毕业设计智能环保公交车系统

目录

一、方案论证 (1)

(一)方案的选择与比较 (1)

（二）系统组成框图 (3)

二、设计实现 (4)

（一）硬件电路图 (4)

（二）软件设计 (6)

三、调试与应用 (8)

(一)测试仪器清单 (8)

(二)功能测试 (8)

四、结束语 (8)

参考文献 (9)

附录：程序代码 (9)

智能小车环保公交车系统

摘要：本系统采用STC89C52单片机为控制核心，设计了具有自动寻迹、到站检测、自动靠站、语音播报、液晶显示等功能的智能公交车系统，为充分体现当前的环保需求，本系统采用了非电池电源进行供电。在系统设计中运用了红外检测、大容量电容电池、ISD4004语音播报系统、LCD12864液晶显示等技术，具有一定的先进性。

关键词：智能公交车；STC89C52;自动寻迹；语音播报

一、方案论证

(一)方案的选择与比较

1、控制模块

方案一：采用凌阳61板，它是16位的控制器，体积小，驱动能力高、结果简单、中断处理能力强，尤其适用于语音处理和识别部分，但价格比较贵。

方案二：STC89C52是一种低电压、高性能的COMS 8为单片机，片内8K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。且价格比较低廉，市场供应充足。

从价格方面考虑，我们选择方案二。

2、电机选择

方案一：直流电机。直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。

方案二：步进电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。所

以我们放弃了本方案。

综上所述，我们选择方案一。

3、电机驱动模块

方案一：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率比较高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。且可用PWM进行调速，用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。

方案二：采用H型全桥式驱动电路，由分立元件构成电机驱动电路，很方便的实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。其结构简单，价格低廉，但是性能不稳定，所以我们放弃用分立元件H桥作为驱动电路。

综上所述，我们选择方案一。

4、寻迹模块

方案一：采用反射式红外发射—接收对管，检测路面的黑色引导线。当发出的红外线照到白线上时，光线被反射，接收管接收到光线的照射，输出为低电平；当发出的红外线照到黑线上时，光线被吸收，接收管接收不到光线，输出高电平。且红外对管对黑线的识别率较高，且不易受外界光线的影响，能可靠的实现线路检测。

方案二：采用光敏电阻实现对黑线引导线的识别。此方案电路结构简单，成本较低，但光敏电阻极易受外界光线的影响，容易造成误判，使小车失去控制。所以我们放弃本方案。

综上所述，我们选择方案一。

5、站台检测模块

方案一：采用超声波传感器，反应速度灵敏，距离远，受外界干扰小，但外界电路复杂。所以我们放弃了选择超声波传感器。

方案二：采用成品红外发射接收探头，其使用方便，实现简单。

综上所述，我们选择方案二。

6、语音模块

方案一：选择专门的语音存储芯片ISD1420，通过单片机进行录放音的控制。用这种方法比较简单方便，但地址模式占用的IO端口比较多，存储空间较小，智能存储总计20S的语音，无法进行语音识别。为了更好的识别语音功能，所以我们放弃了本方案。

方案二：选用ISD4004芯片实现语音播报，特点是记录声音没有段长度限制，并且声音记录不要A/D转换和压缩的，其采用FLASH作为存储介质，不要电源可保持数据长，可重复

使用多次。

综上所述，我们选择方案二。

7、显示模块

方案一：使用传统的数码管作为显示部分，数码管具有低能耗，低损耗等特点，但本设计要求显示汉字和符号，所以我们放弃了选择数码管作为显示部分。

方案二：采用12864液晶显示屏。液晶屏具有轻薄短小，耗电量低，无辐射危险可视面积大，能够显示汉字和符号，画面效果好，分辨率高，并且能够满足本设计的要求。所以我们选择了液晶显示屏。

综上所述，我们选择方案二。

8、电源模块

由于本设计要求非电池供电，所以我们选择运用电容作为电源。通过电容的充放电来给小车提供电压。

9、电子公交站

由于本设计要求我们设计两个电子公交站，我们选择用发光二极管制作公交站，制作方便，电路简单。

（二）系统组成框图

根据本设计的要求，我们最终确定用STC89C52单片机作为控制核心，采用直流电机，并且L298作为电机的驱动电路，利用C语言编程来实现电机的调速；寻迹模块采用红外对管，运用ISD4004来进行语音报站，用液晶显示屏显示站名。总体组成框图如图1所示。

二、设计实现

（一）硬件电路图

1、电机驱动电路

把L298的5、7、10、12引脚接到单片机上，2、3、13、14分别接左右两电机，电路中的二极管起保护电路的作用，通过对单片机的编程来实现对电机的正反转的控制，还可以实现两个直流电机的PWM 的调速。电路图如图2所示。

2、 语音播报电路

ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间8 至16 分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频

STC89C52

显示模块

语音播报模块

电机驱动模块

寻迹模块

电源电路

图1 系统组成框图

站台检测模块

图2 电机驱动电路

放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"金属声"。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100 年(典型值),反复录音10 万次。

图3 语音播报电路图

3.寻迹电路

（二）软件设计1.程序流程图

2.寻迹算法

用单片机T1中断检测寻迹状态，当中间探头在线时直走，当中间和左边或者左边探头在线时左转，当中间和右边或者右边探头在线时右转。

是

否

图5 程序流程图

开始 初始化

开始寻迹

判断是否遇到障碍

显示

语音播报

判断小车底部寻迹传

感器的状态

停止寻迹

显示

结束

加到全速

减速

判断是否是第二个站台停止30S

否

是

3.站台检测算法

当红外探头检测到站台时，返回给单片机0信号。T0中断执行PWM减速，同时执行放音程序并显示。

三、调试与应用

(一)测试仪器清单

仪器名称用途

台式PC 下载程序

数字万用表测量相关端点的电压、电流

秒表计时

(二)功能测试

测试项

目

次数

到B站

时间

(s)

语音播

报时间(s)

靠站停止

时间(s)

到C站

时间(s)

小车中心

与站台标识偏

移距离（cm）

1 24 5 30 110 0.3cm

2 2

3 5 30 115 0.2cm

3 22 5 30 112 0.1cm

四、结束语

通过各种方案的讨论与测试，经过多次的软硬件的调试，不断地对系统的优化，我们最终能够实现小车能够按照规定的路线寻迹，并且能够实现在到站前检测到站台，同时语音播报，在播报后停止30S后再走。在方案实施过程中我主要负责软件编写，同时与本组其他配合进行软硬件联调，了解掌握的相关芯片的使用，受益匪浅！

参考文献

[1]郭天祥：新概念51单片机C语言教程-入门、提高、开发、拓展全攻略[M]，电子工业出版社，2009.1；

[2]胡永庆，田日才：闪速存储器硬件接口和程序设计中的关键技术[J],电子技术应用2001(11)；

[3]何立民：MCS-51系列单片机应用系统设计[M],北京,北京航空航天大学出版社；

[4]孙育才：MCS- 51 系列单片微型计算机及其应用[M],东南大学出版社1999出版。

附录：程序代码

#include

#include

#include

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

#define data P0

sbit P10=P1^0;//小车最左循迹传感器

sbit P11=P1^1;//小车中间循迹传感器

sbit P12=P1^2;//小车最右循迹传感器

sbit P13=P1^3;//小车底部左边传感器

sbit E_A=P1^5;

sbit E_B=P1^6;

sbit P17=P1^7;

sbit P20=P2^0;//电机右正

sbit P21=P2^1;//电机右负

sbit P22=P2^2;//电机左正

sbit P23=P2^3;//电机左负

sbit cs_4004=P3^0;

sbit mosi_4004=P3^1;

sbit sclk=P3^2;

sbit P27=P3^3;

sbit e=P2^4;

sbit rs=P2^5;

sbit psb=P2^6;

uchar dis1[]={"前方到达B!"};

uchar dis2[]={"前方到达C!"};

uchar dis3[]={"车辆行驶中!"};

uchar dis4[]={"停靠站台!!"};

uchar dis5[]={" "};

uchar t=0,tmp1,m2=0,tmp2,m1=0,a=0,b;

void delay_1s()

{uint i,j;

for(i=0;i<255;i++)

for(j=0;j<257;j++);

}

void delay(uint j)

{

for(j;j>0;j--);

}

void write_com(uchar com)

{

rs=0;

e=0;

P0=com;

delay(5);

e=1;

delay(5);

e=0;

}

void write_data(uchar dat) {

rs=1;

e=0;

P0=dat;

delay(5);

e=1;

delay(5);

e=0;

}

void pos(uchar X,uchar Y)

{

uchar pos;

if(X==0)

{X=0X80;}

else if(X==1)

{X=0X90;}

else if(X==2)

{X=0X88;}

else if(X==3)

{X=0x98;}

pos=X+Y;

write_com(pos);

}

void write_com_4004(uchar com) {

uchar m,i,j;

sclk=0;

m=com;

for(i=0;i<8;i++)

{

m=_cror_(m,1);

j=m<<1;

mosi_4004=CY;

sclk=1;

sclk=0;

}

}

void write_add_4004(uint add) {

uchar i;

uint m,j;

sclk=0;

m=add;

for(i=0;i<16;i++)

{

m=_iror_(m,1);

j=m<<1;

mosi_4004=CY;

sclk=1;

sclk=0;

}

}

void stopmode()

{

cs_4004=1;

sclk=0;

cs_4004=0;

write_com_4004(0x30);

cs_4004=1;

}

void powerup()

{

cs_4004=1;

sclk=0;

cs_4004=0;

write_com_4004(0x20);

cs_4004=1;

}

void set_play(uint add) {

uint m;

cs_4004=1;

sclk=0;

m=add;

cs_4004=0;

write_add_4004(m); write_com_4004(0xe0); cs_4004=1;

}

void play()

{

cs_4004=1;

sclk=0;

cs_4004=0;

write_com_4004(0xf0); cs_4004=1;

}

void play_4004(uint add) {

uint m;

m=add;

powerup();

delay(5118);

set_play(m);

play();

}

void zuo()

{

P20=1;

P21=0;

P22=0;

P23=1;

}

void you()

{

P20=0;

P21=1;

P22=1;

P23=0;

}

void zhi()

{

P20=1;

P21=0;

P22=1;

P23=0;

}

void ting()

{

P20=0;

P21=0;

P22=0;

P23=0;

}

void motor(uchar index, char speed) {

if(speed>=-100 && speed<=100)

{

if(index==1)

{

m1=abs(speed);

if(speed<0)

{

P20=0;

P21=1;

}

else

{

P20=1;

P21=0;

}

}

if(index==2)

{

m2=abs(speed);

if(speed<0)

{

P22=0;

P23=1;

}

else

{

P22=1;

P23=0;

}

}

}

}

void init()

{

psb=1;

write_com(0x30);

delay(5);

write_com(0x0c);

delay(5);

write_com(0x01);

delay(5);

TMOD=0x12;

TH0=0x9B;

TL0=0x9B;

TH1=(65536-1000)/256;

TL1=(65536-1000)%256;

EA=1;

ET0=1;

ET1=1;

TR1=1;

}

void timer0() interrupt 1

{

if(t==0)

{

tmp1=m1;

tmp2=m2;

}

if(t

if(t>=100) t=0;

}

void timer1() interrupt 3

{

TH1=(65536-1000)/256;

TL1=(65536-1000)%256;

if(P10==1&&P11==0&&P12==1) zhi(); if(P10==1&&P11==1&&P12==0) zuo(); if(P10==0&&P11==1&&P12==1) you();

if(P10==1&&P11==1&&P12==0) zuo();

if(P10==1&&P11==1&&P12==1) zhi(); if(P10==0&&P11==0&&P12==1) you(); if(P10==1&&P11==0&&P12==0) zuo(); if(P10==0&&P11==0&&P12==0) zhi(); }

void main()

{

uchar i,k;

init();

E_A=0;

delay_1s();

delay_1s();

E_A=1;

while(1)

{ pos(0,0);

k=0;

while(dis5[k]!='\0')

{

write_data(dis5[k]);

k++;

}

pos(1,1);

k=0;

while(dis3[k]!='\0')

{

write_data(dis3[k]);

k++;

}

if(P17==0)

{ a++;

if(a==1)

{

TR0=1;

pos(1,1);

k=0;

while(dis1[k]!='\0')

{

write_data(dis1[k]);

k++;

}

P27=0;

play_4004(0x00);

for(i=100;i>50;i--)

{

motor(1,i);

motor(2,i);

delay(1800);

}

stopmode();

}

if(a==2)

{

TR0=1;

pos(1,1);

k=0;

while(dis2[k]!='\0') {

write_data(dis2[k]); k++;

}

P27=0;

play_4004(0x0a);

for(i=100;i>50;i--) {

motor(1,i);

motor(2,i);

delay(1800);

}

a=0;

stopmode();

}

}

if(P13==0)

{

TR1=0;

ting();

pos(1,1);

k=0;

while(dis4[k]!='\0')

{

write_data(dis4[k]); k++;

}

for(b=0;b<55;b++)

{

delay_1s();

}

TR1=1;

zhi();

delay(1000);

for(i=50;i<100;i++) {

motor(1,i); motor(2,i); delay(1800); }

}

}

}