智能公交車報站器的研制

陳星 張偉 劉祥 白杰

（西安文理學(xué)院物理與機械電子工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

0 引言

在我國，傳統(tǒng)的交通工具報站方式主要由乘務(wù)工作人員完成，傳統(tǒng)的人工報站方式，不僅增加了乘務(wù)工作人員的勞動強度，而且有時會出現(xiàn)報站錯誤，效果不佳，影響了服務(wù)質(zhì)量。本世紀(jì)剛開始，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，交通工具的發(fā)展也得到了快速的發(fā)展，隨即出現(xiàn)了有司機手工按鍵報站的方式。傳統(tǒng)的乘務(wù)人員報站方式被由司機的人工按鍵語音報站方式所取代，該報站方式的出現(xiàn)，雖然減輕了乘務(wù)人員的勞動強度，減少了報站的錯誤率，但其加大了司機的勞動強度，在一定程度上分散了司機的開車注意力，加大了交通事故發(fā)生的幾率。鑒于這些隱患問題，本設(shè)計研制了一種手動和自動互相切換的多功能的語音報站器，在為市民提供人性化服務(wù)的同時，也緩解城市交通擁擠，有效地解決城市交通問題。

1 設(shè)計研究的背景與意義

智能公交報站系統(tǒng)有利于公交車的合理調(diào)度、媒體信息傳播及方便人們的出行，對緩解城市的交通壓力有較大的幫助作用。目前，在我國已有部分城市和地區(qū)安裝使用，但大多處于試用階段，并且目前使用的智能公交報站系統(tǒng)大多采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集公交信息，由于GPS定位具有成本高、定位精度低等缺點，使得電子站牌報時不準(zhǔn)。介于這些缺點，使得智能公交報站系統(tǒng)發(fā)展緩慢，難以普及。

公交車自動報站器的設(shè)計主要是為了彌補改變傳統(tǒng)語音報站器必須有司機操控才能工作的落后方式，利用低廉的單片機及輔助模塊進行進站、出站自動播報站名及服務(wù)用語，為市民提供更人性化，更完善的服務(wù)。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

本智能公交報站器主要由四個部分組成，即主控電路、脈沖檢測電路、語音電路以及LED漢字顯示。

本具體實施方式主要是利用單片機來對系統(tǒng)加以控制，用主控芯片完成主控電路的設(shè)計，輔助電路包括語音電路，漢字顯示電路、電源電路等。系統(tǒng)由脈沖檢測、脈沖計數(shù)、CPU控制、控制信號、語音模塊、輸出顯示、進出站識別系統(tǒng)等組成，其原理如圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)所示。單片機的高速計數(shù)器端口進行脈沖計數(shù)，以距離和進出站的識別來控制報站時刻并通過LCD顯示出報站信息。無需人工介入，很好地實現(xiàn)了車輛報站的自動化。

2.1 系統(tǒng)模塊功能

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1.1 脈沖檢測與計數(shù)

該系統(tǒng)關(guān)鍵是對轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進行計數(shù)，考慮到車輛將在復(fù)雜的環(huán)境中運行，故采用可靠的霍爾元件作為信號的采集裝置輸入給單片機。信號進入主控芯片后，采用中斷方式對脈沖計數(shù)，并將計數(shù)值送入CPU控制中。

2.1.2 CPU控制

單片機最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路和晶振電路等，利用STC89C52單片機來對系統(tǒng)加以控制，將計數(shù)值于預(yù)置值進行比較，判斷是否到站，當(dāng)?shù)秸緯r就輸出信號控制語言芯片進行報站。

2.1.3 控制按鍵

在系統(tǒng)中，控制按鍵包括正反向報站按鈕、手自動報站切換按鈕和手動報站按鍵等，在系統(tǒng)上電工作后，司機可以選擇車輛的行駛正反向，也可以選擇此次報站是手動報站還是自動報站，選用不同的方式，其執(zhí)行的程序也是不同的。

2.1.4 語音模塊

該模塊中的語音芯片主要用于存儲語音信息，可采用ISD4004芯片，此芯片可以提供高質(zhì)量回放語音并且它的這種快擦寫存儲器斷電不會丟失數(shù)據(jù)，所以保存數(shù)據(jù)不需要耗電。典型的被存儲信息可以保存時間高達100年，同一個存儲單元可以反復(fù)被錄音10萬次，可擦寫，便于在不同公交線上使用。在此語音模塊中集成了語音的錄放功能，可以方便的進行站點信息的錄入。

2.1.5 輸出顯示裝置

本系統(tǒng)采用LCD12864顯示屏進行文字顯示，可以用于站點信息及提示語的顯示，方便乘客及時知道車輛的行駛地點與下一站的信息。

2.1.6 預(yù)置存儲裝置

對于預(yù)置信息的輸入可采用兩種方式存儲，一種是在燒寫器上將數(shù)據(jù)寫入，另一種是在車上，單片機處于輸入狀態(tài)，車輛行駛一遍，將站與站之間的脈沖數(shù)寫入片內(nèi)。

2.1.7 進站識別系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是實現(xiàn)公交車進站的識別，其目的是為了公交車在繞道的情況下錯誤報站。當(dāng)公交車由一站出來時，由于道路等問題使得車輛繞道而行，而單靠脈沖計數(shù)會有錯誤報站的情況，此時，可利用近站識別系統(tǒng)來加以控制，在站牌與公交車之間加入進站識別系統(tǒng)，讓公交車為卡，站牌為卡槽，當(dāng)卡與卡槽之間有信號傳輸時，報站器方可報站。在進站識別系統(tǒng)與脈沖報站系統(tǒng)相沖突時，無條件執(zhí)行進站識別系統(tǒng)指令。

2.1.8 電壓變換電路

如圖2電壓變換電路所示，公交車上常使用的電源電壓一般為24V，而主控芯片的工作電壓一般為5V，故要采用電壓變換電路來實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換。在電子制品中應(yīng)用較多的是三端固定輸出穩(wěn)壓器而實現(xiàn)電壓變換。

3 系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計

基于之上的設(shè)計思路，在軟件設(shè)計過程中，系統(tǒng)加入了手動報站與自動報站的雙重選擇，其流程圖如圖3系統(tǒng)流程圖所示。

系統(tǒng)在上電后，有司機選擇車輛行駛的正反向，來確定報站的正反向，當(dāng)反向鍵按下時，系統(tǒng)將執(zhí)行反向程序的報站，這里的反向程序主要是通過修改計數(shù)初值來實現(xiàn)，在正向行駛時，將每一站的距離轉(zhuǎn)換成脈沖個數(shù)按順序儲存在一個一位數(shù)組中，當(dāng)反向時，可以改變調(diào)用數(shù)組元素的方式來實現(xiàn)。在正反向選擇之后，司機可以選擇手動報站和自動報站兩種方式，手動報站主要是避免自動報站出錯時使用。當(dāng)選擇自動報站時，車輛開始行駛，脈沖開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值與本站初值相等時開始報站，顯示此站的信息，此時相應(yīng)的計數(shù)標(biāo)志位加1，目的是進行下一站計數(shù)初值的選擇，依次重復(fù)，進行報站。

為了突出設(shè)計的無誤性，此設(shè)計加入了進出站識別系統(tǒng)，讓公交車為卡，站牌為卡槽，當(dāng)卡與卡槽之間有信號傳輸時，報站器方可報站。在進站識別系統(tǒng)與脈沖報站系統(tǒng)相沖突時，無條件執(zhí)行進站識別系統(tǒng)指令。

圖3 系統(tǒng)流程圖

4 小結(jié)

本設(shè)計智能公交報站器最終實現(xiàn)了在實現(xiàn)公交車的自動報站功能的同時，在此基礎(chǔ)上添加了手動報站，實現(xiàn)了手動與自動報站的靈活切換，彌補了之前報站的不足，提高了報站的可靠性，具有很好的開發(fā)性，是將來公交車報站的發(fā)展方向，具有潛在的價值。

［1］梁子伊.ISD4004系列語音芯片的單片機控制技術(shù)[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2003,7:61-62.

［2］殷蘇民,王濱,唐通鳴.ISD4004語音芯片的內(nèi)部存儲信息管理[J].南通工學(xué)院學(xué)報,2003,3,2(1):55-56.

［3］吳亮,毛建鑫,易先君,等.基于單片機的智能公交系統(tǒng)設(shè)計[J].長安大學(xué)校報,2012,1,30(1):84-87.

［4］李全利.單片機原理及接口技術(shù)[M].2版.北京:高等教育出版社,2009,1.