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基于射频识别技术的公交自动报站系统的设计

苏玉萍, 杨维新

摘要：鉴于现在公交车上存在的报站问题，本文设计了基于射频识别技术的公交自动报站系统。此系统可以通过与数字语音和无线通信技术相结合的单片机技术来实现自动报站的功能。本文介绍了此系统的总体方案、硬件和软件的设计。此系统可以减轻司机的劳动强度，提高公交车的安全性，它有较低的成本和较高的实用价值。此系统适用于智能交通的发展和智能城市的建设。

关键词：自动语音播放 射频识别技术 数字语音 单片机

44.1介绍

公交自动语音报站在公交产业里有着重要作用，它直接影响了公交的服务质量。目前，在公交自动报站方面主要有两种方式，一个由司机手动控制的传统语音报站，另一个是利用全球卫星定位系统的语音报站系统。在传统的手动语音报站系统里，站台的识别，声音的播放基于司机的观察和判断，这不仅增加了司机的操作难度，还存在一些潜在的危险。在美国部分城市，GPS已经投入使用，这类的产品在国内市场也得到了研究和发展。尽管这项技术因为它强大的功能和良好的稳定性可以减少司机对站台识别和播报的操作，它的投资价格非常的昂贵[1]，中小城市是无法承担的。所以这个系统不能适应目前公交报站系统的发展。

射频识别技术是一项新技术，近年来发展迅速，它使用无线电频率自动识别非接触式对象[2,3]。此系统采用射频识别技术来实现自动语音报站，它不仅提高了汽车的安全系数，也满足了低成本的要求，它可以应用到当前的城市公交中。

44.2系统的硬件结构

44.2.1系统硬件电路设计

整个报站系统包含公交站台和公交载体。公交站台有单片机和无线发射器构成[4]。公交载体主要包含单片机控制器，无线接收装置，一个语音芯片和功率放大器电路，系统如图

44.1所示。

设计理念：某个发射器安装在公交站台，发射器不断发射信号，当公交车到公交站台一定距离时，公交车上的信号接收器可以从发射器接收信号，然后向单片机发送编码信息，单

2013年中国智能自动化学报发布会，电气工程255课堂讲稿

标识符：10.1007/978-3-642-38460-8_44,斯普林格出版社柏林海德堡2013年版

片机根据之前存储的数据识别并发送相应的语音信息地址给语音芯片。然后声音芯片用预先录制好的声音记忆模块来播报站台的信息。并且声音是由放大电路放大以驱动扬声器，从而完成自动报站。同时，液晶显示器可以显示终点站的名称。

图44.1 系统图表

44.2.2单元电路设计

44.2.2.1传输电路

公交站台的无线发射器采用PT2262作为遥控发射机的核心模块，带着不同代码的传输模块可以安装在每个站台的广告灯箱里，定期发送特定的RFID识别信号。PT2262有最多12位的三态地址总线，可以提供5314413（312）地址编码[5]，最大限度地避免地址冲突。

44.2.2.2接收电路

无线接收器是由遥控接收模块PT2272为核心，报站系统和无线接收器集成在一起，安装在公交车上，当公交车接近站台时。无线接收器会受到一个传输模块传输的RFID信号并且解码，解码数字信号发送到单片机。

44.2.2.3核心控制模块

控制的核心设计是STC89C52RC，是系统的重要组件之一。它控制发射电路信号的发射和语音信号记录，信号存储与回放，在接收电路中按键的响应中断。STC89C52RC的P0口和语音系统ISD4004相连，P1口和解码模块PT2272相连，P2口和液晶显示器端口相连，P3口和键盘端口相连。

44.2.2.4声音录制-播放模块

ISD4004是美国ISD公司制造的一种新型语音模块。录制时间大约8-16分钟，音质很好。工作电压是3V[6]。我们可以用转换电路将5V转换成3V。ISD4004芯片SS（信号选择线），MOSI（串行输入），SCLK（时钟输入）分别连接到单片机的P0.0，P0.1,P0.2端口。ISD4004和单片机接口电路和外围电路如图44.2所示。MIK是麦克风，用于记录语音，可以用它完成普通的现场录音。

图44.2 语音录制播放模块的硬件电路

44.2.2.5功率放大电路

ISD4004音频输出端口可以直接和扬声器相连[7]，语音信号可以通过扬声器直接输出，但驱动功率相对这样的连接较小，考虑到公交车内需要较大的音量，低频功率放大芯片LM386作为扬声器驱动电路可以了解到ISD4004芯片和扬声器之间。功率放大器电路如图44.3所示。10mu;f低频方璐电容器连接端口1至端口8，放大系数可以增加200倍的放大电路[8,9]。

图44.3 功率放大器电路

44.2.2.6键盘和显示模块

公交报站系统还保留了手动控制功能，当站台信息播放异常时，司机可以通过操作键盘上的按键来调整站台信息。显示模块采用128*64液晶显示器，用于实现在播放语音信号同步显示相关的站点。

44.3系统软件设计

软件程序设计主要分为五个部分，系统主程序、发射程序、接收程序、按键程序和显示程序。以下部分详细描述主程序、发射程序和接收程序。

44.3.1系统主程序

单片机不断发射检测信号，一旦检测到信号接收电路板读取数据，根据接收到的数据编码，判断现场的信息，然后发送语音信息地址到声音芯片，播放录好的语音信息。在没有信号的情况下，主程序完成系统的初始化。主程序流程图见图44.4。

44.3.2发射程序

发射部分主要产生周期编码信息。编码信号包括开始标记、数据编码和结束标记。因为无线传送和接收模块每次只接收或发射半字节的数据。一帧数据至少16位消息格式，需要完成四次转换。在实际的应用中，我们可以每三或五秒发射不连续信号。因此此程序还需要一或五秒的延迟。系统发射程序图见图44.5。

图44.4 系统主程序图

图44.5 发射程序图

44.3.3接收程序

接收板的VT端口连接到硬件电路中单片机的一个端口。当射频信号到来，从低电平接收板VT变大，信号发送给单片机，单片机通过读取信号读取信息。具体程序流程图见图44.6。

图44.6 接收程序流程图

44.4结论

此系统采用新颖的理念，使用单片机和射频识别技术实现了公交自动报站。系统通过实验测试运行良好。由于报站系统的经济性和安全性，市场前景很好。此系统只能实现站台自动识别、播报和显示，在下一步中我们将使用无线网了或有线网络，传输站台信息到公共管理部门或者交通控制部门，因此公交车运行状况可以实时监控。当公交车内紧急状况出现时，监控中心可以及时发送消息给司机，实现双向数据通信。

参考文献：

[1] Lin L, Wang LC, Lu Q (2006) Intelligent bus monitor and control system based on GPS and GPRS. J Instrum Apparatuses 27(6):561–563 (in Chinese)

[2] Yang L (2011) Intelligent public traffic broadcast station system based on RFID. J Changchun Univ Sci Technol 6(3):191–192 (in Chinese)

[3] Huicong LI (2010) Automated bus stop announcement system based on active RFID technology. Mod Electron Technol 23:155–157 (in Chinese)

[4] Lu Y, Yao H (2005) The automatic recognition and broadcasting system in bus station based on RFID. Electr Technol Appl 13:113–115 (in Chinese)

[5] Ye X (2011) Design and realization of automatic report station system in the bus based on MCU. Inf Technol 4:40–43 (in Chinese)

[6] Zhou G, Xu MQ (2007) City bus auto broadcast station system design and its application. Equip Manuf Technol 4:109–111 (in Chinese)

[7] Guo T (2009) New concept 51 single chip microcomputer C language tutorial. Start, improve, develop. Electronics Industry Press, Beijing (in Chinese)

[8] Qiu Y, Zhang G (2008) Family voice alarm system design based on ISD4004. Single Chip Microcomput Embed Syst Appl 1:47–50 (in Chinese)

[9] Zhou B, Fen W, Hu J (2008) Bus automatic broadcast station system design. J Sichuan Coll Sci Eng (Nat Sci Ed) 6:79–81 (in Chinese)

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