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題。采用 GPS" title="GPS">GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)站" title="自動(dòng)報(bào)站">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)不可避免的問題,，那就是由于沒有整合GPRS" title="GPRS">GPRS 無(wú)線通訊功能，所以維護(hù)起來比較麻煩,，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" title="LM3S1601">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濾掉很多通過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" title="SIM300C">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)的工作過程大致為：通過按鍵及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“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(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)。“握手”成功后,，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,。