)用少、維護(hù)費(fèi)用低、定位精度高等特點(diǎn)。系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容包括：車輛定位系統(tǒng)的軟件與硬件的設(shè)計(jì)與制作，即結(jié)合GPS和單片機(jī)，對(duì)GPS接收機(jī)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合LCD點(diǎn)陣顯示和STC89C516RD+的語音播報(bào)功能，并使用控制鍵盤電路來實(shí)現(xiàn)報(bào)站器的全自動(dòng)報(bào)站和手動(dòng)報(bào)站的功能，以及系統(tǒng)的整體測(cè)試與實(shí)際運(yùn)行。
圖2.2 為GPS 語音報(bào)站系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。GPS 語音報(bào)站系統(tǒng)硬件電路主要包括STC89C516RD+控制模塊、GPS 數(shù)據(jù)接收模塊[6]、語音模塊、按鍵模塊、LCD顯示等模塊。圖2.2為GPS 語音報(bào)站系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。
將語音信息、提示信息和廣告信息存入凌陽單片機(jī)系統(tǒng)的外擴(kuò)存儲(chǔ)器中，凌陽單片機(jī)上電工作后首先檢查是全自動(dòng)報(bào)站工作方式還是手動(dòng)按鍵報(bào)站工作方式，手動(dòng)按鍵方式則由鍵盤直接控制顯示和語音播報(bào)。當(dāng)系統(tǒng)工作在全自動(dòng)報(bào)站方式時(shí)，凌陽單片機(jī)接收GPS的信息，其中包括時(shí)間、地理位置、速度和方向等信息，GPS通信遵循NMEA0138協(xié)議，凌陽單片機(jī)按照協(xié)議提取有用信息，根據(jù)公交車的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，進(jìn)行上行、下行判斷，并準(zhǔn)確播報(bào)報(bào)站信息、廣告及提示語，在LCD點(diǎn)顯示，并通過揚(yáng)聲器播放出來。
選用 STC89C516RD+單片機(jī)作為主控芯片。STC89C516RD+ 芯片集成 A/D、D/A 功能，配合語音函數(shù)庫可以實(shí)現(xiàn)語音功能。外圍擴(kuò)展鍵盤、顯示器件，擴(kuò)展 SPR4096 FLASH芯片存儲(chǔ)語音資源。串口通信能夠及時(shí)處理GPS接受到得經(jīng)緯度信息。
顯示模塊是采用12864LCD，通過STC89C516RD+進(jìn)行控制顯示相關(guān)站點(diǎn)、廣告等信息。
GPS接收模塊，通過天線接收衛(wèi)星發(fā)來的相關(guān)地理、時(shí)間信息并對(duì)其進(jìn)行處理。實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，以及速度、時(shí)間、航向等定位信息。把獲得經(jīng)度、緯度、高度、時(shí)間等信息發(fā)送給單片機(jī)控制模塊。
單片機(jī)外圍硬件電路主要包括：按鍵和SPR4096模組存儲(chǔ)器，按鍵是在GPS受干擾情況下完成人工手動(dòng)報(bào)站；SPR4096模組增加系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間，有利于存儲(chǔ)大量語音信息。
GPS公交車報(bào)站器硬件模塊包括：STC89C516RD+單片機(jī)模塊、GPS模塊、SPR4096存儲(chǔ)電路、LCD顯示模塊、音頻輸出模塊和鍵盤控制模塊組成。
3.1 STC89C516RD+單片機(jī)控制設(shè)計(jì)3.1.1STC89C516RD+簡(jiǎn)介及性能STC89C516RD+ 是一款16 位結(jié)構(gòu)的微控制器。較高的處理速度使用μ’nSP™能非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。以μ’ nSP™為核心的STC89C516RD+ 微控制器是適用于數(shù)字語音處理應(yīng)用領(lǐng)域，一種最經(jīng)濟(jì)的選擇產(chǎn)品。
SPEC06A主要性能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)
1、主要性能：
􀂋 16位μ’nSP™微處理器；
􀂋 工作電壓(CPU) VDD為2.4~3.6V (I/O) VDDH為2.4~5.5V
􀂋 CPU時(shí)鐘：0.32MHz~49.152MHz ；
􀂋 內(nèi)置2K字SRAM；
􀂋 內(nèi)置32K FLASH；
􀂋 可編程音頻處理；
􀂋 晶體振蕩器;
􀂋 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電僅為2μA@3.6V；
􀂋 2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值
基于單片機(jī)的GPS公交車報(bào)站系統(tǒng).doc
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