1 系统方案论证
GPS定位系统公交报站的原理：车载终端系统根据每秒都获得的车辆位置信息，与预存储于终端内的线路站点位置信息进行比较，确定车辆的上下行关系以及所处的站点位置，在车辆进站、出站、转弯点等位置自动播报语音信息提示乘客，同时还可以在多媒体广告播放屏上显示文字信息，全部操作由车载终端来进行控制，报站准确可靠，而且不需要驾驶员手工干预。如果将GPS的“点—面”定位方式改为“点—点”的定位方式，不但可以保持GPS的定位准确的特点，还能降低电路操作的复杂性，同时大幅度降低制作成本，结合对自动报站系统的改进思路，得出以下两种设计方案：
方案一：采用单片机对每一个车站进行软件编码，然后通过无线数据发射模块在一定空间范围内发射该编码数据，当汽车进入接收范围时车载系统收到数据，进行软件解码，然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并进行站点显示。
方案二：采用编码译码原理，应用“接力棒”形式进行自动报站。每两个相邻站点之间进行相互通讯，当公交车从第一站出发时，第一个站点发出的信息传到第二站，第二站即进行相应显示，同时第二站发出报站信号，车到达第二站时将会接收到报站信息，实现报站，依此类推。
经过综合分析，两种方案的区别在于是采用数据单向通讯还是双向通讯，通过对比试验，方案一较为成熟，其电路设计简单，系统功能齐全，且性能可靠，制作成本比方案二低，完全可以达到无线自动报站的要求，因此本文选用方案一设计基于无线数据收发原理的公交车自动报站系统。
2 硬件电路设计
本系统硬件电路包括车站系统和车载系统两个电路模块，其中车站系统和车载系统均基于无线数据收发原理设计。
2.1 编码数据发射系统（车站系统）
车站系统主要由单片机小系统、编码设置电路、无线数据发射模块三部分组成。
2.1.1 单片机小系统
为保持系统的稳定，系统采用的是ATMEL公司低功耗，高性能CMOS 8位单片机AT89S51，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，设置4k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向I/O口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器，完全可以满足本设计的要求。
2.1.2 编码设置电路
编码设置电路负责对每一个车站点进行编码，该编码经过CPU处理后送入无线数据发射模块进行发射。电路中设八位拨码开关，（实际产品可以将该编码固定）共能实现256种组合方式，对于一路公交车来说已经足够。当拨动拨码开关时，送入单片机I/O口的电平组合发生变化，单片机将此电平进行编码后以串行数据方式送入无线数据收发模块进行发射。
2.1.3 无线数据收发模块
此处设计关键是无线数据收发模块，在此设计中该模块所选用工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频漂仅为3ppm/度。电路采用ASK方式调制，当数据信号停止时发射电流降为零，功耗很低。电路本身未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1，这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。模块输出功率由电压决定，电压变化时发射频率基本不变，发射电压为3V时，空旷地传输距离约20 ～ 50m，发射功率较小，当电压5V时约100～200m，当电压9V时约300～500m，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60mA，空旷地传输距离700～800m，发射功率约500mW。综合考虑路面状况，通过试验选择了200m左右的发射距离。
2.2 数据接收、语音报站系统（车载系统）
车载系统主要由单片机小系统、无线数据接收模块、语音录放电路、功放电路、显示电路组成。
2.2.1 单片机小系统
车载系统中单片机的作用是将无线数据接收模块传过来的信号进行解码，并以此为标准读取相应的地址，一方面送给语音芯片，启动语音芯片送出声音信号进行报站，另一方面将相应数据送数码管显示站名。
2.2.2 无线数据接收模块
接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为-105dbm ，超再生电路的优点在于：（1） 天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线；（2） 输出端的波形在没有信号比较干净，干扰信号为短暂的针状脉冲，而不象其它超再生接收电路会产生密集的噪声波形，所以抗干扰能力较强；（3） 模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入；（4） 采用带骨
架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。
接收模块接收到发射模块发射出来的信号时将其解调还原出有效数据，经隔离处理后送入CPU。
2.2.3 语音录放电路
由于系统采取自动报站方式，需要预录取站名及提醒语句，电路中必须加入语音电路。本系统采用ISD4004－8语音录放集成芯片。芯片采用多电平直接模拟量存贮技术，每个采样值直接存贮在片内的闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音，避免了一般固体录音电路固置化和压缩造成的量化噪声和多属声。
由于CPU和ISD4004 之间的连接较少，其中P2.2口接ISD4004片选引脚/SS，控制ISD4004 的选通。P2.1口接ISD4004 的串行输入引脚MOSI，从该引脚读入放音的地址。P2.3 和P2.5 分别接ISD4004 的串行时钟引脚SCLK和中断引脚/INT。对于ISD4004 芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚AUDOUT，该引脚通过一个滤波电容与功放电路连接，AMCAP 为自动静音端，使用时通过一个电容接地。此外由于ISD4004 的工作电压为3 伏，而单片机所需供电电压为5 伏，因此需要采用稳压电路得到3 伏电压供ISD4004 使用。
数据接收模块将接收到的信号送入单片机，单片机将此信号进行解码，信号经过校验确认正确后，一方面转换为BCD码送给74LS48译码，然后通过数码管显出来；另一方面根据信号读取相应的地址，送给语音芯片，启动语音芯片送出声音信号，完成语音报站。
2.2.4 功放电路
由于语音芯片输出的音频信号功率较小，在报站时要求比较大的声音，这就要求对语音芯片输出的声音信号进行功率放大，因此电路采用的TDA2822 是双声道音频功率放大电路，电源电压范围宽（1.8～15V），低至1.8V 仍能工作，因此，该电路适合在低电源电压下工作；它的特点在于静态电流小，交越失真很小，适用于单声道桥式（BTL）和立体声线路两种工作状态；本系统采用BTL连接方式，最大输出功率可达3W，可以驱动扬声器发出足够大的声音，满足系统的要求。
2.2.5 显示电路
单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式可分静态显示和动态显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。这两种显示方式各有利弊：静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。硬件译码就是显示的段码由硬件完成，CPU只要送出标准的BCD码，硬件接线有一定标准。软件译码是用软件来完成硬件的功能，硬件简单，接线灵活，显示段码由软件来处理。本设计需要驱动两位数码管，采用动态扫描的方式能固然节省电路，但是考虑到无线数据收发模块和语音芯片的工作需要一个比较好的环境，采用动态扫描时产生的频率干扰可能会影响他们的正常工作，因此该系统选用了静态显示的方法，并选用硬件译码74LS48驱动的方法，此方法虽然增加了电路，但是完全保证了系统稳定可靠的工作。
3 软件设计
系统软件采用模块化结构，根据系统功能得到车站系统和车载系统流程图如图1。
图1 程序流程图
从软件流程图可以看出，车站系统不断循环发送属于自己的唯一的编码，当汽车行驶到距离某一个站点200米左右时，车载系统将接收到车站系统发射出来的具有唯一性的编码数据，通过解码还原出包含有站点信息的数据并根据该数据自动判断出是否应该在该站停靠，如需要，则发出指令启动语音芯片，进行相应的寻址以报出相应的站名，如不需要停靠，则自动忽略解码出来的数据，并不启动报站系统，以防误报。
4 运行情况
为了测试系统能否达到设计要求，下面对系统进行功能测试，并将其与类似产品进行对比，结果如下。
4.1 指标测试
设计要求是当公交车距车站200米左右时自动报站，经实际测试，200米距离时接收效果较好，灵敏在度较高，显示与站点编号符合，障碍物区距离稍有减小，灵敏度稍低。但不会影响正常使用，达到设计要求。
4.2 功能比较
将本系统与当前比较流行的报站方式进行列表比较：其系统功能比较见表1。由表1可知，本文所设计的无线自动报站系统具有较好的优势，其成本不过百元却能够较好的完成站点的自动识别、显示与语音报站等功能，避免了手动按键式报站的种种弊端，维护简单，无需专业人员操纵，完全可以代替GPS等昂贵且操作复杂的报站系统，可扩展性很强，非常适合各大中小城市推广使用。
5、结语
针对当前公交车上人工报站的弊端，设计了一种基于无线数据收发原理的公交车自动报站系统，实现了公交车的智能报站功能。通过系统测试以及与其它方式的报站，本系统具有系统价格低廉，且报站准确率高，具有较好的推广性，不失为公交车上的一种智能装置。
本文作者创新点：系统根据无线数据收发原理，采用单片机对每一个车站进行编码，然后通过无线数据发射模块在一定空间范围内发射该编码数据，当汽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，实现了公交车的智能报站功能。
