基于GPS定位的智能公交系統(tǒng)服務(wù)設(shè)計(jì)

1、摘要公共車輛作為廣大市民出行的主要工具，是城市肌體的動(dòng)脈，交通系統(tǒng)雖然日益發(fā)展，但目前的智能交通系統(tǒng)大都用于商業(yè)運(yùn)營(yíng)車，尚未成功地應(yīng)用于公交車輛，傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)依然占主要市場(chǎng)。本論文研究并設(shè)計(jì)一種基于GPS(Global Positioning System)定位的智能公交服務(wù)系統(tǒng)，它包括車載終端與電子站牌兩大部份。車輛利用GPS技術(shù)得到自身的定位信息來(lái)觸發(fā)車載終端進(jìn)行自動(dòng)報(bào)站等服務(wù)，它取代了傳統(tǒng)的人工按鍵報(bào)站的方式，并將這些定位信息通過(guò)GPRS傳與調(diào)度中心并保持實(shí)時(shí)的聯(lián)系，完成向調(diào)度中心匯報(bào)位置和車輛狀況信息，接收和響應(yīng)中心下發(fā)的命令。調(diào)度中心再將定位信息分發(fā)給相應(yīng)的電子站牌，電子站牌接到信

2、息及時(shí)更新其顯示信息，從而實(shí)現(xiàn)完整的自動(dòng)化服務(wù)，它與廣大駕駛員及乘客的生活息息相關(guān)。首先智能公交服務(wù)系統(tǒng)是以GPS定位技術(shù)作基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，從而實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化服務(wù)，本文詳細(xì)介紹GPS的定位原理等基礎(chǔ)知識(shí)，但由于GPS定位受到一些地理環(huán)境等因素的影響，GPS有時(shí)會(huì)發(fā)生丟失，研究了一些補(bǔ)償?shù)姆椒?。然后?duì)車載終端的硬件與軟件進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。它以C51微處理器為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)。介紹了重要模塊的硬件功能，闡述了選用器件的原則及本系統(tǒng)選用的重要器件，對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)作了詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程，根據(jù)實(shí)際的需要分析了系統(tǒng)的功能，介紹了主程序、重要模塊及中斷程序的設(shè)計(jì)，考慮了當(dāng)自動(dòng)報(bào)站失效時(shí)的

3、傳統(tǒng)按鍵報(bào)站方式，而且系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器自我學(xué)習(xí)的功能。最終完成了系統(tǒng)的調(diào)試及安裝，實(shí)現(xiàn)了軟件平臺(tái)，其操作方便。 關(guān)鍵詞 ：GPS定位，單片機(jī)，報(bào)站，按鍵，觸發(fā)ABSTRACT The transportation system in china is experiencing rapid development .Even the intelligent automatic transportation System has been applied in commercial transportation . But the public transportation system, whic

4、h plays a major part in the transportation service, is still running in the traditional way. In the thesis, an Intelligent Transportation Service System based on GPS(Global Positioning System)technology is studied and designed, including the in-bus terminal and electronic stop board .In the system,

5、a bus locates its position through GPS technology and triggers the in-bus terminal to work automatically, for instance, reporting the bus stop without pressing the keys. The bus keeps synchronous communication with the Control Center by GPRS, reporting its position and conditions to the Control Cent

6、er and receiving commands from the Control Center and responding electronic stop board, which then updates its information on screen. In this way, the system completes its work automatically. It close relates with the life most of drivers and passengers.The thesis discusses the Intelligent Public Tr

7、ansportation Service System (IPTSS) in three parts.Firstly, GPS technology as the basis of IPTSS to implement automatic positioning and other intelligent automatic services. This part introduces in detail about GPS positioning mechanism, and also proposes some common ways of compensation for the pos

8、sible loss when GPS is affected by geographic circumstance factors. Secondly, the study and design of the hardware and the software of in-bus terminal in IPTSS.C51 microprocessor is used as a core of the in-bus terminal. This part mainly discusses the hardware functions of the major modules, the pri

9、nciples of choosing units, and the design of the electronic circuits in the MCS control system. The software is edited by C program language .This part analyzes the system functions on a practical basis, and describes the design of the software, including main program, key module and interrupt progr

10、am, which keeps traditional keystroke stop reporting in case the automatic stop reporting system fails to work, and the design of the system which bears the capacity of self-learning.To sum up, a whole set of IPTSS is completed, and it has been debugged and installed with its software work platform

11、constructed, which is easy to operate.KEY WORDS：GPS positioning, SCM ,stop reporting, keystroke, triggering摘要IABSTRACTII1 緒論11.1 研究背景及目的、意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 論文主要工作及結(jié)構(gòu)安排22 GPS定位原理與基礎(chǔ)42.1 GPS概述42.2 GPS組成52.3 全球衛(wèi)星定位的基本原理72.4 GPS數(shù)據(jù)丟失的補(bǔ)償方案112.5 小結(jié)123 智能公交服務(wù)系統(tǒng)車載終端的硬件設(shè)計(jì)133.1 車載終端的概述。133.2 系統(tǒng)設(shè)備的選擇與功能133.3 硬件

12、電路設(shè)計(jì)193.4 小結(jié)264 車載終端軟件的研究與設(shè)計(jì)274.1 軟件設(shè)計(jì)概述274.2 總體功能分析274.3 程序總體流程圖274.4 車載終端其它程序流程。294.5 中斷響應(yīng)374.6 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)404.7 小結(jié)425 結(jié)論和展望435.1 本文所做的工作總結(jié)435.2 有待研究的問(wèn)題43參考文獻(xiàn)45致謝46附錄 1 緒論1.1 研究背景及目的、意義隨著城市的擴(kuò)建，人們生活節(jié)奏的加快，公共交通問(wèn)題顯得日益重要，現(xiàn)在的交通系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展，但現(xiàn)有的智能自動(dòng)化系統(tǒng)大都用于私家車與商業(yè)運(yùn)營(yíng)車，在公交車輛尚未成功地應(yīng)用，試用品也只是在某些城市開通，在一些功能上還有待完善，所以暫時(shí)并沒(méi)有普

13、及市場(chǎng)，但公交車依然還是廣大市民出行的主要交通工具，而國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市現(xiàn)有的公交車還是采用傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全的智能化，有時(shí)出于種種原因，可能存在漏報(bào)，錯(cuò)報(bào)或者干脆不報(bào)，給乘客帶來(lái)了很大的不便。智能公交服務(wù)系統(tǒng)是目前解決公共交通服務(wù)問(wèn)題較為有效的手段，另外對(duì)減少車輛擁擠、提高運(yùn)行的安全性和有效性有著非常重要的意義。它的服務(wù)主要面對(duì)乘客與駕駛員來(lái)進(jìn)行考慮，在人們的出行生活中起著尤為明顯的作用智能公交服務(wù)系統(tǒng)可以具體描述為：采用全球定位系統(tǒng)(GPS)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)車輛所處的位置進(jìn)行自動(dòng)報(bào)站等服務(wù)，并將定位數(shù)據(jù)等信息反饋給調(diào)度中心，調(diào)度中心再分發(fā)給電子站牌，電子站牌接到信息及時(shí)更新其顯示信

14、息，從而實(shí)現(xiàn)完整的自動(dòng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)公交車輛的自動(dòng)報(bào)站、調(diào)度和指揮，保證車輛的準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，全面的服務(wù)，并使出行者能夠通過(guò)電子站牌了解車輛的到達(dá)時(shí)刻。這是一種先進(jìn)的公交服務(wù)系統(tǒng)，它將電子、控制、計(jì)算機(jī)、通信等高新技術(shù)集中運(yùn)用于公共交通系統(tǒng)，改造舊的服務(wù)模式，建立全新的服務(wù)體系，不但提高了其服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也將為公交企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 較為完美的乘客信息服務(wù)公交是客運(yùn)服務(wù)企業(yè)，運(yùn)營(yíng)組織效率的提高，服務(wù)質(zhì)量的水準(zhǔn)，不單是關(guān)系到公交自身的問(wèn)題，還直接與駕駛員及乘客的生活息息相關(guān)，更為乘客出行帶來(lái)優(yōu)質(zhì)服務(wù)。借助先進(jìn)的定位通信系統(tǒng)，即時(shí)為乘客發(fā)布線路運(yùn) 行信息，為乘客出行提供

15、全方位的信息服務(wù)。這是智能公交服務(wù)系統(tǒng)在公交系統(tǒng)的主要體現(xiàn)，也是先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)的重要組成部分。 減少人工操作，尤其是駕駛員的負(fù)擔(dān)，在進(jìn)出站，轉(zhuǎn)彎的關(guān)鍵時(shí)刻，駕駛員可以更集中精力駕駛，智能公交服務(wù)系統(tǒng)的建立同時(shí)也方便地與調(diào)度中心進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)系。 快速、靈活的應(yīng)變能力。借助定位系統(tǒng)得到的信息、通過(guò)輔助調(diào)度系統(tǒng)提供的預(yù)案支持，提高調(diào)度員的處理能力。特別是處理要求公交脫線運(yùn)營(yíng)的突發(fā)事件、異常情況、或有組織的重大活動(dòng)的能力有所加強(qiáng)。 先進(jìn)，實(shí)用，經(jīng)濟(jì)性智能公交服務(wù)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，同樣會(huì)由于帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益吸引了大量客流，使得公交運(yùn)營(yíng)企業(yè)取得好經(jīng)濟(jì)效益。因此，

16、合理、優(yōu)化的公交服務(wù)既為公交帶來(lái)效益，是社會(huì)問(wèn)題因此，合理、優(yōu)化的公交服務(wù)既為公交帶來(lái)效益。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀日本是研究智能交通最早的國(guó)家，已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段。其中GPS定位又進(jìn)一步推動(dòng)了智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，GPS是美國(guó)在20世紀(jì)70年代開始研制的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，很多國(guó)家相繼利用GPS定位實(shí)現(xiàn)智能交通化，日本的豐田、松下等公司都開發(fā)出自己的車載導(dǎo)航產(chǎn)品。另外國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家就在進(jìn)行城市智能交通的研究和開發(fā)，他們現(xiàn)在公共交通使用的技術(shù)非常先進(jìn)的，GPS技術(shù)在車輛中的使用普及率比較高，但應(yīng)用于公交車輛相對(duì)減少，一些智能的交通系統(tǒng)應(yīng)用非常發(fā)達(dá)。在ITS技術(shù)的應(yīng)用方面積

17、累了許多成功的經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)發(fā)展很有借鑒意義，并且由于智能公交系統(tǒng)有著強(qiáng)烈的本地特色。1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，我國(guó)好多城市都建立了智能公交調(diào)度系統(tǒng)，如廣州、重慶，北京、青島等等，但都是開的實(shí)驗(yàn)線路，處在實(shí)驗(yàn)階段其系統(tǒng)絕大部分采用了GPS定位技術(shù)，車與調(diào)度中心的通信方式大多采用GPRS方式，車與站臺(tái)之間基本上沒(méi)有交互。目前的智能公交系統(tǒng)功能不夠完善，在車輛服務(wù)、安全、顯示與診斷、車載網(wǎng)絡(luò)及廣告娛樂(lè)設(shè)施方面存在功能欠缺，可靠性差、集成度不高、定位精度低且網(wǎng)絡(luò)服務(wù)跟不上，還達(dá)不到市場(chǎng)的需求，可靠性不高。另外GPS是一種無(wú)線電衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，需要對(duì)衛(wèi)星有直接可觀測(cè)性，在城市高樓區(qū)、林蔭道、涵洞等地方可

18、能導(dǎo)致GPS定位信號(hào)的暫時(shí)中斷；而因墻體的側(cè)面所造成的多路徑應(yīng)，GPS接收機(jī)同樣也無(wú)法識(shí)別，可能導(dǎo)致較大的誤差，因而智能公交系統(tǒng)還有待進(jìn)一步的研究。 1.3 論文主要工作及結(jié)構(gòu)安排本論文對(duì)智能公交服務(wù)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)做了探討，并以國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀系統(tǒng)對(duì)比分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)城市的實(shí)際需要，主要面向乘客及駕駛員的服務(wù)進(jìn)行考慮，提出了基于GPS定位實(shí)現(xiàn)技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套智能公交服務(wù)系統(tǒng)，包括車載終端與電子站牌的設(shè)計(jì)，為降低成本，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，使用低廉的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。論文的主要工作及結(jié)構(gòu)安排如下：第一章為概述，介紹了系統(tǒng)開發(fā)的背景及意義、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，提出系統(tǒng)需要解決的主要問(wèn)題，并介紹論文的組織結(jié)構(gòu)以及研究的

19、內(nèi)容。第二章為智能公交服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需要的技術(shù)支持的理論基礎(chǔ)：GPS定位技術(shù)基礎(chǔ)，介紹了GPS的發(fā)展，應(yīng)用，分類及定位原理，分析GPS誤差的來(lái)源，考慮當(dāng)GPS丟失時(shí)的補(bǔ)償方案。第三章為智能公交服務(wù)系統(tǒng)的硬件研究與設(shè)計(jì)，對(duì)其功能進(jìn)行了需求分析，介紹了系統(tǒng)的基本原理，基本組成結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)所選用的芯片及各部件實(shí)現(xiàn)的功能，重點(diǎn)介紹了公交車自動(dòng)報(bào)站模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第四章為智能公交服務(wù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，將主程序及主要的程序設(shè)計(jì)思想一一列出并列出了流程圖，而且系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器學(xué)習(xí)的功能。第五章是結(jié)論與展望。對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，對(duì)已完成的工作及今后有待研究解決的問(wèn)題進(jìn)行了闡述。2 GPS定位原理與基礎(chǔ)2.1

20、GPS概述GPS(Global Positioning System)中文稱全球定位系統(tǒng)，GPS全球定位系統(tǒng)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種衛(wèi)星定位導(dǎo)航方式，是70年代美國(guó)國(guó)防部發(fā)展的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以提供全球范圍內(nèi)的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，用戶實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星發(fā)出的星歷，可以推算出用戶當(dāng)前的位置、速度和時(shí)間等定位信息。是新一代的導(dǎo)航定位系統(tǒng)它能夠?yàn)槿蛉我獾攸c(diǎn)、任意多個(gè)用戶同時(shí)提供高精度、全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維定位、測(cè)速和時(shí)間基準(zhǔn)，它在智能公交系統(tǒng)中，起到定位的作用，其定位精度比較高，并且具有成本較低、系統(tǒng)覆蓋面廣、使用維護(hù)費(fèi)用低、通訊可靠等特點(diǎn)它是由2l顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成的實(shí)用系統(tǒng)。這

21、些星分布在互成60度的6個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道平面平均分布3顆衛(wèi)星。這樣，對(duì)于地球任何位置，均能同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星。2.1.1 GPS車輛定位的優(yōu)點(diǎn)GPS在各行領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，比如測(cè)量，航空等它應(yīng)用于智能公交系統(tǒng)是用來(lái)準(zhǔn)確定位公交車輛的位置，車輛根據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)服務(wù)。GPS在車輛定位時(shí)的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：(1) 具有全球性、連續(xù)性，定位精度較高、誤差有界、成木較低等優(yōu)點(diǎn)。(2) 安裝相對(duì)方便。雖然GPS的天線安裝也有一些技術(shù)要求，但其安裝是在車上，有充裕的時(shí)間，可以隨時(shí)調(diào)整實(shí)踐證明，GPS的天線安裝十分簡(jiǎn)便，用夾子安裝在車窗外即可，收到衛(wèi)星的效果很好，GPS精度可以滿足檢測(cè)要求

22、(3) 信息量豐富，使用GPS對(duì)定位的精度和定位自動(dòng)化程度的提高十分有利。GPS不僅提供位置如經(jīng)度、緯度和高度信息，也提供速度、時(shí)間等等信息。有效利用這些信息可以使系統(tǒng)的功能更完善。(4) 利用GPS系統(tǒng)的位置信息定位不存在累計(jì)誤差。定位精度高。這樣避免人工的里程修正，使系統(tǒng)的操作更加簡(jiǎn)便。(5) 地面GPS接收設(shè)備類型豐富，有各種類型的功能各異的GPS接收機(jī)產(chǎn)品，用于測(cè)量的。用于導(dǎo)航的等等。(6) 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，利用這種技術(shù)只需要一個(gè)GPS接收機(jī)便可以了。缺點(diǎn)：定位精度依賴于定位衛(wèi)星的數(shù)日，這個(gè)數(shù)目依賴于地理環(huán)境。2.1.2 智能公交服務(wù)系統(tǒng)與GPS的關(guān)系公交車載終端利用GPS信息完成定位功能，

23、根據(jù)定位完成自動(dòng)報(bào)站等服務(wù)，解釋如下：(1) 自動(dòng)報(bào)站原理車載終端的CPU讀取經(jīng)配置存儲(chǔ)于EEPROM中的站臺(tái)信息(經(jīng)緯度坐標(biāo)值、站臺(tái)序號(hào)和站名等)，同時(shí)接收GPS接收機(jī)傳過(guò)來(lái)的位置、時(shí)間、速度等即時(shí)信息，將有效的GPS信息與站臺(tái)位置信息進(jìn)比較、計(jì)算，判斷車輛的當(dāng)前位置和到站、出站情況，通過(guò)語(yǔ)音和顯示(LCDLED屏)向車內(nèi)乘客報(bào)站。(2) 向中心匯報(bào)位置和車輛狀況信息車載終端在工作過(guò)程中定時(shí)向調(diào)度中心發(fā)送GPS數(shù)據(jù)、報(bào)告當(dāng)前位置，根據(jù)GPS數(shù)據(jù)來(lái)判斷到達(dá)站臺(tái)或離開站臺(tái)的情況時(shí)，向調(diào)度中心發(fā)送到站或出站消息，調(diào)度中心又將其分發(fā)給電子站牌，電子站牌接到消息及時(shí)響應(yīng)做出相應(yīng)的顯示服務(wù)。綜上所述，車

24、載終端與電子站牌的服務(wù)都離不開GPS的定位信息，做出服務(wù)響應(yīng)的依據(jù)是GPS信息，傳送的數(shù)據(jù)也包括GPS數(shù)據(jù)，智能公交服務(wù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)是建立在GPS的基礎(chǔ)上展開的。2.2 GPS組成GPS由三個(gè)獨(dú)立的部分組成： 空間部分GPS衛(wèi)星星座 地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng) 用戶設(shè)備部份GPS信號(hào)接收機(jī)叫2.2.1 GPS衛(wèi)星星座GPS衛(wèi)星星座由2l顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作(21+3)GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個(gè)軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點(diǎn)赤道各相差60度。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，軌道平面上的衛(wèi)星比西邊

25、相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前 30度。在兩萬(wàn)公里高空的GPS衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵?lái)說(shuō)自轉(zhuǎn)一周時(shí)，它們繞地球運(yùn)行二周，即繞地球一周的時(shí)為12恒星時(shí)。對(duì)于地面觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，每天將提前4分鐘見到同一顆GPS衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見到4顆，最多可見到11顆。在用GPS信號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)，為了計(jì)算觀測(cè)站的三維坐標(biāo)，必須觀測(cè)4顆GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過(guò)程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定的影響。對(duì)于某地某時(shí)，甚至不能測(cè)得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時(shí)間段叫做“間隙段”但這種時(shí)間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)性與實(shí)時(shí)性。2.2.2

26、 地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷(描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù))算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)出各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差，然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。2.2.3 GPS信號(hào)接收機(jī)GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截

27、止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)。并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換，放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，位置，甚至三維速度和時(shí)間。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)，是一種可供無(wú)數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、交換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備，即GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS接收機(jī)主要由GPS接收機(jī)天線，GPS接收機(jī)主機(jī)及電源組成。GPS模塊用于接收GPS衛(wèi)星的信號(hào)，并計(jì)算出車載終端目前所在位置。接收機(jī)主機(jī)由變頻器、信號(hào)通道、微處理器和存儲(chǔ)單元及顯示器組成。

28、GPS接收機(jī)通過(guò)串行口向主控制器發(fā)送定位坐標(biāo)；主控制器也可以向GPS接收機(jī)發(fā)送設(shè)置命令，以控制GPS接收機(jī)的狀態(tài)和工作方式。GPS接收機(jī)需要配備專門的GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號(hào)。一般在比較開闊的地區(qū)，需接收到三顆以上的GPS衛(wèi)星信號(hào)才能進(jìn)行準(zhǔn)確定位。在車載GPS智能終端系統(tǒng)中，把天線放置在車頂可以有比較好的定位效果。車載型接收機(jī)屬于導(dǎo)航型接收機(jī)，這種接收機(jī)主要用于運(yùn)動(dòng)物體的導(dǎo)航，它既可以實(shí)時(shí)給出物體的位置和運(yùn)行速度。也可以引導(dǎo)載體到達(dá)預(yù)定目標(biāo)。這種接收機(jī)都是采用C/A碼偽距測(cè)量，動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位方式。這種接收機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用也廣泛。導(dǎo)航型接收機(jī)另外還有航海型和航空型。GPS接收機(jī)一般用蓄電池做電

29、源。同時(shí)采用機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目的在于更換外電池時(shí)不中斷連續(xù)觀測(cè)在用機(jī)外電池的過(guò)程中，機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲(chǔ)器供電，以防止丟失數(shù)據(jù)。近幾年，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的GPS測(cè)地型接收機(jī)。測(cè)地型接收機(jī)用于精密相對(duì)定位時(shí)，其雙頻接收機(jī)精度可達(dá)5mm，單頻接收機(jī)在一定距離內(nèi)精度可達(dá)l0mm。用于差分定位其精度可達(dá)厘米級(jí)。目前，各種類型的GPS接收機(jī)體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，便于野外觀測(cè)。公交定位系統(tǒng)精度只需要達(dá)到10m即可。本系統(tǒng)采用的接收機(jī)可以達(dá)到其要求。 2.3 全球衛(wèi)星定位的基本原理GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用

30、空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。2.3.1 GPS定位的基本概念定位就是確定信息、事物、目標(biāo)發(fā)生的時(shí)間和空間位置。因此，定位之前必須先要確定時(shí)問(wèn)參考點(diǎn)和位置參考點(diǎn)，這也就是要建立時(shí)間參考坐標(biāo)系統(tǒng)和位置參考坐標(biāo)系統(tǒng)。時(shí)間與空間參考坐標(biāo)系統(tǒng)的建立，一直就是測(cè)繪界和天文界最前沿的理論與技術(shù)研究方向，目前仍然在不斷發(fā)展之中。在時(shí)間和坐標(biāo)系系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)上，然后再探討如何在某個(gè)參考系統(tǒng)內(nèi)確定事件、信息、耳標(biāo)的具體位置和時(shí)間。 GPS定位方式可以分為絕對(duì)定位與相對(duì)定位方式兩種。參考坐標(biāo)系統(tǒng)建立后的定位闖題，而參考坐標(biāo)系的建立和維持一方面有一套獨(dú)立的理論和技術(shù)，另一方面也可以看成是定位技術(shù)的一個(gè)應(yīng)

31、用。在實(shí)際工作中，我們把直接確定信息、事件和目標(biāo)相對(duì)于參考坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)位置測(cè)量稱之為絕對(duì)定位，而把確定信息、事件和目標(biāo)相對(duì)于坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)另一已知或相關(guān)的信息、事件和目標(biāo)的坐標(biāo)位置關(guān)系稱之為相對(duì)定位。應(yīng)用GPS進(jìn)行絕對(duì)定位，根據(jù)用戶接收機(jī)天線所處的狀態(tài)不同，又可分為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位和靜態(tài)絕對(duì)定位。當(dāng)用戶接收設(shè)計(jì)安置在動(dòng)動(dòng)的載體上，并處于動(dòng)態(tài)的情況下，確定載體瞬時(shí)絕對(duì)位置的定位方法，稱為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位。動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位，一般只能得到?jīng)]有(或很少)多余觀測(cè)量的實(shí)時(shí)解。這種定位方法，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、船舶以及陸地車輛等動(dòng)動(dòng)載體的導(dǎo)航另外，在航空物探和衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，無(wú)論是動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位還是

32、靜態(tài)絕對(duì)定位，所依據(jù)的觀測(cè)量都是所測(cè)衛(wèi)星至觀測(cè)站的偽距，所以，相應(yīng)的定位方法通常也稱為偽距法。絕對(duì)定位的優(yōu)點(diǎn)是，只需一臺(tái)接收機(jī)便可獨(dú)立定位，觀測(cè)的組織與實(shí)施簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單。一般來(lái)說(shuō)，絕對(duì)定位的概念比較抽象，涉及的技術(shù)比較復(fù)雜，定位精度也難以達(dá)到很高，而相對(duì)定位概念比較直觀具體，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)較為簡(jiǎn)單、直接，高精度也容易實(shí)現(xiàn)一些。例如，利用望遠(yuǎn)鏡和測(cè)角設(shè)備的經(jīng)緯儀測(cè)量北極星的高度角可以確定某一點(diǎn)在地球上的緯度，測(cè)量同一個(gè)恒星過(guò)格林尼治天文臺(tái)和當(dāng)?shù)氐臅r(shí)問(wèn)差可以確定經(jīng)度，是一種絕對(duì)定位。其最高精度一般可以達(dá)到0.5sec左右，相當(dāng)于地球上l5m的范圍。用雷達(dá)測(cè)量運(yùn)動(dòng)的飛機(jī)的方位角和雷達(dá)與飛機(jī)的斜距和

33、高度角是相對(duì)定位測(cè)量的例子。類似于雷達(dá)的全站儀是由激光來(lái)測(cè)量?jī)x器至目標(biāo)的距離，用精密電子設(shè)備測(cè)量?jī)x器至目標(biāo)的方位角和高度角，其相對(duì)定位的精度可高達(dá)1-2個(gè)毫米相對(duì)定位技術(shù)上較易實(shí)現(xiàn)，通過(guò)相對(duì)定位的方式，在己知某目標(biāo)絕對(duì)定位結(jié)果的情況下，也可以獲得新目標(biāo)的絕對(duì)定位位置。2.3.2 基本定位原理方程GPS定位的基本原理是通過(guò)不問(wèn)斷的接收衛(wèi)星發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)同信息，把高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息GPS定位的基本幾何原理為三球交會(huì)原理：如果用戶到衛(wèi)星S1的真實(shí)距離為R1，那么用戶的位置必定在以S

34、1為球心，R1為半徑的球面C1上；同樣，若用戶到衛(wèi)星S2的真實(shí)距離為R2，那么，用戶的位置也必定在以S2為球心，R2為半徑的另一球C2上，用戶的位置既在球C1上。又在球C2上，那它必定處在C1和C2這兩球面的交線L1上。 類似地，如果再有一個(gè)以衛(wèi)星S3為球心，R3為半徑的球C3，那用戶的位置也必定在C2和C3這兩個(gè)球面的交線L2上用戶的位置既在交線L1上，又會(huì)在交線L2上，它必定在交線L1和L2的交點(diǎn)上。 GPS系統(tǒng)定位的代數(shù)原理如圖21所示。用戶接收機(jī)與衛(wèi)星之聞的距離為R，坐標(biāo)組合，是三顆衛(wèi)星的已知位置；可得以下代數(shù)方程式： （2-1） （2-2） （2-3） 圖2-1 三顆衛(wèi)星的狀態(tài)圖式中

35、，R為衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離；表示衛(wèi)星位置的三維坐標(biāo)值；x,y,z表示用戶(接收機(jī))位置的三維坐標(biāo)；其R,x1,y1,z1是已知量，x,y,z是未知量。三個(gè)方程三個(gè)未知量就可以定出接收機(jī)的位置，即要求的想x,y,z。從上面的分析看出，從原理上說(shuō)，有三個(gè)衛(wèi)星至測(cè)站的距離，就可實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)的定位。實(shí)際上，用戶接收機(jī)一般不可能有十分準(zhǔn)確的時(shí)鐘，它們也不與衛(wèi)星鐘準(zhǔn)確同步，因此用戶接收機(jī)測(cè)量得出的衛(wèi)星信號(hào)在空間的傳播時(shí)間是不準(zhǔn)確的，計(jì)算得到的距離也不是用戶接收機(jī)和衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，這種距離叫做偽距離。利用第四顆衛(wèi)星作參考衛(wèi)星，假設(shè)用戶接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的瞬間，接收機(jī)的時(shí)鐘與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所用時(shí)鐘的時(shí)間

36、差為t則上面公式將改成為 （2-4） （2-5） （2-6） （2-7） 式中C表示電磁波傳播 速度；t是未知數(shù)。其中,，和是衛(wèi)星的已知位置；只要接收機(jī)能測(cè)出距四顆衛(wèi)星的偽距，便有四個(gè)這樣的方程，把它們聯(lián)立起來(lái)，便可以解出四個(gè)未知量x,y,z和t，即能求出接收機(jī)的位置和準(zhǔn)確的時(shí)間。當(dāng)用戶不運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)，在接收機(jī)的衛(wèi)星信號(hào)中會(huì)有多普勒頻移。這個(gè)頻移的大小和正負(fù)是可以根據(jù)衛(wèi)星的星歷和時(shí)間，以及用戶本身的位置算出來(lái)的。如果用戶本身也在運(yùn)動(dòng)，則這個(gè)多普勒頻移便要發(fā)生變化，其大小和正負(fù)取決于用戶的速度與方向。根據(jù)這個(gè)變化，用戶便可以算出自己的三維運(yùn)動(dòng)速度，這就是GPS測(cè)速的基本原理。另一種求解

37、用戶速度的方法是：知道用戶在不同時(shí)間的三維位置，用三維位置的差除以所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，求解用戶的三維運(yùn)動(dòng)速度。 以上定位原理說(shuō)明，用GPS技術(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維定位與接收機(jī)時(shí)聞的定時(shí)。一般來(lái)說(shuō)，利用C/A碼進(jìn)行實(shí)時(shí)絕對(duì)定位，各坐標(biāo)分量精度在5-10m左右，三維綜合精度在15-30m左右；利用軍用P碼進(jìn)行實(shí)時(shí)絕對(duì)定位，各坐標(biāo)分量精度在1-3m左右，三維綜合精度在3-6m左右；利用相位觀測(cè)值進(jìn)行絕對(duì)定位技術(shù)比較復(fù)雜，目前其實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)各坐標(biāo)分量的精度在O.1-0.3m左右，事后24小時(shí)連續(xù)定位三維精度可達(dá)2-3cm左右在導(dǎo)航型6PS接收機(jī)中，多采用偽距定位法。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)車輛定位精度為10m。2.3.3

38、GPS衛(wèi)星定位的主要誤差來(lái)源一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生GPS衛(wèi)星定位的主要誤差按其來(lái)源可以分為以下三類：（1）與衛(wèi)星相關(guān)的誤差 軌道誤差：目前實(shí)時(shí)廣播星歷的軌道三維綜合誤差可達(dá)1020m。 衛(wèi)星鐘差：由廣播星歷的鐘差方程計(jì)算出來(lái)的衛(wèi)星鐘誤差一般可達(dá)1020ns,引起等效距離誤差小于6m。 衛(wèi)星幾何中心與相位中心偏差：可以事先確定。（2）與接收機(jī)相關(guān)的誤差 接收機(jī)安置誤差：即接收機(jī)相位中心與待測(cè)物體目標(biāo)中心的偏差，一般可事先確定。 接收機(jī)時(shí)鐘差：接收機(jī)時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)的GPS系統(tǒng)時(shí)間之差，一般可達(dá)10-20ns。 接收機(jī)信道誤差；信號(hào)經(jīng)過(guò)處理信道時(shí)引起的延時(shí)和附加的噪聲誤差。 多路徑誤差；接收機(jī)周圍環(huán)境產(chǎn)生信號(hào)的

39、反射，構(gòu)成同一信號(hào)的多個(gè)路徑入射天線相位中心，可以采用抑徑板等方法減弱其影響。 觀測(cè)量誤差：C/A碼偽距偶然誤差，約為1-3m，P碼偽距偶然誤差，約為0.1-0.3m，相位觀測(cè)值的等效距離誤差，約為2m。（3）與大氣傳輸有關(guān)的誤差 電離層誤差：50-1000km的高空大氣被太陽(yáng)高能粒子轟擊后電離，即產(chǎn)生大量自由電子，使GPS信號(hào)產(chǎn)生傳播延遲，一般白天強(qiáng)夜晚弱，可導(dǎo)致載波天頂方向最大50m左右的延遲量，誤差與信號(hào)載波頻率有關(guān)，故可用雙頻或多頻率信號(hào)予以顯著減弱。 流層誤差：由于含水汽和干燥空氣的大氣介質(zhì)中傳播引起的信號(hào)傳播延時(shí)，其影響隨衛(wèi)星高度角、時(shí)間季節(jié)和地理位置的變化而變化，與信號(hào)頻率無(wú)關(guān)，

40、不能用雙頻載波予以消除，但可用模型削弱。GPS能夠以不同的定位定時(shí)精度提供服務(wù)，從亞毫米、毫米到厘米、分米、亞米及米和十幾米的定位精度都有可供選擇的定位方法定時(shí)方面可從亞納秒、納秒到微秒級(jí)的精度實(shí)現(xiàn)時(shí)間測(cè)量和不同目標(biāo)間時(shí)間同步。在定位的時(shí)問(wèn)響應(yīng)方面可以從0.05秒、1秒到十幾秒、幾分、幾個(gè)小時(shí)或幾天來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)時(shí)性要求和精確性要求。從相對(duì)定位距離方面看，可從幾米一直到幾千公里之間，實(shí)現(xiàn)連續(xù)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位要求。從工作環(huán)境上看，除了怕被森林、高樓遮擋信號(hào)造成可見星少于四顆和強(qiáng)電離層爆發(fā)造成GPS測(cè)距信號(hào)完全失真外，可以說(shuō)是全球全連續(xù)和全天候的這些優(yōu)良的特性，使得它有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。2.4 GPS數(shù)

41、據(jù)丟失的補(bǔ)償方案以上分析了GPS的基本原理，縮小誤差的方法，可是GPS依賴于地理環(huán)境，當(dāng)在高樓大廈遮擋，GPS信號(hào)會(huì)發(fā)生丟失的現(xiàn)象，在它的盲區(qū)需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，首先分析盲區(qū)產(chǎn)生的原因和對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，根據(jù)不同種類的GPS信號(hào)丟失對(duì)系統(tǒng)影響的不同采取不同的補(bǔ)償措施。2.4.1 GPS數(shù)據(jù)丟失原因車輛在運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生GPS數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，導(dǎo)致這種數(shù)據(jù)丟失主要有以下幾個(gè)原因。(1) 定位條件受到環(huán)境因素的影響GPS定位技術(shù)要求GPS接收機(jī)所在的位置具備一些基本的定位條件：至少接收到4顆GPS衛(wèi)星的信號(hào)；GPS衛(wèi)星的分布(星座)具有一定的幾何形狀限制，彼此之間應(yīng)具有一定的夾角。而車輛在

42、城市中行駛將不可避免地受到密集的高樓大廈、樹木、高架橋、隧道的遮擋，特別是在某些樞紐式的總站，由于具有頂棚，GPS信號(hào)可能被完全屏蔽。從而破壞GPS定位技術(shù)要求的定位條件。這種原因造成的數(shù)據(jù)丟失的特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的地理位置相關(guān)性。(2) 通信鏈路故障GPS定位信息依賴于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控調(diào)度中心。任何一種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)都不能保證數(shù)據(jù)100的準(zhǔn)確無(wú)誤傳輸。根據(jù)實(shí)際情況，可能存在以下三種原因的通信鏈路故障： 通信信道保持暢通丟失IP包； 在無(wú)線信號(hào)覆蓋區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)通道的意外斷線； 超出網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域。其中第一種通信故障在時(shí)間上和地理位置上都不具備相關(guān)性；第二種存在時(shí)問(wèn)上的若干相關(guān)性；第三種與地理位置有很

43、強(qiáng)的相關(guān)性(3) 設(shè)備故障由于車載終端自身的硬件故障(例如天線開路、供電等問(wèn)題)造成的定位失效或通信失效導(dǎo)致GPS數(shù)據(jù)的丟失。通常在發(fā)生時(shí)間和發(fā)生地點(diǎn)上沒(méi)有規(guī)律。GPS數(shù)據(jù)丟失無(wú)論源于哪種原因，其對(duì)系統(tǒng)的影響按持續(xù)時(shí)間和發(fā)生的地理位置不同而有所不同。根據(jù)GPS數(shù)據(jù)丟失的持續(xù)時(shí)間，可以大致分為短時(shí)間、中等時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間三種。 短期丟失：GPS數(shù)據(jù)丟失的時(shí)間在1分鐘以內(nèi)，通常由于IP包丟失或被高樓短時(shí)間遮擋； 中期丟失：GPS數(shù)據(jù)丟失時(shí)間大于1分鐘而小于公交車的一個(gè)單程時(shí)間(通常為40分鐘90分鐘)； 長(zhǎng)期丟失：GPS數(shù)據(jù)丟失時(shí)間大于公交車的一個(gè)單程時(shí)間。2.4.2 GPS數(shù)據(jù)丟失補(bǔ)償方案當(dāng)GPS數(shù)

44、據(jù)發(fā)生丟失時(shí)，為了保證公交系統(tǒng)還能正常的進(jìn)行全方面服務(wù)，可以采用一些措施來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償本論文研究出了硬件補(bǔ)償?shù)姆桨?。硬件補(bǔ)償主要針對(duì)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，使公交車輛還能正常的進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，硬件補(bǔ)償方法有如下幾種： 車載終端設(shè)置若干運(yùn)行狀態(tài)按鍵，由駕駛員在執(zhí)行每項(xiàng)任務(wù)(如上行、下行、加油、保修、報(bào)站、進(jìn)出站)時(shí)按相應(yīng)的按鍵。也即傳統(tǒng)的手工按鍵報(bào)站方式。 車載終端的通信模塊在數(shù)據(jù)通道發(fā)生問(wèn)題時(shí)，啟用備用的數(shù)據(jù)通道(例如SMS)。 車載終端具有斷線重?fù)芄δ?，能在斷線后以最短的時(shí)間恢復(fù)連接采用無(wú)線通信方式經(jīng)實(shí)際測(cè)試其重?fù)芤淮纬晒β蔬_(dá)到90以上。 車載終端在具有滾動(dòng)存儲(chǔ)至少1個(gè)運(yùn)營(yíng)日的定位數(shù)據(jù)的能力。當(dāng)通信中斷時(shí)，數(shù)

45、據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，一旦通信恢復(fù)，可將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以壓縮的方式成批上傳至監(jiān)控調(diào)度中心。2.5 小結(jié)本章主要介紹GPS的基礎(chǔ)知識(shí)，包括定位概念、分類，定位原理，基本組成和GPS的應(yīng)用等，論述了GPS在定位時(shí)的優(yōu)劣勢(shì)，對(duì)GPS定位誤差進(jìn)行了一定的分析，設(shè)計(jì)了當(dāng)GPS發(fā)生丟失時(shí)的補(bǔ)償方案。3 智能公交服務(wù)系統(tǒng)車載終端的硬件設(shè)計(jì)3.1 車載終端的概述。車載終端(MDT)是安裝在受控車輛上，負(fù)責(zé)信息采集、信息傳送、信息處理、信息接收和車內(nèi)控制的設(shè)備。車載終端是整個(gè)公交系統(tǒng)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)來(lái)源和執(zhí)行手段之一，在整個(gè)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，其工作狀況和功能、性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是智能公交服務(wù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備它的

46、硬件主要包括：電源模塊或電源接入模塊，單片機(jī)CPU，輔助存儲(chǔ)芯片，GPRS通信模塊，GPS定位模塊，LCD顯示模塊，LED顯示模塊，串口擴(kuò)展芯片和串口，鍵盤，語(yǔ)音模塊，麥克風(fēng)電路。如下圖31為車載終端總體框圖：圖3-1 車載終端總體框圖32 系統(tǒng)設(shè)備的選擇與功能3.2.1單片機(jī)CPU單片機(jī)CPU是整個(gè)車載終端的核心部分，通過(guò)各種接口與其它設(shè)備連接，寫入一定的程序，負(fù)責(zé)處理各種事件，比如調(diào)度中心發(fā)來(lái)的調(diào)度信息，GPS接收機(jī)得來(lái)的定位信息處理等等，使整個(gè)系統(tǒng)得到正常的運(yùn)行。根據(jù)單片機(jī)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，面向控制的功能強(qiáng)等特點(diǎn)，綜合了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和上述情況，考慮到系統(tǒng)的最終維護(hù)，應(yīng)該選擇主流產(chǎn)品。目前市場(chǎng)

47、上單片機(jī)的生產(chǎn)廠商很多，其中5l系列單片機(jī)的應(yīng)用比較廣泛，并且其開發(fā)手段也比較簡(jiǎn)單，是工業(yè)檢測(cè)、控制領(lǐng)域中的最理想的8位單片機(jī)。5l系列產(chǎn)品中主要包括803l、8051、87C51等。(1) 單片機(jī)的選擇采用AT89C52是一個(gè)很好的選擇。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。其主要特性： 兼

48、容MCS51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash ROM； 32個(gè)雙向I/O口； 256x8bit內(nèi)部RAM； 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷； 時(shí)鐘頻率0-24MHz； 2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道； 2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源； 2個(gè)讀寫中斷口線，3級(jí)加密位； 低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。3.2.2 顯示模塊車載終端一個(gè)最主要的功能是為乘客報(bào)站，自動(dòng)報(bào)站包括語(yǔ)音報(bào)站，LED和LCD顯示來(lái)報(bào)站用多個(gè)LCD顯示屏為駕駛員顯示時(shí)間，調(diào)度等重要信息，它主要的模塊由顯示模塊與

49、語(yǔ)音模塊組成。另外要存儲(chǔ)器，微處理器的支持。下面分別介紹LCD顯示屏與LED顯示屏。(1) 車載LCD顯示屏車載LCD電子顯示屏主要是以最優(yōu)的方式顯示給駕駛員看的，車載終端所獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以文字或圖形的方式顯示在車載機(jī)的顯示屏幕上。車載終端通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)接收到的文字信息可以在主機(jī)的LCD顯示器上直接顯示，并以聲音的方式提示駕駛員有新信息到來(lái)。駕駛員通過(guò)按鍵可查閱當(dāng)前和過(guò)去一段時(shí)間接收到的文字信息。顯示模塊是12864點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字(16X16點(diǎn)陣)、128個(gè)字符(8X16點(diǎn)陣)及64X256點(diǎn)陣顯示RAM(GDRAM)可與CPU直接接口

50、，提供兩種界面來(lái)連接微處理機(jī)；8位并行及串行兩種連接方式。(2) LED顯示屏是車輛前方面向乘客顯示相關(guān)信息。顯示車輛在進(jìn)出站信息，有時(shí)也顯示一些廣告、旅游等信息。在系統(tǒng)的RAM中開辟一個(gè)顯示緩沖區(qū)，需要顯示的內(nèi)容都存入此緩沖區(qū)中，顯示模塊定時(shí)從顯示緩沖中提取數(shù)據(jù)送入顯示電路中。完成顯示功能。3.2.3 語(yǔ)音模塊車內(nèi)語(yǔ)音模塊主要提供報(bào)站、公益提示和語(yǔ)音廣告播放等功能。采用的ISD4004芯片是錄音回放型，芯片內(nèi)部存儲(chǔ)語(yǔ)音，能存儲(chǔ)16分鐘語(yǔ)音，可分2400段，每段以文件的形式存儲(chǔ)，方便控制芯片組合播放語(yǔ)音，使用高質(zhì)量、自然語(yǔ)音還原技術(shù)；自動(dòng)靜噪功能；內(nèi)置微控制器串行通信接口；多段信息處理不耗電保

51、存信息100年(典型值)，也可選用外部時(shí)鐘。ISD4004系列工作電壓3V，單片錄放語(yǔ)音時(shí)間為16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話機(jī)及其它便攜式電子產(chǎn)品中芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器，平滑濾波器、自動(dòng)靜噪、音頻放大器及高密度多電平閃爍存貯陣列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過(guò)同步串行通信接口(SPI)入芯片采用多電平直接模擬量存貯技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)的閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音，音樂(lè)、音調(diào)和各種聲音效果。避免了一般固體錄音電路因固化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。采樣頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，而音質(zhì)有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可

52、在斷電情況下保存100年(典型值)反復(fù)錄音l0萬(wàn)次。ISD4004系列的引腳如圖3-2所示。圖3-2 ISD4004引腳配置圖3.2.4 鍵盤和顯示控制芯片實(shí)現(xiàn)手動(dòng)報(bào)站，語(yǔ)音報(bào)站模塊中的報(bào)站，停止、幾條公益提示語(yǔ)的播報(bào)，以及系統(tǒng)出現(xiàn)異常(如站臺(tái)不匹配或不能連接站臺(tái)等)而需要駕駛員手動(dòng)控制，需要在終端上提供816個(gè)按鍵，使駕駛員在駕駛和手動(dòng)控制的時(shí)候能直觀的知道當(dāng)前車輛的位置。鍵盤控制芯片用的廣州周立功公司的：ZLG72903.2.5 其它設(shè)備(1) GPS定位模塊就是負(fù)責(zé)定位功能的實(shí)現(xiàn)，采用臺(tái)灣鼎天的REB-21R它的定位精度可達(dá)到系統(tǒng)的要求10m之內(nèi)。REB-21B板接收到衛(wèi)星下傳過(guò)來(lái)的位置

53、信息后，通過(guò)RS232與計(jì)算機(jī)串口相連，直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換。GPS基本定位功能車載終端采用GPS方式獲取車輛當(dāng)前的位置信息，包括當(dāng)前經(jīng)緯度、當(dāng)前速度、當(dāng)前工作速度矢量方位角、當(dāng)前時(shí)間。并獲取與定位相關(guān)的用于判斷數(shù)據(jù)有效性和可信度的信息，例如定位模式、幾何精度因子等。定位數(shù)據(jù)除按設(shè)定的時(shí)間間隔通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送外，還將每秒獲得的定位數(shù)據(jù)傳送到自動(dòng)報(bào)站器，由其與報(bào)站器中預(yù)先存儲(chǔ)的線路信息(如車站位置)進(jìn)行比較，判斷，進(jìn)行自動(dòng)報(bào)站等服務(wù)。它通過(guò)RS232串口連接GPRS等模塊。(2) GPRS通信模塊車載終端與監(jiān)控中心進(jìn)行交互，用由GPRS模塊實(shí)現(xiàn)信息傳輸及信息處理功能，信息傳輸功能包括信息

54、的發(fā)送和接收。信息發(fā)送是將車載終端定位功能模塊獲得的各種數(shù)據(jù)，通過(guò)它傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心又分發(fā)給電子站牌等各相關(guān)職能單位。這些數(shù)據(jù)包括： 定位數(shù)據(jù)：經(jīng)緯度、速度、方向、時(shí)間、定位模式、幾何精度因子等； 報(bào)警信息：遇劫、事故、故障等 營(yíng)運(yùn)狀態(tài)：營(yíng)運(yùn)/非營(yíng)運(yùn)、上/下行、短線、區(qū)間車、快車、加油(氣)等； 固定短語(yǔ)：道路堵塞、乘客滯留、服務(wù)糾紛等 通過(guò)外部接口獲得的其他數(shù)據(jù)，如乘客流數(shù)據(jù)、空載滿載等信息信息接收是車載終端接收來(lái)自調(diào)度中心或其它部門來(lái)的信息，包括調(diào)度指令、通告、參數(shù)修改、其他控制指令等。其中需要駕駛員主動(dòng)響應(yīng)的信息如調(diào)度指令等，車載終端在接收到后用聲音提示駕駛員有新信息到來(lái)。 無(wú)線

55、通信有CDMA和GPRS等方式，在此選用了GPRS方式，系統(tǒng)之所以選用GPRS來(lái)進(jìn)行無(wú)線通信，其主要特點(diǎn)如下：1) GPRS采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)化了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和無(wú)線資源的利用。2) 支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供9051712kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。系統(tǒng)接入速度快，一般只需23秒，適合間歇的突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸。3)GPRS支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可以和IP網(wǎng)、X.25網(wǎng)等互聯(lián)。支持特定的點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)一些特殊應(yīng)用如遠(yuǎn)程信息處理。GPRS也允許短消息業(yè)務(wù)經(jīng)GPRS無(wú)線信道傳輸。4)用戶數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)終端和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間透明地傳輸，它使用的方法是封裝和

56、隧道技術(shù)。用戶數(shù)據(jù)能夠壓縮，并有重傳協(xié)議保護(hù)，因此數(shù)據(jù)傳輸高效且可靠。5)按量計(jì)費(fèi)，是以流量計(jì)費(fèi)，有“發(fā)呆免費(fèi)”之稱。本系統(tǒng)采用SIMCOM公司的SIMl00，SIMl00是SIMCOM推出的GSM/GPRS雙頻模塊，主要為語(yǔ)音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無(wú)線接口SIMl00集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合于開發(fā)一些GSM/GPRS的無(wú)線應(yīng)用產(chǎn)品，如無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，無(wú)線公用電話、無(wú)線商務(wù)電話、監(jiān)控、調(diào)度、車載、遙控、遠(yuǎn)程測(cè)量、定位和導(dǎo)航等系統(tǒng)和產(chǎn)品，應(yīng)用范圍十分廣泛。(3) 存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能信息存儲(chǔ)。存儲(chǔ)一些常用信息存儲(chǔ)功能包括幾種類型信息的存儲(chǔ)。 定位數(shù)據(jù) 接收到的信息 參數(shù)設(shè)置 程序代碼信息存儲(chǔ)要求在GPRS短時(shí)阻塞的情況下，能夠保存2000多個(gè)車位信息，至少一條線路的語(yǔ)音存儲(chǔ)空間1.5M，