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移动通讯技术和GPS技术相结合设计公交车智能报站系统

责任编辑zsheng 来源企业网D1Net  2018-09-14 13:59:22 本文摘自电子发烧友网

近年来随着城市公交事业的迅速发展国内公交车报站的方式已经有了很大改善由传统的售票员喊话报站逐渐变为驾驶员使用报站器手动报站

虽然手动报站器使用比较方便但是因为驾驶员需要在保证安全驾驶的前提下进行报站所以经常出现报站不及时甚至错报漏报的现象而且让驾驶员在驾驶过程中进行报站也存在安全隐患采用自动报站的方式可以大大减轻驾驶员的工作量促进公交系统的现代化进程要实现自动报站需要实时测出公交车的位置以确定公交车是否已经到达站点利用GPS可以确定公交车的地理位置只需把当前位置同公交站点的位置数据(经纬度)相比较就可以知道公交车是否到达站点使得报站系统具有一定的智能性这种基于GPS的智能报站系统能够杜绝驾驶员驾驶过程中因兼顾报站器而带来的隐患特别适合因汽车行业高速发展而导致交通问题日益严峻的我国国情还可以在重点线路上加入对城市景点风貌的相关介绍该系统在GPS导航领域和商业领域都有着非常大的潜力具有广阔的发展前景

1 系统方案

基于GPS的公交车智能报站系统是移动通讯技术和GPS技术的结合整个系统由S3C24l0ARM9(进阶精简指令集机器)开发板SIM548CGPS/GPRS模块语音播报模块AT89S52单片机以及OCMJ5X10B的LED(发光二极管)背光宽温黄绿屏等器件组成GSM/GPS模块由GPS分模块与GSM(全球移动通讯系统)分模块组成GPS模块负责GPS数据接收公交车在行进过程中GPS模块的实测信息同已存储的位置信息进行比较即可进行自动报站无需人为干预还可实现在固定位置播放某些特定信息如乘车提示广告信息等GSM模块用于公交车与调度室之间的数据通讯实现公交车的联合调度实现调度中心对公交车的调度功能

语音播报模块负责语音播放提供进出站以及提示信息等语音的播放单片机模块控制按键扫描以及LCD显示

1.1 硬件设计

系统硬件部分主要由S3C2410ARM9开发板GPS/GSM模块功放模块显示模块语音播放模块及相应的外围电路组成GPRS模块和GPS模块均通过RS232(串口)与ARM处理器相连而LCD(液晶显示器)模块则由单片机控制通过串口与ARM通讯语音播放模块通过IIS(InterICSound)SPI(串行外设接口)与ARM通讯硬件连接方式如图1所示

移动通讯技术和GPS技术相结合设计公交车智能报站系统

图1 系统硬件结构

GSM/GPS模块采用SIMCOM公司的GPS/GSM模块该模块是一款四频GSM/GPRS(通用分组无线服务技术)无线模块同时支持SiRFStarIIIAGPS技术

GSM/GPRS与AGPS技术的整合使得该模块可以满足GPS跟踪导航车辆船舶等设备和资产的监控管理以及其他GPS的应用键盘扫描和屏幕显示由单片机做数据处理键盘显示板主要实现键盘扫描液晶屏幕的显示并与ARM处理器模块进行通讯硬件系统整体框图如图2所示

移动通讯技术和GPS技术相结合设计公交车智能报站系统

图2 系统组成

1.2 软件总体设计

系统的主要功能由ARM控制采用C语言进行编程采用多线程处理相关功能模块执行相关过程如下

系统初始化完成后依据GPS定位信息和系统存储的线路信息计算位置报站和读取相关信息并由ARM控制车内的显示模块进行显示语音播放以及向数据中心进行数据传送

2 设计实现

2.1 系统初始化

在系统运行之前必须用软件程序对各部分进行初始化初始化包括以下几个部分

ARM以及系统初始化;

显示按键模块初始化;

外部器件接口初始化主要是GPSGPRS和语音芯片等设备的初始化;

软件系统的初始化设置全局变量指针和数组数据结构以及公交信息初始化

系统软件部分主要是在主程序中检测GPS信息确定公交车当前的地理位置然后决定是否播放语音信息同时还需要实现按键所要求的功能如切换到手动播报等本系统的软件部分开发工作是基于Linux开发环境实现的根据系统要完成的功能和各个模块的运行情况主程序部分采用了多线程以及消息队列的方式可以及时接收GPS数据

因为只使用GPRMC帧的数据串行通讯的数据量不大通讯及数据处理过程比较快系统能够及时播放报站及其他语音信息公交车途经的各站点的经纬度数据需要预先测量好并存放到系统的数据区作为对比参考使用GPRS的信息通过串行口传递采用查询法按键也使用查询方式进行接收以确定按下的是哪个功能键软件采用C语言编写调试成功后烧录到Flash中实现脱机运行

2.2 GPS模块

由于该GPS模块设置信息掉电丢失在每次系统启动时均要对该GPS模块进行初始化将模块设置成每秒钟输出一次GPS信息

系统启动后模块接收GPS信息然后解析出GPS信息根据解析出来的经纬度信息与数据区中存储的站点信息比较计算出实际距离如果距离到达阀值时启动GPS报站中断

该GPS模块接收模块遵循NMEA.0183协议可以输出多种格式的数据帧均以MYM开头输出数据采用的是ASCII码字符内容包含了纬度经度速度日期航向及卫星状况等信息帧格式达10余种该系统所使用的仅限于$GPRMC定位数据帧格式

系统启动后通过串口对GPS模块进行设置由于系统对实时性要求不高将GPS设置为每秒钟输出一次RMC数据提取GPRMC语句的思路是设置一个数据缓冲区把接收到的GPS数据都放入这个缓冲区当缓冲区满了的时候就在缓冲区中查找是否接受到GPRMC定位语句如果没有接收到则重新接收GPS数据如果找到了GPRMC定位语句则还要判断该语句在缓冲区中的位置离缓冲区的最大字节数是否大于62个字节(因为本程序中需要的GPRMC定位语句所包含的字节数为62)然后通过多程序提取相关经纬度时间和速度等信息并通过数据处理线程进行相关处理系统工作流程如图3所示

移动通讯技术和GPS技术相结合设计公交车智能报站系统

图3 系统工作流程

2.3 GPRS无线通讯模块

由于GSM模块内嵌TCP/IP协议可以直接调用AT命令与服务器通过TCPUDP通讯无线通讯分为上行数据转换模块和通讯模块2个模块

上行数据转换模块的主要功能是把接收到的GPS数据或是相关的状态信息转换成约定好的数据格式以便同主信息中心的通讯该模块会判断需要转换的数据是GPS数据信息还是相关状态信息或是二者都有然后选择相应的转换程序由上面的介绍可以知道接收到的GPS数据都是顺序存放在数据缓冲区当中的需要什么数据就到缓冲区中相应的位置提取就可以了数据都是以字符形式存放的所以实际要用的时候必须先转换成整形数据

下行数据转换模块的功能与上行数据转化模块的功能相反它将主信息中心发送的命令进行识别后发送给车载终端并通知用户界面模块显示

通讯模块的主要任务是完成车载终端与监控中心的通讯它既可以通过GPRS网络实现与主信息中心的无线通讯如果车载终端与上位机的距离隔的很远可以直接通过GPRS网络与监控中心进行连接而且通过SIM548C模块连接GPRS网络与监控中心连接也非常方便只需向GPRS模块发送几条AT命令就可以了但是监控中心必须有因特网的固定IP启动车载终端的同时SIM548C模块也会被启动这是模块会自动连接上GPRS网络进入命令模式拨号成功以后就连接上了GPRS网络了然后对与SIM548C模块连接的串口进行读写操作就可以实现与监控中心的无线通讯

在测试中发现由于无线信号存在差异在某些网络信号较差的地方容易与主信息中心失去网络连接为解决这一问题在系统中采用多线程监视网络连接状态一旦失去网络连接立即与主信息中心重新连接

2.4 语音播放模块

语音播放采用飞利浦SPI接口音频芯片驱动为Linux下的声卡设备通过S3C2410SPI控制音频芯片通过IIS传送音频数据最终将音频芯片驱动成系统下的标准声卡设备

在语音报站时需要为公交车上的喇叭提供语音信号功放电路采用MAXIM功放模块该功放模块采用单端输入的方式输入的负端直接接地

该功放模块为单声道/立体声D类音频功率放大器能向8立体声负载提供高达221W功率或向单声道4负载提供高达142W功率效率高达87%该功放模块兼具D类放大器的效率和AB类放大器的性能无需大体积散热器降低了功耗该功放模块采用+10~+18V单电源供电可驱动BTL配置的负载

用于播放报站广告和信息等语音的播放器选用基于开源的播放器在源代码的基础上进行修改形成适合播放短小音频的播放线程为系统体统音频播放功能

2.5 显示按键模块

键盘扫描和屏幕显示由51单片机做数据处理

键盘显示板主要实现键盘扫描液晶屏幕的显示并与ARM处理器模块进行通讯

显示按键模块通过串口与数据处理模块通讯将扫描到按键发送给数据处理模块进行处理同时接受数据处理模块的显示数据命令在相应的液晶屏幕位置显示数据从而实现车载报站系统的人机交互功能实现公交车的调度管理功能

基于GPS和GPRS的公交自动报站系统具定位功能GPRS无线通讯功能能实现自动报站调度信息收发和中心通讯具有USB接口等优点

大大降低了公交员工的劳动强度提高了公交管理的科学性

3 结语

公交车载GPS智能报站系统采用GPS定位技术无线通讯技术具有体积小播报准确等特点

能实现自动报站调度信息收发和中心通讯等功能通过USB接口可使系统存储多条线路方便公交车临时更换运营线路;利用按键和广播等作为人机交互界面方便乘客接收相关信息;可提供广告等增值业务系统为建立完整的智能公交调度管理系统提供了关键的公交车载系统

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本文摘自电子发烧友网

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