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

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。硬件原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　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)電源電路傳人的干擾信號(hào)。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(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／GPRS900／1 800／1 900 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。

　　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。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(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。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)SS10接口進(jìn)行通信，采用FAT16格式的文件系統(tǒng)，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(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。

　　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。

　　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。

　　系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化，包括：I／O口，定時(shí)器，UART、看門狗，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。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。

　　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)?！拔帐帧背晒?，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)。

　　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之中。