用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)公交車(chē)的自動(dòng)考核與報(bào)站

1 引言

現(xiàn)今社會(huì)中，許多中小城市對(duì)公交車(chē)輛進(jìn)行考核，大都采用人工考核的方式，該方式存在諸多缺點(diǎn)，例如，對(duì)車(chē)輛到達(dá)每一站的時(shí)間以及行駛途中存在的壓客、超速、超載等問(wèn)題，無(wú)法進(jìn)行有效的監(jiān)督，更重要的是它浪費(fèi)了大量的人力資源，因此，急需一種系統(tǒng)對(duì)公交車(chē)輛進(jìn)行有效的管理。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)在對(duì)公交車(chē)輛進(jìn)行管理，主要有兩種方式：一是GPS自動(dòng)考核系統(tǒng)，另一種是在站牌上設(shè)一信號(hào)發(fā)射裝置，供車(chē)輛到站時(shí)判別。前一種方式雖然比較先進(jìn)，但其價(jià)格昂貴，對(duì)中小城市的公交公司來(lái)說(shuō)，只會(huì)增加其負(fù)擔(dān)。而且更為重要的是，它需要對(duì)原有的站牌進(jìn)行改造，程序煩瑣。雖然屬于同步考核方式，但對(duì)車(chē)輛塞車(chē)等情況仍無(wú)能為力。候車(chē)乘客通過(guò)站牌雖可知道車(chē)輛與本站的距離，但到達(dá)的確切時(shí)間仍無(wú)法確定，考核效果也不理想；后一種方式利用車(chē)輛收到信號(hào)和失去信號(hào)的時(shí)間間隔判別車(chē)輛停靠本站的時(shí)間，但此系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，可以說(shuō)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(chē)輛上接收器靈敏度的不一性及路對(duì)面站的干擾等情況都嚴(yán)重影響了考核。

近年來(lái)，單片機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，由于單片機(jī)具有可編程性及很好的存儲(chǔ)擴(kuò)展性等許多優(yōu)點(diǎn)，因此萌生了用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)公交車(chē)輛的自動(dòng)考核與報(bào)站。

2 系統(tǒng)的功能

（1）自動(dòng)報(bào)站功能：當(dāng)車(chē)輛到達(dá)某一停車(chē)站點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)站，無(wú)需手動(dòng)按鍵。

（2）自動(dòng)考核功能：自動(dòng)記錄車(chē)輛中途停車(chē)的時(shí)間和行駛的里程數(shù)，自動(dòng)記錄超速、低速行駛的時(shí)間和里程數(shù)。

（3）顯示時(shí)間功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

公交車(chē)較一般車(chē)輛有個(gè)明顯的特點(diǎn)，就是它行駛的路線固定，從起點(diǎn)到終點(diǎn)中途經(jīng)過(guò)的站、路口也是固定的。因此，從起點(diǎn)到任一站、任一路口的距離是相對(duì)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(diǎn)，首先把從始發(fā)站出發(fā)的公交車(chē)到達(dá)每一站、每一路口行駛的里程數(shù)（確切地說(shuō)是一個(gè)范圍，即經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，得到的到達(dá)某站或路口的數(shù)據(jù)范圍）記錄在系統(tǒng)中，公交車(chē)在實(shí)際運(yùn)行中，如果行駛的里程達(dá)到某某范圍（范圍的最低值），則自動(dòng)報(bào)站（包括提示是路口等等），此即實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)報(bào)站功能。對(duì)于自動(dòng)考核中的超速、低速的判斷，只需在系統(tǒng)中設(shè)置一計(jì)數(shù)器（計(jì)算車(chē)輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)），用單位時(shí)間內(nèi)車(chē)輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)來(lái)判斷車(chē)速超、低速情況，同時(shí)將超、低速時(shí)的時(shí)間和行駛的里程數(shù)記錄在系統(tǒng)中。這樣，在車(chē)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(chē)輛在運(yùn)行途中的停靠站及超、低速行駛情況。對(duì)于車(chē)輛停車(chē)時(shí)間的記錄，實(shí)現(xiàn)的方法是在車(chē)輛停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就開(kāi)始計(jì)時(shí)，在車(chē)輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)停止計(jì)時(shí)，并將計(jì)時(shí)時(shí)間保存在系統(tǒng)中。由于車(chē)輛停車(chē)時(shí)間的長(zhǎng)短和停車(chē)時(shí)的時(shí)間都被記錄下來(lái)，就可以杜絕一些公交車(chē)在站點(diǎn)延時(shí)拉客以及未到達(dá)站點(diǎn)就中途停車(chē)?yán)偷默F(xiàn)象。這里要說(shuō)明的是：所謂里程數(shù)＝車(chē)輪轉(zhuǎn)數(shù)*車(chē)輪周長(zhǎng)。

圖1 語(yǔ)音錄放電路

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)部分電路和語(yǔ)音電路。下面結(jié)合每一個(gè)功能模塊，來(lái)介紹一下如何用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)公交車(chē)輛的自動(dòng)考核與報(bào)站。

（一）最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)由89C51、RAM、鎖存器、時(shí)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(chē)輛在行駛過(guò)程中需要記錄大量的數(shù)據(jù)，比如車(chē)輛中途停車(chē)的時(shí)間、慢速行駛的時(shí)間、超速的時(shí)間等等，而89C51內(nèi)部只有256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，其中128B用戶(hù)可以使用，數(shù)據(jù)容量根本無(wú)法滿(mǎn)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(gè)八位的I/O口，但是只有P0口能夠直接用于對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)操作，而P0口還要輸出外部存儲(chǔ)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(hào)沖突，這時(shí)候就需要在89C51和RAM之間加上一鎖存器（實(shí)驗(yàn)中采用 74LS373），從而使數(shù)據(jù)與地址分時(shí)輸出。

時(shí)鐘電路：系統(tǒng)要穩(wěn)定的工作必須有可靠的時(shí)鐘。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)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(shí)，單片機(jī)復(fù)位。系統(tǒng)將手動(dòng)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(shí)間的。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于89C51本身自帶的并行口有限，故在系統(tǒng)中采用8155對(duì)并行口進(jìn)行擴(kuò)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(guò)一個(gè)74LS154（四—十六譯碼器）譯碼后產(chǎn)生16個(gè)位選信號(hào)，某一位選信號(hào)有效，與之相對(duì)應(yīng)的LED燈即被點(diǎn)亮。我們?cè)诖瞬捎玫氖莿?dòng)態(tài)顯示方式，該方式較靜態(tài)顯示方式的明顯優(yōu)點(diǎn)即其占用的I/O口資源少，從而不必再對(duì)89C51進(jìn)行I/O口擴(kuò)展。

（三）計(jì)數(shù)部分電路

車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中，我們?nèi)绾斡?jì)算車(chē)輛行駛的里程，如何判斷車(chē)輛超速、低速，這些都是通過(guò)計(jì)數(shù)部分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。我們只要記錄下車(chē)輪的轉(zhuǎn)數(shù)，然后用它乘以車(chē)輪周長(zhǎng)就可以得到車(chē)輛行駛的里程數(shù)。而對(duì)于車(chē)速，設(shè)定系統(tǒng)以某一固定時(shí)間間隔（比如5秒）來(lái)采集計(jì)數(shù)值（即車(chē)輛轉(zhuǎn)數(shù)），用這一數(shù)值乘以車(chē)輪周長(zhǎng)得出車(chē)輛行駛的里程，再除以時(shí)間從而得到車(chē)速，這樣我們就可以判斷車(chē)輛的超速、低速情況了。其實(shí)計(jì)數(shù)電路非常簡(jiǎn)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(hào)，計(jì)數(shù)器即加1（系統(tǒng)中采用16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值可達(dá)到65535）。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，模擬車(chē)輪產(chǎn)生的脈沖干擾很大，采用軟件延時(shí)，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(dòng)），故想到在INT0端采用硬件延時(shí)。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(chē)輪之間加上一RS觸發(fā)器。

（四）語(yǔ)音部分電路

自動(dòng)考核與報(bào)站系統(tǒng)的報(bào)站功能主要是由語(yǔ)音部分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)中我們使用的語(yǔ)音芯片為ISD4002-120P，該芯片的存儲(chǔ)時(shí)間僅為120秒，只可用于實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)際應(yīng)用中可以更換存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)的芯片。由于車(chē)輛在運(yùn)行途中，只需報(bào)站，而無(wú)需錄音，故我們采用圖1所示電路對(duì)語(yǔ)音芯片進(jìn)行錄音。

開(kāi)關(guān)在“REC”端是錄音狀態(tài)，按住“AN”鍵不放，指示燈亮即可對(duì)著話(huà)筒講話(huà)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(shí)又從第一段開(kāi)始。開(kāi)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(dòng)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(chē)輛行駛的里程數(shù)達(dá)到某一段范圍時(shí)，我們利用語(yǔ)音芯片的快進(jìn)功能，跳到相應(yīng)的語(yǔ)音段開(kāi)始放音從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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

6 結(jié)束語(yǔ)

總的看來(lái)，本系統(tǒng)采用了一種比較新穎的思路，用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)公交車(chē)輛的自動(dòng)考核和報(bào)站。能夠?qū)卉?chē)輛進(jìn)行有效的管理，投入市場(chǎng)的前景較好。在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，可以在系統(tǒng)中擴(kuò)展鍵盤(pán)，以防止公交車(chē)行駛路線發(fā)生變化以及出現(xiàn)一些異常情況時(shí)，改用鍵盤(pán)控制報(bào)站。

參考文獻(xiàn)

[1]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)：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(lè)善，葉濟(jì)忠.微型計(jì)算機(jī)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。