基于GPS公交车限速报站系统设计方案

　　交通拥堵已成为城市发展的瓶颈,为方便广大市民出行,最大限度减少路网负荷,政府已提出全方位深化优先发展公共交通政策措施,推进交通信息化,实现交通与城市和谐发展.而传统的公交车报站系统通常采用人工按键方式,这种人工方式缺点如下:一是经常会出现误按、少按、多按现象,造成误导乘客,造成不必要的麻烦;二是车辆将要到达站点时,司机要手动完成按键报站,造成注意力不集中,容易出现交通事故.本文设计一种新型公交车自动报站及限速系统,利用单片机结合GPS(全球卫星定位系统)技术,当公交车驶入站点一定距离范围内时,不用人工干预,系统自动报站.

　　其相关信息并或通过LCD显示,给司机或乘客准确提供站点信息,同时该系统还具有语音提示功能,当车速超过预置的上限速度时,将实时告知司机,及时减速.

　　1 系统框图与工作原理

　　1.1 系统总体设计框图

　　该系统主要由单片机控制模块,GPS模块和语音模块及键盘输入与人机接口三部分组成.主要完成公交车行驶过程中的位置坐标信息采集和公交站点信息的语音提示以及站点预存和上限速度设置等功能.系统总体框图如图1所示. 

　　图1 系统总体设计框图

　　1.2 系统工作原理

　　公交车自动报站及限速系统以Cygnal公司的C8051F040单片机为控制核心,通过采集GPS接收机接收的卫星导航信息,从而解析车辆当前的经、纬度信息,然后将其与站点坐标相比较,当公交车驶入站点一定距离范围内时,不用人工干预,系统自动报站.并通过LCD显示等.给乘客一种准确的提示,同时当车速超过预置的上限速度时,该系统还具有语音提示功能,及时告知司机,及时减速.

　　2 系统硬件设计

　　系统硬件电路设计主要包括四部分:单片机控制核心、GPS定位信息采集模块、语音录入和播放模块以及按键预置显示模块等.

　　2.1 单片机控制核心

　　C8051F系列是美国TI的Cygnal公司设计和制造的混合信号片上系统,单片机的主要模块包括模拟外设、片内JTAG调试和边界扫描、高速控制器内核、数字外设等几个部分[1],其中该系统中所采用的C8051F040数字外设中包括8个8位的I/O 口、2个UART总线、1个SPI总线和CAN总线等.

　　该单片机主要实现对GPS信息的采集与解析,并与设置的速度上限与站点定位信息进行比较,将语音提示信息通过SPI总线输出至外部语音模块输出.

　　2.2 GPS模块

　　GPS(全球定位系统)由空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统三大子系统构成.GPS通过同时对多颗卫星进行伪距离测量计算接收机的位置,其具有定位精度高、执行操作简便、全球全天侯作业、功能多应用广、抗干扰性能好、保密性强等优点[2].已成为全球公用信息资源,在军事和民用等领域得到广泛研究和应用. 

　　2.2.1 GPS数据格式

　　GPS模块上电后,会每隔一定的时间返回一定格式的数据,其数据格式为:"＄信息类型,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x",每帧的起始字符都是'＄',接着是信息类型,后面是定位参数,以逗号分隔开[3].一帧完整的数据格式包含有效定位、纬度、北纬、经度、东经、速率等信息,设计中对数据信息提取、解析是通过Cygnal公司的C8051F040完成,其方法首先通过搜寻ASCII码'＄'来判断是否是一帧数据的开始,然后通过接收到的五个字符来判断当前所接收到的信息类型,对帧的信息类型识别正确后,通过搜寻的','的个数来确定GPS模块当前所接收到的是哪个定位参数,从中提取出需要的定位信息[3].本设计中仅解析GPRMC信息中的经、纬度、速度和时间信息等.

　　2.2.2 GPS硬件模块

　　本设计中利用C8051F040单片机通过串行接口实现GPS模块接收的定位信息采集和解析,从中选择需要的信息,这里所需要的信息仅包括经、纬度、速度、时间信息等.

　　GPS模块采用瑞士u-blox公司的NEO-5Q 主芯片,此芯片为多功能独立型GPS模组,以ROM 为多基础架构,采用u-blox最新的KickStart微弱信号攫取技术,能确保在任何可接收到信号的位置及任何天线尺寸都能够有最佳的初始定位性能,并进行快速定位[4].并且其外部有UART,USB,SPI,I2C等种接口,可方便地与微控制器实现无缝连接,电路简单,其具体电路如图2所示.