一种公交车自动报站器设计方案

李鸿胜，孙国玺

(江苏科技大学计算机与电子工程学院，镇江 212003)

1 引言

随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的不断提高，城市人口越来越多，私家车数量逐年增加，给城市交通系统带来巨大压力。公交车具有方便、快捷、车票便宜、环保等优点，很多城市都提倡人们乘坐公交车出行。近年来，城市公交事业的迅速发展，国内公交车报站的方式已经有了很大的改善，由传统的售票员喊话报站逐渐变为驾驶员使用报站器手动报站。尽管手动报站的方式使用比较方便，但是因为驾驶员需要在保证安全驾驶的前提下进行报站。所以经常出现报站不及时，甚至错报、漏报的现象，而且让驾驶员在驾驶过程中进行报站也存在安全隐患。

采用自动报站的方式可以大大减轻驾驶员的工作量，促进公交系统的现代化进程。有学者［5］提出利用GPS 确定公交车的地理位置，把当前位置同公交站点的位置数据(经、纬度)相比较，就可以知道公交车是否到达站点，使得报站系统具有一定的智能性。这种基于GPS的智能报站系统能够杜绝驾驶员驾驶过程中因兼顾报站而带来的隐患。特别适合因汽车行业高速发展而导致交通问题日益严峻的我国国情，还可以在相应站点加入对城市景点的介绍、广告植入等。该系统在GPS 导航领域和商业领域都有着非常大的潜力，具有广阔的发展前景。

但是，在国内使用基于GPS的定位导航系统将受制于美国的GPS 政策，一旦在紧要关头特别是在战争时，如果美国有针对性地限制或关闭对我国的应用，后果将不堪设想。我国北斗系统虽然在导航定位性能上和美国的GPS 还有差距，但是在定位精度上也能满足公交系统自动报站的应用需求。因此，把我国的北斗应用到公交系统中，具有一定的战略意义。

2 公交车智能管理系统的组成

该公交车智能报站器是在GPS、GIS(地理信息系统)、Internet 和GPRS 网络等基础之上开发的公交车辆管理系统，具有自动报站、导航及定位、车辆监控等功能。该系统在公交车运营中具有很大的实用价值。公交车辆监控系统主要由3个部分组成:车辆监控中心、GPS 车载通信终端和GPRS 无线网络。监控中心由GIS 数据库和信息接收和发送服务器组成。报站器由嵌入式系统、GPRS 通信模块、GPS 卫星数据接收模块和扩展功能模块组成。GPRS 无线网络采用中国移动通信公司的GPRS 通信网络。整个系统的结构示意图如图1 所示。

图1 系统示意图

3 报站器的硬件设计方案

设计中的整个系统由LPC3250 ARM9 最小系统、TD3017A GPS/BD2 双模导航模块、GPRS 模块、调度屏和SD 卡组成，其硬件结构如图2 所示。公交车在运营过程中，主控制器将导航模块接收的定位信息与站点的位置信息进行比对就可以实现自动报站，同时也可以在相应站点植入景点介绍、广告等特定信息。GPRS 模块用于公交车和调度中心的信息交互，调度中心可以实时了解每个公交车运行情况，方便控制和管理。调度屏用于显示公交车运行状态、设置手动/自动报站方式，内置小喇叭可以播报调度中心的调度信息。

图2 公交车自动报站器硬件结构图

3.1 电源过压过流防反接电路

电源系统对自动报站器的可靠性运行影响很大，好的电源电路能够过滤掉很多通过电源电路传入的干扰信号。由于本系统供电电源是车载电源，还要考虑到电源的防反接、过压、过流保护。本电源模块滤波、过压过流反接保护的电路如图3 所示。

图3 防反接、过压、过流保护电路

3.2 主控芯片LP3250

采用NXP 公司的LPC3250 作为控制主芯片，该芯片采用ARM926EJ－S 内核，ARM926EJ－S 宏单元是全面可合成的，并且它具有一款Jazelle 技术增强型32 位RISC CPU，容量灵活可变的指令和数据缓存，紧耦合存储器(TCM)接口和存储器管理单元(MMU)。ARM926EJ－S 内核实现了ARMv5TEJ 指令集，且包含一个增强型16 ×32 位乘法器，能够在一个时钟周期内完成MAC 运算。具有一个高达256KB的片内SRAM，32KB 指令高速缓存/32KB 数据高速缓存，7个UART 串口，2个SSI 接口，2个I2C 接口，完全能够满足现在的需求。

3.3 GPS/BD2 双模导航模块

卫星信号的接收选用的是东莞市泰斗微电子科技有限公司研发的TD3017A GPS/BD2 双模导航模块，其功耗低、重量轻、尺寸小，支持(单BD2、单GPS、双模BD2/GPS)三种工作模式的切换，捕获灵敏度－144dBm，跟踪灵敏度－157dBm，定位精度小于5m，测速精度小于0.2m/s，捕获时间小于2s，更新速率1s，通过串口遵循NMEA0183 协议输出时间信息、经度、纬度、高程以及接收状态等信息，完全能够满足公交车自动报站的应用。

3.4 GPRS 模块ME3000

中兴通讯的ME3000 内嵌TCP/IP 协议栈，工作频段EGSM 900/DCS 1800，采用双列直插式板对板连接，适合车载应用。尺寸:44mm × 28mm ×7.6mm。支持class1 和class4，通过AT 指令控制，通过RS232 电平与MCU相连。

3.5 SD 卡存储模块

SD 卡用于存储站号、线路、上下行、模式、中文站名、经纬度、MP3 音频文件等信息，SD 卡与LPC3250的专用SD 接口进行通信，采用FAT16 格式的文件系统，支持最大2GB的SD 卡。

3.6 音频解码芯片VS1003

MP3 解码芯片采用的是芬兰VLSI Solution 公司生产的VS1003 芯片，VS1003是一款单芯片的MP3/WMA/MIDI 音频解码和ADPCM 编码芯片，其拥有一个高性能低功耗的DSP 处理器核VS_DSP，5KB的指令RAM，0.5KB的数据RAM，串行的控制器和数据输入接口，4个通用I/O 口，一个UART 口;同时片内带有一个可变采样率的ADC、一个立体声DAC 以及耳机音频放大器。

3.7 调度屏

调度屏选用的是广州国业电子的GY－D2 型车载调度屏，该调度屏用于语音、文字播报、短信通信和终端设置。它的功能有收发短信、阅读短信、文字播报(自动语音朗读信息)、拨打接听(免提)电话、车辆调度、司机抢单、看车、电召等。具有操作简便、安全可靠、一目了然等特点。

4 报站器的软件设计说明

4.1 整个系统的程序流程

报站器的软件设计主要是在主函数中检测导航定位信息，确定公交车所处的位置和SD 卡中站点信息对比，判断是否到站，如果到站，调用SD 卡中相应MP3 文件送给音频解码芯片播报。同时还需要实现按键功能，如切换手动自动报站方式、按键报站等。另外，GPRS 信息通过串口传递，和按键一样都采用查询法，以确定是哪个功能命令。该软件设计开发的过程基于KEIL 开发环境。整个系统的程序流程如图4 所示。

图4 系统程序流程

4.2 GPS/BD2 信息的接收和处理

TD3017A 双模导航模块的输出遵循NMEA－0183 协议，以“$”开头，输出的数据采用的是ASCⅡ码字符，帧格式有GGA、GLL、GSA、GSV、RMC 和TXT 等，内容包含了经度、纬度、速度、时间及卫星运行状况等基本信息。

特别地，该导航模块支持(单BD2/GPS/双模BD2/GPS)三种工作模式的切换。选用该双模导航模块，不仅提高了导航定位的精度，而且增加了系统的可靠性，我国的公交系统智能化运营不再完全受制于美国。根据需要，上位机通过串口给导航模块发命令可以实现三种工作模式的切换，命令如表1所示。

表1 工作模式切换语句

测试中接收到TD3017A 一组工作在BD2/GPS双模模式下的卫星导航数据如下:

根据NMEA0183 通信协议，只要从上述数据中，解析出一条$GNRMC 记录就可以提取出所需要的信息。对照NMEA0183 通信协议中对$GNRMC 记录的格式说明，从上组数据可以知道，该测试点的纬度是北纬23.09927161 度，经度是东经113.25858832 度，速度为0(静止物体)，UTC时间为050912.00。由此便完成了导航数据的解析，通过软件处理决定是否报站。

5 结束语

这种基于GPS/BD2 双模导航的公交车自动语音报站器设计方案，能提升公交服务的质量，降低司机的劳动强度，同时也方便了控制中心的调度管理，能有效推动公交系统的现代化。在国际关系日益复杂的今天，在军事、公共设施等关键领域引入北斗系统，减少对美国GPS的依赖，具有一定的战略意义。

该系统还存在一些不足，在有些城市，因为树木、高楼的遮挡，存在有些路段接收不到卫星信号的问题，这就需要利用陀螺仪等其它辅助定位系统和卫星定位相结合进行定位。另外，该报站器与控制中心的信息交互也少，待时机成熟时，可以考虑加入CAN 总线模块采集公交车油量、温度等开关量信息;安装摄像头，改用3G 模块，实现公交车内视频数据的上传。

［1］杜春雷.ARM 体系结构与编程［M］.北京:清华大学出版社，2003.

［2］谢刚.GPS 原理与接收机设计［M］.北京:电子工业出版社，2009.

［3］艾可武，张剑波，艾可文，等.嵌入式系统的C 语言设计［M］.北京:机械工业出版社，2002.

［4］田泽.ARM9 嵌入式Linux 开发实验与实践［M］.北京:北京航天航空大学出版社，2006.

［5］黄金明.基于ARM9的公交车智能报站系统的设计［M］.自动化仪表，2008，29(6):53－55.

［6］泰斗微电子.TD3017A 双模授时定位模组产品手册［EB/0L］.2011.11.http://www.techtotop.com.