公交智能報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賈俊榮

（閩江學(xué)院，福建 福州 350108）

公交智能報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賈俊榮

（閩江學(xué)院，福建 福州 350108）

系統(tǒng)以STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制核心，包含單片機(jī)控制器模塊、語(yǔ)音收錄發(fā)送模塊、無(wú)線發(fā)射接收模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)控制模塊、電源模塊等。采用ISD4004為語(yǔ)音合成芯片,直接將語(yǔ)音數(shù)據(jù)寫(xiě)進(jìn)存儲(chǔ)單元；采用NRF24L01無(wú)線模塊，通過(guò)無(wú)線信號(hào)的接收與發(fā)送產(chǎn)生站點(diǎn)信息反饋，接受信號(hào)來(lái)編入站點(diǎn)地址，取出地址所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行報(bào)站，并且在液晶顯示屏上顯示要到達(dá)的站點(diǎn)名稱及數(shù)目編號(hào)。

ISD4004；NRF24L01無(wú)線模塊；單片機(jī)；智能報(bào)站

城鎮(zhèn)化建設(shè)帶動(dòng)了公交系統(tǒng)的普及，公交車(chē)現(xiàn)在成為短距離交通的重點(diǎn)工具。在一線城市中地鐵和公交比較規(guī)范，且GPS的投入及使用使得公交聯(lián)網(wǎng)的規(guī)范化管理得到加強(qiáng)，但需要較大的成本。隨著普通城鎮(zhèn)居民乘坐公交的頻率增加，設(shè)計(jì)一款低成本的智能公交報(bào)站系統(tǒng)成為基礎(chǔ)性需求，可以更好的從人力、造價(jià)、普及性和性價(jià)比上服務(wù)社會(huì)和廣大人民群眾。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包含單片機(jī)控制器模塊、語(yǔ)音收錄發(fā)送模塊、無(wú)線發(fā)射接收模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)控制模塊、電源模塊等。在單片機(jī)的控制下語(yǔ)音芯片通過(guò)讀取外部存儲(chǔ)器的語(yǔ)音信息來(lái)合并成語(yǔ)音信號(hào)，建立語(yǔ)音庫(kù)和語(yǔ)音地址。同時(shí)，通過(guò)無(wú)線信號(hào)的接收和發(fā)送產(chǎn)生站點(diǎn)信息反饋，接受到的站點(diǎn)信號(hào)來(lái)編入站點(diǎn)地址，取出地址所對(duì)應(yīng)的已經(jīng)錄入的存儲(chǔ)語(yǔ)音信號(hào)模擬真人報(bào)站，并且在液晶顯示屏上顯示要到達(dá)的站點(diǎn)名稱及站點(diǎn)數(shù)目編號(hào)。

2 系統(tǒng)各部分模塊

（1）單片機(jī)控制模塊。系統(tǒng)以STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制核心，最小系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)指示電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等主要控制錄制音頻編碼地址、無(wú)線接收地址信號(hào)、尋址播放對(duì)應(yīng)音頻信號(hào)、文字顯示公交站點(diǎn)信息等。MOSI/MOSO為ISD4004語(yǔ)音芯片的輸入輸出端；MOSI1/MOSIO2為NRF24L01無(wú)線模塊的輸入輸出接口，P0讀口為液晶顯示12864的接口，CE1/SCLK1/IRQ1/CSN1，分別為無(wú)線模塊的發(fā)送或接收，時(shí)鐘信號(hào)，可屏蔽終端和片選信號(hào)端口的接入。

（2）語(yǔ)音模塊。系統(tǒng)采用ISD4004語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)，其外圍電路如圖1所示。單片機(jī)的P2.4和P2.5兩個(gè)按鍵錄入和播放語(yǔ)音信息，MOSI/MOSO是語(yǔ)音芯片的串行輸入和串行輸出端口，SCLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入端口，控制輸入和輸出的同步性。語(yǔ)音功放電路如圖2所示電路，通過(guò)LM386電路模塊將語(yǔ)音信號(hào)放大并輸出，達(dá)到公交車(chē)上克服外界雜音播報(bào)站點(diǎn)的功能，同時(shí)過(guò)濾噪聲，優(yōu)化了聲音的品質(zhì)。采用單片機(jī)存儲(chǔ)語(yǔ)音芯片的地址，以便其接收到站點(diǎn)發(fā)送的地址信號(hào)時(shí)對(duì)照相應(yīng)的語(yǔ)音信號(hào)地址播放對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音。

圖1 語(yǔ)音模塊電路

圖2 語(yǔ)音功放電路

（3）無(wú)線模塊。系統(tǒng)采用NRF24L01無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)射接收。數(shù)據(jù)發(fā)射時(shí)候，將初始化的無(wú)線設(shè)為發(fā)射模式，然后寫(xiě)入TX_ADDR,TX_DATA，將CE拉高保持130us后，如果接收到自動(dòng)應(yīng)答信號(hào)則表明數(shù)據(jù)發(fā)射完畢且正常，發(fā)射端進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)。若沒(méi)接收到應(yīng)答信號(hào)，則在沒(méi)有達(dá)到最大重發(fā)上限時(shí)候MAX_RT=1重發(fā)數(shù)據(jù)FIFO中的保留數(shù)據(jù)。達(dá)到上限則向單片機(jī)發(fā)射中斷信號(hào)。發(fā)射完畢后進(jìn)入模式一。接收數(shù)據(jù)時(shí)候，先初始化無(wú)線模塊，配置好接收模式，拉高CE=1，延時(shí)130us。有效地址檢測(cè)完成是，RX_FIFO數(shù)據(jù)包自動(dòng)存儲(chǔ)在芯片中，并產(chǎn)生中斷標(biāo)志位RX_DR=1；IRQ=0.此時(shí)控制芯片接收中斷提取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)保存。如果接收啟動(dòng)自動(dòng)應(yīng)答模式，則接收模式自動(dòng)在接到應(yīng)答信號(hào)時(shí)候進(jìn)入發(fā)射模式將信號(hào)回復(fù)發(fā)送給發(fā)射方。接收成功，CE=0，進(jìn)入模式一。

（4）顯示模塊。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)采用的顯示是LCD12864液晶顯示，在公交車(chē)上的顯示是不能滿足用戶的需求，所以需要延伸到乘客和公交部門(mén)所能接受的顯示屏幕。按照性價(jià)比分析，室內(nèi)適合采用單基色紅色模塊LED點(diǎn)陣屏，分辨率Φ5為佳；室外車(chē)頭車(chē)尾選擇雙基色或單基色Φ8為佳。

（5）電源模塊。交流220V電源通過(guò)變壓器降壓，橋式整流濾波后采用LM7805和LM1117兩款電壓轉(zhuǎn)換芯片電路轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成相應(yīng)5V和3.3V的直流電壓。該電源電路可以穩(wěn)定的輸出干擾性小，精度高的低電壓為本系統(tǒng)供電。

（6）按鍵模塊。系統(tǒng)按鍵模塊包含兩個(gè)按鍵K1/K2，分別為語(yǔ)音芯片提供錄音和播放的功能（其中播放可軟件代替），按鍵采用軟件消抖，防止人為和機(jī)械抖動(dòng)。按鍵錄音是采用長(zhǎng)按的方式，直到錄音完畢才松開(kāi)按鍵。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件部分包過(guò)：語(yǔ)音錄入輸出（地址記錄），無(wú)線發(fā)射和接收（對(duì)應(yīng)地址校驗(yàn)），液晶顯示和最小系統(tǒng)控制幾部分組成。

系統(tǒng)主流程如圖3所示。單片機(jī)預(yù)先錄好站點(diǎn)的報(bào)站語(yǔ)音信息，并且存儲(chǔ)相關(guān)信息的音頻地址在相關(guān)變量中。判斷是否接收到無(wú)線發(fā)射的信號(hào)，如果有便校驗(yàn)該信號(hào)所發(fā)射的內(nèi)容（即地址）與音頻信號(hào)的地址哪個(gè)相同，播放相同地址的音頻信號(hào)。通過(guò)液晶顯示相關(guān)站點(diǎn)的文字顯示。接著判斷是否為終點(diǎn)站，如果已達(dá)終點(diǎn)站，播報(bào)和顯示相關(guān)終點(diǎn)信息，歡迎乘客下次乘車(chē)。

語(yǔ)音模塊流程，首先按照編址方式錄音，存儲(chǔ)有效的音頻段起始和終止地址，并存儲(chǔ)語(yǔ)音信號(hào)。然后判斷是否接收到無(wú)線信號(hào)，若有接收到則校驗(yàn)其接收內(nèi)容與哪段音頻信號(hào)起始地址形同，播放對(duì)應(yīng)地址音頻內(nèi)容，并液晶顯示文字信息。若無(wú)，則繼續(xù)接收無(wú)線信號(hào)。最后，若達(dá)到最后一站，則報(bào)道終點(diǎn)下車(chē)信息，復(fù)位單片機(jī)，以便下次乘車(chē)使用。

圖3 系統(tǒng)程序主流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)調(diào)試，本系統(tǒng)通過(guò)接收不同站點(diǎn)的無(wú)線信號(hào)，能夠準(zhǔn)確的對(duì)即將到達(dá)的站點(diǎn)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，并把站點(diǎn)的相關(guān)信息通過(guò)文字的方式顯示在液晶顯示屏幕上。聲音音質(zhì)清晰，噪聲控制在可接受范圍內(nèi)，聲音放大程度達(dá)到公交車(chē)廂內(nèi)可接聽(tīng)的范圍，更好地服務(wù)了社會(huì)和廣大人民群眾。

［1］鄭啟忠，朱宏輝，耿四軍，等．系統(tǒng)級(jí)RF芯片nRF24E1收發(fā)原理與應(yīng)用編程［J］.新器件新技術(shù)，2004，（7）：42～45.

［2］陳麗娟，常丹華．基于nRF2401芯片的無(wú)線數(shù)據(jù)通信［J］.電子器件，2006，（3）：249～250.

賈俊榮（1980-），女，碩士，講師，主要研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用。