2018年03月22日 | 自动播报公交车站名的智能系统设计

    目前，我国一些大中城市的公交车报站系统主要有三种方式：人工报站，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很大的不便，这种报站方式逐渐被其他方式取代；半自动报站，这种报站方式一般是司机控制的，比前一种有了较大的改进，但是有时由于司机疏忽，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，无需司机的参与，系统自动识别车站，而且比较准确，现在研究这种方式的比较多，本文设计的系统是运用红外线技术作为发射和接收信号来实现的，成本较低，有利于推广。本系统是一种自动播报公交车站名的智能系统，它由车载设备及车站设备两大部分组成。该系统采用一块单片机(AT89C51)作为自动报站的检测和驱动核心，以及ISD4004语音芯片控制报站。车载红外接收机接收到车站发出的红外信号后，经过单片机处理后，决定语音芯片中哪段音进行播音，语音芯片根据该播放地址由扬声器播放特定的语音信息，它具有公交汽车行驶中能自动播放站点，并适时向乘客报站。

    系统组成

    本系统的基本组成是：红外发射装置、红外接收装置、AT89C51单片机、ISD4004语音芯片和扬声器等。

    该系统的硬件电路原理框图如上图所示，其基本的工作原理是：车站的红外发射装置发出红外信号，车载系统的接收装置通过红外光电传感器检测到的信号，经过信号处理电路后，把光信号转换成电信号，同时把电信号送给单片机进行处理，再发出指令，执行语音模块，完成对自动报站。

    系统工作原理

    1、红外线发射和接收模块

    红外线发射和接收是利用光电转换原理，红外线发射装置把电信号转换成光信号，将电信号转换成光信号的核心器件是三只红外发光二极管，在其两端加上固定电压产生连续的光信号。

    红外接收装置采用光敏三极管来实现，从而又能够把红外发光二极管所发出的红外光转换成电信号，但由于此时的电信号较弱，不足以驱动电路及负载正常工作，故采用模拟放大电路对信号进行放大处理，使其能够保证后面的电路及负载正常工作。

    由于红外线发射装置和红外线接收装置的有效作用距离有限，所以必须尽量减少光源能量的损失，为使发光二极管的光源能量能最大限度地被光敏三极管接收，采用透镜聚光技术来实现，使其作用距离可达到8～9m，甚至更远，这样就可以满足公交车报站的需要。

    在站台上装上红外线发射装置，在公交车上装上红外线的接收装置，当公交车即将到达站台时，红外线接收装置的光敏三极管收到红外线发射装置的光信号，经过模拟放大电路，输出电平为低电平，这时单片机就会控制语音芯片，实现报站的功能，当公交车没有到达站台时，模拟电路输出电平为高电平，单片机就不执行相应的操作。

    2、单片机模块

    单片机模块是该系统的核心模块，采用AT89C51单片机，AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机，它采用了CO-MOS工艺和Atmel公司的高密度非易失性存储器技术。包含一个8位中央处理器、256个RAM单元，其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面的128个，余下的被专用寄存器占用：片内含有4k字节的Flash可编程可擦除的存储器；有4个8位的I/O口，1个全双工串行口以及5个中断源。它能够满足本系统开发的需要。

    当单片机的相应引脚接收到红外接收装置的低电平信号时，就会通过软件的方式来控制语音芯片，从而实现报站，当单片机的相应引脚没有接收到红外信号（高电平）时，不执行相应的操作。3、语音模块该模块采用ISD4004芯片实现语音报站。ISD4004的特点是记录声音没有段长度限制，并且声音记录不需要/VD转换和压缩，其采用快速闪存作为存储介质，无需电源可保存数据长达100年，重复记录10000次以上，记录时间长，开发应用所需外围电路简单。

    由于ISD4004工作电压是3V，而单片机工作电压是5V，因此，需要变压电路；此外由于ISD4004的工作功率比较小，需要通过功放电路实现播报。本文主要介绍播报已经录制好的语音，至于录音的过程在此不做介绍。

    系统硬件电路设计

    本文主要讨论单片机控制电路、语音芯片电路以及相关的变压电路和功放电路，硬件电路图如下图所示：红外接收电路连接Pl.0、P1.1、P1.2引脚，用来连接红外接收装置的电信号，红外电路在此不作详细介绍。

    控制部分则主要由单片机AT89C51构成，包含必要的晶振电路、复位电路及其与ISD4004的连接电路等外围电路，放音部分主要由ISD4004构成，包含相应的变压电路，功放电路等。

    从上面的图中可以看出AT89C51和ISD4004之间的连接较少，单片机的P1.0～P1.3引脚接红外接收电路，控制报站器工作过程中是否放音。P1.6接ISD4004的片选引脚/SS，控制ISD4004的选通与否。P1.7接ISD4004的串行输入引脚MOSI，从该引脚读入放音的地址，从单片机输出数据，ISD4004接收数据。P3.2和P3.3分别接ISD4004的串行时钟引脚SCLK和中断引脚/INT。对于ISD4004芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚AUDOUT，该引脚通过一个滤波电容与功放电路连接，AM-CAP为自动静音端，使用时通过一个电容接地。为了使ISD4004正常工作，变压电路如下图所示： 

     软件设计

    根据设计需要，运用单片机实现自动报站的程序设计过程如下：

    程序流程图如下图：

    程序如下：