自动报站器（精选3篇）
自动报站器 篇1
LPS自动报站器使报站服务简化,公交车到达站点时,驾驶员开关车门就能自动报站。LPS自动报站器这一功能的实现,源于采用的数字智能导游装置。
基于“数字智能导游装置”专利技术开发的LPS自动报站器不仅实现了公交车的自动报站,同时,它还可以用做公交数字智能管理系统的数据源。
1 数字智能导游装置的技术方案
该装置由车载接收控制器、显示控制器、节点显示器、语音存储器和节点存储器五个部分构成。图1为该装置构成示意图。
1.车载接收控制器;2.显示控制器;3.节点显示器;4.语音存储器;5.节点存储器。
(1)车载接收控制器。车载接收控制器是整个装置的核心、初始化时需要调入保存在节点存储器中的运行参数。节点存储器的参数包括:单位标准区间、关联区间和触发区间数据,还有车辆运行方向参数及车辆编号等。运行参数调入单片机后,建立起营运所需的报站系统及数据采集系统,车辆在到达站点开关车门时,产生的脉冲前后沿会根据关联区间对应的关联数字去触发报站系统报到站或离站信息,同时,采集定位数据保存在节点存储器中,到达终点时,系统将数据打包传送给计算机系统。
(2)显示控制器。接收到车载接收控制器发来的关联数字后,将它转换成下列形式的驱动编码,用于显示车辆移动信息数据匹配的每个关联区间的关联数字。
(3)节点显示器。节点显示器采用发光二极管并联构成,这样就可以实现单面布线,而且所用输出端口数减少一半,由于采用二极管并联方式,所以在车载接收控制器和节点显示器间加入一个显示控制器单片机,当显示控制器接收到车载控制器的关联数字后,将它译成驱动编码,驱动节点显示器工作。
(4)语音存储器。车载接收控制器的三线串口与语音存储器连接,当车辆到达站点开、关车门时,产生的脉冲前沿或后沿触发生成的关联数字,通过三线串口驱动语音存储器,将事先存储在相关单元内的音频语音调出实现报站。语音数据需要改变时,可将车载接收控制器的USB接口连接计算机,把WAV或MP3格式的语音以6K-20K音频传给语音存储器。
(5)节点存储器。保存调度方案、标准区间及营运全程等数据,提供系统初始化时使用。
2 具体实施方式
首先进行初始化,初始化后的数据应满足下面的数学模型:
可以记作
在上述数学模型中:
向量a:表示有n个标准区间ai (i=1,2,…,n)是标准区间的营运数据。
向量b:表示营运线路全程的数据,通常是从始发站到终点站的时间。
矩阵X:表示有m个调度方案,可根据平峰、高峰、节假日选择合适的调度方案。
图2 (a)是一个显示装置的图解示意图。公共交通工具行驶的路径是沿着1→2→3→…→n方向行驶,节点存储器5存的行驶全程标准信息数据划分n-1个单位标准区间,车辆由左至右经过每一个单位标准区间,车载接收控制器1检测车辆移动信息数据,移动信息数据确定一个关联数字,假定它就是节点位置的顺序编号,如车辆从1节点行驶至2节点这时得到1,车辆从2节点行驶至3节点,得到2…。
图2 (b)是一个显示装置的图解示意图。以行驶路径的3个节点为例说明,3个节点设定为2个单位标准.区间[A,B]、[B,C],N个节点划分N-1个单位标准区间,在每一个单位标准区间的过程都相同,为使显示和报站的数据准确无误,用车门开关来控制显示和报站。例如;在[A,B]区间的行驶车辆必须到达B点开关车门,车载接收控制器1获取匹配语音存储器4的语音数据信息,发出到站或出站语音及向显示控制器2传输控制标志实现关联数字显示。因为实际到达B点的时间与要求会产生一个误差,所以我们的做法是,当车辆行驶到B点的某一个半径范围时,车门开关就可以触发相应语音存储器4的语音信息数据报站及显示关联数字,这个范围称作触发区间。
如图2 (b)所示,车辆移动信息数据以时间为单位说明,假如A=0分钟,B=5分钟,C=10分钟,m=4分30秒,n=5分30秒,x=行驶时间变量,把[A,B]称作单位标准区间,[A,n]称作关联区间,[m,n]称作触发区间,车辆行驶时间x大于m点数值后,B节点的发光二极管快闪,显示进入触发区间,提醒乘员快到B点,停车开车门时产生脉冲后沿,车载接收控制器1获取匹配语音存储器4的语音信息数据报站,并向显示控制器2传输控制标志数据,使B节点的发光二极管停止闪动,表示到达B点;关车门时产生脉冲前沿,车载接收控制器1取出语音存储器4匹配的语音数据信息报下一站点,并向显示控制器2传输控制标志数据,使x时间值等于B点的值5分钟,以保证至下一节点的准确性。同样,到达下一区间,在C点的前后各取一点m'、n',则[B,C]为单位标准区间,[B,n']为关联区间,[m',n']为触发区间,其运行过程与在前一个单位标准区间相同。如果采用时间作为各节点的标准信息数据,当出现塞车、路障、车辆故障等状况时,停止计时时间,待恢复正常后再启动。
应用“数字智能导游装置”技术研制的LPS型自动报站器,与GPS自动报站器相比具有无信号盲区、适应于任何使用环境,生成数据完整、准确、稳定可靠,生产成本小、应用费用低等特点。
p 47
选取基于AHP的DEA评价方法对公交线路进行评价,通过对公交线路进行全面的分析与评价,寻找公交线路的不足之处,为线路的优化调整提供决策依据
摘要：LPS自动报站器使报站服务简化,公交车到达站点时驾驶员开关车门就能自动报站
公交自动报站系统的设计 篇2
公交系统以其运载量大、运送效率高、运输成本低、相对污染小等优点,已被世界各国公认为解决大、中城市交通问题的最佳策略,也是城市赖以生存的重要基础设施之一[1]。近年来,随着城市公交事业的迅速发展,国内公交线路的报站方式已由传统的售票员报站发展为司机按键报站,但由于司机身兼数职还需完成开关车门等工作,所以经常出现报站不及时或错报、漏报等现象,而且司机在驾驶过程中进行报站也存在一定的安全隐患。鉴于目前国内公交报站设备的现状,公交报站方式的自动化已势在必行[2]。
本文在对射频原理和光伏技术深入研究的基础上,从硬件和软件两方面完成了公交自动报站系统的设计。与传统报站系统相比,该系统可自动实现公交线路的语音播报和LCD显示,具有结构简单、易于实现、维护简单、节能环保等优点。因此,本系统的设计及应用必将具有较高的应用价值和广阔的市场前景。
2 设计方案
系统结构如图1所示,基于射频原理的公交自动报站系统由车载和站台两部分设备组成。站台设备由采用独立电源供电的无线发射模块构成,以实现编码信号的产生和发射;车载设备以单片机为控制核心,主要包括无线接收、音频播放、L C D显示等模块。当车辆行驶到某站台信号覆盖的区域内时,站台设备通过无线发射模块将编码信号传到车载设备,车载设备将自动识别该编码并通过单片机发送指令给语音电路进行提示语音的播放,同时通过L C D电路进行站台信息的显示,从而实现公交线路的自动报站。
3 硬件电路设计
系统硬件结构如图2所示,站台设备由太阳能电池板B T、专用电池管理芯片U C 3 9 0 6、D C-D C转换芯片MC34063以及射频收发芯片NRF401来实现;车载设备以单片机AT89C52作为控制核心,射频收发芯片NRF401实现信号的无线传输,ISD1420和QH2001分别构成语音和显示电路以完成站点信息的实时播报和动态显示。
3.1 无线通信电路
站台与公交车间的无线通信是系统实现的基础和设计的关键。本设计采用挪威Nordic公司推出的集收发功能于一体的无线通信芯片N R F 4 0 1,其片内集成了高频发射、高频接收、F S K调制与解调、P L L锁相环、放大器等单元电路。该芯片工作于4 3 3 M H z的I S M频段,是可以直接与单片机串口连接的无线收发芯片;可靠通信距离达100m,以确保车辆经过站台时能准确地自动识别该站编码,是实现低功率无线数传的理想选择[3]。车载射频接收电路如图3所示,天线拾取的信号经过天线匹配电路送到N R F 4 0 1,由其内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理,再将数据发送到并行接口由微控制器进行读取。
由于有效直线通信距离为100m,所以公交车行驶在以站台为中心前后共2 0 0 m的范围内,都能接收到此站信号,设车速的最大值VMAX=60km/h=16.7m/s,则车辆经过此站台有效区域的时间t=200m/(16.7m/s)=12s,所以可将站台编码发射周期设置为6秒,防止漏报。
3.2 车载控制电路
车载控制电路如图4所示,主要包括时钟、复位和外扩数据存储电路等。选用11MHz晶体振荡器与AT89C52内部振荡器的高增益反相放大器构成自激振荡器,在晶体两端各接一个30PF的电容到地构成并联振荡电路;选用M A X 8 1 3 L芯片搭建复位电路用于增加系统工作的稳定性;选用24C64系列的串行E2PROM搭建外扩存储电路主要用于存放控制语音播报的程序信息。
3.3 车载语音电路
车载语音电路如图5所示,本设计采用美国ISD公司出品的语音录放芯片ISD1420。ISD1420的REC为录音控制引脚(低电平有效),录音时只需给出起始地址(A0-A7决定)可连续存放多个地址,当REC变高或内部存储器已满时则建立结束标志并结束录音操作;PL为放音控制引脚(低电平有效),由89C52的T0控制其电平实现放音,当遇到结束标志或存储器尾部时则停止放音并自动进入掉电等待模式。由于语音信号均需预先录制及录入,系统工作时只需完成放音功能,因此R E C、R E C L E D引脚通过电阻接电源。
3.4 车载显示电路
车载显示电路如图6所示,本设计选用点阵式图形液晶显示模块QH2001,它由128(列)×64(行)点阵组成,屏幕分左右两半屏显示数字和中文。QH2001片内含1个行驱动器和2个列驱动器,驱动器型号都是KS0108A;CSA、C S B都是低电平有效,本系统采用直接控制方式,即把QH2001作为存储器或I/O设备直接挂在控制器总线上,控制器以访问存储器或I/O设备的方式控制显示电路[4]。
3.5 站台电源电路
每个站台的发射模块都需要单独供电,即使就近引入电源走线也十分麻烦。若采用太阳能电池板供电既可解决走线问题又节能环保,符合当前社会倡导。站台电源电路如图7所示,在专用电池管理芯片UC3906的作用下,光照充足时继电器常开触点吸合,在对蓄电池进行充电的同时也为系统供电,弱光或无光照时继电器常闭触点吸合并转入蓄电池供电模式,从而实现对无线发射模块的不间断供电[5];由MC34063构成的DC-DC转换电路可输出稳定的+5 V直流电压,以保证系统正常工作。
4 软件程序设计
系统软件设计主要包括初始化、无线通信、语音和显示等程序模块,主程序流程图如图8所示。系统上电后首先进行程序的初始化,随后进入检测状态。编码格式包含帧首、帧尾、地址、数据及校验部分,帧首采用双字节0x55和0x AA,帧尾使用0x01结束;地址是用双字节地址,共16b,地址分配上,各个电流采集模块地址不相连,使其保持一定的容错性;数据部分为一个字节;地址部分和数据部分使用16进制ASCII送;帧的校验部分使用CRC4校验[6]。如果公交车接收到某一站台发射的编码信号,则转去执行该信号所指向的数据处理程序,即以该站号为依据获得存放该站放音内容的首地址;调用语音程序模块并读入预先存储的本站放音内容首地址开始放音,每次放音完毕利用ISD4004发送一个中断信号给单片机,从而调用显示程序模块进行站点信息显示。由于每条线路的公交车都有正向和逆向两种行驶状态,所以站名播报也相应有正向和逆向两种顺序。每一站往返方向上的两个站台需要区分,为此,应事先设置站台编码给N R F 4 0 1,并同时设置相应的编码存入车载系统的单片机的寄存器中,应保证每一站的编码是不同的,同一站的往返方向上的站台编码也是不同的。每次公交车从始发站出发时都有指针指向下一站(也就是第一站)的编码地址,当到达第一站有效区收到站台发送的编码后,把该编码与单片机中指针对应编码进行比较,若不一致则指针所指地址不变,车载系统继续接收信号;若一致则播报并显示该站对应信息,同时将该指针地址加1(可用单片机内部计数器实现),指向下一站编码地址,这样就可以区分同一车站往返两个方向上的站台编码,准确播报每站信息,且只播报一次。
5 结束语
建立先进的公交信息服务系统是中国发展智能交通系统的重要组成部分,本设计充分考虑到成本、实用性和工作环境等因素,具有性价比高、报站准确、易于维护、节能环保等优点。本系统不仅可以为乘客提供实时准确的交通信息,提高公交系统的服务水平,还可以为人们构建方便和谐的乘车环境,建立良好的交通信息系统,从而满足未来发展的需要。
参考文献
[1]林绿洲,王力超,陆起涌.基于GPS与GPRS的公交智能监控系统[J].仪器仪表学报(增刊),2006,(6):561-563.
[2]徐爱钧,彭秀华.NRF401无线收发模块应用[M].北京:电子工业出版社,2001.
[3]刘连吉.ISD1420单片语音录放器件及电路实现[J].青岛海洋大学学报,2003,(5):18-19.
[4]李维堤,郭强.液晶显示应用技术[M].北京:电子工业出版社,2000.
[5]范长城,王勇.基于太阳能电池板的直流不间断电源设计[J].电源技术应用,2008,(9):25-28.
自动报站器 篇3
目前多数公交车采用无人售票的方式,每部公交车上只配备一个司机,无其他司乘人员。司机除了开车以外,还得手动报站,分散了司机的注意力,存在一定的交通安全隐患。GPS全球定位具有全球、全天候、连续、实时地提供高精度的三维位置、三维速度和准确的时间信息等一系列优点,是实现全球导航定位的高新技术。
1 GPS定位原理
地球上的任何位置都至少可以观测到4颗卫星,这些卫星不间断地发射经过编码调制的电磁波,电磁波中带有卫星信号准确的发射时间和卫星在空间的准确位置。用户使用GPS接收模块即可接收卫星所发射的信号,将接收到的信号解码并计算便可确定接收机的位置。
假设接收机具有与卫星相同的同步时钟,记录下从上电到收到GPS信息的时间t,GPS接收机的位置为(x,y,z),光速为c,则卫星距接收机的距离为ct,利用三个卫星与GPS接收机的三个位置方程,便可求出GPS接收机的三维坐标。方程式如下:
式中,xi,yi,zi为卫星的三维坐标,x,y,z为GPS接收机的位置。
而实际上,卫星和接收机同标准时间都有误差,卫星的时钟差是已知的,故需求出接收机的时钟差。这样利用4个已知卫星星历便可求出接收机的最终位置。将上述位置方程式改成如下方程式:
即可,式中ti为GPS接收机与卫星的时钟差。按照4个方程即可求出GPS接收机的准确的三维位置。
GPS接收模块都支持两种数据格式:SiRF二进制格式和NMEA-0183 ASCII码。NMEA-0183 ASCII码传输的波特率为9600bit/s,传输的数据格式为8位数据位和1位停止位,无奇偶校验位,数据为字符的ASCII码。SiRF二进制格式的通信协议的波特率为4800bit/s,传输的数据格式为8位数据位和1位停止位,无奇偶校验位,输出数据为二进制形式。因为NMEA-0183 ASCII格式易于解析,因此采用NMEA-0183 ASCII码格式。
2 硬件设计
系统主要由单片机最小系统(电源模块、串口模块、单片机、时钟模块等)、GPS模块、语音模块和显示模块构成。GPS模块作为数据采集器,接收卫星传来的数据信息,给系统提供数据输入,单片机最小系统作为整个系统的主控制器,实现对所采集的数据处理,并控制语音模块播放相应语音信息,液晶模块显示相应内容,从而实现数据采集、数据处理、语音播报和信息显示等功能。系统整体设计如图1所示。
系统的主控制器采用STC89C52单片机。GPS模块采用台湾HOLUX公司生产的GR-87,该模块采用美国瑟孚SiRF公司所设计的第三代卫星定位接收芯片,是一个完整的卫星定位接收器。TTL电平数据输出,每秒一次GPS全功能数据,通信波特率4800、9600、19200、38400可选。输出数据有ASCII码和二进制两种格式。由于需要解析出GPS的字符串信息,所以采用ASCII码数据格式,该协议支持6种数据格式,分别是GPGGA、GPGLL、GPGSV、GPGSA、GPRMC和GPVTG。由于只需要解析出经纬度信息,所以只需要最简单的数据即可,GPRMC型数据即是系统推荐的最小GPS数据,故在系统中采用该格式。将GPS信息使用串口调试助手工具调试,输出语句如下:
SGPRMC表示接收数据为GPRMC数据,071945.000是接收到的格林威治时间数据,A表示接收的数据有效,3939.4166是接收的纬度数据,N表示北纬,11809.8490是接收的经度数据,E表示是东经。只需解析出这几个信息即可。
语音芯片采用ISD4002-120,可实现2min的录放音,且时间长度可选。芯片的工作电压3V,采样频率为8.0kHz,最小分辨率为200ms。为了使系统更完善,设计了语音功率放大电路和LCD显示电路,确保语音清晰和经纬度的直观显示。
3 系统软件设计
3.1 主程序设计
主程序主要用于实现液晶显示屏、串口和语音模块的初始化。
LCD_init()函数是对液晶显示屏进行初始化,使其能够顺利显示数字和字符。init_serialcomm()是对串口进行初始化,串口用来接收GPS数据,所以要对串口的波特率、工作方式等进行设置。串口初始化之后,main执行while(1)死循环等待串口中断。
3.2 串口中断程序的实现
设计使用的是串口接收中断,中断号为4,串口中断服务程序主要包括两部分:GPS数据接收解析程序和数据处理程序。
函数定义如下:
当单片机接收到GPRMC数据后,会产生接收中断,RI被置1,主程序不再执行死循环while(1),而是进入串口中断程序。在串口中断程序中,首先软件对RI(必须软件清零)清0,允许串口接收缓冲器接收下一个数据;然后,便开始接收GPRMC数据。例如“GPRMC,071946.000,A,3939.4166,N,11809.8480,E,0.00,,20511,,,A*7A”,使用if语句判断接收缓冲区SBUF的值是否为‘R’,即可知道该字符是不是GPRMC语句的开始。GPRMC数据都是由逗号隔开的。本设计中只接收GPS接收机的经纬度数据,这样占用单片机的程序存储器很小,又能满足要求。GPRMC数据的某一项数据,如经度数据和纬度数据,在一整条GPRMC语句中总是有它的固定位置,如纬度数据是在第三个逗号之后,经度数据是在第五个逗号之后。程序流程如图2所示。
在主程序的开始,将经纬度数据和经纬度计数等设计成全局变量。在确定接收到的字符为‘R’后,即可确定开始接收一整条GPRMC数据了。每次接收到的数据为‘,’则num值加1,收到第二个‘,’后,num值变2,依此类推。当num的值为3时,在下一次中断中接收到数据即为纬度数据,这时num的值不改变,中断程序会一直接收纬度数据,wdjs会一直增加,直到遇到逗号,num值增加,wdjs[]不再存储数据。当num的值为5,同理接收经度数据。在后面的字符中,以‘*’作为GPRMC数据的末尾。使用if语句判断接收到的字符是否为‘*’,即可判断GPRMC数据是否已经接收完毕。
因为LCD液晶屏的驱动需要字符串,所以经纬度字符串的尾部需要添加‘�’。每次接收完成后,经纬度和逗号计数清零。因为站牌经纬度信息是以浮点数形式宏定义在程序中的,所以在比较时应该将字符串转化为浮点数,通过函数string_to_int()来实现转化。
3.3 语音处理程序
系统采用的语音芯片ISD4002主要使用SPI协议传输数据,以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线(单向传输时3根也可以),分别是MOSI(数据输入)、MISO(数据输出)、SCK(时钟)、SS(片选)。
语音处理程序主要包括放音程序和录音程序。录、放音程序又是由各种其他子程序构成的。包括预放音程序、预录音程序、预指令和地址发送程序、命令发送程序、上电程序、掉电程序、停止程序和延时程序等。ISD4002的控制指令为5位,地址为10位。ISD4002遵守SPI串行通信协议,数据在时钟上升沿进入ISD4002,在时钟下降沿送出ISD4002。
数据的发送程序如下:
SCLK和MOSI是ISD4002与单片机的接口,一个是时钟端,一个是数据移入端。在上述程序中,要发送的命令字放在isdx中,若语句isdx&0x01=1,则表明isdx最低位为1,否则为0,即MOSI为1或为0,设置时钟上升沿,这位数据被送入ISD4002。isdx右移,为下一次送数据做准备,循环8次,isdx里所存储的数据即被全部送入ISD4002。
3.4 液晶显示器LCD5110驱动程序
在主程序的开始,将所需要字符的字库和要显示的汉字字库使用宏定义声明为字符串数组。在显示相应字符或汉字时,只需调用相应的字符串。
液晶显示屏LCD5110驱动与语音芯片ISD4002录放音程序相同,也遵守SPI串行通信。液晶显示屏以8位数据为通信单位。与语音芯片ISD4002稍有不同的是,向ISD4002发送8位数据时,低位在前,高位在后;而LCD5110是高位在前,低位在后。LCD驱动使用的函数为void LCD_write_byte(unsigned char dat unsigned char command)。在发送数据时,要区分发送的数据是命令字还是数据,因此在定义函数时,形参中有一个是待发送的8位字符串dat;另外要区分要发送的是字符串还是数据的变量command,command为0时,发送的为命令,command为1时,发送的为数据。无论是数据还是命令,都要先选中液晶显示屏,即令片选LCD_CE为0,然后把dat的值送给LCD5110的数据命令引脚SDIN。数据传送过程的实现与ISD4002语音芯片原理相同。
4 结语
通过硬件及软件系统的设计,制作了一个小型的GPS公交语音报站系统,经测试,在空旷的室外,GPS模块可以很好地接收信号并准确读出经纬度数据;在运动的过程中,可以对途经站点自动进行准确、清晰地报站。该系统经过扩展封装后,可以直接应用于公交车辆上,有很强的实用价值。
参考文献
[1]王东,张海辉,路艳巧.基于GPS的公交车自动报站系统的设计[J].微型机与应用,2010,29(24):86-88,92
[2]文科,张永生.基于GPS技术的公交车控制器[J].自动化与仪表,2009,(6):19-21
[3]章乐多,兰琴丽.基于GPS信号的公交车自动报站研究[J].内江科技,2010,(6)
[4]杨瑞霞.GPS公交车智能报站系统的实现[J].电子技术,2006,(6)