基于GPS/GPRS的公交車自動報站系統設計

張永生,文 科

摘 要:近年來,隨著經濟的持續發展,對公交運輸也提出更高的要求。傳統的公交報站器須由司機操控工作,考慮公交系統的安全,目前迫切需要智能化、自動化的公交報站系統。GPS及GPRS技術的應用使公交報站系統實現了高度的整合,改變了傳統的手動報站方式,解決了目前國內現有的公交車內信息更新方式落后、不能監控調度等弊端。結合GPS定位,對車輛的狀態信息(位置、速度等)進行實時采集及分析,當車輛到達預定位置時,實現公交車的自動報站功能;通過GPRS網絡,將公交車的狀態信息及時傳輸到公交監控調度中心,然后通過中心上位機軟件的操作,實現對公交車的監控調度、信息更新的功能。采用SD卡存儲多條線路信息及MP3語音文件,便于公交車更換公交線路,同時實現高品質語音信息的播放。

關鍵詞:GPS;GPRS;SD卡;MP3;自動報站;信息更新;監控調度

中圖分類號:TN41,TP33文獻標識碼:B

文章編號: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,國內公交車報站的方式多采用手動報站,但是因為司機需要在保證安全駕駛的前提下進行報站,所以經常出現錯報、漏報、安全隱患等一系列問題。采用GPS全球定位系統進行自動報站使這一難題迎刃而解,不需要人工干預,大大減輕了司機的工作量,也同時提高了車輛運行的安全性,促進公交系統的現代化進程[1]。

現階段,公交車內信息屏多通過有線方式獲得新聞、天氣預報、廣告等信息,也可以同步顯示報站信息。但是有一個不可避免的問題,那就是由于沒有整合GPRS無線通訊功能,所以維護起來比較麻煩,如果需要更換廣告內容,就必須派出大量的人員,對需要更改廣告內容的公交車內信息屏一一更改,浪費了大量的人力物力。GPRS的應用使系統實現了前所未有的高度整合,解決了目前國內現有的公交車內信息更新方式落后的弊端。通過GPS衛星定位系統和GPRS無線通信網絡,公交監控調度中心可實時監控各條線路公交車位置的分布情況,并根據監控情況向有關公交車發出調度通知[2]。

1 公交車自動報站系統的組成

該系統由公交車內各終端(信息屏、腰牌等)、自動報站器、GPRS/GSM通信網絡、公交監控調度中心組成。自動報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。整個系統的總體結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

自動報站器利用自學習功能存儲站點的經緯度信息到SD卡,當公交車行駛到某站點時,接收的經緯度信息與存儲的某站點經緯度信息一致,就可以自動播報相應站點的站名,同時實現以下兩個功能:

(1) 通過RS 485接口發送相應的信息到車內各終端,實現公交車內的控制一體化;

(2) 通過GSM網絡發送公交車的狀態信息(經緯度、速度等參數)到公交監控調度中心,實現公交車與監控調度中心的高度統一。

2 公交車自動報站器的硬件設計

公交車自動報站器主要以LM3S1601主芯片、GPS模塊和GPRS模塊為核心,搭建終端平臺,他們之間通過串行通信方式連接,其余還包括電源模、MP3播放接口和SD卡接口等[3]。硬件原理結構圖如圖2所示。

圖2 終端硬件原理結構圖

2.1 電源模塊的設計

電源系統對自動報站器的可靠性運行影響很大,好的電源電路能夠過濾掉很多通過電源電路傳入的干擾信號。

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上網時的峰值電流可達2 A,所以電源芯片選用LM2596-5.0,輸出電流可達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內嵌TCP/IP協議棧, 基于GSM/GPRS 900/1 800/1 900 MHz 三頻,采用雙列直插式板對板連接,適合車載應用。尺寸:50 mm×33 mm×6.2 mm,支持class2,通過AT指令控制,滿足GSM 2/2+標準,帶有RS 232電平,直接與單片機相連[4]。

2.3 主控芯片

采用TI公司的LM3S1601單片機作為控制主芯片,該芯片采用ARM Cortex-M3內核,Cortex-M3 是ARM公司最新推出的基于ARMv7 體系架構的處理器核,具有高性能、低成本、低功耗的特點。它采用哈佛結構,使用分離的指令和數據總線(馮諾伊曼結構下,數據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內核中集成了中斷控制器,提供基本的32個物理中斷,具有8層優先級,最高可達到240個物理中斷和256個中斷優先級。此類設計是確定的且具有低延遲性,特別適用于汽車應用[5]。具有128 KB的片內FLASH,32 KB片內SRAM,3個UART串口,2個SSI接口,2個I2C接口,完全能夠滿足現在的需求。

2.4 E2PROM和SD卡存儲模塊

E2PROM型號為CAT24C02,用來存放報站器的站號、線路、上下行、模式等必要數據,防止掉電數據丟失。SD卡存儲中文站名、經緯度信息、MP3音頻文件等,SD卡與單片機通過SSI0接口進行通信,采用FAT16格式的文件系統[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,其擁有一個性能低功耗的DSP處理器核VSDSP,5 KB的指令RAM,05 KB的數據RAM,串行的控制器和數據輸入接口,4個通用I/O口,一個UART口;同時片內帶有一個可變采樣率的ADC、一個立體聲DAC以及耳機音頻放大器[8]。

3 公交車自動報站器的軟件設計及實現

由單片機LM3S1601編程實現GPS信息的接收處理,GPRS上網、建立連接、接收數據,MP3語音文件的播放,讀寫SD卡的內容,LCD屏的顯示等功能。本系統的工作過程大致為:通過按鍵及GPS信息的接收進行站點的自學習;自動搜索站點,并自動報站:如果GPS模塊接收到的經緯度信息與存儲的某站點經緯度信息一致,則通過SSI0從SD卡中讀取相對應的MP3文件,將所讀取的數據流通過SSI1發送到VS1003播放器中播放,同時在LCD屏上顯示相應的站號及站名,并通過GSM網絡發送當前的經緯度信息到公交監控調度中心,從而實現自動報站的功能;中心主動連接自動報站器,自動報站器根據接收的通信協議的不同進行不同的操作(如實時監控、車內信息更新等)。

系統的軟件組成框圖如圖4所示。

圖4 系統的軟件組成框圖

3.1 報站器的主程序設計

主程序主要完成系統初始化及各個模塊子程序的調用,其流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

系統上電后進行初始化,包括:I/O口,定時器,UART、看門狗,模塊(SD卡、GPRS模塊、VS1003等)。系統初始化完之后,接收GPS定位信息,GPS通信協議較多,該程序采用應用最為廣泛的NMEA-0183協議[9]。在此協議中包括了“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”和“$GPRMC”等格式,而本文使用的是以最簡格式“$GPRMC”語句進行設計。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,A=有效定位,V=無效定位,當接收數據為A時,則認為GPS接收數據有效,然后進行自學習功能、GPRS處理功能、自動搜索站點功能的判斷及處理[10]。

3.2 GPRS處理子程序的設計

GPRS處理子程序主要實現報站器與中心之間的通信及監控調度、信息更新功能。

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

報站器與中心連接成功后,雙方互發握手指令,如果“握手”成功,則進行通信;否則中心主動斷網。

“握手”成功后,報站器接收中心下發的指令。如果為“實時監控”指令,則實時發送GPS數據,為了防止中心與報站器之間斷網,雙方需定時發送“心跳包”;如果是“信息更新”指令,則接收中心發送的更新信息,接收完畢后自動斷網。

圖6 GPRS處理子程序流程圖

4 結 語

該自動報站器通過EMC及可靠性試驗和現場試運行,系統功能正常、運行穩定、表現出較強的抗干擾能力和較高的可靠性,尤其GPS自動報站功能,可根據客戶需要及公交線路的實際情況更改報站和預報站范圍,確保了報站的準確性,提高了公交車的安全性,減輕了司機的負擔,具有良好的社會經濟效益。目前,系統功能正在進行部分高級功能的完善,產業化工作也正在全面展開之中。

參考文獻

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[2]戴喜明,袁濤,吳定雪.基于GSM/GPS/GIS 車輛狀態監控系統的設計[J].微計算機信息,2006,22(27):246-248.

[3]許連華,李學慶.基于GPS 的公交車自動報站系統[J].計算機工程,2005(23):191-218.

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[6]Microsoft Corporation.FAT:General Overview of On-Disk Format,Hardware White Paper Version 1.02[Z].1999.

[7]SanDisk Secure Digital Card, Product Manual Version 19[Z].2003.

[8]VLSI Solution.VS1003 - MP3/WMA Audio Codec Version 0.92[Z].2005.

[9]Wellenhof Hofman B,Lichtenegger H,Collins J.Global Positioning System Theory and Practice[M].New York:Spinger-Verlag Wien,1992.

[10]張波.GPS自動報站系統的設計與實現[J].電子元器件應用,2006(2):57-59.