毕业设计(论文)一种智能公交管理系统(ITS)的车载终端的设计

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1、论文题目：公交车管理系统车载终端设计论文题目：公交车管理系统车载终端设计摘摘 要要本文主要阐述了一种智能公交管理系统(ITS)的车载终端的设计方法。所谓智能公交通管理系统,就是在公交网络分配、公交调度、预测算法等关键理论研究的前提下，利用系统工程的理论和方法，将现代通信、信息、电子、控制、计算机、网络、定位技术、GIS 等新技术集成应用于公共交通系统，通过构建现代的信息管理系统和控制调度模式，实现公共交通调度、运营、管理的信息化、现代化和智能化，增强公交企业管理水平和服务水平，提高公交企业的运营效率和效益；同时为出行者提供更加安全、舒服、便捷的公共交通信息服务。而车载终端设备作为实现该系统的关

2、键设备，可以实现车辆位置信息的读取，车辆运行状况记录，自动报站以及车辆与管理站的无线通信等功能。 关键词：关键词：定位技术，智能公交管理系统，车载终端A design about automotive terminal in Intelligent Transportation management SystemAbstractThis paper described a design method about automotive terminal in Intelligent Transportation management System (ITS). The so-called Int

3、elligent public Traffic management System is based on such key theoretical research as the allocation of public transport network, bus scheduling, prediction algorithms and use of Systems Engineering Methods of modern communications, information, electronics, control, computer, networking, positioni

4、ng technology, GIS and other new technologies in the Public Transport System, Then ,build a modern Information Management Systems and Control Transfer Scheduling mode to achieve a informational, modern, intelligent public transports scheduling, operation and management, In order to enhance public en

5、terprise management and service level, to improve public transport enterprises operating efficiency and effectiveness, At the same time provide a more safe, comfortable, convenient public transportation service in information. The car terminal device as a key equipment of the system, mainly have fol

6、lowing functions: to read the vehicle positioning information, vehicle operating conditions record, automatic reporting stop station, realizing wireless communication between Management station and vehicle.Keywords：GPS，ITS，Automotive Terminal目目 录录1 引言.11.1 智能公交系统的发展.11.2 所涉及的各种技术介绍.11.2.1 GSM 网络.11.

7、2.2 全球定位系统（GPS）.21.2.3 地理信息系统（GIS） .22 系统设计方案.33 方案论证.33.1 通信方案论证.33.2 车辆定位方案论证.43.3 近距离无线通信方案论证.54 硬件设计.54.1 控制电路的设计.54.1.1 控制系统的主要功能.54.1.2 MCU 的选用.54.1.3 串口扩展的实现.64.2 GPS 接收器 RCB-4H 的技术介绍.74.3 GSM 模块 TC35I 的技术介绍.74.4 语音报站系统设计.84.5 其他电路设计.95 系统软件设计.95.1 GSM 常用 AT 指令.95.2 NMEA 0183 语句说明.105.3 各模块软件

8、设计.115.3.1 初始化系统.115.3.2 GSM 初始化模块.125.3.3 RCB-4H 接收模块.145.3.4 LCD 显示模块.145.3.5 语音模块的软件设计.155.3.6 定位站点.165.3.7 身份授权及验证模块.175.4 整个车载终端的程序流程图.185.5 上位机管理中心系统软件设计.196 总结.19致谢.19参考文献.20附录 1.2111 引言引言现在汽车已经越来越智能化，公交管理系统是不是也该如此呢？毫无疑问这是非常必要的。世界各地的城市都急需完善基础设施来满足人民需求，但往往都是心有余而力不足。就以美国为例，1982 到 2001 年人口增长了约 2

9、0%，而交通流量却暴增了 236%。 铺设更多新的道路和车道也许不太现实，但是将智能工具运用到道路和汽车中无疑是可以实现的，例如，增设路边传感器、射频标记和全球定位系统。公交系统的自动报站、GPS 定位、行车记录、整车实时监控、车辆调度等功能的智能化、自动化正在人们日常生活中发挥着越来越大的作用，其中加装车载终端是实现整个管理系统智能化的必经途径，车载终端的质量直接影响了整个系统的指标。1.1 智能公交系统的发展智能公交系统的发展所谓智能公共交通管理系统(ITS),就是在公交网络分配、公交调度、预测算法等关键理论研究的前提下，利用系统工程的理论和方法，将现代通信、信息、电子、控制、计算机、网络

10、、定位技术、GIS 等新技术集成应用于公共交通系统，通过构建现代的信息管理系统和控制调模式，实现公共交通调度、运营、管理的信息化、现代化和智能化，增强公交企业管理水平和服务水平，提高公交企业的运营效率和效益；同时为出行者提供更加安全、舒服、使捷的公共交通服务信息服务。七十年代国外因为发达的公交网络运转流畅，已经提出应用各种技术措施来实现公交车定位，车辆运行监控，自动报站等功能，例如增设路边传感器、射频标记和全球定位系统。八十年代初期部分发达城市已经实现了这些功能，目前公交管理系统的智能化研究主要集中在一些细节优化方面，比如更加实时的路况监控设备，最优车辆调度算法，设备的性能以及降低系统的建设和

11、维护经费上。我国的公交系统到了21世纪才在部分大城市初具规模，才有部分城市实现IC缴费，车辆实时定位，电子站牌等基本智能化功能。目前我国所有的城市车辆监控系统，都在逐渐实现智能化，例如，自动报站、GPS定位、行车记录、整车实时监控、车辆调度等功能的智能化、自动化，部分大城市也已经赶上世界发达国家的公交智能化水平，智能车载终端的研究和生产也初具规模。1.2 所涉及的各种技术介绍所涉及的各种技术介绍1.2.1 GSM网络网络GSM(Global System for Mobile Communication，全球移动通讯系统）是基于时分多址技术的移动通讯系统，是目前发展比较成熟、完善、应用最为广泛

12、2的通讯系统。目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通讯网（主要包括中国移动和中国联通两家大型运营商），是我国公众移动通讯网的主要方式，它主要提供话音、短信息、数据等多种业务。其中基于GSM-SMS和GPRS功能可以开发出传输各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通讯系统。由于GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，不需组建专用通讯网络，就可以完成远程数据通讯，而且具有较好的实时性，所以GSM网络的应用越来越广泛。1.2.2 全球定位系统（全球定位系统（GPS）GPS(global positisioning system) 简单地说，这是一个由覆盖全球的 24 颗卫星组成的卫星系统。这个系

13、统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到 4 颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。全球定位系统(GPS)是 20 世纪 70 年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过 20 余年的研究实验，耗资 300 亿美元，到 1994 年 3 月，全球覆盖率高达 98%的 24 颗 G

14、PS 卫星星座己布设完成。GPS 全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分 GPS 卫星；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分 GPS 信号接收机。GPS定位技术具有高精度、高效率和低成本的优点，使其在各类大地测量控制网的加强改造和建立以及在公路工程测量和大型构造物的变形测量中得到了较为广泛的应用。1.2.3 地理信息系统（地理信息系统（GIS）物质世界中的任何地物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活中百分之八十以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统（ Geographic Information System, 简称 GIS ）作为获取、处理、管理和分析地理空间数据的重要工具、技

15、术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。从技术和应用的角度， GIS 是解决空间问题的工具、方法和技术；从学科的角度， GIS 是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系； 从功能上， GIS 具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能；从系统学的角度， GIS 具有一定结构和功能，是一个完整的系统。32 系统设计方案系统设计方案车载终端硬件整体设计主要由七部分组成：微处理器（MCU），显示屏，GSM通信模块，GPS模块，语音报站电路，行车记录接口，键盘接口；终端系统整体框图如图1所示。图 1 车载终端系统框图GPS 接收

16、器由 RCB-4H 构成，以每秒一次的速率更新车辆位置信息，车辆位置信息由 MCU 读取并控制 GSM 收发器，把当前位置信息发送给管理中心，同时 MCU 根据当前位置控制语音报站实现语音报站功能；另外 RCB-4H 还可以获得精确的世界时间来校准时间，显示屏可以提供时钟显示和消息报告功能，行车记录电路可以记录当前行车的速度，乘客数量等等，并存储在片外存储器中，当出现交通事故时可以提供具体的数据；另外还设置了部分功能键和扩展接口，状态指示等电路。3 方案论证方案论证3.1 通信方案论证通信方案论证目前的远程无线通道的数据传输方案主要分为两种，一种是通过专用网进行数据传输，如 RF（Radio

17、Frequency，射频）数传电台和无线局域网（WLAN）；一种是通过公共无线通信网络，如 2G 和 3G 网络的成熟度较高、覆盖面较广，因而公共无线通信网络被选为该无线通道总体方案的通信基础4。其中 3G 网络日趋成熟，信息流量大而且实时性好，但是目前 3G 网络还不完善，初期业务费用较高，将来可以使用；2G 网络供的数据传输业务最常用种方式，一种是短消息业务(Short Messaging Service)，第二种是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)。SMS（Short Messaging Service）是最早的短消息业务，也是现在普及率最高的一

18、种短消息业务。目前，这种短消息的长度被限定在 140字节之内，这些字节可以是文本的。 SMS以简单方便的使用功能受到大众的欢迎，却始GSM 收发器微处理器（MCU）显示电路GPS 接收器语音报站电路键盘接口行车记录接口4终是属于第一代的无线数据服务，在 内容和应用方面存在技术标准的限制 ，SMS 消息按消息收费，因此要比通 过基于 IP 的网络（例如，使用 GPRS）发送的数据昂贵得多（每字节）。GPRS是通用分组无线业务 (General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。 它经常被描述成 “2.5G”，也就是说这项技术位于第二代

19、（ 2G）和第三代（ 3G）移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的 TDMA信道，提供中速的数据传递。 GPRS突破了GSM网络只能提供电路交换 方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。 GPRS(General Packet Radio Service)是一种以全球手机系统（ GSM）为基础的数据传输技术，可说是 GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（ Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。

20、而且车辆与管理中心的每次通信所要传输的数据很少（几十个字节左右） ，但是通信次数比较频繁（ 会达到每秒一次），每次通信占用一条短信是很昂贵的 ，所以采用按流量计费的 GPRS业务通信是最佳选着。将来3G网络的成熟将会带来更加高的通信速率，更低的通信费用，更大的信息流量，也会使我们的公交管理系统更加完善。3.2 车辆定位方案论证车辆定位方案论证在公交管理系统发展的初期，国外很多城市采用增设路边射频传感器，汽车加装射频标志来定位汽车的位置的方法来判断汽车所在路段，这种方法成本价格较低，而且汽车不产生通信费用，在要求不高的年代是很好的实现方法；但是，当汽车开出市区或者停靠在附近没有射频传感器的地方就

21、发现不了汽车，显然是不能够满足现代人的需求。到了20世纪，随着经济和科技的不断发展，GPS器件的性能的不断改善，精度不断提高；而且随着无线网络通信费用的不断降低，为了满足人们的需要，在汽车上加装性能更加优良的定位系统是非常必要。GPS器件的定位误差现在已经低于5米，而且随着计算机科学的发展，基于地理信息系统（ GIS）技术，可以实时得到路况信息，可以实时查询到每一量车的具体信息。随着计算机科学的发展，图像识别技术也有了很高的发展，有人提出在路边增设电子眼来识别车牌号，进而可以查询到汽车的具体位置，但是电子眼与路边传感器一样不可以到处都涉及到，大量的电子眼已经产生很高的费用，而且作为高新技术，图

22、像识别技术还不是十分的成熟，所以采用该方法也不能很5好实现车辆定位，但是可以用来监控一些繁忙路段的实时路况，这样加上GPS车载终端可以完善智能公交系统的功能。3.3 近距离无线通信方案论证近距离无线通信方案论证近距离通信可以用来提供车辆与近距离的电子站牌和管理中心的数据传输，而且不产生通信费用，主要方式有：（1）采用射频识别技术实现无线数据传输；（2）采用红外线技术实现无线数据传输；（3）采用蓝牙技术实现无线数据传输；其中射频识别设备可以做的很简单，成本价格也比较低，是较好的选择。4 硬件设计硬件设计车载产品由于工作于特殊的环境，必须符合一定公家或者国际标准，GPS器件需要很高的射频性能，特别

23、是 GSM 产品经常会出现意想不到的错误，所以硬件的设计显得尤其的重要。它主要包括控制电路，通信模块，GPS 接收电路，人机交互电路几部分。4.1 控制控制电路的设计电路的设计4.1.1 控制系统的主要功能控制系统的主要功能（1）接收由GPS接收器接收到的定位信息，并实现协调世界时（Coordinated Universal Time ，简写为UTC）与我国北京时间的转化，并利用转化后的时间校准系统时间。（2）与GSM模块建立通讯，完成对GSM模块的初始化，完成单片机系统与GSM模块之间的数据协议转换，包括将定位信息转换成符合SMS/GPRS协议的数据格式并传递给GSM模块进行发送，以及将GS

24、M模块收到的短信显示在屏幕上。（3）根据定位信息确定当前站点，以及下一站点，从而控制语音电路实现自动语音报站。（4）当定位信号不好时关闭自动报站功能并转入人工报站。（5）提供人机接口电路，实现人性化操作。4.1.2 MCU的选用的选用AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦6适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有

25、效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。为了产生高稳定的串行口速率，这里选择11.0592Mhz晶振来提供系统时钟。4.1.3 串口扩展的实现串口扩展的实现虽然整个

26、系统设计主要按照3.3V接口进行设计，然而像RS485电路的输入、输出需要5V电平，同时GSM终端需要向用户提供TTL电平的串口输出。因此需要进行5V3.3V或者3.3V5V的电平转换。我们选用MAX232电平转换电路实现了电平的相互转换。RS-232是由美国电子工业协会（EIA）正式公布的、在异步串行通讯中应用最广的标准总线。它包括了按位串行传输率和机械方面的规定。适合短距离或带调制解调器的通讯场合。它不仅已经被内置于每台PC，而且已被内置于从微控制器到主机的多种类型的电脑和与它们连接的设备。你也可以将RS-232用在任何类型得计算机之间的简单连接中，它是一个被广泛使用的接口之一。123U6

27、A74LS125456U6B74LS1258910U6C74LS125111213U6D74LS125RXD_1TXD_1TXD_2RXD_2TXDRXDP3.3P3.4图 2 串口扩展电路由于GPS接收器RCB-4H和GSM模块TC35I都需要串口实现与MCU通信，而7AT89S51只有一个串口，所以要考虑到如何实现三者的正常通信。考虑到车载终端的收发频率，以及GPS接收器的定位信息重获频率都比较低；而且RCB-4H和TC35I的工作不是同时进行的，工作顺序是：首先由RCB-4H获得定位信息，然后控制TC35I向管理中心发送定位信息。所以我们可以采用分时顺序利用串口的方法来实现三方通信。串口

28、扩展电路如图2所示。图中当P3.3为低电平，P3.4为高电平时选通第一组串口；当P3.4为低电平P3.3为高电平时选通第二组串口，这样就可以实现串口的扩展，充分利用了有限的硬件资源。不过控制时序要注意，两个串口不能同时选通，不然会出现RCB-4H和TC35I之间的混乱，进而整个系统乱成一团。RCB-4H有两个串口，波特率分别为9600bit/s、57600bit/s，而TC35I的波特率为300115000bit/s，综合考虑以上因素，这里波特率选用9600bit/s，MCU晶振选用11.0592Mhz。数据格式采用8位数据，一位停止位，没有校验位，另外TC35采用的是RS232电器标准，所以

29、还需要TTL电器标准与RS232之间的转换。整个控制电路原理图如图3所示。4.2 GPS 接收器接收器 RCB-4H 的技术介绍的技术介绍RCB-4H 型是一种超低功耗的 GPS 接收板，并采用了 ANTARIS 4 定位引擎和 SuperSense Indoor GPS 。这是与 RCB-LJ 引脚兼容的后继产。RCB- 4H 型配备了 MCX / OSX 型 RF 连接器和一个 20 针的管脚用来连接电源和数字I / O 口。它所支持的 A - GPS （辅助全球定位系统）功能使首次定位，即使信号很差的条件下也能快速定位。即使在室内和其他弱信号环境 ANTARIS 4 GPS 引擎也能提供

30、高导航性能。基于卫星增强系统的 WAAS ， EGNOS 系统和 MSAS 系统的充分支持。他所具有的高性能和灵活性即履行了低成本就像快速和简单的插件集成系统一样。它具有最高 4Hz 的刷新速率，定位误差：2.5m（CEP）、5.0m（SEP），最高移动速度为 515m/s,可以满足设计要求。具体数据如表 1 和表 2 所示，管脚排列如表 4 所示4。4.3 GSM 模块模块 TC35I 的技术介绍的技术介绍TC35i模块主要特性与技术指标包括以下几点： 频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)；支持数据、语音、短消息和传真；高集成度(54.5mm36mm3

31、.6mm)； 质量为9g；电源电压为单一电压3.34.8V；可选波特率300bps115kbps，动波特率 4.8115kbps；电流消耗休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值；温度范围 正常操作-20+55，存放-30+85；SIM电压为83V/1.8V。可以满足设计要求8。目前，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入

32、网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。TC35i有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/

33、输出、SIM卡、音频接口和控制。第114脚为电源部分：15为电源电压输入端Vbatt+，610为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压(共外电路使用)，14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻。2429为SIM卡引脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。3340为语音接口，用来接电话手柄。15、30、31和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition)，当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。16-23为数据输入/输出，分别为

34、DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。4.4 语音报站系统设计语音报站系统设计自动化的语音报站可以减轻司机的工作负担，这部分电路采用了语音芯片ISD4004，与普通的录音/重放芯片相比，ISD4004具有如下特点：ISD4004 是美国ISD 公司制造的一种新款语音芯片。与ISD其它系列语音产品不同的是，ISD4004是一种微控制器“从”设备，而“主”控制器可以是内置有SPI兼容接口的微控制器，也可以用I/O 仿真SPI通信协议。ISD4004 系列工作电压为3V，单片录放时间为816 分钟，音质好，适用于移动电话及其它便携式电子产品中。该芯片采用C

35、MOS 技术，内含振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片的所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口（SPI）送入。ISD4004 采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能非常真实、自然地再现语音、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量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9时间越长，音质则有所下降， 片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100 年（典型值），反复录音10万次。最后，ISD4004开发应用具有所需外围电路简单的优点

36、。其中的语音以事先制作电路，录入其中，所以，在电路板上，只有放音电路。语音输出通过音频放大电路，接到扬声器，从而实现语音报站功能（功率放大电路没有设计）。该部分电路如图4所示。4.5 其他电路设计其他电路设计为了保证系统运行的安全性，系统供电由车辆的蓄电池和系统备用电池共同完成。正常情况下由车辆蓄电池经过限流稳压后给系统供电，当蓄电池电量低或者不能正常供电时，自动转入备用3.6V电池供电，这样可以避免因停电造成的系统初始化（RCB-4H冷启动需要43s），并可以保留系统设置数据。另外，语音芯片电源的典型值为3V，RCB-4H的工作电压为3.155.25V，电池电压为-0.33.6V，TC35I

37、的工作电压为3.34.8V，充电电压为5.58V，AT89S52的工作电压范围4.05.5V等电器因素都要考虑。在这里，显示电路主要用来给司机和乘客提供时间和日期，显示系统管理消息，高级的屏幕还可以播放图片信息。可以采用阴极射线管、LED或者LCD屏幕来实现，键盘接口采用4*4矩阵键盘；行车记录储存器采用可以采用带有电压监控作用的E2PROM完成；车速可以从定位信息中提取或者由MCU直接读取车速。5 系统软件设计系统软件设计5.1 GSM 常用常用 AT 指令指令GSM模块与计算机之间的通信协议是一些AT指令集，AT指令是以AT作首，字符结束的字符串，AT指令的响应数据包在中。每个指令执行成功

38、与否都有相应的返回。其他的一些非预期的信息(如有人拨号进来、线路无信号等)，模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。本系统设计借助PortSpyV11串口调试软件对AT指令格式进行探究，以发送AT返回OK为例。发送：AT返回值：0D 0A 4F 4B 0D 0A分析上述串口侦听过程可知，AT指令实质是以字节发送，回车符代表指令的结束，模块接收到回车符后开始执行指令，指令发送过程中，字节间允许有任意间隔。模块接收到指令字节后，会立即答复以相应的握手信号。模块执行指令后的一切返回值（无论指令执行后的OK还是报错信息）都是以不可打印字10符“0D0A”开始和结束。为了保证通信的可靠性，默认

39、情况下模块回复收到字符的握手信号又称为回显（Echo），握手机制能确保指令收发的可靠性，但在实际的设计中，通过MCU实现对模块的控制，需接收执行AT指令的返回值，并需进行必须的字符校验，每发送一字节指令后模块所返回的握手信号须程控滤除，频繁的开关串口中断，降低了程序的可靠性。为简化这一过程，需屏蔽模块回显。以下AT指令可取消回显：ATEOKATE1/开启回显OK在指令后加“；&W”，可保存设置，如：ATE0；&W/模块掉电时能保存屏蔽回显的设置。通过前面对AT指令内容及格式的研究发现，通过以下简要AT指令即可实现终端系统的数据传输，如表1所示。5.2 NMEA 0183 语句说明语句说明U-B

40、LOX 的 GPS 接收器支持基于 NMEA 0183 标准的消息格式，另外还有U-BLOX 自己的消息格式标准 UBX，以及 RTCM 标准。NMEA 是National Marine Electronics Association（国际海洋电子协会）缩写，同时也是数据传输标准工业协会，在这里，实际上应为NMEA 0183。它是一套定义接收机输出的标准信息，有几种不同的格式，每种都是独立相关的 ASCII 格式，逗点隔开数据流，数据流长度从 30-100 字符不等，通常以每秒间隔选择输出，最常用的格式为 GGA，它包含了定位时间，纬度，经度，高度，定位所用的卫星数， DOP 值,差分状态和校

41、正时段等，其他的有速度，跟踪，日期等。 NMEA 实际上已成为所有的 GPS 接收机和最通用的数据输出格式，同时它也被用于与GPS 接收机接口的大多数的软件包里。NMEA 的消息格式如下：$GP 消息名，消息内容*校验位/11每一条消息都是由$开头，每一位都是 ASCII 字符，其中校验位是$与*之间所有 ASCII 字符的异或。常用标准的 NMEA 消息有：GGA - GPS fix data - Global positioning system fix dataGPS 固定数据信息GLL - Geographic position - latitude/longitude 时间和位置信息

42、11GSA - GPS DOP and Active satellites. 卫星信息和位置偏差GSV - GPS Satellites in View - GNSS satellites in view 所用卫星信息RMC - Recommended Minimum data 推荐最短数据信息VTG - Course over ground and Ground speed.速度信息 ZDA - Time and Date 时间日期信息 GBS - GNSS Satellite Fault Detection - GNSS Satellite Fault Detection DTM - Da

43、tum Reference - Datum Reference TXT - Text Transmission - ASCII Text Transmissions, such as software version, etcGPQ-Polls a standard NMEA message引出一条标准 NMEA 消息RMC 的消息格式为：$GPRMC,hhmmss,status,latitude,N,longitude,E,spd,cog,ddmmyy,mv,mvE,mode*csHhmmsshhmmss.sss UTC 时间（前面的 0 也发送）StatusA 有效，V 无效Latitud

44、eddmm.mmmm 纬度（度分格式，前面的 0 也发送）N N/S 南北标志Longitude ddmm.mmmm 经度（度分格式，前面的 0 也发送）E E/W 东西标志Spd 速度Cog 方向Ddmmyy 日期格式Mv空Move空ModeGPS 模式Cs校验位例如：$GPRMC,083559.00,A,4717.11437,N,00833.91522,E,0.004,77.52,091202,A*57GPQ 是用来引出各种信息的，是向 GPS 写消息的，他的格式是：$xxGPQ,sid*csXx 是识别标志 EISid 是所要引出的消息标志例如：$EIGPQ,RMC*3ANMEA 语句具

45、体格式请查阅 NMEA 协议标准。125.3 各模块软件设计各模块软件设计5.3.1 初始化初始化系统系统单片机初始化部分要完成的工作有将AT89S52串口设置为工作方式1即8位数据位和一位停止位，波特率9600bit/s；把定时器0的定时周期设为50ms；初始化TC35I，RCB-4H，JCM1602使它们处于待命状态。为了完成以上工作，定时器选用定时器1的工作方式2即8位自动重装定时器、波特率设为9600bit（晶振频率为11.0592MHZ），且TMOD=#20H，SMOD=1，所以定时器1初值分别为TH1=#0FDH，TL1=#0FDH。定时器0工作于模式1，中断周期为50ms，TH0

46、=#4CH，TL0=#00H；这样20次可以得到一秒的计时。在SMOD=0，定时器工作于模式2时，串口方式1的波特率计算公司如下：（1）3225612x)(fbaudrateosc定时器1模式2的初始值X计算方法如下5：（2）baudratesfxosc384) 1mod(256;以下为主程序进行CPU初始化设置。SETB IT0 ;设定INT0的触发方式为脉冲负边沿触发MOV SCON，#50H ;设置成串口1方式MOV TMOD，#21H ;波特率发生器T1工作在模式2上MOV TH0，#4CHMOV TL0，#00HMOV TH1，#0FDH ;预置初值(按照波特率9600BPS预置初值

47、)MOV TL1，#0FDH ;预置初值(按照波特率9600BPS预置初值)SETB TR1 ;启动定时器T1STTB TR0MOV IP, #10H;设置串口中断为最高优先级5.3.2 GSM初始化模块初始化模块根据不同的要求，串口数据的发送是可以知道时间的，可以采用查询方式；而接受是不确定的，所以接收采用中断的方式。在与模块握手连接成功后，通过字符串发送函数就可将数据缓存区中欲发送的数据发送。发送数据的原理与建立连接时的基本相同，但数据的接收是通过串口中断接收函数完成的，同时将接收到的数据必须先放入接收缓存区以便显示。需要指出的是串口中断程序13既要接收指令返回值又要接收模块传来的数据，这

48、两种接收信息的处理方式不同，所以在中断函数中应通过设置两个不同的标志来解决这一问题。但是由于存在TC35I与RCB-4H之间选择的问题，这里很多时间采用查询的方法来收发TC35I的指令。下面的前两条指令就是选中TC35I的指令。另外，为了编程方便又考虑到发送定位信息不需要汉字，所以这里采用txt格式发送短信，所有指令都以数据表的形式存储在EPROM中，需要哪条指令只需找到相应的表头即可。SETB RCB4H; select module TC35ICLR TC35I; Initialize Tc35iREATIPR:MOV DPTR,#ATIPR;设置通信速率（9600）#ATIPR是命令头L

49、CALL SENDSTR;发送选中的ATIPR命令LCALL ECHOOK；接收TC35I响应是否OKMOV A,ASSIST；利用ASSIST判断是否响应okJZ REATIPR；如果响应错误重新发送指令LCALL D100MS；TC35I每条命令都要至少延迟100MsREATE:MOV DPTR,#ATE；取消TC35I发送ECHO信息LCALL SENDSTRLCALL ECHOOKMOV A, ASSISTJZ REATELCALL D100MSREICF:MOV DPTR,#ATICF；设置TC35I串口数据格式为8N1LCALL SENDSTRLCALL ECHOOKMOV A,

50、ASSISTJZ REICFLCALL D100MSRECMGF:MOV DPTR,#ATCMGF ；选择TXT 格式LCALL SENDSTRLCALL ECHOOKMOV A, ASSISTJZ RECMGFLCALL D100MSRECFUN:MOV DPTR,#ATCFUN1；启动TC35I串口LCALL SENDSTR14LCALL ECHOOKMOV A, ASSISTJZ RECFUNLCALL D100MSRECSGS:MOV DPTR,#ATCSGS；选择GSM字符集LCALL SENDSTRLCALL ECHOOKMOV A, ASSISTJZ RECSGSLCALL D1

51、00MSRECPMS:MOV DPTR,#ATCPMS；选择信息存储位置为SIM卡LCALL SENGSTRLCALL RECHOOKMOV A, ASSISTJZ RECPMS5.3.3 RCB-4H接收模块接收模块RCB-4H的串口消息采用NMEA 0138标准，在对它初始化时还要用到u-blox自己定义的二进制协议UBX协议，这些都需要MCU安格式读取，这也是关键环节。时间采用世界协调时（Coordinated Universal Time简称UTC），它与我国北京时间晚8个小时，如果要实现时间显示，还要有时间转换程序。在实现自动报站时需要利用一定的算法来根据当前的地理坐标判断当前和即将

52、到来的站点，从而控制语音电路实现自动报站。考虑到一条公交线路的站牌数量有限，这里采用固定数据表的方法把各站点的坐标存储在E2PROM，然后把接收到的位置信息与其中的每一个进行比较，首先确定方向，然后按顺序比较，就可以实现自动报站，包括当前站点和即将到来的站点。由于在工作中并不是所有的NMEA语句都是必要的，这里只用到GGL语句，下面是RCB-4H的初始化程序。SETB TC35ICLR RCB4H;SELECT RCB4HSETB ESMOV DPTR,#GPQ;Initialize RCB-4HLCALL SENDSTR;SEND MESSAGE GPQ AND SELECT GLLMOV

53、DPTR,#PUBX;SELECT GLLLCALL LCALL SENDSTR;SEND MESSAGE PUBX155.3.4 LCD显示模块显示模块LCD的作用主要是用来显示时间和管理中心发送的信息，显示时间为每秒刷新一次，管理中心的信息不是很经常；为了比较容易的编辑软件，定位信息也采用每秒1次的刷新速率。LCD显示模块需要大概25ms来初始化，如果有高稳定度的电源在1ms左右上升到稳定值，可以取消这一步，如果电源达不到要求必须按一下程序初始化，不然屏幕可能无法正常工作。 上电等待15ms； 写38H等待5ms； 写38H等待0.1ms； 5*7显示开显示；5.3.5 语音模块的软件设计

54、语音模块的软件设计ISD4004 工作于 SPI 串行接口。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的 SPI 移位寄存器在 SCLK 的下降沿动作,因此对 ISD4004 而言,在时钟止升沿锁存 MOSI 引脚的数据,在下降沿将数据送至 MISO 引脚。协议的具体内容为：1. 所有串行数据传输开始于 SS 下降沿。2. SS 在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。3. 数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。4. SS 变低,输入指令和地址后,ISD 才能开始录放操作。 5. 指令格式是(8 位控制码)加(16 位地址码)。6. ISD 的任何操作(含快进)如

55、果遇到 EOM 或 OVF,则产生一个中断,该中断状态在下一个 SPI 周期开始时被清除。7. 使用读指令使中断状态位移出 ISD 的 MISO 引脚时,控制及地址数据也应同步从 MOSI 端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然,也允许在一个 SPI 周期里,同时执行读状态和开始新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。8. 所有操作在运行位(RUN)置 1 时开始,置 0 时结束。9. 所有指令都在 SS 端上升沿开始执行。10. MOSI 指令从 LSB 开始送入 ISD4004（即最后发送 C4），MISO 信号从LSB 开始送出 ISD4004。Is

56、d4004 在上电时需要一下程序来启动内部电路：10录音模式：Send powerup Wait TpudSend powerupWait 2Tpud Send setrec command with address or send rec command (recording from current location)Send stop command to stop recording16Wait Tstop回放模式：Send powerup commandWait TpudSend play command with address or send play command (play

57、 from current location)Send stop command to halt the current operation or wait for playback operation to stop automatically, when an EOM or OVF is reached.Wait TstopIsd4004 的指令格式如下：表 4 isd4004 的指令格式表名称16 地址8 位指令 xxxc0, c1,c2,c3,c4功能描述上电POWERUPxxxxxxxxx00100系统上电，当接通电 TPUD后器件将准备工作。放音设置A0-A15xxx00111初始

58、化播放地址放音xxxxxxxxx01111从当前地址开始播放，直到遇见 EOM 或者OVF录音设置A0a15xxx00101初始化录音地址录音xxxxxxxxx01101从当前地址开始录音直到遇见 OVF 或者停止命令。SETMCA0a15xxx10111初始化信息标志MCxxxxxxxxx11111Performs a Message Cue. Proceeds to the end of the currentmessage (EOM) or enters OVF condition if no more messages are present.STOPxxxxxxxxx011x0停止当

59、前工作StopPWRDNxxxxxxxxxx10 x0停止当前工作并进入待机状态。Rintxxxxxxxxx011x0读中断标志位（ovf，eom）从此可以看出，如果提前把语音信号分段存储在 ISD4004 里面，把站牌与语音的段首地址对应起来，当到达某站点时找到相应入口的地址，从此开始播放即可实现语音报站。GPS 器件信号良好可以根据定位信息判断语音入口地址，如果出现 GPS 器件信号不好或者 GPS 器件出错，可以采用键盘控制关闭GPS，人工发送相应的播放地址播放录音。5.3.6 定位站点定位站点新乡市的主要范围：东西:113.825o (113o49.501)E113.925o(113o

60、55.501)E，距离 9085M。南北：35.34o (35o20.400)N35.27 o(35o16.178)N，距离 7768M。东西横跨 6 分，南北纵跨 4.222 分，东西每分跨 1514.17m，南北每分跨1839.88m。市区车速平均为 11M/S，高速可达 15M/S，RCB-4H 测量精度为 2.517M，定位信息获取速率为 1Hz；考虑到以上因素，这里采用距离站点 10M 的距离作为该站点的位置，当汽车进入该范围时启动自动报站。这样 20M 的距离内汽车一定会用 1S 以上的时间通过，这期间 RCB-4H 可以获取信息而不至于忽略站点。NMEA 采用 ASCII 编码传

61、送信息，ASCII 中数字为 BCD 码添加加上高四位 3H，latitude 数据格式为 ddmm.mmmmm，longitude 数据格式为 dddmm.mmmmm，d 代表度，m 代表分，新乡市的坐标在度上没有变化，只需比较分。十米东西跨度大约为 0.006604 分（经度），南北跨度大约为 0.005435 分（纬度），而城市公交路线一般为直线，所以可以采用分别比较的经纬度的方法，这种方法比较简单，但是不精确，程序流程如图 5 所示。经度差值0.00660纬度差值0.00543到达 xx 站读取 GPS 信息返回YYNN图 5 确认站点程序流程图如果街道比较弯曲可以采用下面比较精确的距

62、离运算方法确定距离某站 xx还有多远。（32288.1839)0(17.1514)0(latitudexlatitudelongitudexlongitudeD）D汽车与 X 站点的距离Longitude0汽车当前经度Latitude0汽车当前纬度LongitudeXX 站点的经度LatitudeXX 站点的纬度5.3.7 身份授权及验证模块身份授权及验证模块18安全对于公共事业来说是非常重要的，记得曾经有一部美国电影里有这样的一幕，一个犯罪集团利用网路技术入侵了城市管理中心并控制了整个城市的交通秩序，顿时整个社会乱作一团，交通拥堵，交通事故接连不断，就连警察的巡逻飞机和汽车都在犯罪集团的掌控

63、之下，考虑到这些，这里也采用了一定的防止非法入侵的手段。这部分包括以下几个功能：授权用户和密码和系统的设防与解防状态的切换与查询等功能。主要由以下几个部分组成：（1）设置密码防止有人登陆管理中心系统；（2）每一辆车载终端发送信息时才用特殊的加密格式发送，格式密钥要有一定的变动特性，这里采用系统随机生成的密钥并且每过几秒就变更一次密钥，在某一时刻可能任何人都不知到具体的密码，这样不容易破译。（3）采用飞机黑匣子的方法，不允许外人接触该设备。这一部分在实际应用中非常重要，以防不法分子扰乱社会秩序。当前有很多的很优秀的密钥算法，不过由于这里的单片机功能不够强大，这里只采用了简单的文字拆分排序方法，具

64、体算法这里暂且不提。如果为了提高安全性，可以才用其他功能强大的处理机。5.4 整个车载终端的程序流程图整个车载终端的程序流程图系统初始化开始读 GPS初始化 LCD初始化化 RCB-4H初始化 TC35I校准时钟语音报站储存行车记录发送定位信息扫描键盘执行功能程序是否有键按下中断开始更新屏幕数据是否中断返回图 6 车载终端系统程序流程图整个程序的流程如图6所示。首先是系统初始化，然后进入键盘扫描程序，19当GPS信号良好时采用自动报站，一切工作从GPS信号的读取开始，然后校准时钟，语音报站，刷新LCD显示，发送GPS信息等步骤，最后返回键盘扫描程序。当GPS信号不好时或者出错时可以用键盘关闭自

65、动报站功能，然后通过键盘人工报站。GPS信号的读取采用中断方式，TC35I的控制采用查询方式，成功读取GPS信息时就关闭串口中断并启动TC35I，当GPS信息被成功发送到管理中心时，再次开启串口中断。当关闭GPS时系统进入时钟中断方式，这时的时间和日期由车载终端自动生成。框图中的键盘为4*4键盘，功能程序包括：手动调时，手动报站，开启和关闭GPS等功能。5.5 上位机管理中心系统软件设计上位机管理中心系统软件设计综合管理系统（上位机软件）是用 Visual C5.5 +结合数据库来做，Visual C+提供了一个可视化编程的集成开发环境：Visual Studio(又名 Developer S

66、tudio)。Developer Studio 是通用的应用程序集成开发环境，它不仅支持 Visual C+，还支持 Visual Basic，Visual J+，Visual InterDev 等 Microsoft 系列开发工具。Developer Studio 包含了文本编辑器、资源编辑器、工程编译工具、一个增量连接器、源代码浏览器、集成调试工具，以及一套联机文档。使用 Developer Studio，可以完成创建、调试、修改应用程序等的各种操作。电子地图和GPS测试可以由u-blox的u-center软件完成，或者其他电子地图制作软件均可完成，而且可以作为Google Earth的终端，从而实现网络查询。6 总结总结随着无线通信技术的不断提高，通信费用的不断降低，利用移动运营商提供的无线网络实现远程监控和数据传输已被广泛应用于各个领域。特别是基于单片机的GSM数据传输方案在GSM车载终端、自动抄表系统等远程遥测遥控系统中的应用更是倍受关注，而且已经非常成熟；为了实现更快，信息量更加大的信息交换，3G网络将会带来更加优质的通信服务，同时为实现智能交通系统提供了一种更加优秀的解决