一種公交車自動報站器設計方案

李鴻勝，孫國璽

(江蘇科技大學計算機與電子工程學院，鎮江 212003)

1 引言

隨著我國城市化進程的加快和人民生活水平的不斷提高，城市人口越來越多，私家車數量逐年增加，給城市交通系統帶來巨大壓力。公交車具有方便、快捷、車票便宜、環保等優點，很多城市都提倡人們乘坐公交車出行。近年來，城市公交事業的迅速發展，國內公交車報站的方式已經有了很大的改善，由傳統的售票員喊話報站逐漸變為駕駛員使用報站器手動報站。盡管手動報站的方式使用比較方便，但是因為駕駛員需要在保證安全駕駛的前提下進行報站。所以經常出現報站不及時，甚至錯報、漏報的現象，而且讓駕駛員在駕駛過程中進行報站也存在安全隱患。

采用自動報站的方式可以大大減輕駕駛員的工作量，促進公交系統的現代化進程。有學者［5］提出利用GPS 確定公交車的地理位置，把當前位置同公交站點的位置數據(經、緯度)相比較，就可以知道公交車是否到達站點，使得報站系統具有一定的智能性。這種基于GPS的智能報站系統能夠杜絕駕駛員駕駛過程中因兼顧報站而帶來的隱患。特別適合因汽車行業高速發展而導致交通問題日益嚴峻的我國國情，還可以在相應站點加入對城市景點的介紹、廣告植入等。該系統在GPS 導航領域和商業領域都有著非常大的潛力，具有廣闊的發展前景。

但是，在國內使用基于GPS的定位導航系統將受制于美國的GPS 政策，一旦在緊要關頭特別是在戰爭時，如果美國有針對性地限制或關閉對我國的應用，后果將不堪設想。我國北斗系統雖然在導航定位性能上和美國的GPS 還有差距，但是在定位精度上也能滿足公交系統自動報站的應用需求。因此，把我國的北斗應用到公交系統中，具有一定的戰略意義。

2 公交車智能管理系統的組成

該公交車智能報站器是在GPS、GIS(地理信息系統)、Internet 和GPRS 網絡等基礎之上開發的公交車輛管理系統，具有自動報站、導航及定位、車輛監控等功能。該系統在公交車運營中具有很大的實用價值。公交車輛監控系統主要由3個部分組成:車輛監控中心、GPS 車載通信終端和GPRS 無線網絡。監控中心由GIS 數據庫和信息接收和發送服務器組成。報站器由嵌入式系統、GPRS 通信模塊、GPS 衛星數據接收模塊和擴展功能模塊組成。GPRS 無線網絡采用中國移動通信公司的GPRS 通信網絡。整個系統的結構示意圖如圖1 所示。

圖1 系統示意圖

3 報站器的硬件設計方案

設計中的整個系統由LPC3250 ARM9 最小系統、TD3017A GPS/BD2 雙模導航模塊、GPRS 模塊、調度屏和SD 卡組成，其硬件結構如圖2 所示。公交車在運營過程中，主控制器將導航模塊接收的定位信息與站點的位置信息進行比對就可以實現自動報站，同時也可以在相應站點植入景點介紹、廣告等特定信息。GPRS 模塊用于公交車和調度中心的信息交互，調度中心可以實時了解每個公交車運行情況，方便控制和管理。調度屏用于顯示公交車運行狀態、設置手動/自動報站方式，內置小喇叭可以播報調度中心的調度信息。

圖2 公交車自動報站器硬件結構圖

3.1 電源過壓過流防反接電路

電源系統對自動報站器的可靠性運行影響很大，好的電源電路能夠過濾掉很多通過電源電路傳入的干擾信號。由于本系統供電電源是車載電源，還要考慮到電源的防反接、過壓、過流保護。本電源模塊濾波、過壓過流反接保護的電路如圖3 所示。

圖3 防反接、過壓、過流保護電路

3.2 主控芯片LP3250

采用NXP 公司的LPC3250 作為控制主芯片，該芯片采用ARM926EJ－S 內核，ARM926EJ－S 宏單元是全面可合成的，并且它具有一款Jazelle 技術增強型32 位RISC CPU，容量靈活可變的指令和數據緩存，緊耦合存儲器(TCM)接口和存儲器管理單元(MMU)。ARM926EJ－S 內核實現了ARMv5TEJ 指令集，且包含一個增強型16 ×32 位乘法器，能夠在一個時鐘周期內完成MAC 運算。具有一個高達256KB的片內SRAM，32KB 指令高速緩存/32KB 數據高速緩存，7個UART 串口，2個SSI 接口，2個I2C 接口，完全能夠滿足現在的需求。

3.3 GPS/BD2 雙模導航模塊

衛星信號的接收選用的是東莞市泰斗微電子科技有限公司研發的TD3017A GPS/BD2 雙模導航模塊，其功耗低、重量輕、尺寸小，支持(單BD2、單GPS、雙模BD2/GPS)三種工作模式的切換，捕獲靈敏度－144dBm，跟蹤靈敏度－157dBm，定位精度小于5m，測速精度小于0.2m/s，捕獲時間小于2s，更新速率1s，通過串口遵循NMEA0183 協議輸出時間信息、經度、緯度、高程以及接收狀態等信息，完全能夠滿足公交車自動報站的應用。

3.4 GPRS 模塊ME3000

中興通訊的ME3000 內嵌TCP/IP 協議棧，工作頻段EGSM 900/DCS 1800，采用雙列直插式板對板連接，適合車載應用。尺寸:44mm × 28mm ×7.6mm。支持class1 和class4，通過AT 指令控制，通過RS232 電平與MCU相連。

3.5 SD 卡存儲模塊

SD 卡用于存儲站號、線路、上下行、模式、中文站名、經緯度、MP3 音頻文件等信息，SD 卡與LPC3250的專用SD 接口進行通信，采用FAT16 格式的文件系統，支持最大2GB的SD 卡。

3.6 音頻解碼芯片VS1003

MP3 解碼芯片采用的是芬蘭VLSI Solution 公司生產的VS1003 芯片，VS1003是一款單芯片的MP3/WMA/MIDI 音頻解碼和ADPCM 編碼芯片，其擁有一個高性能低功耗的DSP 處理器核VS_DSP，5KB的指令RAM，0.5KB的數據RAM，串行的控制器和數據輸入接口，4個通用I/O 口，一個UART 口;同時片內帶有一個可變采樣率的ADC、一個立體聲DAC 以及耳機音頻放大器。

3.7 調度屏

調度屏選用的是廣州國業電子的GY－D2 型車載調度屏，該調度屏用于語音、文字播報、短信通信和終端設置。它的功能有收發短信、閱讀短信、文字播報(自動語音朗讀信息)、撥打接聽(免提)電話、車輛調度、司機搶單、看車、電召等。具有操作簡便、安全可靠、一目了然等特點。

4 報站器的軟件設計說明

4.1 整個系統的程序流程

報站器的軟件設計主要是在主函數中檢測導航定位信息，確定公交車所處的位置和SD 卡中站點信息對比，判斷是否到站，如果到站，調用SD 卡中相應MP3 文件送給音頻解碼芯片播報。同時還需要實現按鍵功能，如切換手動自動報站方式、按鍵報站等。另外，GPRS 信息通過串口傳遞，和按鍵一樣都采用查詢法，以確定是哪個功能命令。該軟件設計開發的過程基于KEIL 開發環境。整個系統的程序流程如圖4 所示。

圖4 系統程序流程

4.2 GPS/BD2 信息的接收和處理

TD3017A 雙模導航模塊的輸出遵循NMEA－0183 協議，以“$”開頭，輸出的數據采用的是ASCⅡ碼字符，幀格式有GGA、GLL、GSA、GSV、RMC 和TXT 等，內容包含了經度、緯度、速度、時間及衛星運行狀況等基本信息。

特別地，該導航模塊支持(單BD2/GPS/雙模BD2/GPS)三種工作模式的切換。選用該雙模導航模塊，不僅提高了導航定位的精度，而且增加了系統的可靠性，我國的公交系統智能化運營不再完全受制于美國。根據需要，上位機通過串口給導航模塊發命令可以實現三種工作模式的切換，命令如表1所示。

表1 工作模式切換語句

測試中接收到TD3017A 一組工作在BD2/GPS雙模模式下的衛星導航數據如下:

根據NMEA0183 通信協議，只要從上述數據中，解析出一條$GNRMC 記錄就可以提取出所需要的信息。對照NMEA0183 通信協議中對$GNRMC 記錄的格式說明，從上組數據可以知道，該測試點的緯度是北緯23.09927161 度，經度是東經113.25858832 度，速度為0(靜止物體)，UTC時間為050912.00。由此便完成了導航數據的解析，通過軟件處理決定是否報站。

5 結束語

這種基于GPS/BD2 雙模導航的公交車自動語音報站器設計方案，能提升公交服務的質量，降低司機的勞動強度，同時也方便了控制中心的調度管理，能有效推動公交系統的現代化。在國際關系日益復雜的今天，在軍事、公共設施等關鍵領域引入北斗系統，減少對美國GPS的依賴，具有一定的戰略意義。

該系統還存在一些不足，在有些城市，因為樹木、高樓的遮擋，存在有些路段接收不到衛星信號的問題，這就需要利用陀螺儀等其它輔助定位系統和衛星定位相結合進行定位。另外，該報站器與控制中心的信息交互也少，待時機成熟時，可以考慮加入CAN 總線模塊采集公交車油量、溫度等開關量信息;安裝攝像頭，改用3G 模塊，實現公交車內視頻數據的上傳。

［1］杜春雷.ARM 體系結構與編程［M］.北京:清華大學出版社，2003.

［2］謝剛.GPS 原理與接收機設計［M］.北京:電子工業出版社，2009.

［3］艾可武，張劍波，艾可文，等.嵌入式系統的C 語言設計［M］.北京:機械工業出版社，2002.

［4］田澤.ARM9 嵌入式Linux 開發實驗與實踐［M］.北京:北京航天航空大學出版社，2006.

［5］黃金明.基于ARM9的公交車智能報站系統的設計［M］.自動化儀表，2008，29(6):53－55.

［6］泰斗微電子.TD3017A 雙模授時定位模組產品手冊［EB/0L］.2011.11.http://www.techtotop.com.