基于GPS的公交車智能報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程望斌,項(xiàng) 姣,姚旭倩,周安琪,范坤設(shè),謝 模

(湖南理工學(xué)院 信息與通信工程學(xué)院,湖南 岳陽 414006)

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基于GPS的公交車智能報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程望斌,項(xiàng) 姣,姚旭倩,周安琪,范坤設(shè),謝 模

(湖南理工學(xué)院 信息與通信工程學(xué)院,湖南 岳陽 414006)

摘 要:公交車作為重要的交通工具,已成為城市交通中一道亮麗的風(fēng)景.隨著城市現(xiàn)代化水平的提高,人們對(duì)城市公交車報(bào)站技術(shù)提出了更高的要求,為此需對(duì)公交車報(bào)站系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).本文以GPS定位技術(shù)為基礎(chǔ),采用單片機(jī)技術(shù),對(duì)公交車智能報(bào)站系統(tǒng)進(jìn)行了科學(xué)論證,設(shè)計(jì)了功能較全的智能報(bào)站器.對(duì)硬件系統(tǒng)和主要功能模塊進(jìn)行了規(guī)劃和設(shè)計(jì),其中系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)模塊主要包含主控模塊、GPS模塊、按鍵模塊、語音播放模塊和液晶顯示模塊.同時(shí)采用KEIL對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì),對(duì)主要功能模塊進(jìn)行了分析和描述.最后,采用EDA工具軟件PROTEUS 7.10進(jìn)行系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn),基本上實(shí)現(xiàn)了智能報(bào)站功能.利用文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站功能,改變了手工操控報(bào)站方式,因此具有一定的使用價(jià)值和應(yīng)用前景.

關(guān)鍵詞:GPS; AT89C51; 公交車; 語音報(bào)站

引言

隨著城市現(xiàn)代化水平的提高,交通污染愈發(fā)嚴(yán)重.為響應(yīng)“綠色出行,低碳生活”的號(hào)召,公交車出行變成出行新時(shí)尚.如何快速、準(zhǔn)確地將公交車的行駛信息傳遞給乘客,是公共交通系統(tǒng)所面臨的一大難題.近幾年,手動(dòng)報(bào)站器雖然取締了人工報(bào)站,但該方法仍存在不少弊端.因此,設(shè)計(jì)一種更加智能化的,保險(xiǎn)系數(shù)更高的報(bào)站系統(tǒng),是具有實(shí)際意義的[1].

本文采用基于GPS的智能化公交車報(bào)站系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)站,不僅具有自動(dòng)預(yù)報(bào)、播報(bào)功能,還能有效地提高公交車行駛過程中的安全系數(shù).系統(tǒng)以AT89C51為核心控制器件,首先檢查系統(tǒng)能否正常接收GPS定位信號(hào),若能正常接收,便將定位信息與站點(diǎn)位置信息相比較,以確定公交車是否到站; 然后由主控模塊控制自動(dòng)執(zhí)行語音報(bào)站,用LCD顯示站名[2],若接收不到GPS信號(hào),則啟用手動(dòng)按鍵報(bào)站.此設(shè)計(jì)成本相對(duì)較低,開發(fā)周期也很短,與各類專業(yè)芯片搭配使用時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大而豐富的功能.

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是由主控模塊、GPS模塊、按鍵模塊、語音播放模塊、液晶顯示模塊五個(gè)模塊組成.本設(shè)計(jì)是以AT89C51為核心控制器件的基于GPS的智能報(bào)站系統(tǒng).首先由GPS模塊實(shí)時(shí)獲取公交車位置信息,經(jīng)無線傳輸將信息傳送至單片機(jī)芯片處理[3],然后控制液晶顯示模塊顯示當(dāng)前到達(dá)站名,同時(shí)控制語音模塊播放當(dāng)前到站信息.當(dāng)GPS信號(hào)接收不正常時(shí),可通過按鍵電路,直接發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)芯片執(zhí)行手動(dòng)報(bào)站.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包含主控模塊電路、按鍵模塊電路、LCD1602液晶顯示模塊電路、ISD1700音頻輸出模塊電路以及GPS模塊接口電路.每個(gè)部分模塊電路通過與AT89C51單片機(jī)相結(jié)合,均可實(shí)現(xiàn)各自功能.主控模塊電路由內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)方式構(gòu)成,即由晶振和電容共同組建并聯(lián)諧振電路,可在20MHz頻率下工作.同時(shí)采取了較為簡單的RC復(fù)位電路,在上電的一瞬間,由于RST引腳端產(chǎn)生了一個(gè)正脈沖使得系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位.LCD1602液晶顯示電路采用的是1/16D驅(qū)動(dòng)方式,將八個(gè)數(shù)據(jù)端口即7～14依次與單片機(jī)P0口相連接,另外,4,5,6號(hào)的數(shù)碼管腳對(duì)應(yīng)接到P2.0,P2.1,P2.2引腳.音頻輸出模塊中,ISD1700芯片語音錄放功能將音頻最終通過揚(yáng)聲器喇叭播放出來[4],同時(shí)兼?zhèn)浒存I功能,按鍵形式是采用獨(dú)立式按鍵,總共設(shè)有4個(gè)功能按鍵.GPS模塊接口電路在上電之后立即自動(dòng)發(fā)送與接收定位信息數(shù)據(jù),其引腳1～3都必須接+5V的系統(tǒng)電源.另外,GPS模塊的工作電源電壓和51單片機(jī)的I/O口電壓不同,因此需在中間串聯(lián)接入一個(gè)阻值為27K的電阻充當(dāng)保護(hù)作用.

系統(tǒng)主要通過AT89C51芯片對(duì)按鍵模塊或GPS模塊傳送過來的信息做處理,然后將處理后的信息同時(shí)傳送給后面兩個(gè)模塊,進(jìn)行音頻輸出和液晶顯示.這樣公交車的實(shí)時(shí)信息就可以簡單明了地傳達(dá)給乘客了.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)硬件電路如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)總體硬件電路

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 基于GPS的公交車智能報(bào)站系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)思路

主程序控制的核心是: 子程序(包括GPS模塊、語音模塊、LED顯示模塊)的調(diào)用.程序啟動(dòng),顯示開機(jī)界面,接著,LED顯示下一站站名.本系統(tǒng)有兩個(gè)控制模式: 按鍵控制模式和GPS的接收控制模式.系統(tǒng)得到位置信息后,語音模塊開啟播報(bào)模式,同時(shí)顯示下一站的站點(diǎn)位置信息.到站后,顯示燈亮起,提醒乘客下車.此時(shí),若有乘客下車,則執(zhí)行YES模式,停車; 若無乘客下車,則執(zhí)行NO模式,系統(tǒng)按當(dāng)前的方式正常運(yùn)行.主程序流程圖如圖3所示.

3.2 基于GPS的公交車智能報(bào)站系統(tǒng)主要功能模塊子程序設(shè)計(jì)

基于GPS的公交車智能報(bào)站系統(tǒng)主要功能模塊子程序有: 語音模塊子程序和LCD液晶顯示子程序.

語音模塊子程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是: 接收特定的站點(diǎn)位置信息,當(dāng)獲取到準(zhǔn)確信息后,P25端將發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào),使得語音模塊系統(tǒng)內(nèi)部指向與接收的站點(diǎn)信息一一對(duì)應(yīng)的語音段,接著P26端將會(huì)發(fā)出信號(hào),此信號(hào)被放大之后,由揚(yáng)聲器播報(bào)對(duì)應(yīng)站點(diǎn)位置的語音段,乘客依次獲取位置信息.流程圖如圖4(a)所示.

LCD液晶顯示子程序的主要功能是: 接收站點(diǎn)位置信息,并把其設(shè)為LCD_SetInput()模式,接著決策分析是否初始化LED子函數(shù),當(dāng)其完成初始化過程后,則顯示定位子函數(shù)GotoXY()和字符子函數(shù),位置信息設(shè)置及調(diào)用后,在LCD顯示屏上顯示站點(diǎn)位置.流程圖如圖4(b)所示.

圖4 子程序流程圖

4　系統(tǒng)仿真與功能實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)仿真

4.1.1 仿真說明

(1)KEY: 模擬GPS信號(hào)的接收,若接收,則由高電平變成低電平,并保持一段時(shí)間,隨信號(hào)的消失而消失.因仿真軟件中沒有GPS模塊器件故采用開關(guān)KEY替代.

(2)D1: 燈亮表示/PLAY使能,此時(shí)執(zhí)行語音播放.

(3)D2: 燈亮表示/FWD使能,根據(jù)GPS提供的當(dāng)前站點(diǎn)信息找到語音芯片內(nèi)對(duì)應(yīng)站點(diǎn)的錄音.

(4)D3: 燈亮表示車輛正在行駛中,此時(shí)語音報(bào)站結(jié)束,到站門開,D3亮,信號(hào)消失后D3滅.

(5)LCD模塊: 采用LM016L字符型液晶,可以顯示公交車站點(diǎn)以及下一站站名.在KEY信號(hào)的電平跳變后立即顯示下一站站名,否則不改變顯示.

(6)BUTTON: 當(dāng)完成一趟公交線路的運(yùn)行后,按其可恢復(fù)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)站點(diǎn).

4.1.2 仿真流程

假設(shè)公交車在距下一站還有大約一百米的距離時(shí)接收到了GPS信號(hào),KEY給出一段時(shí)間的低電平持續(xù)到公交車離開站點(diǎn)重新出發(fā).這段時(shí)間可劃分為三個(gè)階段,如圖5所示.

圖5 三個(gè)時(shí)間段流程

T1段,當(dāng)AT89C51芯片檢測到KEY信號(hào)的下降沿時(shí),液晶顯示更新下一站站名并發(fā)送一個(gè)負(fù)脈沖給D2,播放指針則指向下一段語音,延遲一段時(shí)間后發(fā)送一個(gè)負(fù)脈沖給D1,播放當(dāng)前指向語音段,最后D3指示燈亮起.

T2段,D3指示燈為亮起的狀態(tài),語音報(bào)站完畢.

T3段,車子駛離信號(hào)區(qū),KEY信號(hào)恢復(fù)上升沿,D3燈滅.

4.2 功能實(shí)現(xiàn)

(1)系統(tǒng)初始化

當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入初始化界面,此時(shí)液晶顯示信息為預(yù)設(shè)站點(diǎn),且所有LED指示燈D1、D2、D3均未亮.

(2)接收信號(hào)

當(dāng)系統(tǒng)正常收到GPS定位信息后,主控芯片的P25端口立即輸出一個(gè)負(fù)脈沖,驅(qū)使語音芯片下移一位,其內(nèi)部指針指向當(dāng)前車站的語音段頭.此時(shí)閉合控制開關(guān)KEY,D2燈亮起,表示根據(jù)GPS提供的當(dāng)前站點(diǎn)信息找到了語音芯片內(nèi)對(duì)應(yīng)站點(diǎn)的錄音,等待播放.延遲一段時(shí)間后,P26端口也會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào),控制語音模塊播放指針目前指向的語音段即到站信息,這時(shí)候D2燈滅,D1燈亮起播放站點(diǎn)信息.公交車?yán)^續(xù)前進(jìn)的同時(shí)GPS定位系統(tǒng)傳輸一個(gè)信息給51單片機(jī),液晶屏隨后顯示更站名,然后D3燈亮起.

(3)到達(dá)站點(diǎn)

公交車抵達(dá)站點(diǎn)后,D3指示燈為亮起的狀態(tài),語音報(bào)站完畢.

(4)駛離站點(diǎn)

打開開關(guān)KEY,D3燈滅.

(5)循環(huán)報(bào)站

公交車再次到站后,便重復(fù)之前的過程.

5　總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的公交智能報(bào)站系統(tǒng),利用GPS技術(shù)接收定位信號(hào),并采用AT89C51單片機(jī)作為主控元件,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)顯示報(bào)站以及實(shí)時(shí)更新并顯示所在站點(diǎn)信息的功能[5].公交智能報(bào)站系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,既可以減少交通安全隱患,又可以使用標(biāo)準(zhǔn)普通話進(jìn)行語音報(bào)站,在為乘客提供準(zhǔn)確站點(diǎn)信息的同時(shí)也促進(jìn)了城市公共交通行業(yè)的發(fā)展.該系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、電路簡單、成本低、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn),因此具有很好的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)意義[6].

參考文獻(xiàn)

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Design of Intelligent Bus Station System Based on GPS

CHENG Wang-bin,XIANG Jiao,YAO Xu-qian,ZHOU An-qi,FAN Kun-she,XIE Mo
(College of Information and Communication Engineering,Hunan Institute of Science and Technology,Yueyang 414006,China)

Abstract:As an important transportation,the bus is becoming a beautiful landscape in urban transportation now.With the improvement of city modernization,people have put forward higher requirements on the technology of the city bus station.Therefore,the optimization design on bus intelligent stop-reporting system is necessary conducted.The system is based on GPS technology and the single-chip technology is used in this paper.The system of intelligent bus reporting is scientifically demonstrated and the intelligent station announcer with good function is designed.Besides,the hardware systems and modules are designed,which are consisted of control module,GPS module,button module,voice broadcast module and liquid crystal display module.KEIL C51 is adopted to design software system,the main function module is analyzed and described.Finally,the EDA software tool PROTEUS 7.10 is used to the system simulation,which basically realized intelligent bus reporting function.The system designed in this paper can achieve automatic station reporting function and change the manual control station mode,so it has good use values and application prospects.

Key words:global positioning system,AT89C51,bus,sound broadcast

作者簡介:程望斌(1979?),男,湖北咸寧人,碩士,湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院副教授.主要研究方向: 光電子技術(shù)、學(xué)科競賽

收稿日期:2015-12-10

中圖分類號(hào):TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-5298(2016)01-0037-05