自动报站系统

自动报站系统（共7篇）

自动报站系统 篇1

1 引言

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.

[6]杨伟平,刘剑飞等.基于nRF905的公交车自动报站系统[J].通信技术,2009,(10):134-136.

公交车智能自动报站系统 篇2

公交车的发展经历过从有人售票到无人售票的转变, 从人工报站到机器报站的转变。在社会信息化程度不断加快、各种资讯平台随处可见、物联网概念日益趋于实用化的今天, 公交系统的科学技术投入也在加大, 从整个公交运行系统来说, 发展类似BRT这种封闭行进在专用车道的快速地面公共交通系统是解决城市交通拥挤, 实现城市公交舒适、快捷的新方式[1]。

2 总体设计方案

公交车智能自动报站系统由核心控制系统模块STC89C52[2]、电机驱动模块、循迹模块、WT588D语音模块、红外接收模块、红外发送模块及语音和图文显示模块构成。系统沿着黑线行驶, 遇到站点, 就停下进行报站, 并在下一站到来前进行预报, 没有到达站点时, L298驱动电机, 使得小车继续沿着黑线行驶。方案设计框图如图1所示。

2.1 语音模块

语音模块由WT588D芯片构成, 采用一线串口控制模式, 可直接用P0.3连接到单片机引脚。语音芯片内置功放可直接采用PWM输出外接喇叭[3][4]。给语音芯片事先把各个站点的报站内容以及和提前报站有关的声音素材放在0～220的地址中。连接到单片机, 当小车到站时候就由单片机把各个指定站点的地址发送给WT588D语音模块的P0.3口, 语音芯片就会播放出指定地址的内容。WT588D语音模块连接图如图2所示。

2.2 报站模块

(1) 提前报站编码发射模块设计

PT2262芯片[5]通过红外发射管将编好的即将到达的站点的地址码发送出去, 小车经过的时候接收到编码时, 进行判断出各个即将到达的站点, 从而触发语言芯片发出语音提示。

(2) 提前报站编码接收模块电路设计

一体化红外接收头接收到红外信号, PT2272芯片[6]对收到的信号进行解码, 单片机读取PT2272的解码信息, 识别即将到达的站点名称。

2.3 液晶显示模块

带字库的LCD12864[7]是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式, 内部含有一级、二级简体中文字库的点阵图像液晶显示模块, 可以显示8×4行16×16点阵的汉字, 也可完成图形显示.低电压低功耗。LCD12864一共20个引脚, 其中5脚接单片机的P0全部I/O口和P2的三个I/O口, 是LCD与单片机通讯的桥梁。15脚是控制LCD的串并行的, 16和18是空脚, 1和20脚接地, 2、17和19脚接电源, 3脚接可调电位器, 调节LCD对比度电路[8]。如图5所示。

3 软件设计

当MCU发送信号给L298时, 驱动模块就根据MCU发送的信号来控制电机的转动, 配合真循迹来控制车子的运转。小车循迹时, 单片机对光电模块传来的信息, 进行判断, 来矫正小车驶入正常轨道。当小车收到即将到达站点发射模块发出的编码时, 单片机处理接收模块传来的编码信息进行判断。然后启动语音模块, 对即将到达的站点进行播报。小车在循迹的过程中检测到站点时, 单片机对光电发来的信号进行判断是否到达, 判断出到达时启动语音模块进行报站并在液晶上显示站点名称和下一站即将到达的站点的名称。

4 系统调试

对系统进行实地的运行, 观察报站的站点是不是准时在相应公交站点播报, 同时观察站点的文字显示和播报的语音是否同步。

5 结束语

本系统用红外收发模块电路传输公交站信息, 通过WT588D语音模块实现了公交车的自动报站和提前报站, 并利用LCD12864显示站点信息。整个系统使用的器件成本较低, 从测试的数据可以看到, 系统精度高, 可靠性强, 可以广泛运用于公交车、各类景点观光车和环校小巴士等。

参考文献

[1]周干峙.以大交通观念构建城市交通系统[J].城市交通, 2011, 9 (1) :12-19.

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[4]史洪宇.基于单片机的多功能智能小车的设计[J].仪表技术, 2010, (12) :16-18.

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[7]董辉.汽车用传感器 (第2版[) M].北京:北京理工大学出版社, 2009, 155-159.

自动报站系统 篇3

现阶段,全球定位系统(GPS)技术日趋成熟,越来越多的公交公司利用这一技术来实现公交车的自动报站[1]。但该方式技术复杂,投资大,不易推广。本文采用远程射频技术,结合单片机工作原理,对现有公交车的手动报站装置进行改造。我们以实用性,性价比及可操作性为主要出发点,以减轻公交车驾驶员的劳动强度,提高公交系统的安全性和报站准确性为最终目的,设计出了该公交车自动报站系统。

1 设备整体设计方案

公交车自动报站器主要由射频阅读器、射频卡、主控制电路板、语音存储模块和键盘显示模块等部分组成[2],设计方案框图如图1所示。

在公交车站台处设置特定的射频卡,当公交车进入工作范围(站台进入公交车上的天线工作距离)时,站台上的射频卡接收到发射器的发出的信号,并将射频卡的信息通过天线反射回阅读器,接收后经过单片机的验证,将信号发送给主控制电路进行筛选,辨别车站的信息。辨别完成后,单片机启动语音存储模块,调用语音模块中录制好与车站相对应的语音信息,再通过运算放大电路后,用来驱动公交车中的音响,提醒旅客车站信息,使旅客乘车更加方便,由于整个过程没有驾驶员的参与,大大挺高了公交车的安全性。

2 设备各组成部分设计

2.1 射频发射接收电路设计

射频发射部分采用DF发射模块,其工作频率为315MHz,采用声表面波谐振器稳频,频率稳定度极高。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。DF数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V,当电压变化时发射频率基本不变,其发射距离随着电压的升高而变大。通过测试,遥控距离在离站台30～50m为宜,因此将工作电压设置为3V左右,根据不同站台的地理位置和环境条件的不同还可以进行调整。发射部分电路如图2所示。

射频接收部分仍采用DF模块,该模块的输入端天线有选频网络,输出端具有波型处理电路,可以减少噪声信号对该系统的干扰,该模块自身辐射极小,模块背面安装网状接地铜箔,减少了自身电磁信号泄漏和干扰信号的影响。接收部分电路如图3所示。

2.2 控制电路设计

本设计的控制核心采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A[3],语音存储采用凌阳公司的SPR4096芯片,键盘及显示采用凌阳公司的键盘及显示模块。控制电路原理如图4所示。

射频接收器接收到站台反射回来的信号后,将信号送入单片机。单片机根据存储好的站台数据库进行站台识别,识别结束后再调用语音存储模块事先录制好的对应报站语音信息。语音信息经数模转换电路后输出模拟语音信号,再经放大电路放大驱动扬声器进行语音播报,并调用相应的信息在显示屏上对到站信息进行显示。当报站信息出现异常时,公交车司机可通过操作键盘上的按键,来对报站信息进行调整。

2.3 程序设计流程

程序设计流程如图5所示。首先对系统进行初始化,确定公交车的初始位置(默认为从起始站出发)。在公交车运行过程中,不断发射射频信号,当靠近某一站台的射频卡时,首先进行识别检验,检验是否为干扰信号,若是干扰信号,则继续发射射频信号,若不是则对反射回的射频信号送入单片机进行识别,单片机程序采用查询模式,识别站台出的身份后,调用语音模块中相应的语音信息和寄存器中的站台文字信息分别送到音响和显示屏进行语音播报和显示。系统安装手动控制电路,用以解决一些特殊和意外情况[4]。

接下来对反射回的射频信号进行编码验证,将接收到的射频信号编码与存储在单片机内部存储器中的编码进行比对,识别站台的身份,以确定调用语音模块中语音信息,保证不会发生错误报站的情况,还可以很好地解决多路公交车停靠同一站台时的相互影响问题(不同路的公交车射频阅读器不同)。当出现一些特殊和意外情况时,司机按下控制按键,可强制对报站程序进行修正,或使公交车发出一些特定语音信息。意外情况解除后,公交车接收到新的站台信号,通过编码验证后,程序又可以恢复自动运行。

此程序在设计过程中考虑了公交车在实际运行中可能出现的问题,满足系统在实际运行中的各项要求。

3 设计方案的实施

在公交车自动报站系统中,可以利用原有的公交车手动报站系统,在原有的基础上增加一套远距离射频设备和一块控制单片机[5]。将单片机发出的控制信号通过光电传感器加到手动报站器的按钮两端,当射频接收器接收到射频信号时,通过单片机驱动光电传感器导通,达到司机手动按下按钮的效果,从而降低自动报站系统的改造成本,具有更好的可行性。考虑到公交车运行过程中的道路和上下车情况变化很大,因此仍然保留了司机的手动控制电路。这样,若在某些特殊情况下,司机可以对报站系统进行修正。

4 结论

通过在公交车和站台上的实际测试,本公交车自动报站系统获得了良好的传输效果。系统工作稳定、性能优良、成本低,具有很强的实用性和推广价值,完全可以用它来大规模地对现有公交车手动报站器进行改造。

参考文献

[1]蒋皓石,张成,林嘉宇.无线射频识别技术及其应用和发展趋势[J].电子技术应用,2005(5):1-4.

[2]李刚,曾锐利,林凌.基于射频识别技术的智能交通系统[J].信息与控制,2006(5):13-17.

[3]凌阳公司.器件及技术手册[G].2005.

[4]陈文智,等.嵌入式系统开发原理与实践[M].北京:清华大学出版社,2005.

自动报站系统 篇4

关键词：U盘,FAT16,AT89C51SND1C

1 公交车自动报站系统概述

公交车自动报站系统是采用全球定位系统(GPS)进行数据采集,实时解算车辆当时的经度、纬度等信息,获得公交车的实时坐标,将其与站台坐标相比较,公交车驶入站台一定距离范围内时,不用人工干预,系统自动进行报站、温磬提示等服务。如果公交车需要临时改变运营线路或更换一些语音广告信息,公交管理人员可以通过USB口,方便、快捷地下载更新语音信息。

2 硬件设计

图1为公交车自动报站系统的总体结构,整个自动报站系统分为语音信息存储和自动播报两大部分。语音信息存储将预播放的语音信息(如报站、广告、温馨提示等)通过USB接口,存储在Nand Flash存储器中。

系统的主控制器采用ATMEL公司的AT89C51SND1C,它具有C51内核,64 KB的Flash程序空间和4k字节引导闪存以及2 304 B的RAM存储器,允许通过嵌入的4 KBFlash引导区进行在系统编程,片上集成了多种外设(MP3硬件解码器;可编程音频输出接口DAC;USB1.1控制器;内建锁相环 PLL;两路10位ADC;44个通用I/O;两个16位定时器/计数器;硬件看门狗定时器;标准全双工UART),这样就大大简化了外围电路的设计。

存储器选用三星公司的K9F1208U0B芯片,该芯片存储区域分为4 096个Block,每Block大小为32个Page,每Page有512kB+16字节。

3 U盘软件设计

软件设计主要包括Mass Storage类协议和FAT16文件系统。

3.1 Mass Storage类协议的实现

主机和海量存储设备的Mass Storage类协议需要实现下面3个部分:①在设备的枚举阶段,提供 Mass Storage类协议描述符;②在数据传输阶段,实现Bulk-Only批量传输协议;③实现 SCSI命令集。

3.1.1 枚举过程的实现

USB总线包括控制传输、中断传输、批量传输和实时传输4种传输类型[1]。每一个设备端点0的默认管道都支持控制传输,除了端点0,还有端点1和端点2。在枚举过程阶段,主机与设备之间采用控制传输类型,即利用端点0完成枚举过程。在枚举过程中,至少需响应读取设备的描述符(GET DESCRIPTOR)、配置端口(SETCONFIGRATION)和配置地址(SET AD-DRESS)3个请求。程序流程实现如下:

3.1.2 Bulk-Only批量传输协议的实现

端点0用于控制传输方式,则端点1和端点2用于Bulk-Only传输方式,配置端点1为Bulk-In,端点2为Bulk-Out。当主机对设备枚举成功之后,主机与设备之间就可以通过端点1、端点2进行通信了。

主机和设备之间通过传送CBW指令和CSW状态字,以及Dade来完成数据的存储和读取。海量存储设备接收到CBW命令字后,分解出CBW命令中包含的指令信息,并对指令信息进行处理,同时向主机返回状态字CSW。Bulk-Only传输的流程图如图2所示。

3.1.3 SCSI命令集的实现

在U盘的接口描述符中,当bInterfaceSubclass取值为0x06时,主机与U盘之间就会按照SCSI指令进行命令的传送。U盘收到CBW命令字后,对CBW中的命令块按照SCSI的命令格式进行解码,解析出SCSI命令中包含的命令信息。Windows环境下支持12位的SCSI指令格式,如图3所示。

SCSI指令中的命令码表示对存储设备不同的操作,对U盘而言,并不是所有的命令码都要进行答复和处理。程序流程实现如下:

3.2 FAT16文件系统设计

U盘插入USB总线并枚举成功后,主机会依次发出Inquiry、Read_Capacity、Mode_Sense等请求,如果上述请求的返回结果都正确,主机则会发出Read10命令,读取文件系统0簇0扇区的MBR数据,进入文件识别阶段。如果文件系统设计的不正确,USB总线将会复位,终止主机与U盘之间的通信,丧失U盘功能。

自动报站系统中的U盘大小设计为64 MB,采用FAT16文件系统,定义32个扇区构成一个簇。FAT分配空间的时候,是按簇来分配的,但是其给出的地址却是LBA(Logical Block Address),即它只给出一个扇区号,比如对此 Flash 而言,若给出 LBA为0x40,实际代表簇1的扇区1。因此需要将LBA转换为实际物理地址,这样,才可以对数据进行正确地存取操作。转换公式为

Flash的 Block=Logical Block Address/0x20

Flash 的Page=Logical Block Address %0x20

FAT16文件系统[2]的磁盘分为:MBR区、DBR区、FAT区、FDT区和DATA区。MBR区又称主引导记录,其后为64 Byte的磁盘分区表;DBR区为操作系统引导记录区,通常占用分区的第32扇区,共512 Byte,由跳转指令、BPB和结束标志几部分组成;FAT区用来存放文件分配表,文件分配表是一一对应于数据区簇号的列表,反映了所有簇的使用情况,每个表项单元的位长决定了FAT的类型,比如FAT16的表项单元为16位。FAT表一般都有一个备份;FDT区用来存放着文件目录表,位于备份FAT表之后,FDT由多个32字节目录项构成,记录着根目录下每个文件的起始簇号和属性等,FDT大小为32个扇区,最多可以保存512个目录项;DATA区是真正意义上数据存储的地方,位于FDT之后,占据磁盘上的大部分数据空间。

4 结 语

基于AT89C51SND1C主控制器的公交车自动报站系统中,实现了完整的U盘功能。

参考文献

[1]马伟.计算机USB系统原理及其主/从机设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[2]戴士剑,涂彦晖.数据恢复技术.2版.[M].北京:电子工业出版社,2005.

LPS自动报站器的关健技术解析 篇5

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。

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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

自动报站系统 篇6

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)

自动报站系统 篇7

随着国内经济的迅猛发展, 全国的大小城市也在迅速扩大, 大量人口快速地涌入和人口出行的需求也出现几何的增长, 这就导致了城市交通运输的日益紧张。发展公共交通是缓解城市交通运输压力的有效方法。我国目前使用最为广泛的公共交通工具还是公交车, 因此利用科技发展智能公交是必然趋势。

为了能让更多的人选择公交出行, 就必须改善公交的乘坐体验。这方面能做的工作有很多, 其中智能报站功能是焦急等车的人们十分盼望的一个功能, 能有效地提高乘车人的公交体验。众所周知, 普通的公交站牌仅能为乘客提供公交路线信息, 而乘客十分希望知道的车辆位置信息却没法提供[1]。

于是, 早期以GPS配合控制中心的智能公交系统应运而生:在公交车上安装GPS, 为控制中心提供车辆位置信息;控制中心再通过有线网络或GPRS网络反馈到电子站牌, 显示车辆到达的信息。这样的系统虽可以提供车辆位置信息, 但是存在一个非常关键的不足就是系统成本太高:每辆公交车都必须安装GPS定位装置和无线数据传输系统, 一条路线成本就是上百万, 而且该系统由于城市交通运行的复杂性, 车辆走走停停, 它的预报时间也很不准确, 影响乘车的体验。

本文所设计基于Zig Bee的智能公交报站系统使用ZigBee模块代替GPS定位装置, 并且不用每台公交车配上一个DTU无线传输模块, 而是一个站台配上一个DTU无线传输模块, 这样能大大节省软硬件成本, 费用只有原来系统的一半;而且本系统的报站是以告知乘车人下一趟车距离该站台还有几站的形式进行播报。所以可以做到报站精确无误。有了这两个关键的改进后就十分有利于该系统的推广和应用。

2. 系统组成

图1是智能公交报站系统的系统组成框图, 它是一个三层结构。由三个部分组成, 分别是公交监控中心, 站台组件和车载组件。

公交监控中心通的主要功能是通过站台组件来获取车辆的到站、出站信息。通过综合分析这些信息可以对车辆的运行状况有清晰的了解, 便于对公交车辆进行及时的管理、调度和维护;

站台组件主要有三个功能。第一个功能通过DTU设备利用2G/3G网络接收上一站台的公交车辆进、出站信息, 对这些信息进行处理以后, 得出公交车辆距离本站台的距离信息。之后通过LED显示屏进行车辆的到站情况预报;第二个功能通过站台上的Zig Bee模块和公交车辆上的Zig Bee模块通讯来获取该站台的公交车辆进、出站时间信息, 并且通过DTU设备利用2G/3G网络把这些信息传送给下一站点;第三个功能将获取的本站台公交车辆进出站信息传送给公交监控中心。

车载组件的主要功能是通过Zig Bee模块向站台组件发送车辆进出站台信息。

2.1 Zig Bee介绍

Zig Bee译为"紫蜂", 它与蓝牙相类似, 是一种新兴的短距离无线通信技术, 用于传感控制应用 (Sensor and Control) , 由于其网络可以便捷地为用户提供无线数据传输功能, 因此在物联网领域具有非常强的可应用性[2]。具体来说Zig Bee有以下优点:

(1) 低功耗:在低耗电待机模式下, 2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月, 甚至更长。

(2) 低成本:通过大幅简化协议 (不到蓝牙的1/10) , 降低了对通信控制器的要求。

(3) 短时延:Zig Bee的响应速度较快, 一般从睡眠转入工作状态只需15ms, 节点连接进入网络只需30ms, 进一步节省了电能。

(4) 高容量:Zig Bee可采用星状、片状和网状网络结构, 由一个主节点管理若干子节点, 最多一个主节点可管理254个子节点。

(5) 高安全:Zig Bee提供了三级安全模式, 包括无安全设定、使用访问控制清单 (Access Control List, ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准 (AES 128) 的对称密码, 以灵活确定其安全属性。

(6) 免执照频段:使用工业科学医疗 (ISM) 频段, 915MHz (美国) , 868MHz (欧洲) , 2.4GHz (全球) 。

2.2 DTU设备介绍

DTU设备是本系统的一个关键设备, 它起到了一个承上启下的作用, 所以它工作的稳定性、可靠性就十分重要。本系统选用了在该领域的龙头企业广州致远电子有限公司所生产DTU设备, 型号为:DTU ZWW-36A。该设备有以下一些特点:

(1) 工业级高速RS-232电平串行接口, 最高波特率921600bps, 超大数据缓存区设计 (收发各10M字节) , 采用动态划分技术, 高效使用缓存区。

(2) 支持串口配置和USB接口配置, 方便没有串口的计算机使用支持短信配置与维护。

(3) 内嵌完备可靠的协议栈, 数据全透明传输, 用户无需了解复杂的TCP/IP、PPP等协议, 支持数据中心动态域名或IP地址访问, 支持备用数据中心和断线自动重连功能, 并且连接时机可控功能, 节约流量。

(4) 支持本地和远程图形化向导式配置与维护, 支持数据中心虚拟串口功能, 无缝衔接现有上位机软件, 在主流组态软件中集成驱动, 使用简便。

(5) 使用工业级模块, +6V~+26V宽范围供电, 多重软硬件可靠设计, 复合式看门狗技术, 使设备安全运行, 可适应高温和低温工作环境, 温度范围-25℃~+70℃。

2.3 主控芯片介绍

车载组件和站台组件选择STC15F1K28AD芯片为主控芯片, 管脚分布见图2。STC15F1K28AD单片机是宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期 (1T) 的单片机, 是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机[3]。

这款芯片有以下特点:

(1) 高速:增强型8051 CPU, 1T, 单时钟/机器周期, 速度比普通8051快6~12倍。

(2) 工作电压宽:可以5.5~3.8V之间正常工作 (5V单片机) 。

(3) 内部高可靠复位:8级可选复位门槛电压, 可彻底省掉外部复位电路。

(4) 内置高精度R/C时钟, ±1%温漂 (-40℃~+85℃) , 常温下温漂5%, 内部时钟从5MHz~35MHz。

(5) 低功耗设计:低速模式, 空闲模式, 掉电模式/停机模式 (可由外部中断唤醒) 支持掉电唤醒的管脚:INT0/P3.2, INT1/P3.3。

3. 站台组件的硬件电路组成

图2和图3所示的是站台组件和车载组件的组成框图。本系统的电路很简洁, 关键核心部件都选用成熟可靠的成品模块, 其中站台组件和车载组件选用了相同的主控芯片和Zig Bee模块, 所以电路基本相同。本文以站台组件的电路为例进行说明。

3.1 站台组件主控电路

图4所示的是站台组件的主控电路, 主控模块所使用的芯片STC15F1K28AD, 它有内置的高精度振荡器, 所示在电路设计时就没有外接晶振。利用稳压芯片ASM117S来提供5V电源。二极管D1是用来防止电源反接的。电容C1、C2、C3和C4是用来进行电源滤波的, 其中需要注意的是电容要按照大小搭配使用的原则, 这样能取得更好的滤波效果。

电容C5和C6在布板的时候要紧挨着主控芯片, 这样既能有好的滤波效果还能起到去耦作用。电阻R4和电容C7组合形成一个上电复位电路, 用来对主控芯片进行上电复位。

3.2 站台组件的无线接收和发送电路

图5所示的是站台组件的无线发送和接收电路。U3是晓网电子有限公司生产的WLT-2433模块, 利用该模块能够实现串口数据和Zig Bee数据透明互传。R5、R6、R7、D1、D2和D3组成WLT-2433模块的工作状态指示电路, 分别用来指示无线网络的连接情况、通讯情况和网络质量信息。U4是看门狗芯片, 通过和外围的元器件的配合来实现转换模块的上电复位功能和死机唤醒功能, R8是限流电阻, R9是上拉电阻, 确保正常情况下看门狗不会复位。电容C8是看门狗芯片的电源去耦合电容。

U4是串口LED显示屏, 要显示的文字和位置信息通过串口进入, 就能在屏幕上相应的位置显示想要显示的文字。

U5是DTU设备, 它将串口接收的信息传输通过3G网络传输给下一个站台和公交控制中心。

3.4 主控模块的软件设计

在这模块的软件设计中我们首先要设计一个合理的通讯机制, 那么需要考虑在实际应用场合中的几点特殊情况:

(1) 正常运行过程中, 不应该不断地发送数据, 减少道路无线干扰;

(2) 公交站点节点采用电池供电, 需要休眠, 如果进入休眠状态的时间控制得不合理, 那么很有可能错过与公交车的数据交互, 为此, 我们通过分析, 来制定基站节点的休眠时隙。

(3) 实际可用的交互时间:因为不同的Zig Bee节点的通讯范围不一样, 我们取一个例子作为分析样本, 晓网电子出品的WLT-2433为例, 安装上2dbi的天线, 信号单边覆盖范围为200米, 考虑到公交车内的发送节点受到车体的阻隔, 我们将单边覆盖范围缩短为100米, 公交车的车速一般在50公里每小时以内, 也就是13 M/S, 加上车进站会减速, 粗略计算下来, 至少有10秒钟的时间, 可以和公交站台的节点通讯。考虑到公交站台节点要采用电池供电, 公交车在运行过程中尽量不向外辐射信号, 以及实际可用于交互的时间, 本方案采用的机制如图6所示。

基站每隔3秒醒来, 广播发送三次信息, 每次间隔100ms, 公交车节点收到来自基站的数据就以100ms间隔不断发送本车的数据信息请求, 直到站台节点回复数据, 确认信号, 才停止。数据交互的一个来回, 时间可以控制在15ms以内, 只要公交车节点碰上一个醒来的时间, 就能完成数据交互, 即使有多台公交车同时通讯。

软件的设计是通过C语言来实现的, 整个程序设计包括显示、接收、信息处理、收发等程序, 限于篇幅这里只给出车载组件和显示组件的程序流程图, 图7是探测部分的车载组件的流程图, 图8是站台组件的程序流程图。

4. 结束语

城市智能公交系统随着快速公交系统BRT (Bus Rapid Transit) 的普及, 带来了新一轮的公交智能信息化, 而乘借物联网的浪潮, 智能感知、物物联网的技术运用也对智能公交系统跃跃欲试, 本公交报站系统就正好迎合了这个趋势, 它集中运用了3G、Zig Bee和移动互联网等最新的技术, 具有报站准确、成本低廉, 维护简单等优点、具有广泛的市场前景。

参考文献

[1]朱开宇刘佳宇安永丽王文辕王烽源.基于ZigBee的城市智能公交网络系统[J].单片机与嵌入式系统应用, 2008, 3 (17) .

[2]刘一婷, 杨恒, 张正炳.基于ZigBee的仓库监控系统设计[J].物联网技术, 2013, (4) :33-35.