基于单片机的公交车自动报站系统的设计

基于单片机的公交车自动报站系统的设
计
摘要：如今随着科技的发展，人们在科技领域的发展日新月异，智能化对于
社会的影响也越来越深。

本次设计主题为智能公交系统，主要通过单片机来进行
整个系统的控制，系统中设置了GPS定位功能，可以根据公交车所在的位置进行
报站提醒，除了获取车辆具体位置以外，还需要设计一套语音系统，传统的报站
系统是司机手动触发报站按钮，但这套系统则不需要通过手动形式来运行，提高
了使用效率，也能让报站功能更加精确。

本次所有的系统运行功能都是围绕GPS
定位功能而展开，当系统确认了车辆当前的位置以后，就能自动播报当前的站点
名称。

关键词：自动报站系统；GPS；单片机AT89C51
第一章系统总体方案设计
1.1 系统整体设计方案
GPS系统可以对当前所处位置的经纬度进行识别，从而获取精准的位置信息，随后把这个位置信息传递给52单片机，单片机识别到信息之后，就会对系统发
出指令，为乘客播报站点。

除了启动语音播报系统以外，还会同时把信息传递给
显示屏模块，因此，乘客在车上不仅能听到语音报站，还能通过屏幕查看站点名称，这些音频和文字都会提前录入系统芯片当中，等收到GPS提供的信息以后，
就会调用这部分信息。

1.2 系统整体框架结构
52单片机需要在5伏电压的环境下工作，芯片中会存储所有站点的名称和经
纬度信息，当GPS收集到当前的定位以后，就会与系统中保存的信息进行比对，
匹配完成后就会把信息传递给单片机，此时单片机会向语音模块、显示模块发送指令，随后车辆内就会开始自动播报站点名称，屏幕上同时展示文字。

第二章系统各部件的选择
2.1 单片机的选择
方案一：选用凌阳单片机SPEC061A作为主控芯片：
凌阳科技公司曾生产过一款16位微控制器，型号为SPCE061A
优点：该单片机的内核与各种不同的设备都能兼容，除了内核以外，外部的结构可以自由选择，也可以不外接任何设备，这样的结构就如同积木一般，可以根据实际使用需求来自由组合，能够有效提升系统的运行功能。

这种该设备的体积很小，运行起来拥有良好的性能，而且稳定性很高，内部设置了总线结构，可以避免外接过多模块，而且能有效抵抗外部信号的干扰。

此外，这种结构的优点就是可以随时升级和扩展，符合各种不同使用才刚进的需求，而且拥有10个以上的中断源，能够提高运行效率，而且对电压的需求很低。

缺点：笔者经过一段时间的研究发现，很多研发团队都放弃使用这种型号的单片机，目前能够通过网络寻找到的使用记录少之又少，说明该系统中可能存在一些无法解决的难题，与52单片机相比，该单片机的优势是运算能力更好，但52单片机的控制能力更强，可以提高系统的稳定性。

方案二：选用89C52单片机作为主控芯片：
宏晶科技推出了一款高效率、低功耗的单片机，型号为STC89C52RC，在指令代码方面有很高的兼容性，这是一种8位微处理器，内部设置了一个4K的存储器，可以接收编程代码录入，也能随时修改，应用十分广泛。

优点：只要提高晶振的频率，就能提高单片机的运行速度，当原本10M的晶振提升至20M时，就能以更高的速度来下载应用程序，只要连接3条串口线就能实现。

与51单片机相比，52单片机中添加了一个定时器，还设置了拥有特殊功能的寄存器，这些方面的控制效果都与51单片机保持一致。

而且这套系统与其
他芯片相比，价格更加低廉，但性能很高，很多51单片机中的功能都在52单片机中得到了充分运用，目前可以从网络上查询到大量的论文记录，对于新手来说也很容易上手，能够与C语言兼容，后期不需要频繁护理升级。

缺点：与凌阳单片机相比，52单片机对音频的处理功能稍弱一些，该单片机的语言功能无法在短时间内得到提升，而且运行速度较慢，如果要同时处理多个不同的任务，就会导致系统的反应速度下降，因此52单片机的执行效率偏低，能够储存的内容也很少，不能控制复杂的系统，例如电视、空调等等，这些就需要更加紧密的控制系统才能运行。

与凌阳单片机相比，52单片机的弱点还是很多的。

2.2 语音芯片的选择
语音芯片MX6200
该芯片可以同时录入多种不同格式的音频文件，例如MP3格式，WAV格式等等，可以通过电脑程序直接升级更新，借助串口指令就能直接播放音乐或语音，不需要添加任何繁复的操作流程，这款芯片最大的优势就是运行稳定且可靠性很高。

这种芯片属于定制型芯片，可以播放一些固定的语音内容，可以有效节省开发成本，芯片中包含16位MCU，还有一个专门解码的配件，可以提高音频输出的稳定性，因值较高，外观尺寸很小，可以随意嵌入任何一个系统结构当中。

MX6200语音芯片功能：
（1）该芯片的采样频率包括：8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48；
（2）芯片中的DAC有24位，同时还能借助DSP来对硬件进行解码，动态音频范围达到了90分贝，信噪比为85分贝；
（3）芯片支持的文件系统很多，最高可以存储128M的信息，还能外界32G 的U盘使用；
（4）芯片可以同时支持两种不同的控制模式，分别为串口控制和AD控制；
（5）可以实现组合播放模式；
（6）可以指定某一个曲目单独播放；
（7）芯片可以借助USB声卡来播放音乐；
（8）能够在播放前切换文件夹；
（9）可以使用直推耳机来使用。

电特性：
①工作电压：3.2V－5V；
②静态电流：0.5-1uA；
③工作电流:20mA。

为了提高本次设计的可行性和性价比，决定选择此芯片来存储语音资料，其
中以OTP芯片的性能最高，在播放音频时，所展现的音色也更好，已经达到了专
业播放器的水平，而且外部体积很小，可以被用在耳机的制作工艺当中，但这也
意味着芯片的价格会很高，导致本次系统的研发成本升高，可能会对公交公司造
成一定的压力。

对于公交车的播报系统来说，只要确保音色清晰即可，不需要过
于优质的音效，所以先派出OTP芯片，ISD1700芯片可以连续10万次录制和播放，而且即使断电，也依然可以保存芯片上的内容，MX6200芯片由于录入了硬解码的
功能，所以可以提高运行时的稳定性。

对于车载装备来说，尺寸一定是越小越好，能够和其他产品镶嵌，这种芯片的购买成本较低，而且内置的程序也不复杂，最
大的优点在于能够随意切换语音内容，对于操作人员来说更加便捷，能够读取
MP3、MAV等多种格式的音频，也可以通过外接U盘来实现升级和更新，并不需要
借助上位机才能更新音频内容，操作十分便捷，与52单片机能够很好的兼容，
符合本次设计的需求。

2.3 GPS芯片的选择
VK16U7 GPS芯片
产品亮点：
（1）GPS的天线长度为25*25*4MM，符合行业标准；
（2）UART/TTL，232，USB2.0可选接口；
（3）采用KDS 0.5PPM高精度TCXO；
（4）内建RTC晶体及皮法电容更快的热启动；
（5）内置EEPROM，自由丰富配置参数；
（6）5Hz定位更新速率；
（7）芯片支持AssistNow Online和AssistNow Offline等A-GPS的服务；
（8）GPS、GALILEO、SBAS（WAAS、EGNOS、MSAS、GAGAN）混合引擎；
接收频段：L1[1575.42MHz]
接收通道：50CH定位性能
参考文献：
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