基于GPS/GPRS的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張永生,文 科

摘 要:近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,對(duì)公交運(yùn)輸也提出更高的要求。傳統(tǒng)的公交報(bào)站器須由司機(jī)操控工作,考慮公交系統(tǒng)的安全,目前迫切需要智能化、自動(dòng)化的公交報(bào)站系統(tǒng)。GPS及GPRS技術(shù)的應(yīng)用使公交報(bào)站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度的整合,改變了傳統(tǒng)的手動(dòng)報(bào)站方式,解決了目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的公交車內(nèi)信息更新方式落后、不能監(jiān)控調(diào)度等弊端。結(jié)合GPS定位,對(duì)車輛的狀態(tài)信息(位置、速度等)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及分析,當(dāng)車輛到達(dá)預(yù)定位置時(shí),實(shí)現(xiàn)公交車的自動(dòng)報(bào)站功能;通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò),將公交車的狀態(tài)信息及時(shí)傳輸?shù)焦槐O(jiān)控調(diào)度中心,然后通過(guò)中心上位機(jī)軟件的操作,實(shí)現(xiàn)對(duì)公交車的監(jiān)控調(diào)度、信息更新的功能。采用SD卡存儲(chǔ)多條線路信息及MP3語(yǔ)音文件,便于公交車更換公交線路,同時(shí)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)語(yǔ)音信息的播放。

關(guān)鍵詞:GPS;GPRS;SD卡;MP3;自動(dòng)報(bào)站;信息更新;監(jiān)控調(diào)度

中圖分類號(hào):TN41,TP33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1004-373X(2009)19-212-03

Design of Automatic Station Report System for Bus Based on GPS/GPRS

ZHANG Yongsheng,WEN Ke

(Guangzhou Ropen Technology Co.Ltd.,Guangzhou,510060,China)

Abstract:In recent years,with sustained economic development of public transport also its higher requirements are put forward.Traditional bus reporter must be manipulated by the driver,considering the safety of public transportation system,there is an urgent need for intelligent,automatic station report system for bus.GPS and GPRS technology for application enable the bus station report system a high degree of integration,changing the traditional manual-announce way,the current way of updating information is solved and the scheduling and other defects can′t be monitored.Combining GPS positioning technology,the bus status information (location,speed,etc.) in real-time acquisition and analysis,when the bus is scheduled to arrive at the location,the automatic station report function is realized.Through the GPRS network,necessary bus status information should be transmitted to the bus monitor dispatching center timely,and then through the center of the operation of PC software,to achieve the function of the monitoring,scheduling and updating information.SD card is used to memorize the information of a number of lines and MP3 audio files,it is facilitated to replace bus lines,and at the same time high-quality voice information play is realized.

Keywords:GPS;GPRS;SD card;MP3;automatic station report;information updating;monitoring and dispatching

0 引 言

目前,國(guó)內(nèi)公交車報(bào)站的方式多采用手動(dòng)報(bào)站,但是因?yàn)樗緳C(jī)需要在保證安全駕駛的前提下進(jìn)行報(bào)站,所以經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)、安全隱患等一系列問(wèn)題。采用GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)站使這一難題迎刃而解,不需要人工干預(yù),大大減輕了司機(jī)的工作量,也同時(shí)提高了車輛運(yùn)行的安全性,促進(jìn)公交系統(tǒng)的現(xiàn)代化進(jìn)程[1]。

現(xiàn)階段,公交車內(nèi)信息屏多通過(guò)有線方式獲得新聞、天氣預(yù)報(bào)、廣告等信息,也可以同步顯示報(bào)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)線通訊功能,所以維護(hù)起來(lái)比較麻煩,如果需要更換廣告內(nèi)容,就必須派出大量的人員,對(duì)需要更改廣告內(nèi)容的公交車內(nèi)信息屏一一更改,浪費(fèi)了大量的人力物力。GPRS的應(yīng)用使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了前所未有的高度整合,解決了目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的公交車內(nèi)信息更新方式落后的弊端。通過(guò)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò),公交監(jiān)控調(diào)度中心可實(shí)時(shí)監(jiān)控各條線路公交車位置的分布情況,并根據(jù)監(jiān)控情況向有關(guān)公交車發(fā)出調(diào)度通知[2]。

1 公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)由公交車內(nèi)各終端(信息屏、腰牌等)、自動(dòng)報(bào)站器、GPRS/GSM通信網(wǎng)絡(luò)、公交監(jiān)控調(diào)度中心組成。自動(dòng)報(bào)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(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

自動(dòng)報(bào)站器利用自學(xué)習(xí)功能存儲(chǔ)站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息到SD卡,當(dāng)公交車行駛到某站點(diǎn)時(shí),接收的經(jīng)緯度信息與存儲(chǔ)的某站點(diǎn)經(jīng)緯度信息一致,就可以自動(dòng)播報(bào)相應(yīng)站點(diǎn)的站名,同時(shí)實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)功能:

(1) 通過(guò)RS 485接口發(fā)送相應(yīng)的信息到車內(nèi)各終端,實(shí)現(xiàn)公交車內(nèi)的控制一體化;

(2) 通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送公交車的狀態(tài)信息(經(jīng)緯度、速度等參數(shù))到公交監(jiān)控調(diào)度中心,實(shí)現(xiàn)公交車與監(jiān)控調(diào)度中心的高度統(tǒng)一。

2 公交車自動(dòng)報(bào)站器的硬件設(shè)計(jì)

公交車自動(dòng)報(bào)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(tái),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[3]。硬件原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 終端硬件原理結(jié)構(gòu)圖

2.1 電源模塊的設(shè)計(jì)

電源系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)報(bào)站器的可靠性運(yùn)行影響很大,好的電源電路能夠過(guò)濾掉很多通過(guò)電源電路傳入的干擾信號(hào)。

本電源模塊的電源電路如圖3所示。

圖3 電源電路圖

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(dá)2 A,所以電源芯片選用LM2596-5.0,輸出電流可達(dá)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(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧, 基于GSM/GPRS 900/1 800/1 900 MHz 三頻,采用雙列直插式板對(duì)板連接,適合車載應(yīng)用。尺寸:50 mm×33 mm×6.2 mm,支持class2,通過(guò)AT指令控制,滿足GSM 2/2+標(biāo)準(zhǔn),帶有RS 232電平,直接與單片機(jī)相連[4]。

2.3 主控芯片

采用TI公司的LM3S1601單片機(jī)作為控制主芯片,該芯片采用ARM Cortex-M3內(nèi)核,Cortex-M3 是ARM公司最新推出的基于ARMv7 體系架構(gòu)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(jié)構(gòu),使用分離的指令和數(shù)據(jù)總線(馮諾伊曼結(jié)構(gòu)下,數(shù)據(jù)和指令共用一條總線),處理速度明顯加快。Cortex-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(nèi)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(jí),最高可達(dá)到240個(gè)物理中斷和256個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。此類設(shè)計(jì)是確定的且具有低延遲性,特別適用于汽車應(yīng)用[5]。具有128 KB的片內(nèi)FLASH,32 KB片內(nèi)SRAM,3個(gè)UART串口,2個(gè)SSI接口,2個(gè)I2C接口,完全能夠滿足現(xiàn)在的需求。

2.4 E2PROM和SD卡存儲(chǔ)模塊

E2PROM型號(hào)為CAT24C02,用來(lái)存放報(bào)站器的站號(hào)、線路、上下行、模式等必要數(shù)據(jù),防止掉電數(shù)據(jù)丟失。SD卡存儲(chǔ)中文站名、經(jīng)緯度信息、MP3音頻文件等,SD卡與單片機(jī)通過(guò)SSI0接口進(jìn)行通信,采用FAT16格式的文件系統(tǒng)[6],支持最大2 GB的SD卡[7]。

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VSDSP,5 KB的指令RAM,05 KB的數(shù)據(jù)RAM,串行的控制器和數(shù)據(jù)輸入接口,4個(gè)通用I/O口,一個(gè)UART口;同時(shí)片內(nèi)帶有一個(gè)可變采樣率的ADC、一個(gè)立體聲DAC以及耳機(jī)音頻放大器[8]。

3 公交車自動(dòng)報(bào)站器的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

由單片機(jī)LM3S1601編程實(shí)現(xiàn)GPS信息的接收處理,GPRS上網(wǎng)、建立連接、接收數(shù)據(jù),MP3語(yǔ)音文件的播放,讀寫(xiě)SD卡的內(nèi)容,LCD屏的顯示等功能。本系統(tǒng)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(xí);自動(dòng)搜索站點(diǎn),并自動(dòng)報(bào)站:如果GPS模塊接收到的經(jīng)緯度信息與存儲(chǔ)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(duì)應(yīng)的MP3文件,將所讀取的數(shù)據(jù)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(yīng)的站號(hào)及站名,并通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送當(dāng)前的經(jīng)緯度信息到公交監(jiān)控調(diào)度中心,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站的功能;中心主動(dòng)連接自動(dòng)報(bào)站器,自動(dòng)報(bào)站器根據(jù)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(jiān)控、車內(nèi)信息更新等)。

系統(tǒng)的軟件組成框圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的軟件組成框圖

3.1 報(bào)站器的主程序設(shè)計(jì)

主程序主要完成系統(tǒng)初始化及各個(gè)模塊子程序的調(diào)用,其流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

系統(tǒng)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(tǒng)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(yīng)用最為廣泛的NMEA-0183協(xié)議[9]。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(shè)計(jì)。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(dāng)接收數(shù)據(jù)為A時(shí),則認(rèn)為GPS接收數(shù)據(jù)有效,然后進(jìn)行自學(xué)習(xí)功能、GPRS處理功能、自動(dòng)搜索站點(diǎn)功能的判斷及處理[10]。

3.2 GPRS處理子程序的設(shè)計(jì)

GPRS處理子程序主要實(shí)現(xiàn)報(bào)站器與中心之間的通信及監(jiān)控調(diào)度、信息更新功能。

中心打電話通知報(bào)站器上線,報(bào)站器接收到“+CLIP:"020********",129”,通過(guò)“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(guò)TCP/IP連接中心的固定IP地址和端口號(hào)。

報(bào)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)。

“握手”成功后,報(bào)站器接收中心下發(fā)的指令。如果為“實(shí)時(shí)監(jiān)控”指令,則實(shí)時(shí)發(fā)送GPS數(shù)據(jù),為了防止中心與報(bào)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)。

圖6 GPRS處理子程序流程圖

4 結(jié) 語(yǔ)

該自動(dòng)報(bào)站器通過(guò)EMC及可靠性試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行,系統(tǒng)功能正常、運(yùn)行穩(wěn)定、表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的可靠性,尤其GPS自動(dòng)報(bào)站功能,可根據(jù)客戶需要及公交線路的實(shí)際情況更改報(bào)站和預(yù)報(bào)站范圍,確保了報(bào)站的準(zhǔn)確性,提高了公交車的安全性,減輕了司機(jī)的負(fù)擔(dān),具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。目前,系統(tǒng)功能正在進(jìn)行部分高級(jí)功能的完善,產(chǎn)業(yè)化工作也正在全面展開(kāi)之中。

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