公交车—公交车站一体化语音播报系统_公交车语音播报

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公交车—公交车站一体化语音播报系统 作者：黄文辉 柳泽荣 黄鹏元

来源：《电子世界》2013年第12期

【摘要】针对公交车语音播报系统的局限性以及存在的诸多问题，本文提出了一种公交车与公交车站为一体的语音播报系统的全新设计。该系统分为两大子系统，一个是车站语音报站系统，另外一个是车站语音播报系统。两个系统均由STC12LE5A60S2单片机、NRF905无线通信模块以及ISD4004语音播报模块组成。该系统具有更好的智能性、稳定性、可扩展性，而且功耗低、成本低，易于推广。

【关键词】无线通信；公交车；公交车站；一体化；语音播报

1.引言

公交车作为中大城市的主要的交通工具之一，随着智能交通的发展，其报站方式由原来的人工报站、半自动报站到自动报站已经成为一种趋势。目前我国大部分城市采用手动报站的方式，其存在诸多缺点，如报站不准确，存在安全隐患等。另外，对于GPS自动报站系统而言，其高昂的开发成本、维护成本以及受天气影响较大的特点使得难以大面积的推广，特别是在公交路线还没有完善的中小城市。

本文将公交车站的语音提示系统和公交车的报站系统结合起来，利用点对点的通信方式，对接受到的信息进行识别，接收到的信息和目标信息匹配时触发语音模块调用相应的内存，不仅实现了公交车到站的时候报站，而且实现了公交车站语音提示公交车即将到达的信息。

2.系统总体性能

2.1 公交车与公交车站同步报站

目前公交车的报站系统局限于对公交车上的乘客语音提示，而对于在车站等车的乘客还没做到语音提示。我们设计的公交车—公交车站一体化语音播报系统旨在突破这种局限性，利用一定的无线通信协议，在实现公交车内语音提示的基础上，还实现了公交车站给正在候车的乘客语音提示即将到达的公交车信息。让乘客在等车的同时可以专注于自己的事情。

2.2 通信距离适中

公交车—公交车站一体化语音播报系统设计最大的通信距离为300m，其实际通信距离可以通过改变无线芯片的发射功率来调节，来满足不同情况下的要求。

2.3 功耗小、稳定性强、成本低且易于维护

该系统采用3.3V电源供电，静态工作电流很小，各个模块之间的数据交换通过SPI接口进行，不同模块实现自己特有的功能。系统开发成本较低，适合在中小城市推广。另外系统采用模块化设计，维护起来非常方便。

3.系统硬件的设计

公交车—公交车站一体化语音播报系统利用一定的无线通信协议来实现公交车与公交车站之间信息的交互。在保证系统性能的基础上，不同类型的芯片将对整个系统有着不同的影响，包括对系统稳定性以及成本等方面的影响。目前市场上的无线通信芯片多种多样，在比较通信距离，工作电压以及成本等个方面的参数之后我们选择NRF905无线通信芯片，在系统的主处理器方面我们选用8051加强型的低功耗的单片机STC12LE5A60S2，另外对于语音播报模块我们选择了功能强大的ISD4004芯片。因此，整个系统由STC12LE5A60S2单片机最小系统、NRF905无线通信模块和ISD4004语音播报模块组成。其系统工作电压为3.3V，不需要电平转换，增加了系统的简约型和稳定性。

3.1 单片机小系统

微控制器是整个系统的核心，本系统采用的是STC公司生产的STC12LE5A60S2低功耗单片机，工作电压为3.3V，此单片机拥有1280B的RAM，60KB的ROM，电路采用的11.0592MHZ频率的晶振，以保证串口通信得稳定性。

3.2 语音报站模块

本次所用的语音模块是ISD4004语音模块，工作于2.4V-5.5V的工作电压下，最佳工作电压为3.3V，与单片机小系统的工作电压相适应，非常有利于系统的稳定性。另外ISD4004语音芯片单片可以有8至16分钟语音录放时间，当需要更长的时间时可以增加多片。

3.3 无线通信模块

本项目的采用的无线通信模块是NRF905通信模块，此通信模块三频段收发合一，工作频率为国际通用的ISM频段433/868/915MHZ GMSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合采用DSS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好灵敏度高，达到-100dBm低工作电压

（2.7V），功耗小，待机状态仅为1uA，可满足低功耗设备的要求最大发射功率达+10dBm具有多个频道（最多170个以上），特别满足需要多信道工作的特殊场合工作速率最高可达76.8Kbps，通信距离为200米左右，完全能够满足本系统对通信距离的要求。

4.系统软件的设计

4.1 系统运作流程

程序的主程序包括各个模块的初始化、设置串口通信的参数并启动发送或者接收、用I/O引脚模拟SPI通信、根据状态读取UART缓存区数据、控制语音模块调用相应的内存等。播放模块程序完成初始化A/D转化和音量的控制，播放程序从存储器中调用播放的语音数据，解码后经过D/A转化驱动扬声器发声。无线通信程序初始化设置发送接收频率等，将接受到的数据传回单片机处理。整个系统的开发环境是在KEIL uVision4下进行调试的完成的。

4.2 车站语音播报系统软件设计

车站端语音播报软件控制流程如图五所示，车站端一方面不断以433MHZ的频率重发车站的编号信息，一方面不断监听来自公交车端发送的公交车到达信息（频率915MHZ），在接收到来自公交车端的到站信息时，对该信息进行匹配判断公交车是否经过该站点，如果经过该站点，则车站端系统播报相应的公交车到达信息，以提醒正在候车乘客。

4.3 车载语音播报系统软件设计

车载端语音播报软件控制流程如图五所示，车载端一方面不断以915MHZ的频率重发该公交车的编号信息，一方面不断监听来自车站端发送的公交车站编码信息（433MHZ），在接收到来自车站端的到站信息时，对该信息进行匹配判断公交车是否经过该站点，如果经过该站点，则车载端系统播报相应的到站信息，以提醒车上的乘客。

4.4 公交车和公交车站信息编码

由于城市的公交车和公交车站比较多，一个公交车站只有一个编号，而一条线路的公交车可以用同一个编号，这里建议采用公交车运营公司的编号。公交车车载系统的程序中存储有经过的各个站点的编号信息，在接收到站点的编号信息时将信息和存储的站点信息进行匹配判断是否要语音播报。同样的，公交车站系统的程序中存储有经过的该站点的各路公交车的编号信息，在接收到公交车发送的信息时将信息和存储的线路信息进行匹配判断是否要语音播报。

5.结束语

（1）该系统采用低功耗的芯片，耗能少，外围电路简单，可采用电池长时间供电，成本低、稳定强，易于安装和维护。

（2）单片机可以控制多个语音芯片，录音时间长度可以扩展，控制起来简单。

（3）针对中小城市公交系统还没完善，公交路线需要经常调整等特点，考虑到成本和效益而设计了基于无线通信的公交车—公交车站一体化智能报站系统，增加了公交车站语音提示功能，可扩展性强，可大规模推广。