一种触屏式公交信息数据交换终端模块的设计

周海飞 唐文婷

(常州信息职业技术学院 江苏常州 213164)

0 引言

本设计致力于提升和发展地方区域公共交通事业，以常州BRT快速公交规划发展为研究对象，克服了传统公交报站设备的纯人工操作、站点定位精度差、无实时数据交换、无产品二次经济开发、无安全监控等缺点，采用新技术、新理念、务实创新设计，使之能够满足地方区域公交系统的站点信息采集发布、嵌入式广告发布、“自主”站点学习、行程“无人值守”形态等功能，更好地为驾驶人员及乘客带来便捷、安全的服务。

1 公交数据交换终端模块整体设计思路

终端模块整体设计基于51F020单片机开发，12864LCD液显与TP触屏构成人机交互平台，实现产品信息菜单显示及修改操作;公交站点定位采用先进的SIRF-GPS模块，实现公交行程全方位地址监控;语言报站由MP3语言子模块构成，实现大容量语言信息储存及输出，融合公交站点信息、嵌入式广告信息、公共服务用语信息、安全报警信息等语言功能;无线通信实时信息传输拓展模块采用NRF24L01无线通信单元，实现公交车与中继站点间点对点实时信息发布与修改。图1为模块整体框图。

图1 模块整体框图

2 核心电路单元设计

2.1MCU 选择

采用C8051F020单片机为MCU核心模块，其C8051处理芯片是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的CIP-51微控制器内核，单周期指令运行速度是8051的12倍，全指令集运行速度是原来的9.5倍。C8051F020的内部电路包括CIP-51微控制器内核及RAM、ROM、I/O口、定时/计数器、ADC、DAC、PCA、SPI和 SMBus等部件，构成一个完整的片上系统(SoC)，通过程序开发，可协调管理终端的各硬件电路工作，记录并处理硬件电路的各类数据信息，保障系统的正常运行。

2.2 GPS定位监控设计

设计采用SIRF第三代芯片组的GPS模块，该模块可同时跟踪4～11颗同步卫星，在信息平台构建的同时预设多线路多站点的经纬度，通过GPS模块采集的经纬度信息与预设值进行数据比较，达到设定经纬度误差范围之内时则可表现为公交车辆到站信息(出站表现同理)，同时结合预设站点信息学习功能亦可实现自主站点信息获取功能。

GPS的5脚接电源，6脚接地，两脚之间选用0.1 uF电容滤波;1脚为TXD(串口数据发送)，接单片机P0.0口。由单片机发送指令控制GPS数据发送;2脚位RXD(串口数据接收)，接单片机P0.1。将GPS接收到的数据送单片机进行数据处理(ADC处理由片内完成)。图2为GPS定位模块及通信接口示意图。

2.3 语音处理单元电路设计

公交车辆进、出站实时语音提示为基本功能，实现内嵌广告信息发布、公共语言提示、安全报警提醒等增值服务，并且支持多语种功能，要求语音电路的储存信息量较大。设计选用USB储存器MP3播放器为语音信息模块，拥有128 M内存，并能实现USB即插即用实时下载信息的功能。

图2 GPS定位模块及通信接口示意图

语音部分选用芯片WT588D。22脚接电源，14脚接地。在22脚和14脚之间接一个100 pf的电容滤波，防止无用信号的干扰。9脚和10脚作为音频信号的DAC(无需电源，直接输出音频信号)输出。16、17、18脚作为SPI(片选信号、数据信号、时钟信号)通信口，它们的控制信号来之单片机的P3.5、P3.6、P3.7口。图3为语音处理单元及通信接口示意图。

图3 语音处理单元及通信接口

2.4 无线数据通信单元设计

公交车与中继站之间的通信方式设计思路为实现点对点间无线数据通信，保障公交信息网络发布、采集数据的实时性、有效性。避免车载信息修改必须进站、人工修改的缺点。该设计无线数据信号传输稳定且投入成本低廉，在整体公交信息系统构成后基本无通信费用成本产生，不过整体通信系统依赖互联网络。图4为无线数据通信单元电路及通信接口示意图。图5为通过Internet网络构建公交信息系统平台示意图。

NRF24L01芯片组工作模式也是选用SPI通信。在电路设计中，NRF24L01的1脚和2脚接+3.3 V电源，9脚和10脚接地。3脚至6脚是数字信号输入，7脚和8脚是数字信号输出。3脚接单片机P4.3口，功能是RX或TX模式选择。4脚接单片机P4.2口，作SPI片选信号通讯。5脚接单片机P4.4口，是时钟信号通讯端，6脚接单片机的P4.1口，用作SPI数据输入。7脚接单片机P4.5口，用作SPI数据输出。8脚接单片机P4.0口，作为可屏蔽信号通讯。

2.5 人机交换平台设计

图4 无线数据通信单元电路及通信接口示意图

图5 构建网络化系统平台

公交系统信息平台进行的各类数据处理和显示，最终是表现为可视听的信息。对于驾驶人员及乘客来讲，安全的旅程是最关键的。采用12864LCD，外嵌TP(电阻式触摸屏)构成显示与操作模块，TP的应用替代按键开关，通过内核处理设定菜单及菜单感应范围，实现信息显示及操作处理全触屏式功能。TP的工作方式是通过改变各个区域的阻值，从而设定按键范围，并实现按键功能。它的2、4脚为水平方向阻值变化，3、5脚为垂直方向阻值变化。将其输出数据送入单片机的P1.1、P1.3、P1.5、P1.7口。通过对单片机编程实现相应的按键功能。图6为触屏控制单元电路及通信接口。

2.6 电源供电模块

选用稳压芯片型号为LM2940和AMS1117为核心的稳压电源电路，其特点输出电压稳定、纹波较小，优于其他一般电源电路。

图6 触屏控制单元电路及通信接口

3 软件流程设计

图7为信息终端的主流程图。主要实现系统初始化、语音信息处理、站点GPS参数设定与调用。

图7 系统程序主流程图

4 核心单元调试

1)语音调试。将调试语音的音源编译后移植到WT588D语音芯片中，在开发板中固化三线串口命令程序判断是否符合设计要求。调试数据记录如表1。

表1 语音模块测试表

2)GPS调试。利用串口调试助手读取GPS模块信号，获取同步卫星并校验定位信息。图7为捕获同步卫星信息示意图，调试数据记录如表2。

表2 GPS模块测试表

3)人机交换平台调试。在开发板中固化TP触屏的调试程序，观察触屏控制指令变化。调试数据记录如表3。

图8 同步卫星信息

表3 触屏控制指令

5 结束语

信息终端模块设计基于C8051F020单片机，采用先进的GPS技术进行站点定位设计、触摸式显示及操作一体化设计、自主式信息数据无线收发模块设计。设计的创新之处在于基本实现“无人值守”形态，通过互联网络实现站外中继站与公交车辆信息无线通信方式收发功能，摆脱车载信息入站修改的局限性。可扩展性体现在后期设计中结合车载视频设备进行流媒体信息广告发布功能，可进一步提升市场竞争力与经济开发性。

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