基于SIM 300通訊模塊城市智能交通系統(tǒng)

古 博，黎敬斌，葉仕通

（廣東工業(yè)大學(xué) 華立學(xué)院，廣東 增城 511325）

隨著當(dāng)今社會的城市化建設(shè)，在城市人口持續(xù)增長及經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下，城市交通工具與日俱增，城市交通系統(tǒng)面臨的壓力也日益突顯，我院教師指導(dǎo)學(xué)生以ITS（Intelligent Transportation Systems）智能交通系統(tǒng)的研究為切入點(diǎn)，提出了一種新型的城市公交系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)基于SIM300通信模塊與GPS模塊，系統(tǒng)由車載終端、通信網(wǎng)絡(luò)、乘客的移動設(shè)備（站臺終端）組成。車載終端采集車輛運(yùn)行中的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心；監(jiān)控中心接收、存儲并解析收到的數(shù)據(jù)，將其可視化，同時(shí)根據(jù)需要向車載終端下行相關(guān)指令信息并將車輛信息反饋給乘客[2]。本文將分析系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成，描述各模塊功能實(shí)現(xiàn)，最后給出系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本公交智能系統(tǒng)可分為4個(gè)功能模塊，分別是車載終端、通信網(wǎng)絡(luò)、乘客移動終端（站點(diǎn)顯示終端）、SIM300通信監(jiān)控中心。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。車載終端采集公交車的站點(diǎn)位置及統(tǒng)計(jì)站臺的乘客人數(shù)。移動通信網(wǎng)絡(luò)采用中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)[3]。車載終端將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)融合后按照設(shè)計(jì)的通信協(xié)議發(fā)送至監(jiān)控中心接受主機(jī)。監(jiān)控中心是一臺具有Internet接入能力的服務(wù)器，他接受車載終端經(jīng)由GPRS-Internet發(fā)過來的數(shù)據(jù)包、解析、儲存后將接收的數(shù)據(jù)可視化至顯示屏，再將數(shù)據(jù)反饋給站臺乘客。

圖1 系統(tǒng)框架Fig.1 System framework

2 智能交通系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

此智能交通系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片。STC12C5A60S2單片機(jī)具有低功耗，數(shù)據(jù)處理快的優(yōu)點(diǎn)，可以保證大量信息輸入的時(shí)候安全穩(wěn)定的處理。該設(shè)計(jì)通過GPS接收模塊（UBLOX-4T），接收GPS衛(wèi)星信號，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控端，經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，在通過單片機(jī)串口1，發(fā)送給NOKIA5110顯示器，將站點(diǎn)的乘客人數(shù)呈現(xiàn)給公交車司機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)的硬件部分以低功耗、構(gòu)架簡單為理念而設(shè)計(jì)，具有較高的實(shí)際價(jià)值。

3 智能交通系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

智能交通系統(tǒng)的軟件部分包括了GPS模塊對GPS算法的運(yùn)用從而算出公交車的經(jīng)緯度，也通過編程利用單片機(jī)將乘客發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理后反饋給公交車司機(jī)。

3.1 GPS定位算法

根據(jù)GPS模塊及相關(guān)資料，我們了解到GPS定位算法是按泰勒級數(shù)展開取至一項(xiàng)進(jìn)行線性化，然后運(yùn)行最小二乘法進(jìn)行求解[4]，算法中所取的觀測站坐標(biāo)的初始值應(yīng)注意偏差范圍，避免影響主控端對數(shù)據(jù)的分析判斷。而以公交站點(diǎn)為具體觀測點(diǎn)，在測試中證明，對不同地點(diǎn)移動設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)均能正確定位其位置。

3.2 程序流程圖

圖2 程序流程圖Fig.2 The program flow diagram

3.3 軟件數(shù)據(jù)分析

對于SIM300模塊的控制是利用AT指令的，在實(shí)際的運(yùn)用中我們用到的AT指令為:

（AT+CMGF=n；AT+CMGR=n；AT+CMGD=n；）[5]

其中在調(diào)試的過程中我們可以利用AT+CMGR=n是獲取第n條短信內(nèi)容，AT+CMGD是刪除第n條短信。

分析短信部分：

當(dāng)我們向模塊發(fā)送AT+CMGR=1的時(shí)候就會相應(yīng)讀取第一條信息如下：

AT+CMGF=0；

這條指令是直接設(shè)置短信的格式為TEXT.

AT+CMGR=1

OK

+CMGR:"RECREAD"，" +8618998406355"，，"13/06/19，08:24:06+32"

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我們就可以根據(jù)返回來的例子來寫協(xié)議分析短信內(nèi)容提取有用的信息.

返回短信部分：我們利用的AT指令是 （AT+CMGF=0；AT+CSCS="UCS2"；AT+CMGS=n；）

AT+CMGF=0：信息的格式是中文模式的格式.

AT+CSCS="UCS2"：信息使用的碼是UCS2.

AT+CMGS=n：是設(shè)置短信代碼的長度.n的值取決于你短信的長度.

如果想控制SIM300發(fā)送一條中文的短信就需要向模塊發(fā)送如下代碼

AT+CMGF=0 設(shè)置中文格式

AT+CSCS="UCS2"

AT +CMGS =23 0011000D91688199486053F5000801086D4B8BD56210529F

最后還要發(fā)一個(gè)結(jié)束字符0x1a

這樣就可以向指定號碼發(fā)送一條中文信息.

刪除信息部分：

我們直接可以用AT+CMGD=n來對第n條信息進(jìn)行刪除.返回OK就是正常刪除.

GPS軟件調(diào)試：

圖3 GPS軟件調(diào)試Fig.3 GPSsoftware debugging

通過調(diào)試軟件我們可以得到如下信息

$GPRMC，121252.000，A，3958.3032，N，11629.6046，E，15.15，359.95，070306，，，A*54 這一條.

GPRMC數(shù)據(jù)詳解：

$GPRMC，＜1>，＜2>，＜3>，＜4>，＜5>，＜6>，＜7>，＜8>，＜9>，＜10>，＜11>，＜12>*hh

其中我們只需要分析前六位數(shù)據(jù)

＜1>UTC 時(shí)間，hhmmss（時(shí)分秒）格式

＜2>定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位

＜3>緯度 ddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0也將被傳輸）

＜4>緯度半球N（北半球）或S（南半球）

＜5>經(jīng)度 dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）

＜6>經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）

這樣我們就可以參照來寫協(xié)議過濾不要的信息提取定位的信息.

4 系統(tǒng)實(shí)際操作展示

下面以實(shí)際操作展示本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能。當(dāng)基于SIM300通訊模塊城市智能交通系統(tǒng)啟動后，會自動進(jìn)行初始化，操作以3個(gè)站點(diǎn)為例，初始化后監(jiān)控中心顯示的3個(gè)站點(diǎn)A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)，分別顯示0人。當(dāng)A區(qū)有人發(fā)送短信“1”給智能公交通系統(tǒng)后，車載智能公交系統(tǒng)會更改A區(qū)人數(shù)。同時(shí)，智能交通系統(tǒng)會回復(fù)公交車所在位置。公交車到站后按按鈕，該站點(diǎn)人數(shù)清0，重新統(tǒng)計(jì)。

圖4 操作展示Fig.4 Operation display

5 結(jié) 論

隨著經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的發(fā)展，各地路網(wǎng)結(jié)構(gòu)正日趨完善，各大城市均在對城市智能化交通系統(tǒng)進(jìn)行探討實(shí)踐并完善。智能化交通系統(tǒng)的未來發(fā)展必將會借助通信技術(shù)、傳感識別技術(shù)、空間等科學(xué)技術(shù)的改革更新，并與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，更好地增強(qiáng)道路安全，提高交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率，以有序、流暢的交通系統(tǒng)降低環(huán)境影響[6]。本設(shè)計(jì)在智能化交通系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)了乘客與公交車之間的信息互通，給乘客與公交車之間提供了更好的信息交互服務(wù)。

通過此智能交通系統(tǒng)系統(tǒng)，乘客可以利用移動終端通過GPS網(wǎng)絡(luò)將自己的站點(diǎn)位置發(fā)送給智能交通系統(tǒng)，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)好各個(gè)站臺的人數(shù)顯示給公交車司機(jī)，從而幫助司機(jī)清楚每個(gè)站點(diǎn)候車的乘客人數(shù)并且也節(jié)省了無乘客候車站點(diǎn)的?？繒r(shí)間，與過去的公交系統(tǒng)相比較有較強(qiáng)的實(shí)際意義和創(chuàng)新性。另外該公交系統(tǒng)還會將公交車的地理信息反饋給乘客，這樣乘客清楚公交車的動態(tài)可以更方便的把握自己的時(shí)間，在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的社會，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義

后期的開發(fā)，我們可以在公交站點(diǎn)上設(shè)置按鈕或感應(yīng)服務(wù)裝置，乘客可以通過此裝置來實(shí)現(xiàn)發(fā)放GPS信息站點(diǎn)的人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息并且可以在裝置上顯示出公交車的實(shí)時(shí)動態(tài)，更加方便市民出行，從而使城市更加智能化。

[1]王向華，陳特放.智能體技術(shù)在公交調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，44（8）:3540－3541.WANG Xiang-hua，CHEN Te-fang.Application of intelligent public transportation dispatch system based on agent[J].Journal of Central South University，2013，44（8）:3540－3541.

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[5]居金娟，姚弘.基于ARM9和SIM300的汽車監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，24（1）:83－84.JU Jin-juan，YAO Hong.Design of auto control system based on ARM9and SIM300[J].Jounalof Nantong Vocational Collece，2010，24（1）:83－84.

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