基于GPS定位的單位車輛管理系統(tǒng)的設(shè)計

王娜

摘 要：本設(shè)計由GPS模塊、語音錄放模塊、按鍵模塊、液晶顯示模塊、報警模塊組成。以單片機STC89C52為主控單元，通過GPS模塊實時檢測位置、速度、時間等信息，繼而反饋給單片機，單片機從GPS得到數(shù)據(jù)，顯示于LCD12864。超速立即報警，蜂鳴器在實測速度大于預(yù)設(shè)速度時響起。利用ISD4004芯片，實現(xiàn)語音錄放，進行語音播報、到站提醒、溫馨提示，達到自動報站目的，還能隨時隨地通過錄音更新站點信息及溫馨提示等。通過實驗驗證，基于GPS定位的單位車輛管理系統(tǒng)可完成液晶屏顯示站名、超速報警、語音播放到站名稱、溫馨提示、循環(huán)顯示及播放功能。

關(guān)鍵詞：GPS;單片機;超速報警;單位車輛管理

通勤車作為單位最普遍使用的交通運輸工具，加速實現(xiàn)智能化車輛管理系統(tǒng)乃大勢所趨。對于傳統(tǒng)的通勤車，無自動報站功能，職工辛苦工作一整天，下班坐車時喜歡小憩一下，如果沒有人提醒就很容易錯過站點，給生活帶來不便。與此同時，通過GPS定位可完成車輛實時監(jiān)控，促進駕駛員合規(guī)駕駛，有效遏制公車私用現(xiàn)象。本次設(shè)計為實現(xiàn)智慧車輛管理，特加入GPS模塊，完成了基于GPS定位的單位車輛管理系統(tǒng)的設(shè)計。

本設(shè)計的目標是完成能夠精準定位的單位車輛管理系統(tǒng)。使用GPS來收集數(shù)據(jù)，準確獲得車輛坐標位置，以及檢測行車速度;利用液晶顯示屏，循環(huán)顯示站點信息;利用語音錄放技術(shù)，模擬人聲報站，根據(jù)通勤車的位置自動循環(huán)報站及預(yù)報站，并進行溫馨提示，同時實現(xiàn)超速報警功能;利用按鍵功能，可以向上、向下報站。

1 GPS單位車輛管理系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計要點，此次設(shè)計的整個硬件電路包括以下部分：

（1）單片機最小系統(tǒng)：是整個系統(tǒng)設(shè)計的焦點，STC89C52和GPS接收機通過串口通信，處理GPS串口輸出信息，得到接收機的經(jīng)緯度、時間等。

（2）GPS電路：本設(shè)計采用的GPS優(yōu)點眾多，屬于多用途獨立種類的GPS模塊。GPS模組調(diào)用了最新的KickStart技術(shù)，工作衛(wèi)星發(fā)送導航數(shù)據(jù)給用戶終端，由發(fā)來的經(jīng)緯度計算出當時具體坐標，并與之前設(shè)置好的站點坐標進行比較，當車輛接近站點處時，經(jīng)對比坐標一致，系統(tǒng)報站。同時實時測量通勤車時速，為后面的報警電路提供數(shù)據(jù)。

（3）ISD4004語音錄放電路：ISD4004采用ChipCorder技術(shù)，可以直接保存，不需要通過A/D的轉(zhuǎn)換以及壓縮。該電路通過ISD4004芯片進行語音錄制，通過LM386芯片放大與播放，由于采集聲波信號不受長度等因素的限制，故可實現(xiàn)隨時更改錄入的站點信息的功能。

（4）LCD12864液晶顯示電路：單片機的P01-P07口通過10K的上拉電阻與LCD12864的D0-D7數(shù)據(jù)口連接，而P25、P26、P27分別接LCD12864的指令數(shù)據(jù)端口、讀寫控制端口、使能端口。基于ST7920控制芯片的LCD12864作為液晶顯示屏，采用動態(tài)驅(qū)動，用于顯示到站信息、下一站信息、坐標、速度。

（5）按鍵電路：特設(shè)計按鍵功能，不僅可以通過按鍵設(shè)置站點信息（語音播報、站點坐標）和溫馨提示，還可以在GPS出現(xiàn)故障時通過駕駛員進行手動切換站點。

（6）報警電路：PC機將P25引腳作為蜂鳴器與單片機傳輸信號的I/O端口，外接一個S8550型三極管，放大P25輸出電流。通過GPS讀取速度信息，與預(yù)設(shè)速度進行比較，超速時報警，加大了行車安全系數(shù)。

2 GPS單位車輛管理系統(tǒng)系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 GPS單位車輛管理系統(tǒng)軟件總體設(shè)計

整個系統(tǒng)的核心是在系統(tǒng)軟件控制下實現(xiàn)GPS接收模塊與單片機的通訊，系統(tǒng)根據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)和單片機預(yù)設(shè)線路進行對比，進行到站報站、溫馨提示、超速報警，由單片機發(fā)出信號，把當時存放在單片機EEPROM里面的時間、文字信息提取出來并顯示在LCD液晶顯示屏上。首先是主程序?qū)纹瑱C資源進行初始化，然后開始調(diào)用各個模塊的子程序。系統(tǒng)初始化，是利用程序?qū)纹瑱CCPU芯片、外部器件及接口、系統(tǒng)這三部分進行初始化。第一部分包括設(shè)定定時器/計數(shù)器的工作方式，對其進行預(yù)置數(shù)，設(shè)RAM單元初值，設(shè)置入口地址，打開外部中斷;第二部分包括初始化GPS、液晶顯示屏、語音芯片的串口;第三部分包括設(shè)置系統(tǒng)的全局變量、指針和數(shù)組、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2.2GPS子程序模塊

系統(tǒng)上電開始，GPS模塊不斷接收定位信息，每秒輸出一個定位信息（GPS包），將GPS包傳至單片機對其進行檢查處理。格式正確有效時進入下一步的語音自動報站服務(wù)程序。GPS信息的接收與處理是在串口中斷程序中實現(xiàn)的，使用中斷可以及時接收提取 GPS數(shù)據(jù)，因為幀頭是$GPRMC的數(shù)據(jù)不多，通信及數(shù)據(jù)處理過程只需要大概 5ms左右，系統(tǒng)可以及時播放站名及其它語音信息。通勤車的每一站的經(jīng)緯度需要提前測量好存入系統(tǒng)，作為對比對象。CPU將速度和時間信息通過串口傳至LCD顯示屏，若超過預(yù)設(shè)值，發(fā)出警報，蜂鳴器響。

該軟件的編寫主要是設(shè)置GPS模塊與單片機串口通信、參數(shù)顯示及人機接口。主要包括初始化、數(shù)據(jù)處理、顯示。其中初始化包括各種寄存器配置、串口相關(guān)配置及外圍電路初始化。數(shù)據(jù)處理主要對接收數(shù)據(jù)的解碼、儲存和數(shù)據(jù)更新等。

2.3語音錄放子程序模塊

電路上電后，程序首先完成程序的初始化，隨后查詢按鍵狀態(tài)，進入系統(tǒng)待機狀態(tài)。如果有按鍵按下，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行該按鍵指向的工作程序。按鍵包括錄音鍵和放音鍵。按鍵選中錄音模式，設(shè)置錄音地址，開始錄音。按鍵發(fā)送放音地址，切換站點同時播放音頻。以達到語音錄放的目的。

2.4液晶顯示子程序模塊

在對LCD12864進行控制的過程中，對液晶的讀寫是最根本的方式。大多數(shù)對于LCD12864的操作都是通過高低電平搭配來實現(xiàn)的，將R/W置為0對12864執(zhí)行寫操作，此時，若RS端為1，則寫數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)緩存器，若RS端為0，則寫指令到指令緩存器。需要注意的地方是在有效數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時間段里Tc必須合適，不能太短，否則會造成讀寫失敗。

結(jié)論

本GPS單位車輛管理系統(tǒng)將當下應(yīng)用極廣的GPS應(yīng)用到單位的通勤車上，實現(xiàn)了智能化車輛管理系統(tǒng)，功能實用，能有效的解決職工坐過站的情況，提高職工幸福指數(shù)。還能有效杜絕駕駛員公車私用、違章駕駛等現(xiàn)象。按照硬件軟件設(shè)計兩部分來完成本次設(shè)計，基本實現(xiàn)了開始想要達到的功能要求。但是，也有著需要改進的地方。比如GPS在垂直方向的精度低，高架橋上橋下難以區(qū)分，并且在靜止時速度和航向都不準確，運動到一定速度時才能測得準確數(shù)據(jù)。還有就是在設(shè)計程序上缺乏靈活性，并沒有完全的實現(xiàn)GPS的所有功能，今后將進一步拓展高度顯示、衛(wèi)星信號情況等功能以增強系統(tǒng)的實用性。

參考文獻：

[1] 張校珩. 單片機C語言編程100例[M]. 北京：中國電力出版社， 2014： 17-49.

[2] 韓雁， 徐煜明. C51單片機及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2016： 5-35.

[3] 張亮紅， 劉文怡， 王紅亮. 基于單片機的GPS定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 電子器件， 2015， 38（5）：1187-1191.