语音多路出租车计价器毕业设计.doc

中华人民共和国教育部东北林业大学毕 业 设 计设计题目： 语音多路出租车计价器 学 生： 指导教师： 学 院： 机电工程学院 专 业： 自动化2007级2班 2011年6月东北林业大学毕 业 设 计 任 务 书设计题目 语音多路出租车计价器 指导教师 谢永华工程师 专业班级 自动化07级2班 学 生 2010年12月20日题目：语音多路出租车计价器任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）（1） 课题内容：要求此设计必须实现以下功能：能对多个不同起点的乘客进行计费；能用语音对金额进行播报以及超速提醒；通过触摸屏显示并进行输入；能对里程、金额进行存储，掉电重启之后能重新查询；空车屏能自动上升与下降。（2）时间安排：3月05日-3月25日：查阅计价器行业的现状以及在设计中要触及到的相关政策法规。3月26日-4月15日：查阅相关资料，设计出能实现预定功能的硬件电路。4月16日-5月15日：拟订说明书的结构与方案，并对系统软件进行设计。5月16日-6月15日：完善操作界面并让各个子程序关联运行，说明书总结，撰写结论，对说明书进行系统的检查。打印出稿。（3） 工作量：其中： 参考文献篇数：20篇以上（其中，外文资料3篇以上）； 说明书字数：一般6000字以上。专业负责人意见签名：年 月 日语音多路出租车计价器摘要近些年来城市的交通拥堵情况越来越严重，一个很重要的原因是，近几年城市出租车的拥有量不断攀升，但是出租车大多时候载的是单个乘客，使得单个乘客占有路面面积大约是公交车的30倍，在有限的路面面积的情况下，这种路面面积占用越大，交通便越是拥堵。与此同时，单个乘客的尾气排放量却约为公交车的11倍。这样在一定程度上也增加了废气排放量，因此提高出租车的运营效率可以有效的缓解交通压力和减少大气污染。本文分析出租车拼车行为的背景，以及存在的合理性，并根据目前我国城市日常交通的特点和乘客需求，设计出一款能多路同时计费并且对不同乘客进行语音报价的出租车计价器。此计价器以STC89C52 单片机为数据处理器件，通过A44E 霍尔传感器测距，实现对出租车的计费统计，采用AT24C02 实现在系统掉电时保存单价和系统时间等信息，电源采用了防止插头处正负接反的设计，人机交互通过JM320240F液晶触摸屏与XF-S4240中文语音模块实现，空车屏的上升与下降用步进电机驱动。能实现对不同起初地点的乘客进行同时计费并分别显示，触摸屏操作简单明了且方便，空车屏自动上升与下降，语音播报各乘客的金额，以及语音提醒司机不要超速行驶，乘客不要遗失物品等。关键词： 单片机；触摸显示屏；语音合成；出租车计价器；Speech multi-channel taxi meterAbstractIn recent years the city's crowding traffic is more and more serious , the rising of urban taxi ownership is a very important reason, and most of the time the taxi contains only a single passenger, which makes the road surface area occupancy of a single passenger be about 30 times when he takes a bus. In the case of limited road space, this surface area occupancy is significantly larger; the traffic will be more congestion. At the same time, a taxis exhaust emissions are about 11 times more than a bus when there is only a passenger. This to some extent, it increases emissions. Thereby increasing the efficiency of taxi operation can effectively ease the traffic pressure and reduce air pollution. Having the analysis of the taxi carpool reasonable behavior and rationality of the existence as a background and according to the current daily traffic characteristics of urban and passenger demands, this article designs a multi- taximeter, which can offer different passengers respective voice quote.The taximeter uses STC89C52 MCU as the data processing device, by A44E Hall sensor location, achieving the taxi billing statistics, implementing the functionality of saving the price and system time etc information by using AT24C02. The power uses the design to prevent positive and negative polarity at the plug. The function of human-computer interaction is achieved by JM320240F LCD touch screen and the XF-S4240 Chinese voice module. The empty screens rising and falling utilizes stepper motor to drive. The taximeter achieves the function of showing different billing for initial locations passengers. Touching screens operation is simple and convenient, empty screen automatically rises and falls, voice module can broadcast the amount of taxi fees, remind drivers not to exceed the speed limits and prompt passengers not to lose items, etc.Key words：MCU;touch screen;speech synthesis; taximeter目 录摘要Abstract1绪论11.1拼车的背景与现状11.1.1拼车的背景及存在的合理性11.1.2拼车的现状与存在的问题11.2计价器改进的意义21.3主要的设计内容及说明书章节安排22 系统硬件结构及功能特性32.1整体方案32.2硬件电路设计42.2.1数据处理及控制中心42.2.2电源部分42.2.3路程测量部分52.2.4液晶触摸屏部分62.2.5 时钟部分112.2.6语音播报部分122.2.7 AT24C01存储单元132.2.8空车屏电机驱动电路143 软件设计163.1主程序设计163.2外部中断1 里程计数程序183.3 T0 中途等待计时程序183.4 触摸屏服务程序183.5语音输出194结语21参考文献附录1 触摸屏子程序附录2 语音子程序附录3 原理图致谢语音多路出租车计价器 1绪论1.1拼车的背景与现状“拼车”亦称为“合乘”，是指多名乘客由于相似的目的地而共同乘坐一辆车出行，属于汽车共享，是一种试图通过调整现行交通行为，提高交通效率的交通方式，这种方式在一些发达国家已经比较成熟，而国内主要还是一些个别的、自发的行为，不是一种商业行为。1.1.1拼车的背景及存在的合理性（1）拼车的背景 拼车行为最早起源于瑞士和德国，由于提高了交通效率，所以在美国、加拿大、新加坡、日本也逐渐兴起。随着私家车、出租车数量的增加，拼车出行成为人们自发的出行方式，并且通过实践证明，John得出合乘方式可减少10%15%的小汽车出行量1，随着High Occupancy vehicle System的功能发展与完善，合乘逐渐普及并发挥了积极的促进作用，更为深远的社会意义在于合乘对节约能源，减少尾气对环境造成的污染所做出的贡献1。如今它已经成为欧美国家提高运输效率、缓解交通压力和减少能源消耗的有效手段，也是成为人们极其推崇的出行方式。其主要原因就是，这样既可以无需忍受乘坐公交车时的拥挤，又可以快捷地到达目的地，尤其是针对恶劣的候车环境（如烈日，冰雪）与老弱病残群体。（2）拼车存在的合理性在国外的拼车服务行为一般都获得政府、企业部分资金的支持，为其提供理论研究、政策支持、法律规范、业务与技术扶持等，它是在发达国家得到实际验证并加以推广的一种交通行为，由于能提高运输效率、缓解交通压力和减少能源消耗，合理性是不容置疑的。交通经济学里有一条非常著名的“当斯定律（DOWNSLAW）”，该定律可以表述为：“在政府对城市交通不进行有效管制和控制的情况下，新建的道路设施会诱发新的交通量，而交通需求总是倾向于超过交通供给”。所以单纯依靠交通供给方面的对策，很难从根本上解决城市交通供求不平衡的矛盾，因此从上个世纪80年代以来，交通管理者提出了交通需求管理TDM（Traffic Demand Management）的概念， TDM研究的重点就是通过采取提高单车乘座人数、调整出行，减少交通需求等手段。因此，在城市里广泛鼓励拼车出行方式是解决城市交通问题的一个重要的手段2。本设计来自于生产实践1.1.2拼车的现状与存在的问题（1）拼车的现状国内拼车的现状目前随着各大城市的居民生活水平的提高，私家车拥有量也呈明显的上升趋势。但是，由于城市道路的滞后发展带来的养路费用和燃油等因素，使得私家车的运行成本不断提高，一时之间在经济发展态势较好的城市中率先出现了“拼车上、下班”、“拼车旅游”、“拼车购物”、“拼车上学”等一系列拼车行为。拼车服务在我国现处于初级阶段，但发展速度很快，新型的电子和通讯技术正快速地运用于该行业。国内出租车拼车的发展“拼出租车”是我国拼车出行的源头，并随着私家车拼车而不断发展，两者的主要区别在于车辆载体换成了出租车，车主方换成了出租车公司。近年来，很多城市出租车数量迅速增加，导致了出租车空载率不断提高，而空载时占用大量的道路资源，增加了城市道路交通的负荷，对城市交通运行顺畅起到了消极作用，但是在上下班高峰期、假期又出现打车难的现象3。（2）拼出租车存在的问题虽然拼车对司机，可以因减少空车的概率而增加收入，对乘客可以减少等车的时间，对社会可以减少能源消耗与尾气排放，但目前，我国的出租车拼车业务在市场上还没有正规、合理的行业规范和完善的服务系统，对于乘客而言，由于缺乏对其服务的信任度和认可度，虽然存在拼车需求但仍然没有普遍采用这种出行方式4。主要存在着这些问题：没有正规的管理制度、合理的拼车服务系统，出租车拼车行为与拼车市场的混乱，没有合理健全的出租车拼车运营机制。1.2计价器改进的意义不管是高空载率还是打车难，都是我们正试图解决的问题，如果想减轻打车难的问题，那么就需要多增加出租车的数量，但是，一味增加出租车的数量，又直接增加了非上下班高峰时的空载率，有没有一种方法，在不明显增加出租车数量的同时，又降低等候出租车人的数量，一个很简单的办法那就是提高单车乘车人数，相对于拥挤的公交车来说，出租车上每个人一个座，在合理降低打车费的情况下，乘客是很容易接受的。这是主观上的能能够达成识。近几年来，随着计算机技术、网络技术、移动通信技术、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（Gls）的发展和普及，建设基于多人拼车模式的出租车智能调度管理系统成为可能。在这种主客观都可以成立的情况下，对现有计价器进行改进成了必然，因为现有的计价器不能对对不同起初地点不同目的地的乘客进行同时计价。1.3主要的设计内容及说明书章节安排本文首先介绍了多人拼车的相关知识，出于以拼车为目的提出对计价器进行改进，然后对以液晶触摸控，语音输出，空车屏自动升降为主要设计的计价器进行阐述，分别从硬件的结构与软件的设计两部分进行详细的介绍。全文的具体组织结构如下：第一章：绪论：介绍了与本文研究有关的背景知识、发展现状、主要设计内容及说明书组织结构。第二章：先介绍语音多路出租车计价器的整体结构与设计思想，然后对各部分电路及其功能与原理分别进行阐述。第三章：对语音多路出租车计价器的软件部分的设计进行详细的叙述，介绍主程序的工作流程，然后主要阐述语音服务子程序的设计与液晶触摸屏服务子程序的设计。第四章：结论与展望，对全文进行了总结。2 系统硬件结构及功能特性2.1整体方案整体方案设计方框图如图2-1所示，整个系统由单片机STC89C55 控制电路、驱动空车屏升降的步进电机、JM320240F液晶触摸屏、A44E霍尔传感器、XF-S4240中文语音播报与语音播报的功率放大电路、掉电存储电路以及电源电路组成。空车屏LED灯空车屏电路触摸屏霍尔传感器语音播报掉电存储单元电源电路STC89C55图2-1整体方案设计方框图单片机采集并判断触摸屏信号及路程检测传感器信号，当出租车启动时，单片机检测到霍尔传感器的脉冲信号并进行里程计算。若车上无乘客时，触摸屏等待被触发。当第一位乘客上车，点击屏幕上的大写字母A，大写字母A背景变深，XF-S4240中文语音播报第一条语音：欢迎第一位乘客乘坐本出租车，请系好安全带，同时空车屏自动下降，屏上LED灯熄灭，系统调用单价及起始价，便开始计价并显示里程和金额等信息；当第二位乘客上车时，点击屏幕上的大写字母B ，大写字母B背景变深，XF-S4240中文语音播报第二条语音：欢迎第二位乘客乘坐本出租车，请系好安全带，同时系统存储当前里程，并记录作为第二位乘客的初始值，用此乘客下车时用终值减去初始值即为第二位乘客所乘坐里程；当第三位乘客上车时，点击屏幕上的大写字母C，大写字母C背景变深，XF-S4240中文语音播报第三条语音：欢迎第三位乘客乘坐本出租车，请系好安全带，有超过两位乘客，屏幕间歇性的闪烁出现不同代表不同乘客的字母，同时出现其里程与金额等信息。若中途某一乘客下车，点击对应的字母，此字母的深色背景变回白色，表示此乘客计价结束。直到最后一个乘客计价结束，出租车有四个座位，故设计为最多同时为四位乘客计价，但只要车上有乘客下车了，又可对新上乘客进行计价，直到四个乘客。若车上没有了乘客，所有的字母的背景都变回白色，空车屏自动上升，触摸屏等待被再次触发。这样可以很好的解决拼车的情况中，不能对后上车乘客的计费的问题。2.2硬件电路设计计价器实物图如图2-2 所示。整个电路主要由单片机STC89C55 控制电路、驱动空车屏升降的步进电机、JM320240F液晶触摸屏、A44E霍尔传感器、XF-S4240中文语音播报与语音播报的功率放大电路、掉电存储电路以及电源电路组成。各部分端口分别与单片机STC89C55的I/O口相连，通过单片机的控制来实现计价器的各个功能。图2-2计价器实物2.2.1数据处理及控制中心本设计的数据处理与控制器件使用的是STC89C55RC单片机，STC89C55RC单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机5，具有以下特征：（1）增强型6时钟、机器周期，12时钟、机器周期8051CPU；（2）20k字节的应用程序存储空间以及1280字节数据存储空间；（3）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器；（4）共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用；（5）外部中断4路，下降沿中断或低电平触 发中断，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式6唤醒。2.2.2电源部分车内有12V直流电源插座，一正一负的插座，如果不采用特殊防插反的插头，很容易将电源接反。但采用如图2-3电路，插头处便可以不分正反极，能防止正负电源接反。由于计价器的工作环境比较差，它要求有抗振动、抗高低温、抗潮湿、抗电磁干扰等能力，特别是电源方面的干扰，如出租车启动时，发动机打火、电瓶充电等造成输入计价器的+12V电源不稳定7。因此采用+ 12V电瓶电源的插头处设计两个较大容量电容，主要用于储蓄电量，应对汽车启动瞬间，可防止电压在瞬间有较大降幅，起到了稳定计价器输入端电压的作用。再经过电源稳压芯片7805后，得到+5V的稳定电压输出，保证整个系统能够正常工作8。78051k1041042000uF2000uF图2-3 防反接的电路图2.2.3路程测量部分 出租车中需要一个能准确获得车轮转动即路程计量信号的装置，以得到标准的脉冲信号送入单片机的定时/计数器T1即P3.5 引脚8，利用单片机的T1的计数功能完成100次的计数后产生一中断来完成路程的测量。（设车轮周长为1.5m，则霍尔传感器9每产生100个脉冲便表示车已行程0.15 km，根据实际情况在程序中进行设置）。汽车联轴器按圆周间隔嵌入磁钢，用霍尔传感器集成芯片A44E 检测并输出脉冲如图2-4所示，霍尔传感器集成芯片A44E 有信号转换、电压放大、整形输出等功能，为增加其抗干扰的能力，经过74LS14 对信号整形后再通过光偶送入P3. 5 引脚10。如图2-5所示。图2-4霍尔传感器安装示意图图2-5 A44E霍尔传感器接口电路2.2.4液晶触摸屏部分1.显示部分由于设计要求有单价（2位）、中途等待时间（2位）、路程（4位）、金额（4位） 显示、时钟（4位）输出，如果采用传统的七段数码管显示，不但只能显示数字以及少量的英文字母，而且所显示的内容非常的粗糙与单调，改为液晶触摸屏之后，不仅显示的信息量大，界面友好，而且操作更加简单、更加人性化。当为空车时，为了节电，一段时间后显示屏进入睡眠模式，当司机点击触摸屏时，触摸屏被唤醒；在有乘客时显示营运的单价、等待时间、路程、金额及时钟等。图2-6 触摸屏接口电路JM320240F液晶触摸屏采用RA8806控制器，RA8806 是一个文字与绘图模式的点矩阵液晶显示（STN-LCD）控制器，其内建了双图层（Two Page）显示内存，及512Kbyte ROM 的字型码，可以显示全型（16*16 pixels）的繁体中文字型（BIG5，13973个字型）或是简体中文字型（GB，9216 个字型）。RA8806 也内建4*256 个可显示大部份使用于英语系和欧洲国家的半型字（8*16 pixels）字母及符号，也就是符合ISO8859-14（或称为Latin-14）标准的ASCII 字码。RA8806 支持可转换到4-bit 或8-bit 数据总线的8080/6800 系列之MPU 接口，而对于LCD 驱动接口，RA8806 亦可以被设定为4-bit 或8-bit 的数据总线。在一般模式下，RA8806 可支持最大到320*240 点分辨率的LCD 面板，而在扩展模式下，可支持640*240 或是320*480 点分辨率的LCD 面板，同时藉由使用文字旋转功能，可达成垂直文字的显示效果,其应用方块图如图2-7。RA8806 也内建了智能型触控扫瞄控制器，支持了4 线电阻式触控扫瞄接口，而可程序化的脉波宽度调变器（PWM）可以用来调节LCD 面板的对比或背光。RA8806 也提供一个强大的4*8（32 键）或8*8（64 键）的键盘扫瞄接口，其中更包含了长按键的功能，同时透过适当的中断和轮询机制让使用者可以轻易的操作触控扫瞄、键盘扫瞄、和电源管理等功能，因此可以有效的减轻MPU 的负担。内建512Byte 字型创造内存（Character Generation RAM，CGRAM）让使用者可以自行创造出最多16个全型或32 个半型的字型或符号，甚至当只使用一个显示图层时，另一个没有使用到的图层内存也可被当成字型创造内存，于此设定状态下，提供了相当足够可以让使用者自行创造的字或符号（300 个全型或600 个半型字）。另外RA8806 提供了于灰阶模式下显示4 灰阶图案的显示效果，当中资料安排的方式兼容于大部分的灰阶图案，且相当容易撰写。RA8806 也提供了相当多有用的功能，例如区域卷动、文字反白、粗体文字、文字放大，内存清除等等。RA8806 更提供了一项创新的功能无雪花模式（no-flicker），此模式能有效的移除当频繁的对内存读写而所产成的雪花，凭借着RA8806 提供此一模式，使用者能轻易地改善LCD 显示的品质。RA8806 是一个强大且容易使用的LCD 显示控制器，它提供中等尺寸LCD 显示控制的完整解决方案，使用者也因此可以节省相当多的时间和成本于系统硬件和软件开发上。（1）JM320240F写入指令介绍RA8806 可以接受四种数据传输周期，分别是指令写入周期、状态读取周期、数据写入周期以及数据读取周期。举例来说，当要针对某缓存器进行写数据时，首先必须先执行指令写入周期，包括欲写入缓存器之编号，然后再以写入数据周期将数值写入该缓存器。因此，写入指令意指将数值数据写到缓存器当中，在前述两个周期执行之后，数值数据将被写入到该缓存器，相关情形请参考图2-8。由于每一指令的写入都需要花费两个数据传输周期，且每个数据传输周期最少也要2 个系统时脉周期的时间才能完成，因此每一指令至少需要花费4 个的系统时脉周期，才能写入。针对不同的系统时脉，换算成指令存取的时间。如果欲读取缓存器中的内容值，则第二个数据传输周期为读取数据周期，相关情形请参考图2-9。需注意的是图2-8到图2-9 都是以8080 的传输接口来举例。（2）JM320240F内存写入与读取当欲写数据到内存（可能是显示内存或字型产生内存）时，必须先执行缓存器编号为B0h的写入指令周期。反之，如果是欲读取内存中的数据时，则必须先执行缓存器编号为B1h的写入指令周期。（3）JM320240F状态读取RA8806 有提供一个读取状态值的方法，让使用者（MPU）了解目前RA8806 的状况，请参考图 2-10。图2-7 320*240液晶显示屏的应用方块图图2-8 写入指令与缓存器读取图2-9 内存写入与读取图2-10状态读取（4）显示窗口与工作窗口实际应用上，RA8806 提供两种窗口，分别是显示窗口（Display Window）和工作窗口（ActiveWindow）。显示窗口所表示的就是实际液晶显示屏的分辨率，亦即当液晶显示屏分辨率为320*240 时，就表示显示窗口的大小也必须为320*240（REG21h = 27h，REG31h = EFh）。而工作窗口则是比显示窗口还小的窗口，举凡光标移动、换行、换页都是以工作窗口的边界为基准。这两个窗口之相关缓存器如表2-1所示。表2-1 缓存器REG.BIT_Num说明缓存器编号AWLRBit5:0定义工作窗口之左边界。REG40hAWRRBit5:0定义工作窗口之右边界。REG20hAWTRBit7:0定义工作窗口之上边界。REG50hAWBRBit7:0定义工作窗口之下边界。REG30hDWWRBit5:0定义显示窗口之宽度。REG21hDWHRBit5:0定义显示窗口之高度。REG31h2-11显示数据存储器（DDRAM）RA8806 本身内建有两块容量为9.6K 字节大小的显示数据存储器，分别是DDRAM1 和DDRAM2。它可用来做单色的显示或者四灰阶的显示，每一块显示数据存储器最大均支持320x240 大小的显示，显示模式包括文字模式和图形模式。总之，RA8806 的诸多功能可让使用者既弹性又方便来进行各种显示。（5）内存存取的选择RA8806 内建一个512 字节的字型产生内存（CGRAM）和两个9.6K 字节的显示数据存储器（DDRAM）。其中CGRAM 可用来储存造字的字型数据，而DDRAM 可用来储存欲显示的资料，另外，当仅用一个DDRAM 来进行显示时，另一个DDRAM 亦可当成CGRAM，来储存造字的字型数据。在应用上，至于微处理机（MPU）要对那一个内存进行存取（Access），使用者可透过缓存器 12h 的Bit1：0 来进行设定。图2-11 8080MPU接口传输协议2.触控部分触控屏幕功能RA8806内建一组10位ADC和控制电路，以连接四线电阻式的触控屏幕。一般来说，电阻式的触控屏幕是由两层非常薄的电阻式屏幕所组成，如图 2-12。在两层屏幕中间有一小缝隙，当有外力施加在面板上的某一点时，两层电阻式屏幕将被触碰（touch），形成回路而导通。由于两层电阻式屏幕的端点含有电极（XL、XR、YU、YD），如图 2-13，因此，相对于触碰的位置，系统将侦测到一个XY的坐标值。图2-12触控屏幕图2-13 触控屏幕的控制开关对使用者而言，应用触控屏幕的功能只需连接XL、XR、YU 和YD 等四条信号线到RA8806 即可。系统就能不断监测，直到触控的事件（touch event）发生为止。当触控事件发生时，在屏幕电阻上所产生的分压将决定触控的所在位置。在XY 的坐标值被传回系统（RA8806）并个别储存在特定的缓存器后，触控屏幕控制器（touch panel controller）将发出一中断告知微处理机（MPU）2.2.5 时钟部分计价器在出租车空车行驶时需要显示实时时钟，因为它的时钟是作为白天/ 晚上单价自动转换的一个基准，而且计价器的时钟显示能为司机和乘客提供方便，所以选择一个好的时钟芯片对计价器很重要。DS1302是美国DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，采用SPI 三线接口与CPU 进行同步通信；时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年； 通过设置DS1302 的控制/ 状态寄存器选择日历，时钟方式经过初始校准后即可工作使用；工作电压宽达2.55.5 V ，采用双电源供电（主电源和备用电源） ，并设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力，在没有主电源的情况下启用备用电源能保存时间信息及数据11。如图2-14所示。图2-14 时钟接口电路2.2.6语音播报部分XF-S4240 中文语音合成模块，是安徽中科大讯飞信息科技有限公司（科大讯飞）推出的基于科大讯飞在嵌入式中文语音合成领域的最新研究成果InterSound4。它是中文语音合成系统，而设计的一款中文语音合成模块。该模块可以通过异步串口（UART）、SPI 接口及I2C 总线三种方式接收待合成的文本，直接合成为语音输出；XF-S4240 中文语音合成模块是一款针对嵌入式应用领域而设计，具有合成任意中文文本的能力及英文字母合成的语音合成模块。支持GB2312、GBK、BIG5、UNICODE 四种内码格式的文本；该模块的主要特点是合成语音自然度高，控制接口简单方便，功能强大。其接口电路如图2-15所示。图2-15 语音播报接口电路XF-S4240 语音合成板卡支持UART、SPI 和I2C 三种通讯方式，用户上位机可选择其中任意一种通讯方式同合成板卡进行通讯，本设计采用UART通讯方式，下面图2-16所示板卡与单片机12的异步串口连接方式13。图2-16 XF-S4240 模块与单片机的异步串口连接示意图UART 通讯方式如图2-17所示图2-17 UART通讯方式（1） 波特率：9600 bps（2） 起始位：1bit（3） 数据位：8 bits（4） 停止位：1 bit（5） 校验：无音频功放电路如图2-18所示。图2-18 XF-S4240 模块与音频功放LM4665 的接口示意图2.2.7 AT24C01存储单元AT24C02 掉电存储单元的设计掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息14。AT24C02 是ATMEL 公司的2KB 字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua（5.5V），芯片内的资料可以在断电的情况下保存40 年以上，而且采用8 脚的DIP 封装，使用方便。其电路如图2 所示。图2 -19掉电存储单元原理图图中R8、R9 是上拉电阻，其作用是减少M24C02 的静态功耗，由于M24C02 的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（移位脉冲）和SDA（数据/ 地址）与单片机传送数据。每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用AT24C02 掉电存储电路的设计存储电路的作用是在电源断开的时候， 存储当前设定的单价信息。存储电路采用Atmel 公司推出的容量为2 KB 的串行电可擦除、可编程存储芯片AT24C02 设计，传输方式为I2C 总线。该设计优点在其简单性和处理的高效性上。一般地址输入端A0，A1，A2，写保护WP 接VCC 或GND； SCL， SDA 接上拉电阻(上拉电阻的阻值可参考有关数据手册选择， 通常可选用5 10 k的电阻,设计中选用的电阻阻值为5.1 k） 后再接单片机的普通I/O口，这便可实现单片机对AT24C02 的操作15。上拉电阻的作用是减少AT24C02 的静态功耗。图2-19掉电存储单元原理图2.2.8空车屏电机驱动电路空车屏仅仅是显示出租车是处于出租还是空车状态的显示器件。当有乘客上车时，司机点击触摸屏，空车屏自动下降，同时屏上的LED灯熄灭；而当空车时，空车屏自动上升，同时屏上的LED灯点亮，整个上升与下降过程由一个步进电机驱动，驱动电路如图2-20所示，本设计中的空车屏实物如图2-21所示。图2-20 空车屏驱动电路图2-21 空车屏实物图3 软件设计3.1主程序设计在主程序模块中，需要完成对各芯片的初始化（JM320240F、XF-S4240、AT24C02 ）、各中断的初始化（外部中断0 、外部中断1、T0 的初始化）16，另外，在主程序模块中还需要设置启动/ 清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。主程序流程图如3-1所示。图3-1 主程序流程图当有乘客上车时，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起步价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价和起价来计算出当前的累计金额，金额公式为：营运金额= 起步价+（营运里程- 起步里程）×单价+（等待时间-规定等待时间）×每分钟价格，并将金额存于金额寄存器中，然后将当前时间和累计金额送JM320240F显示出来。当中途塞车（等待或低速行驶）时，在一定时间内没有检测到传感器的脉冲信号就启动T0 计时器17进行计时，当超过规定的等待时间后，计价器就根据等待价格进行当前金额的累加与显示，并在计价器上显示等待时间。（1）当触摸屏上的A被点击时，步进电机驱动空车屏自动下降，空车屏的LED灯自动熄灭，表示有乘客（第一位乘客）上车，就进行语音播报1（欢迎第一位乘客，现在开始计价），并启动对A（如图触摸屏上所显示的A）的计价，当到达目的地的时候，司机点击触摸屏上的A，就停止对A计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，并进行语音播报11 （第一位乘客金额为*元）。（2）当车上已经有乘客A，同时上来了B 乘客，点击B，进行语音播报2（欢迎第二位乘客，现在开始计价），并记录下当前的公里数，作为B的初始值，当B下车时，用最终数值减去初始值，就得到B行驶的距离，通过公式计算出B乘客的金额。当B到达目的地后，司机点击触摸屏上的B，就停止对B计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，并进行语音播报22 （第二位乘客金额为*元）。（3）只有在A与B都没有下的情况下，才可能点击C， 点击C时，进行语音播报3（欢迎第三位乘客，现在开始计价），并记录下当前的公里数，作为C的初始值，当C下车时，用最终数值减去初始值，就得到C行驶的距离，通过公式计算出C乘客的金额。 当C到达目的地之后，司机点击触摸屏上的C，就停止对C计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，并进行语音播报33 （第三位乘客金额为*元）。而如果有乘客下，不管是A先下，还是B先下，只要上面还有人，就随着脉冲信号，持续的往上加，只是要记录下每位乘客上车的初始值与最终数值，就能得出每位乘客的里程。（4）只有在A、B与C都没有下的情况下，才可能点击D， 点击D时，进行语音播报4（欢迎第四位乘客，现在开始计价），并记录下当前的公里数，作为D的初始值，当D下车时，用最终数值减去初始值，就得到D行驶的距离，通过公式计算出D乘客的金额。