基于單片機的公交語音報站器設計

劉章鵬+楊海亮

摘要：在現代的生活中，隨著科技的發展，報站是現在公交車、地鐵上不可或缺的部分，解決了外地人員對本地不熟或者乘客因為注意力轉移而導致錯過站的現象，根據這一現象而設計了報站器。報站器采用了單片機控制語音芯片來實現自動報站，主要由語音芯片，STC單片機，顯示器，點陣鍵盤等部分組成。經過實踐證明，該報站器具有較大的應用價值。

關鍵詞：STC單片機；自動報站；公交車

中圖分類號：TP217 文獻標識碼：A

報站器存在于公交、地鐵等公共交通，提醒人們所到的各個站點，防止人們錯過目的地。報站器不僅可以自動報站，司機也可以通過按鍵手動報站，解決了故障導致不能報站的現象，給司機和乘客帶來了便利[1-3]。

公交報站方式：第一種通過GPS全球定位系統的定位報站；第二種是通過紅外線傳感器報站。第三種是采用電磁波技術來實現；第四種是基于單片機來實現。

本文通過單片機來實現自動語音報站，具體思路是以單片機作為主控芯片，通過矩陣鍵盤控制選擇某一條完整的站點信息，通過文字方式顯示在顯示屏上，同時控制語音芯片來播放提前錄制好的語音信息，由此來達到語音報站的要求。

1 硬件模塊的組成

1.1 總體設計流程圖

設計組成所示，主要包含以下幾個功能模塊：

主控芯片模塊：由單片機實現來控制其他外設；顯示模塊：主要由LCD液晶來顯示站點文字信息；語音模塊：通過ISD語音芯片來實現報站功能；鍵盤模塊：采用4*4點陣鍵盤來操作。

1.2 語音芯片的選擇

采用ISD公司的1400系列語音芯片[4-5]，它的錄音時間是10s到20s，價格便宜，可以有多種手動控制方式同樣可以分段錄放。

1.3 顯示器的選擇

采用LCD12864顯示屏[6]，它與LCD1602基本一樣，但它比LCD1602具有更大的字庫，同時顯示的信息也比LCD1602多，而且可以顯示圖形，可以說是集中了LED點陣顯示和LCD1602的所有優點于一身[2]。

1.4 主控芯片的選擇

本次設計中外設的接口達到32個，其中點陣鍵盤8個，顯示器13個，語音芯片10個，時間設置鎖定端口1個。程序設計時的程序文件有7.5K左右。所以我們選擇的芯片的基本要求是有32個I/O管腳，8K的程序存儲空間。所以我們選擇STC89c52單片機[3]。

1.5 控制按鍵的選取

我們設計的方案中需要的按鍵功能有：“上一站”，“下一站”，“設置”，“分鐘設置”，“小時設置”這5個按鍵。采用單獨按鍵，我們需要消耗5個管腳；采用4*4點陣式按鍵，我們需要消耗8個管腳。但是點陣按鍵拓展出來的按鍵可以達到16個，所以我們為了是使用更加方便簡單，是司機可以準確的控制站點播報，我們采用第二種方案，采用4*4點陣式按鍵。

2 硬件電路的設計

2.1 STC89C52單片機

單片機就像人體的大腦和腦干，只要給它心跳、血液和四肢，就能按照大腦的要求完成一定的動作。其中心跳相當于時鐘脈沖；血液相當于電流；四肢就是外部的一些拓展模塊，比如LED、LCD、電機、繼電器、三極管等元器件。之后只要通過TXD和RXD把提前編制好的邏輯程序下載進存儲器中，通過CPU來執行，這樣就是使用單片機的過程。

2.2 單片機最小系統設計

STC89c52單片機具有40個管腳，它的管腳圖所示：

這款單片機的復位是高電平復位，所以我們采用的方法是將一個按鈕開關串聯一只電阻后，再將其兩端并聯一個電容。

單片機如果要正常運作，必須要有時鐘驅動，單片機的內部就擁有一個自己的內部的時鐘振蕩集成電路，想要有時鐘的驅動，就需要在外部接一個外部的時鐘振蕩源，就可以得到固定頻率的時鐘脈沖。

2.3 顯示模塊電路設計

顯示板塊采用的是12864液晶顯示模塊，12864與單片機連接的原理：

1管腳和2管腳是12864的基本電源，分別接GND、VCC（+5V）即可，19管腳和20管腳是液晶屏的背光電源，分別接VCC（+3V）、GND即可。3管腳是液晶屏顯示的對比度調節它的電壓就可以調節液晶顯示的對比度，通常是用滑變電阻串聯接地。4管腳RS是寄存器選擇端，當管腳得到高電平時，寄存器處于數據模式；當管腳得到低電平時，寄存器處于指令模式。5管腳RW是讀/寫選擇端口，當管腳得到高電平時，DB端口處于讀數據狀態；當管腳得到低電平時，DB端口處于寫數據狀態。6管腳EN是使能端。17管腳RST是芯片復位端口，且低電平有效。

2.4 語音模塊的設計

ISD1420語音芯片是ISD公司出品的一款具有高音質、降噪低，可以斷電儲存的語音芯片，它具有兩種放音方式，一種是下降沿放音方式，這種方式在PLAYE管腳得到了下降沿時，芯片會自動播放提前錄制好的錄音，直到將內存中的語音信息播放完畢，它才會自動結束放音，當播放完畢時RECLED會有一個短暫的低電壓，提醒放音完畢；另一種是低電平放音，這種放音模式時，當管腳PLAYL得到低電平時，芯片會自動放音，直到PLAYL管腳回到高電平或者語音播放結束，才會停止放音。錄音時RECLED會變為低電平，直到錄音滿或者中途退出錄音，RECLED才會重新變為高電平。

3 程序設計

3.1 延時程序設計

采用的是c51系列的單片機，使用的是12MHz的外部晶體晶振。在單片機中一個時鐘周期是1/12微秒，12個時鐘周期為1個機器周期。當外部時鐘振蕩器為12MHz時，定時器的每個機器周期可延時12*1/12微秒=1微秒。在一個機器周期內，CPU可以做一次單獨的操作[4]。

3.2 液晶顯示程序

當我們使用它時，首先要對其進行初始化，然后寫指令數據到LCD，最后寫入顯示數據進入LCD。

寫指令數據：RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。

寫顯示數據：RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數據[5]。

3.3 語音模塊的程序設計

ISD1420的A0～A7管腳的地址的有效的范圍是00000000～10011111，這些地址可以劃分為160個語音段，A0～A7的值可以決定每段錄音的起始地址值。在本設計中我們要將錄音劃分為2s每段，這樣我們就能將這些地址劃分成10段每段時間為2s的語音片段。

3.4 點陣鍵盤程序設計

單片機與它相連接時，它的四個端口作為輸出口，另外四個作為行掃描。當掃面完成后，他們的作用會互換過來，先前作為行掃描的端口設定為輸出口，原先的輸出口變為列掃描。

4 結論

系統利用STC89C52單片機與ISD1420語音芯片實現了公交語音報站的各種功能，完成后的報站顯示功能所示。經過實踐，該方法具有穩定性高、抗干擾能力強等優點，為公交語音報站提供了解決方案。

參考文獻

[1]曾小寶.AVR單片機在智能公交車報站器中的應用[J].科技信息， 2012（9）：116-116

[2]王海燕.帶溫濕度及時鐘顯示的公交車自動報站器[J].電子制作， 2014（16）

[3]張恒旭，郭秀清，霍勇.基于ATmega128數字化報站器的設計與實現[J].機電一體化，2011，17（10）：66-70

[4]史紅梅，余祖俊，李忠晶.ISD系列語音芯片的開發與應用[J].電子產品世界， 2001（12）：34-35

[5]高守瑋，楊建國，張建華等.ISD系列語音芯片開發平臺的設計[J].電聲技術，2003（6）：40-42

[6]李志廣，李曉泉，淮俊霞.中文圖形12864點陣液晶顯示模塊與51單片機的并行接口電路及C51程序設計[J].現代顯示，2008（7）：41-44

作者簡介

劉章鵬，2015年于天津理工大學中環信息學院，獲得學士學位，現為天津博祥有限責任公司技術工程師，主要研究方向為自動化控制。