公交车自动报站系统（正文） - 图文

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

第1章 绪论

1.1 研究课题的背景介绍

随着国民经济的快速发展，城市建设规模不断扩大，大城市人口高度集中并大幅度增长，同时汽车保有量急剧上升，交通需求量迅速扩大，而道路交通基础设施建设的发展则相对滞后。城市交通需求与供给之间的矛盾越来越突出，城市“乘车难”、“行车难”的局面在加剧，交通堵塞呈现出点到线、由线到面的扩展趋势，交通拥挤、交通延误、交通堵塞以及由此引起的噪音、废弃污染严重影响着居民的正常生活以及社会经济的持续、健康发展。

近年来，我国城市交通的现状已引起了政府、公众、社会各界的广泛关注，有关专家学者和交通工程师们在吸取各国城市交通发展经验的基础上，找到了解决我国城市交通发展问题的有效途径，即优先发展城市公共交通，以公共交通为杠杆降低城市交通需求总量，实现道路交通基础设施发展与交通需求增长的均衡。

实施“公交优先”是解决我国城市交通问题的有效途径，也是我国目前交通发展的基本政策。公交智能化是智能交通的一个重要子领域，同时也是落实“公交优先”，使城市交通与社会经济和谐发展的重要组成部分。实施公交智能化，必须提高公交服务质量，而到站后的准确、及时报站就是一个方面，本设计基于AT89C52单片机、LED点阵制作的公交车自动报站系统就能解决这方面的问题。

从而，达到公共形象的提升。当前国内主要大城市的公交车大都采用人工报站，即每到一站由司机或者乘务员来进行报站。但有时由于受到各种因素如雨雪天气的影响，会出现报错站、漏报站的情况，给乘客特别是不熟悉本市地形的乘客带来了不必要的麻烦，从而影响到了一个城市的窗口形象工程建设。

于是开发研制自动报站系统成为必然。因此本次毕业设计中提出以AT89C52单片机为核心，用LED显示屏显示站名的即经济、高效、直观的公交车到站自动报站系统。

- 1 -

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

1.2 研究前景及国内外发展水平

随着公交优先战略的确定，公交在缓解城市交通拥堵方面的作用将越来越重要，也这种要求相比，我国大城市公共交通还有很大差距，主要表现为：为社会提供服务信息的水平低，只能是以经验为主的被动、滞后的实施服务，仍以人工作业为主。上述问题显然不利于公交对乘客的吸引，也是导致公交运营组织模式落后、调度方式原始陈旧、企业管理效率不高的重要原因。因此，如何提高公交系统的服务质量，是现行公交行业急需解决的问题。

我国智能运输的基础较差，因此理论研究虽在进行，但相应技术却得不到推广，在实际生活中得不到应用，达不到广泛服务社会的目的。所以发展一种自动报站系统，提高公交服务质量就成为民用科技研究的一个项目。

目前在国际上已经实现了DPS定位车载智能系统，在国内的几个大城市也都有使用，实现了公交系统的全面监控和调度。公交车自动报站系统的研究也达到了无线联络，全自动报站的水平。但一般其经济投入较高。结合我国现有的公交系统现状，半自动化报站系统还有很大的应用空间。适用于一些中小城市。

1.3 课题研究的意义

在公交车上，经常有误报站的现象，在早晚高峰期，公交车内拥挤，环境噪声大，语音报站往往听不清楚，影响报站，车箱内的喇叭分布不均匀也容易造成乘客听不清报站。而报站LED显示屏填补了语音报站的缺陷。在听不清报站的时候可以通过显示屏确认站点。而且LED显示屏的成本较低，适合在每个公交车上安装。

1.4 课题任务及设计要求

以单片机为核心，制作一个公交车自动报站系统。其必要的功能为： 1：具有4个24*24的点阵汉字显示功能。

2：功能上具有速度调整、显示控制按键和滚动控制按键。 3：汉字用点阵显示，汉字显示模块采用24*24。

4：在设计时应该充分考虑单片机的I/O口的扩展和单片机的存储字库的问题。

- 2 -

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

第2章 方案论证与方案选择

2.1 总体方案论证

公交车LED显示屏电路大体上可以分成单片机本身的硬件电路、显示驱动电路和控制电路。控制电路部分包括一个51CUP和一些外围电路。在整个电路当中此控制电路部分相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。

此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描(把该行与电源的一端接通)。另一方面，根据各行锁存的数据，确定相应的行驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的行，就在该列该行点燃相应的LED；未接通的行所对应的LED熄灭。可通过按键控制电路控制实现显示站名的移动/停止，开/关，速度的加减，下一个站名的功能。根据任务要求，该系统框图如图1所示。

复位电路 时钟电路 点阵显示器阴极驱动电路 单 点阵显示器阳极驱机 动电路

按键控制电路 片 24×24点阵 LED显示屏

图1 系统框图 - 3 -

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

2.2 各方案选择与论证

2.2.1单片机选择

方案一: 采用通过SPCE061A单片机编写程序显示要求汉字。

SPCE061A是凌阳科技公司umSPTM(microcontroller and signal processor)系列产品中的16位微控制芯片，内置32闪存，其较高的处理速度芯片能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号，适用于数字语音识别等领域。

8×8双色LED点阵电路，用行驱动和列驱动可以亮点LED点阵模块。图中RCOL1～ECOL8分别控制8×8LED的每一列显示成红色，成为红色LED的列驱动，低电平有效；而GCOL1～GCOL8分别控制着8×8LED的每一列显示成绿色，成为绿色LED的列驱动，同样是低电平有效；COM1～COM8使他们的数据口，当送入一个口高电平时，相应的LED被点亮，而当送入其中一个低电平时，相应的LED就会被熄灭，所以也成为行驱动。比如，当想要第一行（从下到上）的第一个LED显示成红色的时候，只需要送RCOL1一个低电平，而且送COM1一个高电平即可，也即选中红色的第一列（从右到左），并给第一行（从下到上）送一个高电平，就可以使得第一行第一列（同前）的LED显示成红色。此方案也是有单片机直接驱动，性能稳定，驱动能力强，简单方便，但是由于我们系主要学习的是51系列单片机对于这一款新的单片机再去学习了解可能时间不够，故此方案也被放弃了。

方案二:选用ATMEL公司的AT89C52单片机作为硬件电路的主控芯片，它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内8K BYTES的可反复擦写的只读程序存储器和256 BYTES的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置有8位中央处理器和FLASH存储器单元，功能强大的AT89C52单片机可提供许多复杂系统控制应用场合。AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，因此单片机选择ATC89C52较为合适。

2.2.2复位电路选择

单片机刚上电时需要复位一次才能可靠工作，单片机有多种复位电路，本系统采用电平式开关复位和上电复位方式，当上电时，C1相当于短路，单片机复位，在正

- 4 -

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

常工作时，按下复位键时单片机复位。复位电路如图2所示。

图2 单片机复位电路

2.2.3外部晶振选择

AT89C52的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。通过XTAL1，XTAL2外部接上一片作为反馈元件的晶体，与C1和C2构成了并联谐振电路，使其构成自激震荡器。电容的值具有微调的作用，我们取33PF。具体的接法如图3外部晶振电路所示。

图3 外部晶振电路

- 5 -

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

2.2.4显示屏模块选择

我们知道的用来显示的器件很多，比如数码管、LCD、点阵式LED。数码管只能显示数字，LCD可以显示汉字、符号、数字和图形。虽然LCD的显示效果要比LED好，显示电路也比较简单，因为很大一部分已经集成化，但是它的价格比较高，也不容易采购。所以综合考虑生产成本，本系统采用点阵式LED显示。它具有一下特点：1、价格比较便宜；2、容易扩展显示比较多的汉字；3、显示汉字效果好，广泛用于广告显示屏，交通屏幕。通常情况下，点阵式LED显示屏是由标准的LED显示模块组成的。

HS 1088BS点阵式LED显示模块是8行8列64个LED组成。单块点阵式LED显示模块能够显示各种字母，数字和常用的符号。点阵式LED显示模块在8行8列的每一个交点上装有一个LED。模块有共阳极和共阴极之分。LED的正极接行引线，负极接列引线的称为共阳极LED显示模块，反之为共阴极LED显示模块。

方案一：采用9块8×8点阵LED显示屏相连接构成一块24×24点阵LED显示屏，9块点阵屏连接起来面积较大，且需多根导线将其焊接，但是这种方案制作的显示屏的大小、形状没有限制，可以任意制作，现在制作的LED显示屏都是用此方法。

方案二：采用24×24点阵LED显示屏，24×24点阵屏的功能与9块8×8点阵屏构成24×24点阵屏功能相同，但是更为美观小巧美观，且单块24×24点阵屏和9块8×8点阵屏价格相等。但市面上几乎没有24×24点阵LED显示屏，都是由8×8点阵连接而成。故本设计采用方案一。

2.2.5 驱动显示模块选择

LED显示的三种方式：

1、 占空比控制驱动：减少驱动电路。在需要进行灰度级控制显示的情况下要求

随时调整占空比使LED达到响应的发光程度。

2、 组合驱动：按照行列进行驱动。

3、 扫描驱动：所谓脉冲驱动方式，就是利用人眼的视觉暂留效应，以脉冲的方

式对LED器件进行供电，使之间歇性点亮。采用这种驱动方式需要对以

- 6 -

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

下两个方面进行考虑：脉冲电流的幅值和其重复频率。首先，脉冲电流幅值的选择，当脉冲驱动的平均值与直流驱动的电流值相等时，我们人眼的感觉就是相同的，也就是说两者的发光强度相当。

扫描驱动是通过数字逻辑电路，使若干个LED器件轮流导通，用以节省控制驱动电路。LED显示屏是将发光灯按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。 在扫描方式下进行扫描：

（1） 按列控制也叫可按列扫描，按行控制。所谓“扫描”的含义，就是指一行

一行地循环接通整行的LED器件，而不问这一行的哪一列的LED器件是否应该点亮，某一列的LED器件是否应该点亮，由所谓的列控制电路来负责。

（2） 按行扫描按列控制的方式。一个m行n列结构的LED显示屏，当采用行

扫描列控制的驱动方式时，从H1到Hm轮流将高电位接通各行线，使连接到各行的LED器件接通正电源，但具体哪一个LED导通，还是看它的负电源是否接通，这就是列控制所要完成的工作。

根据驱动方式的不同，LED大屏幕显示方式可分为静态显示和动态扫描显示。 方案一：采用静态锁存方式，从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制这些组成图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。24×24的点阵共有576个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，24×24的点阵需要576/8=72个锁存器。这个数字很大，因为仅仅是24×24的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大的多，这样在锁存器上花的成本将是一个很大的数字。这种方法可以直接驱动LED，原理简单，驱动能力强，LED的亮度也可以通过限流电阻调节，非常方便，但此种方法太浪费单片机的I/O口，只适合于较小的系统。因此采用另一种称为动态扫描的显示方法。

方案二：采用动态扫描方式，动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如24行）的同名列共用一套列驱动器。具体就由

- 7 -

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

9块8×8组成的24×24的点阵来说，我们把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起，先送出对应第一列发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一列使其点亮一定的时间，然后熄灭；再送出第二列的数据并锁存，然后选通第二列使其点亮相同的时间，然后熄灭；…… 第二十四列之后又重新点亮第一列，这样反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，只要刷新速率不小于25帧/秒，就不会有闪烁感，我们就能看到显示屏上稳定的图形了。该方法能驱动较多的LED，控制方式较灵活，而且节省单片机的资源。故采用本设计方案。

2.2.5行驱动模块选择

采用动态扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一列中各行的数据都传送到相应的行驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到行驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。

采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将行数据一位一位传往行驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。故选择串行传输。

但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给行驱动器，只有当一列的各行数据都已传输到位之后，这一列的各行才能并行地进行显示。这样，对于一列的显示过程就可以分解成行数据准备（传输）和列数据显示两个部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以至影响到LED的亮度。

解决串行传输中行数据准备和行数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本列各行数据的同时，传送下一列的行数据。为了达到重叠处理的目的，行数据的显示就需要具有锁存功能。

经过上述分析，可以归纳出行驱动器电路应具备的主要功能。对于行数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对于列行数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本列已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一列的列数据，而不会影响本行的显示。

- 8 -

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

选用行驱动模块主要有两种方案：

方案一:74ls164是8位串行输入转并行输出移位寄存器。74ls164的驱动电流（25mA）比74HC595（35mA）的要小，14脚封装，体积也要小一些，但74ls164只有数据清零端，不容易控制。

方案二：由74HC595构成，74HC595是具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，与74ls164只有数据清零端相比，74HC595还多有使能输出控制端，可以使输出为高阻态，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，达到重叠处理的目的。由于有24个行线，需要3块74HC595串联起来。故采用方案二。

- 9 -

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

第3章 系统硬件电路的设计

3.1 硬件电路设计

本电路是由AT89C52单片机为控制核心；采用普通晶体时钟源，其中晶体用12MHZ的石英晶振；复位电路结合实际应用功能的实现，采用上电复位和电平式开关复位方式；显示部分由24×24点阵LED显示屏显示；行驱动电路采用74HC595，列驱动电路采用74LS138。

3.2 各单元电路说明

3.2.1 单片机主控模块设计

1. AT89C52单片机介绍

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256的随机存取数据存储器，器件采用AEMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。图4为AT89C52外部封装。

图4 AT89C52封装

AT89C52单片机为40引脚双列直插芯片,有32个外部双向输入/输出端口，同时

- 10 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/e502.html