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基于GPS/GPRS的公交車自動報站系統設計
摘要: GPRS的應用使系統實現了前所未有的高度整合,解決了目前國內現有的公交車內信息更新方式落后的弊端。通過GPS衛星定位系統和GPRS無線通信網絡,公交監控調度中心可實時監控各條線路公交車位置的分布情況,并根據監控情況向有關公交車發出調度通知。
Abstract:
Key words :

  0 引 言

  目前,國內公交車報站的方式多采用手動報站,但是因為司機需要在保證安全駕駛的前提下進行報站,所以經常出現錯報、漏報、安全隱患等一系列問題。采用 GPS" title="GPS">GPS全球定位系統進行自動報站" title="自動報站">自動報站使這一難題迎刃而解,不需要人工干預,大大減輕了司機的工作量,也同時提高了車輛運行的安全性,促進公交系統的現代化進程。

  現階段,公交車內信息屏多通過有線方式獲得新聞、天氣預報、廣告等信息,也可以同步顯示報站信息。但是有一個不可避免的問題,那就是由于沒有整合GPRS" title="GPRS">GPRS 無線通訊功能,所以維護起來比較麻煩,如果需要更換廣告內容,就必須派出大量的人員,對需要更改廣告內容的公交車內信息屏一一更改,浪費了大量的人力物力。GPRS的應用使系統實現了前所未有的高度整合,解決了目前國內現有的公交車內信息更新方式落后的弊端。通過GPS衛星定位系統和GPRS無線通信網絡,公交監控調度中心可實時監控各條線路公交車位置的分布情況,并根據監控情況向有關公交車發出調度通知。

  1 公交車自動報站系統的組成

  該系統由公交車內各終端(信息屏、腰牌等)、自動報站器、GPRS/GSM通信網絡、公交監控調度中心組成。自動報站器主要由主控芯片、GPS/GPRS通信模塊、LCD、SD卡、MP3解碼芯片組成。整個系統的總體結構如圖1所示。

系統的總體結構

  自動報站器利用自學習功能存儲站點的經緯度信息到SD卡,當公交車行駛到某站點時,接收的經緯度信息與存儲的某站點經緯度信息一致,就可以。自動播報相應站點的站名,同時實現以下兩個功能:

(1)通過RS 485接口發送相應的信息到車內各終端,實現公交車內的控制一體化;
(2)通過GSM網絡發送公交車的狀態信息(經緯度、速度等參數)到公交監控調度中心,實現公交車與監控調度中心的高度統一。

  2 公交車自動報站器的硬件設計

  公交車自動報站器主要以LM3S1601" title="LM3S1601">LM3S1601主芯片、GPS模塊和GPRS模塊為核心,搭建終端平臺,他們之間通過串行通信方式連接,其余還包括電源模、MP3播放接口和SD卡接口等。硬件原理結構圖如圖2所示。

硬件原理結構圖

  2.1 電源模塊的設計

  電源系統對自動報站器的可靠性運行影響很大,好的電源電路能夠過濾掉很多通過電源電路傳人的干擾信號。本電源模塊的電源電路如圖3所示。

電源模塊的電源電路

  控制器輸入電壓為24 V,由于GPRS上網時的峰值電流可達2 A,所以電源芯片選用LM2596-5.0,輸出電流可達3 A。采用LM1117-3.3芯片給LM3S1601、SD卡等供電,LM1117-2.5芯片給MP3解碼芯片供電,MIC29302芯片輸出4 V電壓給GPRS模塊。

  2.2 SIM300C" title="SIM300C">SIM300C GPRS模塊

  SIM300C內嵌TCP/IP協議棧,基于GSM/GPRS900/1 800/1 900 MHz三頻,采用雙列直插式板對板連接,適合車載應用。尺寸:50 mm×33 mm×6.2 mm。支持class2,通過AT指令控制,滿足GSM 2/2+標準,帶有RS 232電平,直接與單片機相連。

  2.3 主控芯片

  采用TI公司的LM3S1601單片機作為控制主芯片,該芯片采用ARM Cortex-M3內核,Cortex-M3是ARM公司最新推出的基于ARMv7體系架構的處理器核,具有高性能、低成本、低功耗的特點。它采用哈佛結構,使用分離的指令和數據總線(馮諾伊曼結構下,數據和指令共用一條總線),處理速度明顯加快。Cor-tex-M3只支持最新的Thumb-2指令集。免去Thumb和ARM代碼的互相切換,Cortex-M3內核中集成了中斷控制器,提供基本的32個物理中斷,具有8層優先級,最高可達到240個物理中斷和256個中斷優先級。此類設計是確定的且具有低延遲性,特別適用于汽車應用。具有128 KB的片內FLASH,32 KB片內SRAM,3個UART串口,2個SSI接口,2個I2C接口,完全能夠滿足現在的需求。

  2.4 E2PROM和SD卡存儲模塊

  E2PROM型號為CAT24C02,用來存放報站器的站號、線路、上下行、模式等必要數據,防止掉電數據丟失。SD卡存儲中文站名、經緯度信息、MP3 音頻文件等,SD卡與單片機通過SS10接口進行通信,采用FAT16格式的文件系統,支持最大2 GB的SD卡。

   2.5 MP3解碼芯片

  MP3解碼芯片采用的是芬蘭VLSI Solution公司生產的VS1003芯片,VS1003是一款單芯片的MP3/WMA/MIDI音頻解碼和ADPCM編碼芯片,其擁有一個性能低功耗的DSP處理器核VS_DSP,5 KB的指令RAM,0.5 KB的數據RAM,串行的控制器和數據輸入接口,4個通用I/O口,一個UART口;同時片內帶有一個可變采樣率的ADC、一個立體聲DAC以及耳機音頻放大器。

 

  3 公交車自動報站器的軟件設計及實現

  由單片機LM3S1601編程實現GPS信息的接收處理,GPRS上網、建立連接、接收數據,MP3語音文件的播放,讀寫SD卡的內容,LCD屏的顯示等功能。本系統的工作過程大致為:通過按鍵及GPS信息的接收進行站點的自學習;自動搜索站點,并自動報站:如果GPS模塊接收到的經緯度信息與存儲的某站點經緯度信息一致,則通過SSI0從SD卡中讀取相對應的MP3文件,將所讀取的數據流通過SSI1發送到VS1003播放器中播放,同時在LCD屏上顯示相應的站號及站名,并通過GSM網絡發送當前的經緯度信息到公交監控調度中心,從而實現自動報站的功能;中心主動連接自動報站器,自動報站器根據接收的通信協議的不同進行不同的操作(如實時監控、車內信息更新等)。系統的軟件組成框圖如圖4所示。

系統的軟件組成框圖

  3.1 報站器的主程序設計

  主程序主要完成系統初始化及各個模塊子程序的調用,其流程圖如圖5所示。

流程圖

  系統上電后進行初始化,包括:I/O口,定時器,UART、看門狗,模塊(SD卡、GPRS模塊、VS1003等)。系統初始化完之后,接收GPS定位信息,GPS通信協議較多。該程序采用應用最為廣泛的NMEA-0183協議。在此協議中包括了“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”和 “$GPRMC”等格式,而本文使用的是以最簡格式“$GPRMC”語句進行設計。格式如下:$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh 其中<2>為定位狀態,A=有效定位,V=無效定位,當接收數據為A時,則認為GPS接收數據有效,然后進行自學習功能、GPRS處理功能、自動搜索站點功能的判斷及處理。

  3.2 GPRS處理子程序的設計

  GPRS處理子程序主要實現報站器與中心之間的通信及監控調度、信息更新功能。

GPRS處理子程序

  中心打電話通知報站器上線,報站器接收到“+CLIP:"020********",129”,通過“ATH”掛斷電話,判斷是否為中心電話,如果是則建立PPP連接,連接成功后,通過TCP/IP連接中心的固定IP地址和端口號。

  報站器與中心連接成功后,雙方互發握手指令,如果“握手”成功,則進行通信;否則中心主動斷網。“握手”成功后,報站器接收中心下發的指令。如果為“實時監控”指令,則實時發送GPS數據,為了防止中心與報站器之間斷網,雙方需定時發送“心跳包”;如果是“信息更新”指令,則接收中心發送的更新信息,接收完畢后自動斷網。

  4 結 語

  該自動報站器通過EMC及可靠性試驗和現場試運行,系統功能正常、運行穩定、表現出較強的抗干擾能力和較高的可靠性,尤其GPS自動報站功能,可根據客戶需要及公交線路的實際情況更改報站和預報站范圍,確保了報站的準確性,提高了公交車的安全性,減輕了司機的負擔,具有良好的社會經濟效益。目前,系統功能正在進行部分高級功能的完善,產業化工作也正在全面展開之中。

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