智能车载语音播报系统设计

刘畅 王忠华 李自强

【摘 要】如今，环境保护观念深入人心，公交车作为低碳出行首要的交通工具颇受大众的青睐。智能车载语音播报系统的实现将会极大地提高城市公交的服务水平。论文设计了一种基于STM32单片机的智能车载语音播报系统，利用嵌入式技术、GPS定位技术、GSM通信技术，实现了公交车自动报站、信息显示等功能。

【Abstract】Nowadays， the concept of environmental protection is deeply rooted in people's hearts and minds. Buses， as the primary means of low-carbon transportation， are quite popular among the public. The realization of intelligent vehicle-mounted voice broadcasting system will greatly improve the city bus service level. This paper designs a kind of intelligent vehicle-mounted voice broadcasting system based on STM32 single chip microcomputer and the system realizes bus automatic station broadcast， information display and other functions by the embedded technology， GPS positioning technology， GSM communication technology.

【关键词】STM32单片机;GPS定位;GSM通信;自动报站

【Keywords】STM32 single chip microcomputer; GPS positioning; GSM communication; automatic station broadcast

【中图分类号】TP273                                          【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）10-0163-02

1 引言

社会经济的发展使人们生活水平不断提高，但同时也使得环境问题更加突出。公交作为一种低碳环保的交通工具是许多人出行的首选，乘坐公交出行也减小了城市交通的压力。智能车载语音播报系统相较于传统手动报站系统，减少了公交司机的工作强度，更加方便，更加安全[1]。因此，智能车载语音播报系统的设计与实现具有重要的实际意义及实用价值。

本文对智能车载语音播报系统的设计作了详细介绍，包括系统方案设计、系统硬件设计、系统软件设计。系统硬件介绍包含了硬件芯片的介绍及硬件构成的介绍。系统软件介绍包含了系统的软件功能介绍及软件流程图介绍。

2 系统方案设计

整个系统分为两个部分，一部分是车载系统，另一部分是站台系统。车载系统安置在车上，需要对车辆进行定位[2]。站台系统放置于站台，通过到站指示牌展示到站信息。车载系统分为主控模块、GPS定位模块、键盘模块、GSM通信模块、语音模块、显示模块。站台系统分为主控模块、GSM通信模块、到站指示牌模块[3，4]。系统工作时，首先GPS模块启动，车载系统显示行驶方向选择界面，用户选择行驶方向，之后显示播报方式选择界面。选择手动播报模式就需要手动按键触发报站。选择自动播报模式时，车载系统显示时间、经纬度、到站情况等信息。当车载系统所在点的经纬度信息与系统内存储的站点经纬度信息匹配时，语音播报模块自动进行语音播报，显示模块显示到站信息，同时车载系统上的GSM通信模块向站台系统的GSM模块发送到站信息[5]。站台系统接收到到站信息后对信息进行处理，控制到站指示牌模块展示到站信息。

3 系统硬件设计

本文的智能车载语音播报系统含有主控模块、GPS定位模块、键盘模块、GSM通信模块、语音模块、显示模块、到站指示牌模块。显示模块主要由LCD12864构成，用来显示时间、经纬度及到站信息[6，7]。到站指示牌模块由多个双色LED灯组成，通过灯的亮灭及颜色情况来指示到站情况。其他模块硬件设计如下。

3.1 主控模块硬件设计

主控模块对其他模块起到控制的作用，同时也承担着数据处理的任务[8]。本文选用的单片机为STM32系列单片机，具体型号为STM32F103C8T6。其是一款基于ARM Cortex-M3的32位单片机，其处理速度快，频率可达72MHz，含有多种外设接口，能够满足本次设计的精度要求及实时性要求[9]。

3.2 GPS定位模块硬件设计

GPS定位模块用来确定车载系统所在位置的经纬度，以此来确定开始语音播报的地点或时机。本文选用的GPS定位模块为NEO-6M模块。其工作电压范围为2.7～3.6V，典型值为3.0V，帶有UART、USB、SPI、DDC（兼容I2C）接口及RTC晶振。为了使得GPS定位模块的稳定性及实时性更好，GPS天线选用SMA接口的有源天线。工作时，首先由天线接收卫星信号，信号经过功放电路后输入NEO-6M芯片，由NEO-6M芯片进行数据的处理之后将经纬度等信息传送到主控模块。

3.3 GSM通信模块硬件设计

GSM通信模块用来使车载系统与站台系统通信。本文选用的GSM模块为SIM900A模块。此模块包含SIM900A芯片外围电路、电平转换电路及SIM卡接口电路。SIM900A是一款两频的GSM芯片，具有多种通信接口，便于应用。电平转换电路的应用芯片为MAX232A，用来使GSM模塊能于主控模块顺利地进行通信。SIM卡接口电路用来接入SIM卡，车载系统与站台系统的通信通过SIM卡的短消息功能来完成。

3.4 语音模块硬件设计

语音模块选用的语音芯片为JQ8900，此芯片支持MP3及WAV硬件解码，支持多种采样率，还支持将SPI Flash模拟成U盘，便于对Flash进行读写操作，使语音音频的载入及更换非常方便。当语音模块收到播报语音的命令时，先从SPI Flash中读出对应的语音音频，经过解码及DAC后输出音频模拟信号，再经过放大电路放大，最后通过扬声器发出语音，提示到站。

4 系统软件设计

本系统软件部分的主要任务是基于STM32单片机来设计上述各硬件模块的驱动程序和主控模块的主程序。各子模块程序依次要实现GPS定位，站台初始化，距离判定，语音播报和GSM短信收发等功能。

整个系统的工作过程为：当系统开机后，首先根据显示屏的提示，通过按键依次选择车辆的行驶方向和播报方式（播报方式分为自动播报和手动播报）。当选择自动播报时，GPS模块开始定位车辆位置并将其与目标站台的经纬度进行比较，计算两者间的距离，当距离小于设定值时，显示屏将显示到站，语音模块播报语音，GSM通信模块向站台发送短信，站台GSM模块接收读取短信后，控制对应的LED指示灯的亮灭。当选择手动播报时，不通过GPS定位，按下按键即播报下一站，其余功能与自动播报方式相同。该系统软件程序具体执行过程的主控模块程序流程如图1所示。

5 结语

本文设计的智能车载语音播报系统通过嵌入式技术、GPS定位技术及GSM通信技术，实现了GPS定位、自动语音报站、信息显示及到站指示等功能。该系统含有手动播报及自动播报两种工作模式。同时，此系统还有许多空余接口，可以根据实际应用需求对系统进行增改。其精度及实时性能够满足公交智能报站的需求，具有很高的实用性及良好的发展前景。

【参考文献】

【1】张素娟.基于GPS的智能公交报站器的设计与实现[J].中国科技投资，2017（11）：323.

【2】管泓.基于单片机的公交车站自动报站器的设计[J].科技视界，2017（16）：209-210.

【3】沙欣狄.基于GPS的公交自动报站系统的设计与实现[J].数码世界，2017（1）：108.

【4】关旭东，曲喆.基于51单片机的智能双模式公交车报站系统设计[J].林业科技情报，2017，49（2）：68-71.

【5】刘晓佳.基于单片机的公交车自动报站器的设计[J].电脑迷，2017（3）：94-95.

【6】蔡成，江莺，王正.公交车刷卡报站系统设计[J].木工机床，2017（1）：11-17.

【7】杜春雨.基于单片机的公交车自动报站器的设计[J].数码世界，2017（3）：13-14.

【8】蔡磊，赵娟.城市公交车智能报站系统的设计[J].南方农机，2018（23）：168-169.

【9】李民生.基于ARM芯片的自动报站系统设计[J].科技广场，2007（3）：211-212.