自動(dòng)播報(bào)公交車站名的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，我國一些大中城市的公交車報(bào)站系統(tǒng)主要有三種方式：人工報(bào)站，一般報(bào)站人員都是當(dāng)?shù)厝耍梅窖赃M(jìn)行報(bào)站，這給外地的乘客帶來很大的不便，這種報(bào)站方式逐漸被其他方式取代；半自動(dòng)報(bào)站，這種報(bào)站方式一般是司機(jī)控制的，比前一種有了較大的改進(jìn)，但是有時(shí)由于司機(jī)疏忽，也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)、誤報(bào)的現(xiàn)象，同時(shí)，由于需要司機(jī)參與，也有一定的安全隱患；自動(dòng)報(bào)站，這種報(bào)站方式實(shí)現(xiàn)了智能化，無需司機(jī)的參與，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別車站，而且比較準(zhǔn)確，現(xiàn)在研究這種方式的比較多，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是運(yùn)用紅外線技術(shù)作為發(fā)射和接收信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的，成本較低，有利于推廣。本系統(tǒng)是一種自動(dòng)播報(bào)公交車站名的智能系統(tǒng)，它由車載設(shè)備及車站設(shè)備兩大部分組成。該系統(tǒng)采用一塊單片機(jī)(AT89C51)作為自動(dòng)報(bào)站的檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)核心，以及ISD4004語音芯片控制報(bào)站。車載紅外接收機(jī)接收到車站發(fā)出的紅外信號(hào)后，經(jīng)過單片機(jī)處理后，決定語音芯片中哪段音進(jìn)行播音，語音芯片根據(jù)該播放地址由揚(yáng)聲器播放特定的語音信息，它具有公交汽車行駛中能自動(dòng)播放站點(diǎn)，并適時(shí)向乘客報(bào)站。

系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)的基本組成是：紅外發(fā)射裝置、紅外接收裝置、AT89C51單片機(jī)、ISD4004語音芯片和揚(yáng)聲器等。

該系統(tǒng)的硬件電路原理框圖如上圖所示，其基本的工作原理是：車站的紅外發(fā)射裝置發(fā)出紅外信號(hào)，車載系統(tǒng)的接收裝置通過紅外光電傳感器檢測(cè)到的信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路后，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，同時(shí)把電信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，再發(fā)出指令，執(zhí)行語音模塊，完成對(duì)自動(dòng)報(bào)站。

系統(tǒng)工作原理

1、紅外線發(fā)射和接收模塊

紅外線發(fā)射和接收是利用光電轉(zhuǎn)換原理，紅外線發(fā)射裝置把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的核心器件是三只紅外發(fā)光二極管，在其兩端加上固定電壓產(chǎn)生連續(xù)的光信號(hào)。

紅外接收裝置采用光敏三極管來實(shí)現(xiàn)，從而又能夠把紅外發(fā)光二極管所發(fā)出的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，但由于此時(shí)的電信號(hào)較弱，不足以驅(qū)動(dòng)電路及負(fù)載正常工作，故采用模擬放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，使其能夠保證后面的電路及負(fù)載正常工作。

由于紅外線發(fā)射裝置和紅外線接收裝置的有效作用距離有限，所以必須盡量減少光源能量的損失，為使發(fā)光二極管的光源能量能最大限度地被光敏三極管接收，采用透鏡聚光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，使其作用距離可達(dá)到8～9m，甚至更遠(yuǎn)，這樣就可以滿足公交車報(bào)站的需要。

在站臺(tái)上裝上紅外線發(fā)射裝置，在公交車上裝上紅外線的接收裝置，當(dāng)公交車即將到達(dá)站臺(tái)時(shí)，紅外線接收裝置的光敏三極管收到紅外線發(fā)射裝置的光信號(hào)，經(jīng)過模擬放大電路，輸出電平為低電平，這時(shí)單片機(jī)就會(huì)控制語音芯片，實(shí)現(xiàn)報(bào)站的功能，當(dāng)公交車沒有到達(dá)站臺(tái)時(shí)，模擬電路輸出電平為高電平，單片機(jī)就不執(zhí)行相應(yīng)的操作。

2、單片機(jī)模塊

單片機(jī)模塊是該系統(tǒng)的核心模塊，采用AT89C51單片機(jī)，AT89C51是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)，它采用了CO-MOS工藝和Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。包含一個(gè)8位中央處理器、256個(gè)RAM單元，其中能作為寄存器供用戶使用的僅有前面的128個(gè)，余下的被專用寄存器占用：片內(nèi)含有4k字節(jié)的Flash可編程可擦除的存儲(chǔ)器；有4個(gè)8位的I/O口，1個(gè)全雙工串行口以及5個(gè)中斷源。它能夠滿足本系統(tǒng)開發(fā)的需要。

當(dāng)單片機(jī)的相應(yīng)引腳接收到紅外接收裝置的低電平信號(hào)時(shí)，就會(huì)通過軟件的方式來控制語音芯片，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)站，當(dāng)單片機(jī)的相應(yīng)引腳沒有接收到紅外信號(hào)（高電平）時(shí)，不執(zhí)行相應(yīng)的操作。3、語音模塊該模塊采用ISD4004芯片實(shí)現(xiàn)語音報(bào)站。ISD4004的特點(diǎn)是記錄聲音沒有段長度限制，并且聲音記錄不需要/VD轉(zhuǎn)換和壓縮，其采用快速閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì)，無需電源可保存數(shù)據(jù)長達(dá)100年，重復(fù)記錄10000次以上，記錄時(shí)間長，開發(fā)應(yīng)用所需外圍電路簡(jiǎn)單。

由于ISD4004工作電壓是3V，而單片機(jī)工作電壓是5V，因此，需要變壓電路；此外由于ISD4004的工作功率比較小，需要通過功放電路實(shí)現(xiàn)播報(bào)。本文主要介紹播報(bào)已經(jīng)錄制好的語音，至于錄音的過程在此不做介紹。

系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

本文主要討論單片機(jī)控制電路、語音芯片電路以及相關(guān)的變壓電路和功放電路，硬件電路圖如下圖所示：紅外接收電路連接Pl.0、P1.1、P1.2引腳，用來連接紅外接收裝置的電信號(hào)，紅外電路在此不作詳細(xì)介紹。

控制部分則主要由單片機(jī)AT89C51構(gòu)成，包含必要的晶振電路、復(fù)位電路及其與ISD4004的連接電路等外圍電路，放音部分主要由ISD4004構(gòu)成，包含相應(yīng)的變壓電路，功放電路等。

從上面的圖中可以看出AT89C51和ISD4004之間的連接較少，單片機(jī)的P1.0～P1.3引腳接紅外接收電路，控制報(bào)站器工作過程中是否放音。P1.6接ISD4004的片選引腳/SS，控制ISD4004的選通與否。P1.7接ISD4004的串行輸入引腳MOSI，從該引腳讀入放音的地址，從單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)，ISD4004接收數(shù)據(jù)。P3.2和P3.3分別接ISD4004的串行時(shí)鐘引腳SCLK和中斷引腳/INT。對(duì)于ISD4004芯片所需要的連接還有音頻信號(hào)輸出引腳AUDOUT，該引腳通過一個(gè)濾波電容與功放電路連接，AM-CAP為自動(dòng)靜音端，使用時(shí)通過一個(gè)電容接地。為了使ISD4004正常工作，變壓電路如下圖所示：

軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)需要，運(yùn)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站的程序設(shè)計(jì)過程如下：

程序流程圖如下圖：

程序如下：