毕业设计论文毕业设计公交车可视化语音报站 - 图文

论文分类号： TP 学校代码： 13681

HAOJING COLLEGE SHAANXI UNIVERSITY OF SCIENCE ＆ TECHNOLOGY

毕业设计说明书(论文)

题目： 公交可视化语音自动报站器的设计

——主控STC12系列

学生姓名： 郭 璠

学 号： 2 6 1 1 1 0 2 系 部： 信息工程 七系 专业班级： 电 信1112班 指导教师： 陈明泽 苏 婕

二〇一四年四月

I

Automatic Design of Converter Station Bus Visual Speech

——MastercontrolSTC12 Series

ABSTRACT

In recent years , with the vigorous development of China's information industry , the standard of living and improve security awareness , people travel for the safety and convenience have created new demand . In addition to the bus-stop system and out of the station bus stop outside , how about to remind passengers to the front of the station names , as well as to those vulnerable groups effectively convey the station information to facilitate their travel , is also an important part of the smart -stop system .

The design is mainly to address how easily and accurately instruct passengers arriving problem with the human voice simulation and forecasting stations reporting station , reported on the number of stations and station name and station name for text display and voice message recording station name selection control function. The system includes a microcontroller module , speech synthesis circuit , station number , station name display module , infrared interface circuit , reset circuit and power systems .

STC12 microcontroller to control the use of speech synthesis chip and LCD modules . Speech synthesis chip SYN6288 , using simulated data is stored directly patented semiconductor memory technology , the upcoming analog voice data is written directly to a single storage unit , eliminate the need for A/D, D/A conversion , and therefore better able to reproduce the natural effects of real speech avoid the quantization noise and distortion generally solid voice circuits because quantization and compression caused . With LCD display , through the construction of model building simulation systems , access to relevant information related to the sensor and microcontroller combines knowledge , realization station Voice newspaper stand and display (LCD screen ) consisting stop system , give relevant sites , reminding prepare to enter the passenger to get off . Maximize the use of intelligent systems for efficient and convenient travel services , the system will give intelligent people to improve travel efficiency and improve environmental quality , it makes the system more practical newspaper stand .

KEY WORDS：Single-chip Microcomputer , Audio Prompt , Bus-Stop Auto-Announce

II

公交可视化语音自动报站器的设计

——主控STC12系列

摘 要

近些年来，随着我国信息事业的蓬勃发展，生活水平与安全防范意识的提高，人们对于出行的安全性和便利性都产生了新的需求。公交报站系统除了进行进出车站报站之外，如何提醒乘客前方即将到站名称，以及给那些弱势群体有效的传达车站信息，方便他们的出行，也是智能报站系统的重要组成部分。

本设计主要解决如何方便、准确地指示乘客到站的问题，具有模拟人声进行报站和预报站，对所报站数和站名进行文字显示和站名语音信息录放及站名选择控制等功能。系统包括微控制器模块、语音合成电路、站数、站名显示模组、红外接口电路、复位电路及电源等系统。

使用STC12单片机来控制语音合成芯片和液晶显示模组。语音合成芯片SYN6288,采用模拟数据半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟语音数据直接写入单个存储单元，不需经过A/D、D/A转换，因此能够较好地真实再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩造成的量化噪声和失真现象。配合液晶屏显示，通过建造模型，搭建仿真系统，查阅相关资料结合相关传感器与单片机知识，实现车站语音报站与显示屏（LCD显示屏）所组成的报站系统，给出相关站台提示，提醒乘车人员进入下车的准备。最大化的利用智能系统，实现高效便利的出行服务，系统智能化也会给人们提高出行的效率和改善环境质量，就使得该报站系统更加实用。 关键词：单片机，语音合成，公交报站

III

目 录

1 绪 论 .................................................................. 1

1.1 课题研究背景与意义 ................................................ 1 1.2 报站器的动态发展趋势 .............................................. 1 1.3 主要交通工具之一 .................................................. 1 2 系统方案设计 ........................................................... 2

2.1 系统设计的任务 .................................................... 2 2.2 统设计原理 ........................................................ 2 2.3 系统方案选择 ...................................................... 2 2.4 系统框图 .......................................................... 3 2.5 系统主控简介 ...................................................... 4 3 系统主控 ............................................................... 5

3.1 主控模块 .......................................................... 5

3.1.1 主控芯片（单片机）应用领域 .................................. 5 3.1.2 主控的选择 .................................................. 5 3.2 STC12系列单片机特点 .............................................. 5

3.2.1 12系列单片机的优点 .......................................... 6 3.2.2 引脚功能说明 ................................................ 6

4 硬件设计 ............................................................... 9

4.1 电源模块设计 ...................................................... 9

4.1.1 芯片介绍 .................................................... 9 4.1.2 稳压电路 ................................................... 11 4.2 系统主控设计 ..................................................... 12

4.2.1 单片机的最小系统 ........................................... 13 4.2.2 单片机硬件焊接 ............................................. 13 4.2.3 单片机下载电路设计 ......................................... 13 4.2.4 单片机下载程序的对应软件 ................................... 14

5 软件设计 .............................................................. 15

5.1 软件实现功能 ..................................................... 15

IV

5.2 软件实现 ......................................................... 15

5.2.1 开发软件工具 ............................................... 15 5.2.2 程序详细说明 ............................................... 16 5.3 功能代码 ......................................................... 17 6 模块检查与系统调试 .................................................... 18

6.1 模块检查 ......................................................... 18

6.1.1 断电检测线路连接 ........................................... 18 6.1.2 通电检测程序执行 ........................................... 18 6.2 系统调试 ......................................................... 18

6.2.1 模拟测试 ................................................... 18 6.2.2 实地测试 ................................................... 18

7 结 论 ................................................................. 20 致 谢 ................................................................... 21 参 考 文 献 ............................................................. 22 附录一 系统实物图 ....................................................... 23 附录二 主控参考程序 ..................................................... 26 附录三 模块相关参考程序 ................................................. 30 毕业设计说明书（论文）缩写稿 ............................................ 36 毕业设计说明书（论文）缩写稿译文 ........................................ 45

公交车可视化语音自动报站器的设计

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1 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

公交车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公交车的报站直接影响服务的质量。传统由乘务人员人工报站，该方式因其效果太差和工作强度太大，在很多城市已经被淘汰。近年来，随着科学技术的发展和进步，微型计算机技术已经在许多领域得到了广泛的应用。在声学领域，微机技术和各种语音芯片的相结合，即可完成语音合成技术，使得汽车报站的实现成为可能，从而为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交报站系统的不足之处，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种由单片机控制的公交车自动报站系统。

1.2 报站器的动态发展趋势

公交车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形及至色彩都有更高的要求。作为公交车还要求有醒目和减少乘务人员劳动强度的电子报站器、电子显示路牌、无人售票装置、前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越善及。公交报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公交车的服务质量。目前公交报站有三种方式，一种是利用GPS全球卫星定位系统，在司机座位后面的隔板上，安装了一台15英寸的液晶电视和GPS信号接收器，安装了这套设备后，公交车在语音报站的同时，通过液晶电视还可以显示到站站名的字幕，这样如果没有听清楚报站的话，通过显示屏，乘客也可以一目了然。目前在美国部分城市GPS卫星定位系统已经投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵，尤其是一些中小城市无法承受。另外两种是手动电子报站和人工报站的方式，而他们都离不开司务人员，加大了乘务人员的工作强度。手动电子报站一般由司机或者乘务人员控制，经常出现错报、误报的情况。

1.3 主要交通工具之一

提供舒适、安全、便捷的乘车环境，对于公交企业来说，不仅是应尽的责任，亦是不断追求的目标。因此，如何设计一款能自动报站、成本低、报站语音效果好的报站系统成为本课题的研究重点。

2

2 系统方案设计

2 系统方案设计

2.1 系统设计的任务

设计一个基于单片机控制的语音自动报站系统，要求实现的功能如下： （1）可以设置上、下行路线；

（2）可以显示当前的站名、下一站的站名，车内温湿度显示； （3）智能化自动报站功能；

（4）方便用户修改站名和站数，更新快捷方便。

2.2 统设计原理

本系统使用八位单片机作为控制器件。当系统进行语音再生时，单片机控制语音合成电路中的语音芯片来读取其外接的存储器内部的语音信息，并合成语音信号，再通过语音输出电路，进行语音报站和提示。同时，单片机通过程序读取文字信息，送入液晶显示模组来进行站数和站名的显示。当汽车到达某站时，司机或乘务人员无需控制报站系统。而且，系统具有根据公交车站台信息确定报站名称的功能（司机或乘务人员可以通过按键来控制）。当系统进行语音录制时，语音信号通过语音录入电路送给语音合成电路中的语音芯片，由语音芯片进行数据处理，并将生成的数字语音信息存储到语音存储芯片中，从而建立语音库。

2.3 系统方案选择

（1）采用STC12C5A60S2单片机作为系统设计的核心

STC12系列单片机具有高效能、资源占用率低等特点。目前51系列单片机的应用非常广泛。结合C语言、汇编等程序，单片机可以实现丰富的功能，并且部分设计可以直接在Proteus环境上进行仿真实现相应的功能。

（2）语音播报

方案一：采用专门的语音芯片

该类芯片有ISD、PM、ALPHA等系列。常用的如ISD4004，可以录入长达8分钟的语音，8K采样率。虽然这些语音芯片音质失真度较小，但背景噪声很大，还得额外加功放，无额外发挥功能。

方案二：采用SYN6288语音合成模块

SYN6288语音合成模块通过异步串口接收待合成的文本，实现文本到声音（TTS）的转换。文本识别智能、语音合成效果和智能识别效果非常优越。还具有体积小、硬件

公交车可视化语音自动报站器的设计

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接口简单、性价比高的优点。考虑报站需良好音质，而且要求控制方便，所以决定采用方案二。

（3）自动报站实现方案

方案一：采用GPS定位系统，对公交车定位，当公交车的经纬度与车站的经纬度相接近时便报站。此方案精度高，稳定性好，但GPS价高几百，且必须先对车站的经纬度进行精确勘察，编程难度大、数据处理复杂、精确度要求很高，其工作量可谓艰巨。

方案二：采用现成的红外收发模块，如PT2272/PT2262收发模块，价格只需10元左右，虽廉价但稳定性极高，距离几十厘米到几米，调节方便，信号传输的距离达到报站的要求；PT2272/PT2262最多可有12位（A0—A11）三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平），任意组合可提供531441种地址码，对一个城市来说已够用，故选用此方案。

（4）人机界面信息的显示

采用LCD12864大液晶进行信息的显示。LCD12864可以显示字符、汉字、图片等大量信息，而且控制简单。传统的数码管、1602液晶等器件显示的信息有限，并且这些器件只能显示字符和数字，不能显示汉字。所以本系统选择性价比高的LCD12864大液晶进行信息显示。

2.4 系统框图

晶振STC12C5A60S2温湿度模块复位LCD显示模块红外接收语音合成模块电源 图2-1 系统组成结构

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2 系统方案设计

2.5 系统主控简介

为了降低控制仪器成本并减小体积，系统采用了STC生产的单片机作为主控芯片。STC12C5A60S2内部没有程序存储器，需要外部扩展存储器，选用一片8KBUVEPROM存储器芯片2764就可以满足应用要求。同时，STC12C5A60S2还需要外接晶振和复位电路。

语音提示模块选用SYN6288系列语音芯片，外接单片机和音箱组成语音合成和播放电路。其中，音箱由音频功率放大器LM386驱动。 如图：

电源单片机语音合成芯片音频功率放大器扬声器

图2-2 语音提示模块组成结构

文字显示模组采用12864液晶屏作为显示单元，其驱动芯片为带有中文字库的ST7920控制器系列。模组使用ST7920作为控制器和行驱动器，同时使用ST作为列驱动器。与单片机的连接，我们采用并行间接访问方式。

电源采用LM2576作为稳压器件，将公交车上的+5-9V直流电压转变为+5V直流电压。LM2576是NS生产的3A电流输出降压开关型稳压集成芯片，能够较好地解决LM7805因输入电压过高而发热量较大的问题。

公交车可视化语音自动报站器的设计

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3 系统主控

本系统硬件构架主要有几大模块组成：单片机模块、录音模块、播放系统模块、电源模块、ISP下载模块。以上五个模块构成了公交车报站系统。

3.1 主控模块

3.1.1 主控芯片（单片机）应用领域

由于单片机的体积小、使用灵活、成本低、易于产品化等特点，特别是有强大的、面向控制的能力，使它在工业控制、智能化仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等到方面得到了广泛的应用。

3.1.2 主控的选择

本设计主要考虑了两块现在广泛用于生产生活中的、价格低廉的单片机。STC公司生的STC12C5A60S2单片机系列和Atmel公司芯片。本次的设计选用STC公司的单片机。

STC公司是是世界上高级半导体产品设计、制造和行销的领先者，产品包括了微处理器、可编程逻辑器件、非易失性存储器、安全芯片、混合信号及RF射频集成电路。通过这些核心技术的组合，STC生产出了各种通用目的及特定应用的系统级芯片，以满足当今电子系统设计工程师不断增长和演进的需求。STC在系统级集成方面所拥有的世界级专业知识和丰富的经验使其产品可以在现有模块的基础上进行开发，保证最小的开发延期和风险。导全球革新的公司都选择STC的高性能产品来加快自身产品上市，并使自己的产品能够从竞争的产品之中区分出来，不论是传统的市场还是正在发展的市场。通过分布于超过60个国家的生产、工程、销售及分销网络，STC承诺面向客户，为北美、欧洲和亚洲的电子市场服务。确保及时介绍产品以及对客户持续的支持已经使STC的产品成为最新电子产品的核心器件。这些产品进而帮助最终用户完成更多的工作，享受更多的便利并保持与外界的沟通，不论身在何处。STC帮助客户设计更小、更便宜、更多特性的产品来领导市场。因此，那些领导全球革新的公司都选择STC的高性能产品来加快自身产品上市，并使自己的产品能够从竞争的产品之中区分出来，不论是传统的市场还是正在发展的市场。

3.2 STC12系列单片机特点

STC12系列单片机是以STC12C5A60S2核构成的，所以，它和8051单片机是兼容的系列。这个系列对于以8051为基础的系统来说，是十分容易进行取代和构造的。故而对于熟悉8051的用户来说，用STC公司的89系列单片机进行取代8051的系统设计

公交车可视化语音自动报站器的设计

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低，平均工作效率可达70%～90%。在相同压降的条件下，开关电源调节器件与线性稳压器件相比热损失小很多。因此，开关稳压电源可以大大减少散热片体积和印刷电路板的面积，甚至在大多数情况下不需要加装散热片，从而减少了对单片机工作环境的有害影响。

采用开关稳压电源来替代线性稳压电源为单片机供电的另一个优势是：开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自电源的高频干扰具有较强的抑制作用。此外，由于开关稳压电源热损失的减少，设计时我们还可提高稳压电源的输入电压，使用一片LM2576就可以将公交车上的+24V直流电压转化为+5V直流电压，而不需要考虑芯片过分发热的问题。

LM2576开关稳压集成芯片是线性三端稳压器件（如78xx系列三端稳压器件）的替代品，具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为单片机的可靠、稳定工作提供了强有力的保证。

4.1.1 芯片介绍

LM2576是NS生产的3A电流输出降压开关型稳压集成芯片，内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。它提供有3.3V（-3.3）、5V（-5.0）、12V（-12）、15V（-15）及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。

LM2576开关稳压集成芯片的主要特性如下： （1）最大输出电流 3A

（2）最高输入电压 LM2576为40V，LM2576HV为60V （3）输出电压 3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可调）等可选 （4）振动频率 52kHz

（5）转换效率 75%～88%（不同电压输出时的效率不同） （6）控制方式 PWM

（7）工作温度范围 -40℃～+125℃

（8）工作模式 低功耗/正常两种模式可外部控制 （9）工作模式控制 TTL电平兼容

（10）所需外部元件 仅四个（不可调）或六个（可调） （11）器件保护 热关断及电流限制 （12）封装形式 TO-220或TO-263

4.2 系统主控设计

本讲主要向大家介绍12系列单片机作为核心控制器，并通过编写程序来实现对单

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毕业设计说明书（论文）缩写稿

片机IO口的输出输入控制。以控制外部连接的设备，简要的介绍单片机的原理、最小系统的组成，并通过简单的C51程序设计来讲述编译软件Keil的使用并下载Hex文件烧写单片机。

4.2.1 单片机的最小系统 4.2.2 单片机硬件焊接

系统的硬件焊接，需要将不同的元器件通过万用板（洞洞板）搭建，要求有很好的焊接技术，因为有一些元器件的焊接要求比较高，如温湿度传感器要求焊接时最高温度不能超过250℃，且焊接时间不能超过10s。焊接搭建的模块将会在附录中展示。 4.3 单片机下载程序的对应软件

STC12C5A60S2单片机程序下载步骤：

步骤1：选择所使用的单片机型号，如STC12C5A60S2等。

步骤2：打开文件(程序文件或EEPROM 文件)，即要烧录用户程序，必须调入用户的程序代码(即扩展名为*.bin或*.hex的文件)。

步骤3：选择串行口即所使用的电脑串口,如串行口 COM ，串行口2 COM2。（如何知道电脑的串口号：右击我的电脑—>属性—>硬件—>设备管理器—>查询所扩展的串口是电脑虚拟的第几个COM）。

步骤4：点击“Download/下载”按钮下载用户的程序进单片机内部，可重复执行

5 软件设计

5.1 软件实现功能

在单片机编程语言上，有C语言和汇编两种选择。本系列教程采用C语言编写程序，在此对Ｃ语言和汇编语言在进行单片机开发时进行下简单比较，汇编语言面向硬件，要求对硬件的特性如寄存器之类的比较熟悉，执行效率高，但可读性和移植性差，不同的单片机之间的程序不能通用，Ｃ语言面向过程，可读性和移植性很好，效率要比汇编低一些。对于刚接触单片机的人来说，学习这两种语言是一样的，但在以后的开发效率上，C语言的优势就体现出来了，其可以几乎完全不改动的情况下移植，大大提高了开发速度。

5.2 软件实现

5.2.1 开发软件工具

编写软件代码所需使用的工具：

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Keil公司是一家业界领先的微控制器（MCU）软件开发工具的独立供应商。公司由两家私人公司联合运营，分别是德国慕尼黑的Keil Elektronik GmbH和美国德克萨斯的Keil Software Inc。Keil公司制造和销售种类广泛的开发工具，包括ANSI C编译器、宏汇编程序、调试器、连接器、库管理器、固件和实时操作系统核心（real-time kernel）。有超过10万名微控制器开发人员在使用这种得到业界认可的解决方案。其KeilC51编译器自1988年引入市场以来成为事实上的行业标准，并支持超过500种8051变种。

5.2.2 程序详细说明

（1）头文件包含，程序接下来调用的P0_0就是该头文件中定义好的一个寄存器地址。

（2）宏定义I/O引脚便于直观理解也便于程序修改，将P0口命名为信号输入,这样在程序中就可以用P0接收到的信号对相应的外设进行操作。

（3）延时函数声明，函数在调用之前必须进行声明，由于函数定义放在主函数之后，所以在主函数之前对延时函数进行了声明。

（4）主函数入口，主函数不传递参数也不返回值。 （5）输出高电平，启动语音合成模块和显示模块。 （6）延时一段时间，以便人眼能够直观看到。 （7）输出低电平，关闭对应的两个模块。 （8）延时函数定义。 （9）for语句循环延时。

6 模块检查与系统调试

6.1 模块检查

6.1.1 断电检测线路连接

断电检测的主要目的是防止硬件焊接过程中会发生线路短路或者断路，这写都会影响后期模块的调试以及微机系统的稳定运行。

检查的步骤有：

（1）通过观察检查线路连接是否符合原理图 （2）用放大镜检查线路的焊接是否有漏焊或者虚焊 （3）使用万用表对器线路进行通断检查 6.1.2 通电检测程序执行

前面的各道工序做好后，接通USB电源接口，观察电源指示灯是否正常点亮，如

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毕业设计说明书（论文）缩写稿

果正常点亮，则说明电源部分电路正常；否则检测电源电路故障，直到电源指示灯正常点亮。实践过程中发现电源电路正常工作，没有出现异常。

6.2 系统调试

6.2.1 模拟测试

在实验室通过小车模拟公交车进出站，通过模拟得到的数据进行系统的调整。在实验室里，在遥控小车上安装该语音报站系统，并在模拟的路边设置红外信标，通过测试，进行主控的相关参数设置，如报站时间以及报站内容的更改。

6.2 2实地测试

系统根据红外数据收发原理，对每一个车站进行编码，然后通过红外数据发射模块在一定空间范围内发射该编码数据，当公交车进入接收范围时车载系统收到数据，并对数据解码，最后根据解码后的数据确定车辆所到的站点，启动语音报站系统报出相应的站名和显示相应的站台信息，实现了公交车的智能可视化语音报站功能。

7 结 论

本设计是基于单片机的公交车语音文字报站系统，使用STC12C5A60S2单片机作为主控制器，通过与语音芯片SYN6288，液晶显示模组TH12864和红外接口电路的连接完成语音合成、播放和文字显示等功能。文中详细介绍了SYN6288内部结构、各引脚功能、工作原理，TH12864的组成原理、引脚功能和LM2576的功能、原理等。系统其他部分包括人机界面技术的实现和抗干扰设计等。

通过本次设计，我不仅学习到了MCS-51系列单片机的知识，更拓展了自己的视野，培养了自己的学习能力。这些进步对以后的工作学习肯定会有很大的帮助。

公交车可视化语音自动报站器的设计

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毕业设计说明书（论文）缩写稿译文

Graduation manual (paper) abbreviation draft Bus-stop

automatic visualization Design ——Master STC12 Series

Abstract

In recent years, with the vigorous development of China's information industry, the standard of living and improve security awareness, people travel for safety and convenience have created new demand. In addition to the bus-stop system and out of the station bus stop outside, how about to remind passengers to the front of the station names, as well as to those vulnerable groups effectively convey the station information to facilitate their travel, is also an important part of the smart-stop system.

The design is mainly to address how easily and accurately instruct passengers arriving problem with the human voice simulation and forecasting stations reporting station, reported on the number of stations and station name and station name for text display and voice message recording station name selection control function. The system includes a microcontroller module, speech synthesis circuit, station number, station name display module, infrared interface circuit, reset circuit and power systems.

STC12 microcontroller to control the use of speech synthesis chip and LCD modules. Speech synthesis chip SYN6288, using simulated data is stored directly patented semiconductor memory technology, the upcoming analog voice data is written directly to a single storage unit, eliminate the need for A / D, D / A conversion, and therefore better able to reproduce the natural effects of real speech avoid the quantization noise and distortion generally solid voice circuits because quantization and compression caused. With LCD display, through the construction of model building simulation systems, access to relevant information related to the sensor and microcontroller combines knowledge, realization station Voice newspaper stand and display (LCD screen) consisting stop system, give relevant sites, reminding Prepare to enter the passenger to get off. Maximize the use of intelligent systems for efficient and convenient travel services, the system will give intelligent people to improve travel efficiency and improve environmental quality, the newspaper stand makes the system more practical.

1 Introduction

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7n22.html