基于GPS/GPRS的公交車(chē)自動(dòng)報站系統設計

　　0 引 言

　　目前，國內公交車(chē)報站的方式多采用手動(dòng)報站，但是因為司機需要在保證安全駕駛的前提下進(jìn)行報站，所以經(jīng)常出現錯報、漏報、安全隱患等一系列問(wèn)題。采用 GPS全球定位系統進(jìn)行自動(dòng)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(shí)提高了車(chē)輛運行的安全性，促進(jìn)公交系統的現代化進(jìn)程。

　　現階段，公交車(chē)內信息屏多通過(guò)有線(xiàn)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(gè)不可避免的問(wèn)題，那就是由于沒(méi)有整合GPRS 無(wú)線(xiàn)通訊功能，所以維護起來(lái)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(chē)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(shí)現了前所未有的高度整合，解決了目前國內現有的公交車(chē)內信息更新方式落后的弊端。通過(guò)GPS衛星定位系統和GPRS無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，公交監控調度中心可實(shí)時(shí)監控各條線(xiàn)路公交車(chē)位置的分布情況，并根據監控情況向有關(guān)公交車(chē)發(fā)出調度通知。

　　1 公交車(chē)自動(dòng)報站系統的組成

　　該系統由公交車(chē)內各終端(信息屏、腰牌等)、自動(dòng)報站器、GPRS／GSM通信網(wǎng)絡(luò )、公交監控調度中心組成。自動(dòng)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(gè)系統的總體結構如圖1所示。

　　自動(dòng)報站器利用自學(xué)習功能存儲站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息到SD卡，當公交車(chē)行駛到某站點(diǎn)時(shí)，接收的經(jīng)緯度信息與存儲的某站點(diǎn)經(jīng)緯度信息一致，就可以。自動(dòng)播報相應站點(diǎn)的站名，同時(shí)實(shí)現以下兩個(gè)功能：

(1)通過(guò)RS 485接口發(fā)送相應的信息到車(chē)內各終端，實(shí)現公交車(chē)內的控制一體化；
(2)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )發(fā)送公交車(chē)的狀態(tài)信息(經(jīng)緯度、速度等參數)到公交監控調度中心，實(shí)現公交車(chē)與監控調度中心的高度統一。

　　2 公交車(chē)自動(dòng)報站器的硬件設計

　　公交車(chē)自動(dòng)報站器主要以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(guò)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。

　　2．1 電源模塊的設計

　　電源系統對自動(dòng)報站器的可靠性運行影響很大，好的電源電路能夠過(guò)濾掉很多通過(guò)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。

　　控制器輸入電壓為24 V，由于GPRS上網(wǎng)時(shí)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 GPRS模塊

　　SIM300C內嵌TCP／IP協(xié)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(chē)載應用。尺寸：50 mm×33 mm×6．2 mm。支持class2，通過(guò)AT指令控制，滿(mǎn)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A(yíng)RMv7體系架構的處理器核，具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)。它采用哈佛結構，使用分離的指令和數據總線(xiàn)(馮諾伊曼結構下，數據和指令共用一條總線(xiàn))，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(gè)物理中斷，具有8層優(yōu)先級，最高可達到240個(gè)物理中斷和256個(gè)中斷優(yōu)先級。此類(lèi)設計是確定的且具有低延遲性，特別適用于汽車(chē)應用。具有128 KB的片內FLASH，32 KB片內SRAM，3個(gè)UART串口，2個(gè)SSI接口，2個(gè)I2C接口，完全能夠滿(mǎn)足現在的需求。

　　2．4 E2PROM和SD卡存儲模塊

　　E2PROM型號為CAT24C02，用來(lái)存放報站器的站號、線(xiàn)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(jīng)緯度信息、MP3 音頻文件等，SD卡與單片機通過(guò)SS10接口進(jìn)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(chǎn)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(gè)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(gè)通用I／O口，一個(gè)UART口；同時(shí)片內帶有一個(gè)可變采樣率的ADC、一個(gè)立體聲DAC以及耳機音頻放大器。

　　3 公交車(chē)自動(dòng)報站器的軟件設計及實(shí)現

　　由單片機LM3S1601編程實(shí)現GPS信息的接收處理，GPRS上網(wǎng)、建立連接、接收數據，MP3語(yǔ)音文件的播放，讀寫(xiě)SD卡的內容，LCD屏的顯示等功能。本系統的工作過(guò)程大致為：通過(guò)按鍵及GPS信息的接收進(jìn)行站點(diǎn)的自學(xué)習；自動(dòng)搜索站點(diǎn)，并自動(dòng)報站：如果GPS模塊接收到的經(jīng)緯度信息與存儲的某站點(diǎn)經(jīng)緯度信息一致，則通過(guò)SSI0從SD卡中讀取相對應的MP3文件，將所讀取的數據流通過(guò)SSI1發(fā)送到VS1003播放器中播放，同時(shí)在LCD屏上顯示相應的站號及站名，并通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )發(fā)送當前的經(jīng)緯度信息到公交監控調度中心，從而實(shí)現自動(dòng)報站的功能；中心主動(dòng)連接自動(dòng)報站器，自動(dòng)報站器根據接收的通信協(xié)議的不同進(jìn)行不同的操作(如實(shí)時(shí)監控、車(chē)內信息更新等)。系統的軟件組成框圖如圖4所示。

　　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(gè)模塊子程序的調用，其流程圖如圖5所示。

　　系統上電后進(jìn)行初始化，包括：I／O口，定時(shí)器，UART、看門(mén)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(xié)議較多。該程序采用應用最為廣泛的NMEA-0183協(xié)議。在此協(xié)議中包括了“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”和 “$GPRMC”等格式，而本文使用的是以最簡(jiǎn)格式“$GPRMC”語(yǔ)句進(jìn)行設計。格式如下：$GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>，11>，12>*hh 其中2>為定位狀態(tài)，A＝有效定位，V＝無(wú)效定位，當接收數據為A時(shí)，則認為GPS接收數據有效，然后進(jìn)行自學(xué)習功能、GPRS處理功能、自動(dòng)搜索站點(diǎn)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(shí)現報站器與中心之間的通信及監控調度、信息更新功能。

　　中心打電話(huà)通知報站器上線(xiàn)，報站器接收到“+CLIP："020********"，129”，通過(guò)“ATH”掛斷電話(huà)，判斷是否為中心電話(huà)，如果是則建立PPP連接，連接成功后，通過(guò)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(fā)握手指令，如果“握手”成功，則進(jìn)行通信；否則中心主動(dòng)斷網(wǎng)?！拔帐帧背晒?，報站器接收中心下發(fā)的指令。如果為“實(shí)時(shí)監控”指令，則實(shí)時(shí)發(fā)送GPS數據，為了防止中心與報站器之間斷網(wǎng)，雙方需定時(shí)發(fā)送“心跳包”；如果是“信息更新”指令，則接收中心發(fā)送的更新信息，接收完畢后自動(dòng)斷網(wǎng)。

　　4 結 語(yǔ)

　　該自動(dòng)報站器通過(guò)EMC及可靠性試驗和現場(chǎng)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(dòng)報站功能，可根據客戶(hù)需要及公交線(xiàn)路的實(shí)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(chē)的安全性，減輕了司機的負擔，具有良好的社會(huì )經(jīng)濟效益。目前，系統功能正在進(jìn)行部分高級功能的完善，產(chǎn)業(yè)化工作也正在全面展開(kāi)之中。