公交車載GPS智能報站系統(tǒng)設(shè)計

1、公交車載GPS智能報站系統(tǒng)設(shè)計 近年來， 隨著城市公交事業(yè)的迅速發(fā)展， 國內(nèi)公交車報站的方式已經(jīng)有了很大改善， 由傳統(tǒng)的售票員喊話報站逐漸變?yōu)轳{駛員使用報站器手動報站。 雖然手動報站器使用比較方便， 但是因為駕駛員需要在保證安全駕駛的前提下進行報站， 所以經(jīng)常出現(xiàn)報站不及時， 甚至錯報、漏報的現(xiàn)象， 而且讓駕駛員在駕駛過程中進行報站也存在安全隱患。采用自動報站的方式可以大大減輕駕駛員的工作量， 促進公交系統(tǒng)的現(xiàn)代化進程。要實現(xiàn)自動報站， 需要實時測出公交車的位置， 以確定公交車是否已經(jīng)到達站點。利用GPS可以確定公交車的地理位置， 只需把當前位置同公交站點的位置數(shù)據(jù)（ 經(jīng)、緯度） 相比較， 就

2、可以知道公交車是否到達站點， 使得報站系統(tǒng)具有一定的智能性。這種基于GPS的智能報站系統(tǒng)能夠杜絕駕駛員駕駛過程中因兼顧報站器而帶來的隱患。特別適合因汽車行業(yè)高速發(fā)展而導致交通問題日益嚴峻的我國國情， 還可以在重點線路上加入對城市景點風貌的相關(guān)介紹。該系統(tǒng)在GPS 導航領(lǐng)域和商業(yè)領(lǐng)域都有著非常大的潛力， 具有廣闊的發(fā)展前景。1 系統(tǒng)方案 基于GPS 的公交車智能報站系統(tǒng)是移動通訊技術(shù)和GPS 技術(shù)的結(jié)合， 整個系統(tǒng)由S3C24l0 ARM9（ 進階精簡指令集機器） 開發(fā)板、SIM548C GPS/ GPRS模塊、語音播報模塊、AT89S52 單片機以及OCMJ5X10B 的LED（ 發(fā)光二極管）

3、 背光寬溫黃綠屏等器件組成。GSM/ GPS 模塊由GPS 分模塊與GSM（ 全球移動通訊系統(tǒng)） 分模塊組成。GPS 模塊負責GPS數(shù)據(jù)接收。公交車在行進過程中， GPS 模塊的實測信息同已存儲的位置信息進行比較即可進行自動報站， 無需人為干預(yù)， 還可實現(xiàn)在固定位置播放某些特定信息， 如乘車提示、廣告信息等。GSM 模塊用于公交車與調(diào)度室之間的數(shù)據(jù)通訊， 實現(xiàn)公交車的聯(lián)合調(diào)度， 實現(xiàn)調(diào)度中心對公交車的調(diào)度功能。語音播報模塊負責語音播放， 提供進出站以及提示信息等語音的播放。單片機模塊控制按鍵掃描以及LCD 顯示。1. 1 硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件部分主要由S3C2410 ARM9 開發(fā)板、GPS/ G

4、SM模塊、功放模塊、顯示模塊、語音播放模塊及相應(yīng)的外圍電路組成。GPRS 模塊和GPS 模塊均通過RS232（ 串口） 與ARM處理器相連， 而LCD（ 液晶顯示器） 模塊則由單片機控制通過串口與ARM 通訊， 語音播放模塊通過IIS （ Inter IC Sound） 、SPI（ 串行外設(shè)接口） 與ARM 通訊。硬件連接方式如圖1 所示。圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)GSM/ GPS 模塊采用SIMCOM 公司的GPS/ GSM 模塊， 該模塊是一款四頻GSM/ GPRS（ 通用分組無線服務(wù)技術(shù)） 無線模塊， 同時支持SiRF Star III AGPS 技術(shù)。GSM/ GPRS 與AGPS 技術(shù)的整合

5、使得該模塊可以滿足GPS跟蹤、導航、車輛船舶等設(shè)備和資產(chǎn)的監(jiān)控管理以及其他GPS的應(yīng)用。鍵盤掃描和屏幕顯示由單片機做數(shù)據(jù)處理。鍵盤顯示板主要實現(xiàn)鍵盤掃描、液晶屏幕的顯示并與ARM處理器模塊進行通訊。硬件系統(tǒng)整體框圖如圖2所示。圖2 系統(tǒng)組成1. 2 軟件總體設(shè)計系統(tǒng)的主要功能由ARM 控制， 采用C 語言進行編程， 采用多線程處理相關(guān)功能模塊。執(zhí)行相關(guān)過程如下： 系統(tǒng)初始化完成后， 依據(jù)GPS定位信息和系統(tǒng)存儲的線路信息計算位置、報站和讀取相關(guān)信息， 并由ARM控制車內(nèi)的顯示模塊進行顯示、語音播放以及向數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)傳送。2 設(shè)計實現(xiàn)2. 1 系統(tǒng)初始化在系統(tǒng)運行之前， 必須用軟件程序?qū)Ω鞑?/p>

6、分進行初始化。初始化包括以下幾個部分：ARM 以及系統(tǒng)初始化；顯示按鍵模塊初始化；外部器件、接口初始化： 主要是GPS、GPRS和語音芯片等設(shè)備的初始化；軟件系統(tǒng)的初始化： 設(shè)置全局變量、指針和數(shù)組、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及公交信息初始化。系統(tǒng)軟件部分主要是在主程序中檢測GPS 信息， 確定公交車當前的地理位置， 然后決定是否播放語音信息。同時還需要實現(xiàn)按鍵所要求的功能， 如切換到手動播報等。本系統(tǒng)的軟件部分開發(fā)工作是基于Linux 開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)的。根據(jù)系統(tǒng)要完成的功能和各個模塊的運行情況， 主程序部分采用了多線程以及消息隊列的方式， 可以及時接收GPS 數(shù)據(jù)。因為只使用GPRMC 幀的數(shù)據(jù)， 串行通訊的

7、數(shù)據(jù)量不大， 通訊及數(shù)據(jù)處理過程比較快， 系統(tǒng)能夠及時播放報站及其他語音信息。公交車途經(jīng)的各站點的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)需要預(yù)先測量好， 并存放到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)區(qū)， 作為對比參考使用。GPRS的信息通過串行口傳遞， 采用查詢法， 按鍵也使用查詢方式進行接收， 以確定按下的是哪個功能鍵。軟件采用C 語言編寫， 調(diào)試成功后燒錄到Flash 中， 實現(xiàn)脫機運行。2. 2 GPS 模塊由于該GPS 模塊設(shè)置信息掉電丟失， 在每次系統(tǒng)啟動時均要對該GPS 模塊進行初始化。將模塊設(shè)置成每秒鐘輸出一次GPS 信息。系統(tǒng)啟動后， 模塊接收GPS 信息， 然后解析出GPS 信息， 根據(jù)解析出來的經(jīng)緯度信息與數(shù)據(jù)區(qū)中存儲的站點信

8、息比較， 計算出實際距離。如果距離到達閥值時， 啟動GPS 報站中斷。該GPS 模塊接收模塊遵循NMEA. 0183 協(xié)議， 可以輸出多種格式的數(shù)據(jù)幀， 均以“MYM”開頭。輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼字符， 內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。幀格式達10 余種， 該系統(tǒng)所使用的僅限于$ GPRMC定位數(shù)據(jù)幀格式。系統(tǒng)啟動后， 通過串口對GPS 模塊進行設(shè)置，由于系統(tǒng)對實時性要求不高， 將GPS 設(shè)置為每秒鐘輸出一次RMC 數(shù)據(jù)。提取GPRMC語句的思路是設(shè)置一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)， 把接收到的GPS 數(shù)據(jù)都放入這個緩沖區(qū)， 當緩沖區(qū)滿了的時候就在緩沖區(qū)中查找是否接受到GPRMC

9、定位語句， 如果沒有接收到則重新接收GPS 數(shù)據(jù)。如果找到了GPRMC定位語句則還要判斷該語句在緩沖區(qū)中的位置離緩沖區(qū)的最大字節(jié)數(shù)是否大于62個字節(jié)（ 因為本程序中需要的GPRMC定位語句所包含的字節(jié)數(shù)為62） , 然后通過多程序提取相關(guān)經(jīng)緯度、時間和速度等信息并通過數(shù)據(jù)處理線程進行相關(guān)處理。系統(tǒng)工作流程如圖3所示。圖3 系統(tǒng)工作流程2. 3 GPRS 無線通訊模塊由于GSM 模塊內(nèi)嵌TCP/ IP 協(xié)議， 可以直接調(diào)用AT 命令與服務(wù)器通過TCP、UDP通訊。無線通訊分為上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊和通訊模塊2 個模塊。上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能是把接收到的GPS數(shù)據(jù)或是相關(guān)的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成約定好的數(shù)據(jù)

10、格式以便同主信息中心的通訊。該模塊會判斷需要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)是GPS數(shù)據(jù)信息還是相關(guān)狀態(tài)信息或是二者都有， 然后選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)換程序。由上面的介紹可以知道接收到的GPS數(shù)據(jù)都是順序存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)當中的， 需要什么數(shù)據(jù)就到緩沖區(qū)中相應(yīng)的位置提取就可以了。數(shù)據(jù)都是以字符形式存放的， 所以實際要用的時候必須先轉(zhuǎn)換成整形數(shù)據(jù)。下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的功能與上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊的功能相反， 它將主信息中心發(fā)送的命令進行識別后發(fā)送給車載終端， 并通知用戶界面模塊顯示。通訊模塊的主要任務(wù)是完成車載終端與監(jiān)控中心的通訊， 它既可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與主信息中心的無線通訊。如果車載終端與上位機的距離隔的很遠可以直接通過GPR

11、S 網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心進行連接， 而且通過SIM548C 模塊連接GPRS 網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心連接也非常方便， 只需向GPRS 模塊發(fā)送幾條AT 命令就可以了， 但是監(jiān)控中心必須有因特網(wǎng)的固定IP。啟動車載終端的同時SIM548C 模塊也會被啟動， 這是模塊會自動連接上GPRS網(wǎng)絡(luò)進入命令模式。撥號成功以后就連接上了GPRS 網(wǎng)絡(luò)了， 然后對與SIM548C模塊連接的串口進行讀寫操作就可以實現(xiàn)與監(jiān)控中心的無線通訊。在測試中發(fā)現(xiàn)， 由于無線信號存在差異， 在某些網(wǎng)絡(luò)信號較差的地方容易與主信息中心失去網(wǎng)絡(luò)連接。為解決這一問題， 在系統(tǒng)中采用多線程監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)， 一旦失去網(wǎng)絡(luò)連接， 立即與主信息中心重新

12、連接。2. 4 語音播放模塊語音播放采用飛利浦SPI 接口音頻芯片， 驅(qū)動為Linux 下的聲卡設(shè)備。通過S3C2410 SPI 控制音頻芯片， 通過IIS傳送音頻數(shù)據(jù)， 最終將音頻芯片驅(qū)動成系統(tǒng)下的標準聲卡設(shè)備。在語音報站時， 需要為公交車上的喇叭提供語音信號， 功放電路采用MAXIM 功放模塊， 該功放模塊采用單端輸入的方式， 輸入的負端直接接地。該功放模塊為單聲道/ 立體聲、D 類音頻功率放大器， 能向8 立體聲負載提供高達2 21W 功率，或向單聲道4 負載提供高達1 42 W 功率， 效率高達87%。該功放模塊兼具D 類放大器的效率和AB 類放大器的性能， 無需大體積散熱器， 降低了

13、功耗。該功放模塊采用+ 10 + 18 V 單電源供電， 可驅(qū)動BTL 配置的負載。用于播放報站、廣告和信息等語音的播放器選用基于開源的播放器， 在源代碼的基礎(chǔ)上進行修改，形成適合播放短小音頻的播放線程， 為系統(tǒng)體統(tǒng)音頻播放功能。2. 5 顯示按鍵模塊鍵盤掃描和屏幕顯示由51 單片機做數(shù)據(jù)處理。鍵盤顯示板主要實現(xiàn)鍵盤掃描、液晶屏幕的顯示并與ARM 處理器模塊進行通訊。顯示按鍵模塊通過串口與數(shù)據(jù)處理模塊通訊，將掃描到按鍵發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊進行處理， 同時接受數(shù)據(jù)處理模塊的顯示數(shù)據(jù)命令， 在相應(yīng)的液晶屏幕位置顯示數(shù)據(jù)， 從而實現(xiàn)車載報站系統(tǒng)的人機交互功能， 實現(xiàn)公交車的調(diào)度管理功能。基于GPS 和GPRS 的公交自動報站系統(tǒng)， 具定位功能， GPRS 無線通訊功能， 能實現(xiàn)自動報站、調(diào)度、信息收發(fā)和中心通訊， 具有USB 接口等優(yōu)點。大大