基于GPS的公交自动报站系统设计

《基于GPS的公交自动报站系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于GPS的公交自动报站系统设计（42页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、基于 GPS 的公交自动报站系统设计I基于 GPS 的公交自动报站系统设计摘摘 要要公共车辆作为广大市民出行的主要工具，是城市肌体的动脉，交通系统虽然日益发展，但目前的智能交通系统大都用于商业运营车，尚未成功地应用于公交车辆，传统的公交系统依然占主要市场。本论文研究并设计了一种基于 GPS(Global Positioning System)定位的智能公交服务系统。车辆利用 GPS 技术得到自身的定位信息来触发车载终端进行自动报站等服务，它取代了传统的人工按键报站的方式，并将这些定位信息通过 GPRS 传与调度中心并保持实时的联系，完成向调度中心汇报位置和车辆状况信息，接收和响应中心下发的命令

2、。调度中心再将定位信息分发给相应的电子站牌，电子站牌接到信息及时更新其显示信息，从而实现完整的自动化服务，它与广大驾驶员及乘客的生活息息相关。首先智能公交服务系统是以 GPS 定位技术作基础来实现自动定位，从而实现智能自动化服务，本文详细介绍了 GPS 的定位原理等基础知识，但由于 GPS 定位受到一些地理环境等因素的影响，GPS 有时会发生丢失，研究了一些补偿的方法。然后对车载终端的硬件与软件进行了研究与设计。它以 C51 微处理器为核心进行设计。介绍了重要模块的硬件功能，阐述了选用器件的原则及本系统选用的重要器件，对单片机控制系统作了详细的电路设计。软件设计采用 C 语言编程，根据实际的需

3、要分析了系统的功能，介绍了主程序、重要模块及中断程序的设计，考虑了当自动报站失效时的传统按键报站方式，而且系统实现了机器自我学习的功能。最终完成了系统的调试及安装，实现了软件平台，其操作方便。关键词： GPS 定位/单片机/报站/触发基于 GPS 的公交自动报站系统设计IIGPS BASED BUS-STOP AUTO-ANNOUNCE SYSTEMABSTRACT The transportation system in China is experiencing rapid developmentEven the IntelligentAutomaticTransportationSyst

4、emhasbeenappliedincommercialtransportationBut the public transportation system.which plays a major part in thecitytransportation service，is still running in the traditional wayIn this thesis，an Intelligent Public Transportation Service System based on GPS(Global Positioning System)Technology is stud

5、ied and designed, including the in-bus terminal and electronic stop boardIn the system, a bus locates its position through GPS technology and triggers the in-bus terminal to work automatically, for instance， In this way, the system completes its work automaticallyIt close relates with the life most

6、of drivers and passengersFirstly, GPS technology as the basis of to implement automatic positioning and other intelligent automatic servicesThis part introduces in detail about GPS positioning mechanism，and also proposes some common ways of compensation for the possible loss when GPS is affected by

7、geographic circumstance factors.Secondly, the study and design of the hardware and the software of in-bus terminal in IPTSS key module and Interrupt program，which keeps traditional keystroke stop Reporting in case the automatic stop reporting system fails to work, and the design of the system which

8、bears the capacity of self-learningThe final completion of the commissioning and installation of the system to achieve a software platform, its easy to operate.基于 GPS 的公交自动报站系统设计IIIKEY WORDS： GPS positioning, SCM, news station, trigger.目 录摘 要.IABSTRACT .II1. 引言.11.1 课题研究的背景及形成.11.2 报站器的动态发展趋势.21.3 设

9、计的主要目标.22 整体方案介绍.32.1 基于 GPS 定位的公交车自动报站系统的原理概述 .32.2 GPS 系统的定位原理与基础 .52.2.1 GPS 概述.52.2.2 GPS 组成.62.3 全球卫星定位的基本原理.72.3.1 GPS 定位的基本概念.72.4 GPS 卫星定位的主要误差来源.93 硬件电路的组成及设计.113.1 总系统硬件组成.113.2 模块基本概述 .113.3 关于语音芯片.17基于 GPS 的公交自动报站系统设计IV3.3.1.语音芯片 ISD4004.173.3.2 ISD4004 的工作原理.184、 软件设计.194.1 软件设备概述.194.2

10、 程序总体流程设计.194.3 数据处理 .214.3.1 GPS 数据处理.214.3.2 GPRS 消息处理.234.4 到站出站流程图 .254.5 中断响应 .254.5.1 中断响应概述.254.5.2 GPS 与 GPRS 中断处理流程图.26结束语.29致 谢.30参考文献.31附录 系统源程序.32基于 GPS 的公交自动报站系统设计11. 引言1.1 课题研究的背景及形成公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响服务的质量。近些年随着公交系统的发展，公交报站系统成为公交车辆不可或缺的组成部分，但是传统的手动报站系统却有着诸多的弊病。如：按键会加重驾驶员

11、的负担，分散驾驶员的注意力，为安全驾驶留下隐患；公交司机会存在误报，漏报甚至是不报的情况，给乘客尤其是外地游客带来不便，于是一种基于 GPS 的公交自动报站系统应运而生。现代化公交企业需要现代化管理，近年来，国内公交企业积极引进和导入现代科学管理方法和手段。并重点以信息化建设为切入点，加大投资力度，智能化公共交通管理体系正在积极构建和试运行。建设公交车自动报站系统的运行显示系统、多媒体综合查询系统、乘客服务信息系统，使广大乘客能够方便了解公交车信息，充分运用信息技术，建立电脑营运管理系统和连接各站点的智能终端信息网络，加强对运营车辆的指挥调度，提高运营效率。智能的公交车报站系统与人民群众的生产

12、生活息息相关。优先发展城市公共交通是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段，优先发展城市公共交通的前提是要拥有良好的公交车报站系统，为大家的出行有良好的保障。而“公交优先”离不开全社会，尤其是公交企业信息化管理的推进，是推动中国城市公交事业的进一步发展的关键。利用 GPS 全球定位系统实现公交车自动报站是近几年的一个热门话题。目前国内只有几个前沿城市实现了利用 GPS 自动报站系统，许多中小城市的公交车仍然是传统的人工自动报站，由于现有的 GPS 自动报站成本较高，难以在短时间在我国中小城市中得到应用和推广。因此，在中小城市中，公交车对地成本的 GPS 自动报站系统有强烈的需求。针对我国

13、中小城市的需求，我们设计了一种基于 GPS 定位的公交车报站系统，该系统具有准确，体积小，功耗低和成本低等特点同时还具有 U 盘功能，如果公交车林好似改变云影路线或者更换一些语音广告信息，公交车管理人员可以通过 USB 接口，方便，快捷地下载更新语音信息。基于 GPS 的公交自动报站系统设计21.2 报站器的动态发展趋势公共汽车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。作为公共汽车还要求有醒目和减少乘务人员劳动强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普及，公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直

14、接影响到公交车的服务质量。目前公交车报站方式的一种是利用 GPS 全球卫星定位系统的公交车报站系统。在司机操作台上，安装了一台 15 英寸的液晶电视和 GPS 信号接收器，安装了这套设备后，公交车在语音报站的同时，通过液晶电视还可以显示到站站名的字幕，这样如果没听清报站的话，通过显示屏，乘客也可以一目了然。当出现紧急情况时，调度中心将会给公交车发出相应的信息，以短信的形式传送到显示屏上，同时车载台会发出相应的提示音；驾驶员也可以通过相应的工具进行回复 。目前在美国部分城市 GPS 卫星定位系统已经投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵。城市公共交通是市民出行的

15、主要交通工具，给大家提供舒适、安全、便捷的乘车环境，对于公交企业来说，不仅是应尽的责任，亦是不断追求的目标。1.3 设计的主要目标本课题要求设计一公交车自动报站系统，以实现公交车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及服务用语，同时利用 LED 点阵电路进行汉字显示。本设计要求利用 AT89C51 作为主控芯片完成主控电路的设计，辅助电路要求包括语音电路、汉字点阵显示电路、电源电路。基于 GPS 的公交自动报站系统设计32 整体方案介绍2.1 基于 GPS 定位的公交车自动报站系统的原理概述车载卫星定位系统，属于智能交通系统的分支，在智能交通系统这一庞大的体系中，占有极其重要的

16、位置。作为整个智能交通系统的基础，车载卫星定位系统的主要目的就是找出特定车辆在特定时间的位置。LED 显示/扬声器主控制器存储器GPS 模块卫星 2-1 公交车 GPS 自动报站系统原理图通过 GPS 接收机接收 GPS 工作卫星的导航星系，从而解算出车辆目前的经纬度等信息，根据 GPS 的定位数据计算出公交车的事实坐标，而后将其坐标与事先存储与 EEPROM 中的站台信息（经纬度坐标值，站台序号和站名等）相比较，公交车驶入站点一定距离范围内时，不用人工干预系统就自动进行报站。根据公交车位置不同LED 显示屏显示不同的工艺信息，广告信息和景点信息等。在离站，到站和拐角点阈值范围内语音提示的同时

17、，在显示屏上显示同类信息，给乘客一种全方位的提示与服务。 公交车自动报站系统与现有的报站的本质区别在于：现有的报站系统时所有的基于 GPS 的公交自动报站系统设计4报站信息存储在司机师傅手边的报站器上，这样使得所有的包崭新的都来源于司机的“手动”操作，司机的工作强度可想而之，而随之而来的报错站，漏报更是给乘客们带来了极大的不方便；而公交车自动报站系统的工作原理时利用全球卫星定位系统（GPS）确定报站位置的经度和纬度信息，将此信息与报站的玉莹信息相匹配来实现自动报站的展评信息。由于当前的 GPS 卫星定位系统在商用种一般精度在15M25M 范围内，所以用于公交车的语音报站时完全可以满足准确性要求

18、的。公交车 GPS 自动报站系统完全不需要人工参与，到站前，出站后一定距离范围内自动报站出站信息，甚至在转弯时也能自动提前提示乘客扶好站稳，真正实现自动语音报站，驾驶员可以安心驾驶，提高了驾车的安全性，并减少了劳动强度，完全可以忘记自动报站器的存在，采用 GPS 自动语音报站器后，可以免除检查乘务员是否使用了自动报站器。公交车在驾驶过程中，经常会遇到诸如堵车或者交通事故而不得不临时更改车路线的情况。由于现有的报站系统时将报站信息事先存储在公交车内的报站器上面，这样导致报站信息时固定的。虽然行车路线改变了，但报站信息并没有改变，给不熟悉地理位置的车可带来了极大的不便。而 GPS 报站系统解决了这

19、一难题。前面已经介绍过，GPS 系统是公交车内的GPS 接收机接收 GPS 工作的导航信息，从而解算出车辆目前的经纬度等信息，而后将坐标与事先存储与 EEPROM 中的站台信息相比较，公交车驶入一定距离范围内时，不用人工干预系统自动报站。这样的优势在于报站信息不是固定的，只要将装有GPS 接收机，只要这个车站的展台信息已经存储在车载终端，那么当这辆公交车驶入这个车站的经纬度范围内没转悠 GPS 接收机，只要这个站台的范围内就可以自动播报这个站台的信息，这样即使行车路线改变了，但是报站信息也随之得到了正确的改变，不仅增加了公交车的应变性，还给乘客们带来了最人性化的服务。GPS 自动报站器能记录每

20、时每刻的公交车运行时间和位置信息，能非常容易地满足对于某些广告需要在指定的地点和时间播报的需求。利用 GPS 自动语音报站具有的记录时间和位置信息的功能，可以记录驾驶员上岗时间，出站时间，下岗时间，行驶到各个站点的时间，行驶里程，速度等信息。可以非常方便的对车辆和人员的管理工作中。为了攻之公交车到达指定站点的时间和车距，采用 GPS 自动报站器后，可以自基于 GPS 的公交自动报站系统设计5动记录和汇总，形成管理报表，简化了管理流程，降低了管路成本。GPS 自动语音报站器，在自动报站的同时输出文字信息到车载显示屏，使乘客不仅能听到报站信息还能看到报站信息，极大的提高了乘客乘车的满意度。总之：公

21、交车采用 GPS 自动语音报站器，将给管理部门，驾驶员和乘客，广告运营商等方面带来了极大的便利，它是国家大力提倡发展智能交通的一个重要组成部分，GPS 自动报站器时和中国移动的 GPRS 无线数据交换网络结合，就可以形成智能公交车调度指挥系统，将大大提高公交公司的运营管理能力，将有效地解决市民的交通出行问题降低城市交通拥挤和汽车尾气污染，这是采用先进的全球卫星定位技术与计算机控制技术相结合的高科技产品，是科技进步的结果，时科技带给人们的便利。它必将是未来公交车形同的选择2.2 GPS 系统的定位原理与基础2.2.1 GPS 概述GPS 是 Global positioning Systemde

22、 的简称，即全球卫星定位系统。目前除美国外，还有俄罗斯、欧盟全球定位系统，而我们通常意义上的 GPS 是指美国全球卫星定位系统。它通过接受美国发射的颗卫星中任意颗以上卫星所发射的导航信号，可以在任何地点、任何时候准确地测量到物体瞬时的位置，确切地说是物体的经纬度、高度、速度等位置信息。GPS 最初只是运用于军事领域。目前 GPS 已被广泛应用于交通行业，它利用 GPS 的定位技术结合无线通信技术（GSM 或 CDMA） 、地理信息管理系统(GIS)等高新技术，实现对车辆的监控，经过 GSM 网络的数字通道，将信号输送到车辆监控中心，监控中心通过差分技术换算位置信息，然后通过GIS 将位置信号用

23、地图语言显示出来，最终可通过服务中心实现车辆的定位导航、防盗反劫、服务救援、远程监控、轨迹记录等功能。（1）智能公交服务系统与GPS的关系载终端的 CPU 读取经配置存储于 EEPROM 中的站台信息(经纬度坐标值、站台序号和站名等)，同时接收 GPS 接收机传过来的位置、时间、速度等即时信息，将有效的 GPS 信息与站台位置信息进比较、计算，判断车辆的当前位置和到站、出站基于 GPS 的公交自动报站系统设计6情况，通过语音和显示向车内乘客报站。车载终端在工作过程中定时向调度中心发送 GPS 数据、报告当前位置，根据GPS 数据来判断到达站台或离开站台的情况时，向调度中心发送到站或出站消息，调

24、度中心又将其分发给电子站牌，电子站牌接到消息及时响应作出相应的显示服务。综上所述，车载终端与电子站牌的服务都离不开 GPS 的定位信息，作出服务响应的依据是 GPS 信息，传送的数据也包括 GPS 数据，智能公交服务系统的研究与设计是建立在 GPS 的基础上展开的。（2）GPS 车辆定位的优点GPS 在各行领域应用十分广泛，比如测量，航空等它应用于智能公交系统是用来准确定位公交车辆的位置，车辆根据 GPS 定位数据来进行自动服务。GPS 在车辆定位时的优点有以下几个方面：具有全球性、连续性、定位精度较高、误差有界、成木较低等优点。安装相对方便。虽然 GPS 的天线安装也有一些技术要求，但其安装

25、是在车上，有充裕的时间，可以随时调整。实践证明，GPS 的天线安装十分简便，用夹子安装在车窗外即可，收到卫星的效果很好，GPS 精度可以满足检测要求。信息量丰富，使用 GPS 对定位的精度和定位自动化程度的提高十分有利。GPS 不仅提供位置如经度、纬度和高度信、也提供速度、时间等等信息。有效利用这些信息可以使系统的功能更完善。利用 GPS 系统的位置信息定位不存在累计误差、定位精度高。这样避免人工的里程修正，使系统的操作更加简便。地面 GPS 接收设备类型丰富，有各种类型的功能各异的 GPS 接收机产品，用于测量的、用于导航的等等。经济实惠，利用这种技术只需要一个 GPS 接收机便可以了。缺点

26、：定位精度依赖于定位卫星的数日，这个数目依赖于地理环境2.2.2 GPS 组成GPS 由三个独立的部分组成：基于 GPS 的公交自动报站系统设计7空间部分GPS 卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS 信号接收机用户设备部分地面控制部分空间部分 GPS 系统的组成部分注入信号GPS 信号GPS 信号2-2 GPS 系统2.3 全球卫星定位的基本原理2.3.1 GPS 定位的基本概念定位就是确定信息、事物、目标发生的时间和空间位置。因此，定位之前必须先要确定时问参考点和位置参考点，这也就是要建立时间参考坐标系统和位置参考坐标系统。时间与空间参考坐标系统的建立，一直就是测绘界和天文

27、界最前沿的理论与技术研究方向，目前仍然在不断发展之中。在时间和坐标系系统建立的基础上，然后再探讨如何在某个参考系统内确定事件、信息、耳标的具体位置和时间。本装置的定位系统使用 GPS 接受机进行自主定位，GPS 接收模块接受 GPS 卫星发送的定位数据，将 GPS 信号的数据流提取出来，经过字符串操作就可以分别找出 GPS 信号中的经纬度以及相应的格林威治时间等定位信息（该时间加上 8 小时即为我国的标准时） 。在实际开发中，GPS 接收机根据从三颗以上卫星发来的数据计算出自身所处的位置，完成定位。基于 GPS 的公交自动报站系统设计82-3 三颗卫星定位的状态GPS 定位的基本原理是通过不问

28、断的接收卫星发送自身的星历参数和时同信息，把高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息GPS 定位的基本几何原理为三球交会原理：如果用户到卫星 S1 的真实距离为Rl，那么用户的位置必定在以 Sl 为球心，Rl 为半径的球面 Cl 上；同样，若用户到卫星 S2 的真实距离为 R2，那么，用户的位置也必定在以 s2 为球心，R2 为半径的另一球 C2 上，用户的位置既在球 Cl 上。又在球 C2 上，那它必定处在 Cl 和 C2这两球面的交线 Ll 上。类似地，如果再有一个以卫星 S3 为球心，R3 为半径的

29、球C3，那用户的位置也必定在 C2 和 C3 这两个球面的交线 L2 上用户的位置既在交线 L1 上，又会在交线 L2 上，它必定在交线 Ll 和 L2 的交点上。GPS 系统定位的代数原理如上图所示。用户接收机与卫星之闻的距离为 R，坐标组合(xl,yl，zl)，(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)是三颗卫星的已知位置，可得以下代数方程式：上式中 c 表示电磁波传播速度：t 是未知数。其中(x1，yl，z1)， (x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)和(X4，y4，Z4)是卫星的已知位置；只要接收机能测出距颗卫星的伪距，便有四个这样的方程，把它们联立起来，便可以解出四个未知基于 G

30、PS 的公交自动报站系统设计9量 x，Y，Z 和 A t，即能求出接收机的位簧和准确的时间。当用户不运动时，由于卫星在运动，在接收机的卫星信号中会有多普勒频移。这个频移的大小和正负是可以根据卫星的星历和时间，以及用户本身的位置算出来的。如果用户本身也在运动，则这个多普勒频移便要发生变化，其大小和正负取决于用户的速度与方向。根据这个变化，用户便可以算出自己的三维运动速度，这就是 GPS 测速的基本原理。另一种求解用户速度的方法是：知道用户在不同时间的三维位置，用三维位置的差除以所经过的时间，求解用户的三维运动速度。以上定位原理说明：用 GPS 技术可以同时实现三维定位与接收机时闻的定时，一般来说

31、，利用 C/A 码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在 5-10m 左右，三维综合精度在 15-30m 左右；利用军用 P 码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在 1-3m左右，三维综合精度在 3-6m 左右，利用相位观测值进行绝对定位技术比较复杂，目前其实时或准实时各坐标分量的精度在 O1-03m 左右，事后 24 小时连续定位三维精度可达 2-3cm 左右。在导航型 GPS 接收机中，多采用伪距定位法。本系统设计时车辆定位精度为 10m。2.4 GPS 卫星定位的主要误差来源一般来说，产生 GPS 卫星定位的主要来源差按其来源可分为以下三类：1、与卫星相关的误差轨道误差：目前实时广播星历的轨道

32、三维综合误差可达 1020m。卫星钟差：由广播星历的钟差方程计算出来的卫星钟误差一般可达 1020ms，引起等效距离误差小于 6m。卫星几何中心与相位中心偏差：可以事先确定。2、与接收机相关的误差接收机安置误差：即接收机相位中心与待测物体目标中心的偏差，一般可事先确定。接收机时钟差：接收机时钟与标准的 GPS 系统时间之差，一般可达 10-510-6s。接收机信道误差；信号经过处理信道时引起的延时和附加的噪声误差。基于 GPS 的公交自动报站系统设计10多路径误差；接收机周围环境产生信号的反射，构成同一信号的多个路径入射天线相位中心，可以采用抑径板等方法减弱其影响。观测量误差：C/A 码伪距偶

33、然误差，约为|-3m，P 码伪距偶然误差，约为0.1-0.3m，相位观测值的等效距离误差，约为 2mm。3、与大气传输有关的误差电离层误差：1000km 的高空大气被太阳高能粒子轰击后电离，即产生大量自由电子，使 GPS 信号产生传播延迟，一般白天强夜晚弱，可导致载波天顶方向最大50m 左右的延迟量，误差与信号载波频率有关，故可用双频或多频率信号予以显著减弱。流层误差：由于含水汽和干燥空气的大气介质中传播引起的信号传播延时，其影响随卫星高度角、时间季节和地理位置的变化而变化，与信号频率无关，不能用双频载波予以消除，但可用模型削弱。人们想了很多办法来削弱和消除上述各种误差的影响，比如，针对实时广

34、播星历提供的卫星坐标精度不高的问题，国际上的 GPS 服务机构 IGS 提供了事后的 GPS卫星的精密星历，其轨道坐标精度达 3-5cm。同时也提供卫星钟差、电离层延迟的精密事后修正数据，利用这些数据，人们可以进行多种精密定位和定时。GPS 能够以不同的定位定时精度提供服务，从亚毫米、毫米到厘米、分米、亚米及米和十几米的定位精度都有可供选择的定位方法定时方面可从亚纳秒、纳秒到微秒级的精度实现时间测量和不同目标间时间同步。在定位的时问响应方面可以从 005 秒、1 秒到十几秒、几分、几个小时或几天来实现不同的实时性要求和精确性要求。从相对定位距离方面看，可从几米一直到几千公里之间，实现连续的静态

35、和动态定位要求。从工作环境上看，除了怕被森林、高楼遮挡信号造成可见卫星少于四颗和强电离层爆发造成 GPS 测距信号完全失真外，可以说是全球全连续和全天候的。这些优良的特性，使得它有广泛用应用领域。基于 GPS 的公交自动报站系统设计113 硬件电路的组成及设计公交车自动报站系统的设计主要是对里程计数来控制报站时刻，进站、出站自动播报站名及服务用语、准确、及时、完全不需要人工介入。3.1 总系统硬件组成在整个系统中骑着举足轻重的作用，其工作状况和功能，性能直接影响到整个形同的运行，时智能公交车系统中的关键设备。它的硬件主要包括：电源模块或者电源接入模块，单片机 CPU，辅助存储芯片，GPRS 通

36、信模块，GPS 定位模块，LED 显示模块，串行口扩展芯片和串口，键盘，语音模块，麦克电路。车载终端总体框图：CPU键盘存储器电源模块MOKU语音模块 GPS话筒麦克LEDLCDGPRS3-1 图为车载终端整体框图基于 GPS 的公交自动报站系统设计123.2 模块基本概述、 CPU 模块单片机 CPU 时整个车载终端的核心部分，通过各种接口与其它设备连接，写入一定的程序，负责处理各种事件，比如调度中心发来的调度信息，GPS 接收机的来的定为信息处理等，使整个系统得到正常的运行。（1） 单片机的选择采用 W77E58 时一个很好的选择，W77E58 是一个快速 8051 兼容微控制器，它的内核

37、经过重新设计提高了时钟速度比标准 8051 要快得多，一般来说，按照指令的类型，W77E58 的指令速度时标准 8051 的 1.53 倍，整体来看 W77E58 内含32KBFlash EPROM，工作电压为 4.5V5.5V，具有 1KB 片上外部数据存储器，当用户应用时使用偏上 SRAM 代替外部 SRAM，可节省更多 I/O 口。主要特性：8 位 CMOS 微控制器每 4 个时钟周期为一个机器周期的高速结构，最大外部时钟频率为 40MHZ与标准 80C52 管教兼容指令与 MCS-51 兼容4 个 8 位 I/O 口一个附加的 4 位 I/O 口和等待状态控制信号3 个 16 位定时/

38、计数器12 个中断源，2 级中断能力片上振荡器及时钟电路二个增强型全双工串行口32KB,Flash EPROM256 字节片内暂存 RAM片内 1KB 外部数据存储器可编程看门狗定时器软件复位基于 GPS 的公交自动报站系统设计132 个 16 位数据指针对外部 ROM 及外设的访问周期可以进行软件编程 显示模块车载终端一个最重要的功能就是为乘客报站。自动报站包括语音报站、LED 和LCD 显示来报站，用多个 LCD 显示屏来为驾驶员显示时间，调度等重要信息，他主要的模块由显示模块与语音模块组成。另外要存储器，微处理器的支持。3-2-1 时间画面3-2 定位画面LCD 显示屏：车载 LCD 电

39、子显示屏主要是以最优的方式显示给驾驶员看，车载终端所获取的实时数据是以文字或者图形的方式显示在车载机的显示屏上。车载终端通过虚线通信网络接收到的文字信息可以在主机的 LED 显示屏上直接显示，并以声音的方式提示驾驶员由新信息到来。显示模块时 128*64 点阵的汉字图形型液晶显示模块，可现实汉字及图形内置 8192 个中文汉字（16*16 点阵） ，128 个字符（8*16 点阵）及 64*256 点阵显示 RAM。提供两种界面来连续微处理机：8 位并行及串行两种连接方式。LCD 显示屏：LED 显示屏时显示车辆前方面想乘客显示相关信息，显示车辆的进出站的信息，基于 GPS 的公交自动报站系统

40、设计14有时也显示一些广告，旅游等信息。在系统的 RAM 种开辟一个显示缓存区，需要显示的内容都村如此缓冲区中，显示模块定时缓冲区种提取数据送入显示电路中，完成显示功能。 语音模块车内语音模块主要时提供报站，公益提示和语音广告信息播放等功。采用的ISD4004 芯片时录音回放型，芯片内部存储语音，能存储 16 分钟语音，可分 2400段，每段以文件的形式存储，方便控制芯片组合播放语音，使用高质量，自然语音还原技术；自动静噪功能；内置微控制器串行通信技术口，多段信息处理不耗电保存信息 100 年（典型值） ，100000 次录音周期（典型值）片内免调时钟，也可以选用外部时钟， 鉴于公交车线路多，

41、站名不一致并且语音更改频繁等特点，应选用更换语音芯片简单的芯片，所以选择了 ISD4004 语音芯片，它控制简单，使用方便。3-3 ISD4004 引脚配置图 GPS 定位模块本模块负责定位功能的实现，采用台湾鼎天的 REB-21R。它的定位精度可达到系统的要求 10m 之内。REB-21R 板接收到卫星下传过来的位置信息后，通过 RS232与计算机串口相连，直接与计算机进行交换。GPS 基定位功能车载端采用 GPS 方式获取车辆当前的位置信息，包括经纬度，当前速度，当前工作速度矢量方位角（下称方向） ，当前时间，并获取与定位有关的用于判断数据有效性和可信度的信息，例如定位模式，几何精度因子等

42、。定位数据除按设定的时间间隔通过无线通信网络发送外，还将每秒获得的定位数据送到自动报站器，由与其报站器中预先存储的线路基于 GPS 的公交自动报站系统设计15信息进行比较，判断，进行自动报站等服务。它通过 RS232 串口连接 GPRS 等模块。 键盘模块实现手动报站，语音报站模块中的报站，停止，几条公益提示语的播报，以及系统出现异常（如站台不匹配或不能连接站台等）而需要驾驶员手动控制，需要在终端上提供 816 个按键，是驾驶员在驾驶和手动控制的时候能直观的知道当前车辆的位置。键盘控制芯片用的是广州周立功公司的：ZLG7290。 3-4 键盘控制芯片及键盘接口电路图 其他模块、GPRS 通信模

43、块车载终端与调度中心进行交换，用由 GPRS 模块实现信息传输及信息处理功能，信息传输功能包括信息的发送和接受。信息发送是将车载终端定位功能模块过得的基于 GPS 的公交自动报站系统设计16各种数据，通过它传送到调度中心，调度中心又分发给电子牌等各相关职能单位。这些数据包包括：定位数据：经纬度、速度、防方向、时间、定位模式、几何精度因子等。报警信息：事故、故障等。营运状态：营运/非营运、上/下行、短线、快车、加油（气）等。固定短语：道路堵塞、乘客滞留、服务纠纷等。通过外部接口获得的其他数据。信息接收时车载终端结婚搜来调度中心或者其它部门来的信息，包括调度指令，通告，参数修改等。其中需要驾驶员主

44、动响应的信息如调度指令等，车载终端再接收到后面用信息提示驾驶员由新信息来到。、存储模块存储设备时实现存储功能，存储一些常用信息。存储功能包括以下几个类型信息的存储。定位数据接收到的信息参数设置程序代码信息存储要求在 GPS 短时间阻塞的情况下，能够保存 2000 多个车位信息，至少一条线路的语音存储空间 1.5M，操作系统与应用程序为 3M。、电源模块由于车上电源为 12V 或 24V 直流而电路板采用 5V 直流，另外因为车辆发动时流入启动器的电流会导致电池在几毫秒内产生暂压降，所以需要变压电路和稳压滤波而且抗干扰性较强的电路。基于 GPS 的公交自动报站系统设计173-5 三级稳压结构的电

45、源LM2576 系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件的代替产品，它具有可靠的工作性能，较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为单片机的稳定，可靠工作提供了强有力的保证。3.3 关于语音芯片3.3.1.语音芯片 ISD4004ISD4004 系列的引脚如下图所示：3-6 ISD4004 系列的引脚图基于 GPS 的公交自动报站系统设计181.ISD4004 语音芯片概述ISD4004 语音芯片是由美国 ISD 公司制造的一种新款语音芯片。ISD4004 语音芯片是一种微控制器“从”设备，而“主”控制器可以是内置由 SPI 兼容接口的微控制器，也可以用 I/O 口仿真 SPI 通信协议。I

46、SD4004 系列工作电压 3V，单片录放时间 816min,音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术，内含振荡器，防混淆滤波器，平滑滤波器，音频放大器，自动静噪及高密度多电平闪烁存储陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令可以通过串行通信口送入，芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内闪烁存储器中，因此能够非常真实，自然的再现语音，音乐，音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩的量化噪声和“金属声” 。采样频率可为 40.53.64.80kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存储于存储器中，可在断电情况

47、下保存 100a(典型值)，反复播放 10 万次。3.3.2 ISD4004 的工作原理该芯片声音录放采用了 ChipCorder 专利技术, 即无须 A/D 转换和压缩就可以直接储存, 没有 A/D 转换误差,ISD4004 系列工作电压 3.3V，单片录放语音时间为 16分钟，音质高，适用于移动电话机及其它便携式式电子产品中。芯片采用 CMOS 技术，内含振荡器，放混交录波器，平滑滤波器，自动静噪，音频放大器及高密度多电平闪烁存阵列，芯片设计是给予所有操作由微处理器控制，操作命令通过同步串行通信接口（SPI）送入，芯片采用多电平直接模拟量存一技术，每个采样值直接存储在片内的闪烁存一器中，因

48、此能够非常真实的自然的在现语音，音乐，音调和各种声音效果。避免了一般固体录音电路因固化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为 4.0，5.3，6.4，8.0KHz 频率越低，录放时间越长，而音质有所下降，片内信息存于闪烁存一器中，可在断电的情况下保存 100 年（典型值）反复录音 10 万次。基于 GPS 的公交自动报站系统设计194、 软件设计4.1 软件设备概述车载终端用 C 语言进行编程写入控制芯片 CPU：单片机 C51，以 KELL 为 C 语言的编译器进行开发。车载终端主要的功能都要由 CPU 控制，写入单片机 CPU 可供选择的语言一般有宏汇编语言，PLM 语言，C 语言。但

49、由于汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，虽然占用资源少、程序执行效率高。但不易移植，只适合小型单片机开发等缺陷。在此选用了 C 语言，C 语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。用 C 语言来编写的软件，可以增加软件的可读性，可移植性，兼容性，实时性，便于改进和扩充。并且利用中断来处理相关功能模块。软件设计时采用模块化设计，根据用户需要选择是否使用定位模块、通信模块，基于 GPS 的公交自动报站系统设计20高度集成可进行定位、监控、调度、广告、自动报站等功能，容量大，可存储 8 条线路语音及提示音，支持在车载终端上直接录音支持音量调节等功

50、能而且单片机具有机器学习的功能。4.2 程序总体流程设计主程序主要是完成初始化，它包括单片机的初始化和系统的初始化，初始化是正常工作的第一步，包括 CPU 芯片初始化(使 CPU 工作在需要的模式)、外部器件及接口初始化(使 CPU 能访问和控制外部器件)、系统初始化(使应用程序处于正确的状态)和车辆运行状况初始化(使终端设备的功能处于正确的状态)；系统在初始化后进入功能循环处理程序。信号处理方面，单片机完成初始化后。循环轮流检测外部接口信号，接受外部发来的信号，根据内容进行检测、判断、存储工作；数据处理方面，从串口缓冲区中提取所需数据，分析数据并调用其功能模块执行相应的功能。总程序流程图设计

51、：基于 GPS 的公交自动报站系统设计21开始串口初始化初始化显示打开初始化时钟定时器系统初始化开外部中断初始化总共端系统发车准备好获取线路信息获取站台信息LED,LCD 显示行车线路、方向初始化车辆信息、标识和辅助变量开启 GPS/GPRS超时计数器结束LOOP-lice定时、计数终端响应终端接收手动操作：报站，播报语音，选择路线等等待中心下发发车调度信息4-1 总程序流程图基于 GPS 的公交自动报站系统设计22车载终端的 CPU 读取配置于 EEPR0t4 中的站台信息，同时接收 GPS 接收机传过来的位置、时间、速度等即时信息，由 CPU 将其与站台触发点位置进行比较，吻合时发出触发信

52、号进行报站。通过语音和显示向车内乘客报站。4-2 智能公交服务系统报站工作原理图4.3 数据处理4.3.1 GPS 数据处理下图为 GPS 处理流程图：基于 GPS 的公交自动报站系统设计23开始接收到GPS 消息？格式是否正确有效？点亮定位指示灯分解包，取出有用的数据包，GPS 包计数器加 1丢弃这个包汽车是否已到站？计算的距离是否小于到站预报距离设定并记录当前的出站设置出站标志是否达到设定上报数？标示位 A/V存贮该 GPS 包信息生成一条 GPS 上报信息上报信息计数器加 1，设置 GPS 上报消息标志计算的距离是否小于到站预报距离设定并记录当前的出站设置到站标志接收 GPS 包计数器减

53、 1如果定位灯亮，熄灯定位灯；如果定位灯灭，点亮定位灯结束显示GPS Enter4-3 GPS 处理流程图基于 GPS 的公交自动报站系统设计244.3.2 GPRS 消息处理下图为接受 GPRS 信息包流程图：基于 GPS 的公交自动报站系统设计25开始是否接受到 gps过来的消息消息校验，存储和响应消息是否正确？如果 GPS 状态为没有失效状态，设置其为有效状态 LED显示 GPRS.OK是否是调度消息？存储该消息显示消息或者读取消息是否是确认回应消息删除讯息发送列表中对应的上报消息该上消息是否按键上报消息是否是车载终端配置消息结束否否否否否4-4 接收 GPRS 消息处理流程图基于 GP

54、S 的公交自动报站系统设计264.4 到站出站流程图4-5 图为到站出站处理4.5 中断响应4.5.1 中断响应概述一.CPU 要识别外部的信号存在以下两种方式：轮询：轮询是程序中设置循环，以一定顺序和周期轮流检查 CPU 的外部引脚，基于 GPS 的公交自动报站系统设计27采集其信号，整理成正确的数据格式，然后进行检查和处理。中断：中断方式是利用 CPU 本身的中断功能，自动检测外部引脚的信号变化，触发 CPU 的中断处理器，从而调用中断处理程序，接收外部数据，然后进行检查和处理。轮询方式的优点：不占用 CPU 的引脚，减少硬件资源的占用，但要求程序以比较高的频率查询引脚信号，对软件执行速度

55、要求高，占用 CPU 处理时间长，接收数据受 CPU 的处理能力和要处理的事件、数据影响，可靠性比较差。中断方式的优点：反应迅速，接收数据及时，可靠性比较好，但需多占用 CPU引脚，在 CPU 外部接口紧张的系统中不适合使用。车载终端引脚够用，外部数据比较多，数据收发频繁，所以采用中断方式可靠性好。二.中断方式1、从 COM0 接收 GPS 数据：从串口接收 GPS 接收机发来的数据，定位数据包括经纬度、速度、方向、时间、定位模式、几何精度因子等；进行判断所触发所对应的键进行语音播放。2、从 C 伽 l 接收 GPRS 数据：从串口接收 GPRS 数据。3、接收按键信息并识别键值，并依据当前状

56、态作出响应。4、定时器中断处理：定时产生中断，计时并判断是否达到操作时间，设置操作标记。5、语音芯片中断处理：依据语音芯片产生的中断调用播放下一个语音段，完成语音播报。4.5.2 GPS 与 GPRS 中断处理流程图GPS 接收：先判断 GPS 格式，正确的格式应该以$开头，如果格式正确将字符数放入 GPS 接收缓存区，向 CPU 发出中断请求，等待 CPU 作相应的处理。如基于 GPS 的公交自动报站系统设计28下GPS 接受的第一个字符是否为GPS 接受缓冲偏移计数器清 0将串口中的字符放入 GPS 接收缓冲区接受的字符是否为 0 x0A接受缓冲计数器是否到限定的最大开始结束GPS 包接受

57、完成将 GPS包拷贝到数据缓冲区设置标志（在主程序中处理）计数器加 1是否是否是否4-6 接收 GPS 数据的中断处理基于 GPS 的公交自动报站系统设计29将字符放入 GPS 接收缓冲区设置串口 0 数据接收计时器开始（串行口 GPRS）接收缓冲计数器是否到限定的最大值接收缓冲区头是否是约定的数据包头结束计数器加 1计数器清 0否是是否4-7 GPRS 中断处理基于 GPS 的公交自动报站系统设计30结束语通过本次基于 GPS 的公交自动报站系统设计的设计，我大有收获，在写作过程中，每个工作步骤的检查，从整体来说这是一个复杂的过程，要细心谨慎，沉着冷静，反复检查，直到论文的审核通过为止。这次

58、毕业设计历时至少 3 个月，从一开始的确定课题，到后来的资料查找、理论学习， ，这一切都使我的理论知识进一步得到提高。课题中包含了通信电路和单片机部分知识，可以说是对通信电路知识的一次全面综合提高。联系书本理论知识积极地思考，实在解决不了可以请教同学或指导老师。虽然在写作过程中不可避免地遇到很多问题，但是最后还是在老师以及同学的帮助下圆满解决了这些问题，实现了整个系统的设计，很好地完成了本次设计任务。经过三年学习的积累，在已经掌握相关专业方面知识及其它各方面知识的情况下，我认真严肃的完成了我的毕业设计。基于 GPS 的公交自动报站系统设计31致 谢论文的完成，代表着我的大学时光即将结束。在此，

59、我要向我的导师，朋友和家人等致以诚挚的谢意。三年的学习，凝聚了不少人的心血及关爱，在大学生活即将结束之际，我感谢我的导师赵明东老师对我悉心的指导和关怀，在毕业设计中遇到了各种困难，得于他的指导和帮助，在大体的方向和小的细节方面给予了热情的帮助和充分建议，指出了各方面的错误，让我少走了很多弯路，顺利完成了本次论文设计。他在我的论文制定及审定方面都给予了耐心的指导，并对本论文做了详细的审阅与修改。他为人豁达、亲切、而治学严谨，有着广博的知识，他的处世风范和对工作的执着使我受益颇深。感谢我深爱的家人在求学历程中一直给予我深深的关怀和爱护、理解和支持。家中的父母含辛茹苦的养育了我，他们的关爱，将伴随我

60、整个人生。感谢所有帮助过关心过我的朋友，感谢我所在工作单位的支持，感谢学校的各位领导和老师，他们在我的求学期间给了我帮助和支持。感谢在百忙中抽出时间对我的论文进行评审的老师们。我将终身铭记所有的关爱和情感，心怀感激，更好的生活、学习与工作。祝愿以上的各位老师及亲朋好友一生平安、快乐、幸福。最后，向所有关心、帮助和支持我的老师、同学和朋友们表示最衷心的感谢，谢谢你们。基于 GPS 的公交自动报站系统设计参考文献【1】安东，崔中兴，组合 INSGPS 系统设计方法及其工程实现，航空电子技术，2003822【2】刘斌。全日历 LED 数字显示屏的设计。电子技术应用，1997356.【3】严蔚敏，吴伟

61、民。数据结构(C 语言版)。清华大学出版社 2000，523【4】王颖。卫星导航定位技术应用产业化。全球定位系统，2001，2896【5】丁元杰。单片微机原理及应用。第一版机械工业出版社，2008，79115【6】张淑清，姜万录等。单片微型计算机接口技术及其应用。第一版，国防工业出社，2001，96112【7】唐荣欣，GPSINS 组合导航系统设计及滤波算法研究(硕士论文)，武汉大学，2003，86112【8】胡伍生等。GPS 测量原理及其应用， 人民交通出版社，20022657【9】谭浩强著。C 程序设计(第二版)，清华大学出版社，【10】调浩敏等。测试信号处理技术，北京航空航天大学出版社，

62、2004【11】袁建平等。卫星导航原理与应用，中国宇航出版社，200316360【12】苏鸣鹤，公共汽车电子调度管理(中级)，高等教育出版社，199560-70【13】孙芙灵，公交调度中发车间隔的确定方法的探讨，西安公路交通大学学报，1997，17(1)；1557【14】王广运，郭秉义，李洪涛，等差分 GPS 定位技术与应用北京：电子工业出社，19963【15】刘大杰，施一民，等全球定位系统(GPS)的原理与数据处理上海：同济大学出版社,20012440基于 GPS 的公交自动报站系统设计附录 系统源程序ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 0

63、00BH LJMP TT1说明 30H 存放上限值，31H 存放下限值 MAIN: CLR EA ; SETB P1.0 ; SETB P1.2 ; CLR P1.1 ; CLR P3.0 ; 灯状态初始化 SETB IT0 ; 中断初始化 MOV TMOD,#01 ; MOV DPTR,#0 ; MOV TH0,DPH ; MOV TL0,DPL ; T0 初始化 SETB ET0 ; SETB EA ; MOV DPTR,#0FEFFH ; MOVX DPTR,A ; 开启 A/D 转换 MOV 66H,#0 ; 刷新次数控制量 上下限初始化 MOV 30H,#8 ; MOV 31H,#0

64、 ; MOV 60H,#30 ; 上限 MOV 61H,#26 ; 下限 MOV DPTR,#0FF7FH ; MOV A,#80H ; MOVX DPTR,A ; 写入控制字，设置 8255A 按键查询SCAN0:SETB EX0 ;SCAN:JB P1.3,SCAN ; LCALL DL20MS ; JNB P1.3,SCAN ; CLR EX0 ; SETB TR0 ; CLR P1.1 ;基于 GPS 的公交自动报站系统设计 CLR P1.2 ; CLR P3.0 ; CLR P1.0 ; KK: MOV DPTR,#TAB0 ; MOV A,30H ; MOVC A,A+DPTR ;

65、 MOV DPTR,#0FF7CH ; MOVX DPTR,A ; ACALL DL4MS ; MOV DPTR,#TAB1 ; MOV A,31H ; MOVC A,A+DPTR ; MOV DPTR,#0FF7DH ; MOVX DPTR,A ; ACALL DL4MS ; JB P1.6,SC ; LCALL DL20MS ; JNB P1.6,SC ; CLR TR0 ; MOV A,30H ; MOV B,#10 ; MUL AB ; ADD A,31H ; CLR C ; MOV 62H,A ; SUBB A,#10 ; MOV 61H,A ; MOV A,62H ; ADD A,

66、#10 ; MOV 60H,A ; 上下限值处理 AJMP SCAN0 ; SC:AJMP KK ;TT1:INC 32H ; MOV A,32H ; CJNE A,#4,XM3 ; MOV 32H,#0 ; MOV A,31H ; CJNE A,#09,XM1 ; MOV 31H,#0 ; JMP TT2 ;XM1:INC 31H ; JMP XM3 ;TT2:MOV A,30H ; CJNE A,#09,XM2 ;基于 GPS 的公交自动报站系统设计 MOV 30H,#0 ; RETI ;XM2:INC 30H ;XM3:RETI ; 中断子程序，执行读取 A/D 转换值，转换成 BCD 码，并与上下限温度值进行比较，然后显示当前温度值，最后开始 A/D 转换 40H 放百位，41H 放十位，42H 放个位 R2 存被除数的高 8 位，R3 存被除数的低 8 位，R4 存除数INT0:MOV DPTR,#0FF7FH ; 读取转换值 MOVX A,DPTR ; MOV 68H,A ;68H 暂放读取值 INC 66H ; MOV A,66H ; CJNE A,#4,OK ; MOV