用單片機實現(xiàn)公交車的自動考核與報站

1 引言

現(xiàn)今社會中，許多中小城市對公交車輛進行考核，大都采用人工考核的方式，該方式存在諸多缺點，例如，對車輛到達每一站的時間以及行駛途中存在的壓客、超速、超載等問題，無法進行有效的監(jiān)督，更重要的是它浪費了大量的人力資源，因此，急需一種系統(tǒng)對公交車輛進行有效的管理。

通過市場調(diào)查，現(xiàn)在對公交車輛進行管理，主要有兩種方式：一是GPS自動考核系統(tǒng)，另一種是在站牌上設(shè)一信號發(fā)射裝置，供車輛到站時判別。前一種方式雖然比較先進，但其價格昂貴，對中小城市的公交公司來說，只會增加其負(fù)擔(dān)。而且更為重要的是，它需要對原有的站牌進行改造，程序煩瑣。雖然屬于同步考核方式，但對車輛塞車等情況仍無能為力。候車乘客通過站牌雖可知道車輛與本站的距離，但到達的確切時間仍無法確定，考核效果也不理想；后一種方式利用車輛收到信號和失去信號的時間間隔判別車輛?？勘菊镜臅r間，但此系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，可以說是效果很差，站牌上電力的供應(yīng)、發(fā)射裝置的穩(wěn)定性、車輛上接收器靈敏度的不一性及路對面站的干擾等情況都嚴(yán)重影響了考核。

近年來，單片機技術(shù)迅猛發(fā)展，廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，由于單片機具有可編程性及很好的存儲擴展性等許多優(yōu)點，因此萌生了用單片機來實現(xiàn)公交車輛的自動考核與報站。

2 系統(tǒng)的功能

（1）自動報站功能：當(dāng)車輛到達某一停車站點時，系統(tǒng)自動報站，無需手動按鍵。

（2）自動考核功能：自動記錄車輛中途停車的時間和行駛的里程數(shù)，自動記錄超速、低速行駛的時間和里程數(shù)。

（3）顯示時間功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計原理

公交車較一般車輛有個明顯的特點，就是它行駛的路線固定，從起點到終點中途經(jīng)過的站、路口也是固定的。因此，從起點到任一站、任一路口的距離是相對不變的，任意兩站之間、路口之間以及站與路口之間的距離也是不變的。我們利用這一特點，首先把從始發(fā)站出發(fā)的公交車到達每一站、每一路口行駛的里程數(shù)（確切地說是一個范圍，即經(jīng)過反復(fù)試驗，得到的到達某站或路口的數(shù)據(jù)范圍）記錄在系統(tǒng)中，公交車在實際運行中，如果行駛的里程達到某某范圍（范圍的最低值），則自動報站（包括提示是路口等等），此即實現(xiàn)了自動報站功能。對于自動考核中的超速、低速的判斷，只需在系統(tǒng)中設(shè)置一計數(shù)器（計算車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)），用單位時間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)來判斷車速超、低速情況，同時將超、低速時的時間和行駛的里程數(shù)記錄在系統(tǒng)中。這樣，在車輛回到總站后，只要讀取系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)，就可以知道車輛在運行途中的?？空炯俺⒌退傩旭偳闆r。對于車輛停車時間的記錄，實現(xiàn)的方法是在車輛停止轉(zhuǎn)動時就開始計時，在車輪開始轉(zhuǎn)動時停止計時，并將計時時間保存在系統(tǒng)中。由于車輛停車時間的長短和停車時的時間都被記錄下來，就可以杜絕一些公交車在站點延時拉客以及未到達站點就中途停車?yán)偷默F(xiàn)象。這里要說明的是：所謂里程數(shù)＝車輪轉(zhuǎn)數(shù)*車輪周長。

圖1 語音錄放電路

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計

該系統(tǒng)硬件設(shè)計按功能模塊劃分，可分為四部分：最小系統(tǒng)、顯示部分電路、計數(shù)部分電路和語音電路。下面結(jié)合每一個功能模塊，來介紹一下如何用單片機來實現(xiàn)公交車輛的自動考核與報站。

（一）最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)由89C51、RAM、鎖存器、時鐘電路、復(fù)位電路五部分組成。這是該系統(tǒng)的核心，所有的指令都是由89C51發(fā)出的。

RAM：由于車輛在行駛過程中需要記錄大量的數(shù)據(jù)，比如車輛中途停車的時間、慢速行駛的時間、超速的時間等等，而89C51內(nèi)部只有256B的數(shù)據(jù)存儲器RAM，其中128B用戶可以使用，數(shù)據(jù)容量根本無法滿足系統(tǒng)的需要，故須外接RAM。

鎖存器：89C51雖然有P0、P1、P2、P3四個八位的I/O口，但是只有P0口能夠直接用于對外部存儲器的讀/寫操作，而P0口還要輸出外部存儲器的低8位地址（高8位地址直接由89C51的P2口輸出）。為了避免數(shù)據(jù)和地址的信號沖突，這時候就需要在89C51和RAM之間加上一鎖存器（實驗中采用 74LS373），從而使數(shù)據(jù)與地址分時輸出。

時鐘電路：系統(tǒng)要穩(wěn)定的工作必須有可靠的時鐘。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，外接6MHZ的晶振，晶振和電容（15P）組成并聯(lián)諧振蕩回路，從而使89C51內(nèi)部的電路產(chǎn)生自振蕩。

復(fù)位電路：即在89C51的RESET端出現(xiàn)一保持10ms的高電平時，單片機復(fù)位。系統(tǒng)將手動復(fù)位和上電復(fù)位結(jié)合在一起。

（二）顯示部分電路

顯示部分主要是顯示時間的。在該系統(tǒng)設(shè)計中，由于89C51本身自帶的并行口有限，故在系統(tǒng)中采用8155對并行口進行擴展。我們用8155PB口輸出段碼（即待顯示的數(shù)據(jù)），利用8155PA口的低四位（PA0、PA1、PA2、PA3），經(jīng)過一個74LS154（四—十六譯碼器）譯碼后產(chǎn)生16個位選信號，某一位選信號有效，與之相對應(yīng)的LED燈即被點亮。我們在此采用的是動態(tài)顯示方式，該方式較靜態(tài)顯示方式的明顯優(yōu)點即其占用的I/O口資源少，從而不必再對89C51進行I/O口擴展。

（三）計數(shù)部分電路

車輛在運行過程中，我們?nèi)绾斡嬎丬囕v行駛的里程，如何判斷車輛超速、低速，這些都是通過計數(shù)部分電路來實現(xiàn)的。我們只要記錄下車輪的轉(zhuǎn)數(shù)，然后用它乘以車輪周長就可以得到車輛行駛的里程數(shù)。而對于車速，設(shè)定系統(tǒng)以某一固定時間間隔（比如5秒）來采集計數(shù)值（即車輛轉(zhuǎn)數(shù)），用這一數(shù)值乘以車輪周長得出車輛行駛的里程，再除以時間從而得到車速，這樣我們就可以判斷車輛的超速、低速情況了。其實計數(shù)電路非常簡單，它僅僅利用到89C51的外部中斷INT0，每當(dāng)此引腳有下跳沿信號，計數(shù)器即加1（系統(tǒng)中采用16位計數(shù)器，最大計數(shù)值可達到65535）。在進行實驗的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，模擬車輪產(chǎn)生的脈沖干擾很大，采用軟件延時，效果不甚理想，而且影響到顯示（用以顯示的LED燈產(chǎn)生明顯的抖動），故想到在INT0端采用硬件延時。而RS觸發(fā)器在此方面有良好的特性，因此在INT0引腳與產(chǎn)生脈沖的車輪之間加上一RS觸發(fā)器。

（四）語音部分電路

自動考核與報站系統(tǒng)的報站功能主要是由語音部分電路來實現(xiàn)的。實驗中我們使用的語音芯片為ISD4002-120P，該芯片的存儲時間僅為120秒，只可用于實驗室階段，實際應(yīng)用中可以更換存儲時間長的芯片。由于車輛在運行途中，只需報站，而無需錄音，故我們采用圖1所示電路對語音芯片進行錄音。

開關(guān)在“REC”端是錄音狀態(tài)，按住“AN”鍵不放，指示燈亮即可對著話筒講話錄音，松鍵錄音停止并形成一段。再按則錄下一段。按“STOP”鍵復(fù)位，再錄音時又從第一段開始。開關(guān)在“PLAY”一側(cè)是放音狀態(tài)，按一下“AN”即播放一段錄音，一段結(jié)束后自動停止放音，再按“AN”鍵則播放下一段。

把錄好的芯片放到系統(tǒng)中，當(dāng)車輛行駛的里程數(shù)達到某一段范圍時，我們利用語音芯片的快進功能，跳到相應(yīng)的語音段開始放音從而實現(xiàn)自動報站。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由主程序、計數(shù)中斷子程序、時間中斷子程序等級成。下面列出了主程序流程圖（如圖2）和計數(shù)中斷子程序流程圖（如圖3）：

6 結(jié)束語

總的看來，本系統(tǒng)采用了一種比較新穎的思路，用單片機來實現(xiàn)公交車輛的自動考核和報站。能夠?qū)卉囕v進行有效的管理，投入市場的前景較好。在實際運用的時候，可以在系統(tǒng)中擴展鍵盤，以防止公交車行駛路線發(fā)生變化以及出現(xiàn)一些異常情況時，改用鍵盤控制報站。

參考文獻

[1]何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計：系統(tǒng)配置與接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990年。
[2]劉樂善，葉濟忠.微型計算機接口技術(shù)原理及應(yīng)用.湖北：華中理工大學(xué)出版社，1996年。