基于GPS的電子站牌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
| 摘要:針對(duì)國(guó)內(nèi)公共交通運(yùn)行管理的實(shí)際情況和GPS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了一種利用GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)公交電子站牌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，具體介紹了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。 隨著我國(guó)城市公共交通工具的發(fā)展，建立完整和科學(xué)的公交車輛管理系統(tǒng)，將成為城市基礎(chǔ)事業(yè)建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。GPS(全球定位系統(tǒng))是一種高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，主要由空間部分(GPS衛(wèi)星星座)、地面控制部分(地面監(jiān)控系統(tǒng))、用戶設(shè)備部分(GPS信號(hào)接收機(jī))組成。目前，GPS系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用，因此完全可以利用這一先進(jìn)技術(shù)對(duì)公交車輛進(jìn)行管理。 GPS定位技術(shù)為車輛導(dǎo)航、定位提供了具體的實(shí)時(shí)定位能力。通過(guò)車載GPS接收機(jī)，駕駛員能夠隨時(shí)知道自己的具體位置，并可持續(xù)向各站臺(tái)發(fā)送車輛當(dāng)前的位置信息和車號(hào)，而站臺(tái)則將接收的信息通過(guò)電子站牌顯示出來(lái)，以便乘客隨時(shí)了解自己欲乘車輛的具體位置和所需等候的時(shí)間。本文給出了實(shí)現(xiàn)上述功能的相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)。 1 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由車載和站臺(tái)2個(gè)子系統(tǒng)組成，二者之間通過(guò)無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)通信，在實(shí)際應(yīng)用中可以充分利用城市現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，如用電臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。 1.1 車載部分設(shè)計(jì) 以GPS OEM板為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)車載部分的車輛位置數(shù)據(jù)接收裝置。首先，單片機(jī)AT89C51將接收的衛(wèi)星信息作相應(yīng)的處理；然后，把相關(guān)的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線的發(fā)射模塊發(fā)送給公交站牌，同時(shí)通過(guò)數(shù)碼管把一些信息直觀地顯示出來(lái)。整個(gè)子系統(tǒng)包括接收GPS信號(hào)、中心處理、數(shù)據(jù)顯示和無(wú)線發(fā)射4個(gè)模塊。 車載部分的主要工作流程為：駕駛員撥動(dòng)撥碼開關(guān)，確定當(dāng)前公交車輛的編號(hào)(即是哪一路公交車)，開機(jī)后系統(tǒng)把此編號(hào)讀入；車輛開動(dòng)后GPS接收模塊接收衛(wèi)星信號(hào)(包括時(shí)間信號(hào)和坐標(biāo)信號(hào)等)，并把此信號(hào)中車輛的當(dāng)前坐標(biāo)依次和程序中已存在的各站的坐標(biāo)進(jìn)行比較，若二者的差值不在設(shè)定的范圍內(nèi)(未到站)剛接收下一組GPS信號(hào)，直到差值在設(shè)定的范圍內(nèi)(到站)；最后將車路編號(hào)、當(dāng)前站臺(tái)號(hào)、車輛的運(yùn)行方向，以及時(shí)間信息發(fā)送出去。車載部分有2個(gè)數(shù)碼管，這2個(gè)數(shù)碼管在接收GPS信號(hào)前顯示當(dāng)前車路編號(hào)，延時(shí)一段時(shí)間后熄滅；車輛到站時(shí)顯示當(dāng)前的站臺(tái)號(hào)，起到了自動(dòng)報(bào)站的作用。 GPS模塊主要采用中國(guó)大恒信息技術(shù)有限公司生產(chǎn)的GPS接收機(jī)DH2000e，該產(chǎn)品能夠?yàn)橛脩籼峁?shí)時(shí)導(dǎo)航、定位和授時(shí)功能，可以作為用戶的GPS應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)。 數(shù)據(jù)發(fā)射模塊采用聲表諧振器SAW，其頻率穩(wěn)定度極高，特別適合多發(fā)一收無(wú)線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。發(fā)射模塊中未設(shè)編碼集成電路，而是增加了1只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管，這種結(jié)構(gòu)形式使發(fā)射模塊可方便地和其他固定編碼電路、滾動(dòng)碼電路及單片機(jī)接口，而不必考慮編碼電路的工作電壓和輸出信號(hào)幅度的大小。 系統(tǒng)在GPS接收機(jī)部分、車輛電路部分以及車載和站臺(tái)部分都采用單工通信的方式。由于GPS接收機(jī)與單片機(jī)的通信距離很短，并且接收部分是由軟件控制接收的，因此基本不用考慮誤碼的影響。 顯示模塊主要采用譯碼／驅(qū)動(dòng)芯片74LS48，它將BCD碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其顯示在共陰極發(fā)光二極管的7段顯示器上。 1.2 站臺(tái)部分設(shè)計(jì) 站臺(tái)部分的主要功能是接收車載設(shè)備發(fā)送的車輛編號(hào)及位置等信息，并經(jīng)處理后在站牌上進(jìn)行顯示；接收模塊本身不帶解碼集成電路，因其只有用在具體電路中進(jìn)行二次開發(fā)時(shí)才能發(fā)揮應(yīng)有的作用，所以，這種設(shè)計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)，它可以和各種解碼電路或者單片機(jī)配合，使電路設(shè)計(jì)靈活方便。 整個(gè)系統(tǒng)全為數(shù)字信號(hào)，并且所選用的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的透明傳輸，因此，整個(gè)系統(tǒng)不需要復(fù)雜的濾波電路，只需對(duì)信號(hào)在發(fā)送前和從外界接收到單片機(jī)前用緩沖器或反向器進(jìn)行整形即可。 2 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是建立在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上的，包括車載部分的軟件設(shè)計(jì)和站臺(tái)部分的軟件設(shè)計(jì)。 車載部分程序主要包括:接收GPS信號(hào)程序、判斷是否到站程序、到站處理程序、海明編碼程序、發(fā)送程序以及顯示和延時(shí)程序。 判斷是否到站采取查表的方式，將接收到的數(shù)據(jù)逐位與程序中已存的各站臺(tái)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。 到站處理程序主要用于判別車輛的運(yùn)行方向。GPS系統(tǒng)在單個(gè)點(diǎn)上時(shí)是無(wú)法判別方向的，只有選擇了2個(gè)點(diǎn)，有了坐標(biāo)的變化它才能判別出方向。若車載部分開機(jī)后是從起點(diǎn)或終點(diǎn)開始隨公交車運(yùn)動(dòng)，則在整個(gè)過(guò)程中方向是正確的；如果車載部分是在途中開始工作的，則公交車至少需要經(jīng)過(guò)2個(gè)站才能顯示正確的方向。 系統(tǒng)中采用海明編碼。海明校驗(yàn)的原理就是在一組代碼中加入一定位數(shù)的校驗(yàn)位，使每一位都參與幾組不同碼元的奇偶校驗(yàn)。它較之于普通的奇偶校驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是：如果有一位出錯(cuò)，就會(huì)引起有關(guān)的幾組奇偶校驗(yàn)結(jié)果都出錯(cuò)，這樣，就可以根據(jù)出錯(cuò)組糾錯(cuò)，并確定出錯(cuò)位的位置及性質(zhì)，從而自動(dòng)進(jìn)行糾錯(cuò)。 發(fā)送部分就是將已編好的存放在18H到29H中的海明碼，再加上2個(gè)字節(jié)的OAAH字頭和1個(gè)字節(jié)的OFFH字尾發(fā)送出去，這樣就可實(shí)現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。 3 結(jié)束語(yǔ) 該系統(tǒng)模擬實(shí)現(xiàn)了GPS公交管理系統(tǒng)的部分功能，只需作部分改進(jìn)就可應(yīng)用于實(shí)際的公交系統(tǒng)中，并可基本保證數(shù)據(jù)無(wú)誤的可靠性傳輸。相信在不久的將來(lái)，基于GPS技術(shù)的公交車輛電子站牌系統(tǒng)會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，且具有廣闊的發(fā)展前景。 |
