基于GPS的公交车智能报站系统设计

程望斌,项 姣,姚旭倩,周安琪,范坤设,谢 模

(湖南理工学院 信息与通信工程学院,湖南 岳阳 414006)



基于GPS的公交车智能报站系统设计

程望斌,项 姣,姚旭倩,周安琪,范坤设,谢 模

(湖南理工学院 信息与通信工程学院,湖南 岳阳 414006)

摘 要:公交车作为重要的交通工具,已成为城市交通中一道亮丽的风景.随着城市现代化水平的提高,人们对城市公交车报站技术提出了更高的要求,为此需对公交车报站系统进行优化设计.本文以GPS定位技术为基础,采用单片机技术,对公交车智能报站系统进行了科学论证,设计了功能较全的智能报站器.对硬件系统和主要功能模块进行了规划和设计,其中系统硬件设计模块主要包含主控模块、GPS模块、按键模块、语音播放模块和液晶显示模块.同时采用KEIL对系统进行软件设计,对主要功能模块进行了分析和描述.最后,采用EDA工具软件PROTEUS 7.10进行系统仿真实验,基本上实现了智能报站功能.利用文中设计的系统,可实现自动报站功能,改变了手工操控报站方式,因此具有一定的使用价值和应用前景.

关键词:GPS; AT89C51; 公交车; 语音报站

引言

随着城市现代化水平的提高,交通污染愈发严重.为响应“绿色出行,低碳生活”的号召,公交车出行变成出行新时尚.如何快速、准确地将公交车的行驶信息传递给乘客,是公共交通系统所面临的一大难题.近几年,手动报站器虽然取缔了人工报站,但该方法仍存在不少弊端.因此,设计一种更加智能化的,保险系数更高的报站系统,是具有实际意义的[1].

本文采用基于GPS的智能化公交车报站系统进行报站,不仅具有自动预报、播报功能,还能有效地提高公交车行驶过程中的安全系数.系统以AT89C51为核心控制器件,首先检查系统能否正常接收GPS定位信号,若能正常接收,便将定位信息与站点位置信息相比较,以确定公交车是否到站; 然后由主控模块控制自动执行语音报站,用LCD显示站名[2],若接收不到GPS信号,则启用手动按键报站.此设计成本相对较低,开发周期也很短,与各类专业芯片搭配使用时还可以实现强大而丰富的功能.

1　系统总体设计

本文设计的系统主要是由主控模块、GPS模块、按键模块、语音播放模块、液晶显示模块五个模块组成.本设计是以AT89C51为核心控制器件的基于GPS的智能报站系统.首先由GPS模块实时获取公交车位置信息,经无线传输将信息传送至单片机芯片处理[3],然后控制液晶显示模块显示当前到达站名,同时控制语音模块播放当前到站信息.当GPS信号接收不正常时,可通过按键电路,直接发送信号给单片机芯片执行手动报站.系统总体设计框图如图1所示.

图1 系统总体设计框图

2　系统硬件设计

系统硬件设计主要包含主控模块电路、按键模块电路、LCD1602液晶显示模块电路、ISD1700音频输出模块电路以及GPS模块接口电路.每个部分模块电路通过与AT89C51单片机相结合,均可实现各自功能.主控模块电路由内部时钟信号方式构成,即由晶振和电容共同组建并联谐振电路,可在20MHz频率下工作.同时采取了较为简单的RC复位电路,在上电的一瞬间,由于RST引脚端产生了一个正脉冲使得系统自动复位.LCD1602液晶显示电路采用的是1/16D驱动方式,将八个数据端口即7～14依次与单片机P0口相连接,另外,4,5,6号的数码管脚对应接到P2.0,P2.1,P2.2引脚.音频输出模块中,ISD1700芯片语音录放功能将音频最终通过扬声器喇叭播放出来[4],同时兼备按键功能,按键形式是采用独立式按键,总共设有4个功能按键.GPS模块接口电路在上电之后立即自动发送与接收定位信息数据,其引脚1～3都必须接+5V的系统电源.另外,GPS模块的工作电源电压和51单片机的I/O口电压不同,因此需在中间串联接入一个阻值为27K的电阻充当保护作用.

系统主要通过AT89C51芯片对按键模块或GPS模块传送过来的信息做处理,然后将处理后的信息同时传送给后面两个模块,进行音频输出和液晶显示.这样公交车的实时信息就可以简单明了地传达给乘客了.系统总体设计硬件电路如图2所示.

图2 系统总体硬件电路

3　系统软件设计

3.1 基于GPS的公交车智能报站系统主程序设计思路

主程序控制的核心是: 子程序(包括GPS模块、语音模块、LED显示模块)的调用.程序启动,显示开机界面,接着,LED显示下一站站名.本系统有两个控制模式: 按键控制模式和GPS的接收控制模式.系统得到位置信息后,语音模块开启播报模式,同时显示下一站的站点位置信息.到站后,显示灯亮起,提醒乘客下车.此时,若有乘客下车,则执行YES模式,停车; 若无乘客下车,则执行NO模式,系统按当前的方式正常运行.主程序流程图如图3所示.

3.2 基于GPS的公交车智能报站系统主要功能模块子程序设计

基于GPS的公交车智能报站系统主要功能模块子程序有: 语音模块子程序和LCD液晶显示子程序.

语音模块子程序主要实现的功能是: 接收特定的站点位置信息,当获取到准确信息后,P25端将发出一个负脉冲信号,使得语音模块系统内部指向与接收的站点信息一一对应的语音段,接着P26端将会发出信号,此信号被放大之后,由扬声器播报对应站点位置的语音段,乘客依次获取位置信息.流程图如图4(a)所示.

LCD液晶显示子程序的主要功能是: 接收站点位置信息,并把其设为LCD_SetInput()模式,接着决策分析是否初始化LED子函数,当其完成初始化过程后,则显示定位子函数GotoXY()和字符子函数,位置信息设置及调用后,在LCD显示屏上显示站点位置.流程图如图4(b)所示.

图4 子程序流程图

4　系统仿真与功能实现

4.1 系统仿真

4.1.1 仿真说明

(1)KEY: 模拟GPS信号的接收,若接收,则由高电平变成低电平,并保持一段时间,随信号的消失而消失.因仿真软件中没有GPS模块器件故采用开关KEY替代.

(2)D1: 灯亮表示/PLAY使能,此时执行语音播放.

(3)D2: 灯亮表示/FWD使能,根据GPS提供的当前站点信息找到语音芯片内对应站点的录音.

(4)D3: 灯亮表示车辆正在行驶中,此时语音报站结束,到站门开,D3亮,信号消失后D3灭.

(5)LCD模块: 采用LM016L字符型液晶,可以显示公交车站点以及下一站站名.在KEY信号的电平跳变后立即显示下一站站名,否则不改变显示.

(6)BUTTON: 当完成一趟公交线路的运行后,按其可恢复到系统预设站点.

4.1.2 仿真流程

假设公交车在距下一站还有大约一百米的距离时接收到了GPS信号,KEY给出一段时间的低电平持续到公交车离开站点重新出发.这段时间可划分为三个阶段,如图5所示.

图5 三个时间段流程

T1段,当AT89C51芯片检测到KEY信号的下降沿时,液晶显示更新下一站站名并发送一个负脉冲给D2,播放指针则指向下一段语音,延迟一段时间后发送一个负脉冲给D1,播放当前指向语音段,最后D3指示灯亮起.

T2段,D3指示灯为亮起的状态,语音报站完毕.

T3段,车子驶离信号区,KEY信号恢复上升沿,D3灯灭.

4.2 功能实现

(1)系统初始化

当系统开机时,系统进入初始化界面,此时液晶显示信息为预设站点,且所有LED指示灯D1、D2、D3均未亮.

(2)接收信号

当系统正常收到GPS定位信息后,主控芯片的P25端口立即输出一个负脉冲,驱使语音芯片下移一位,其内部指针指向当前车站的语音段头.此时闭合控制开关KEY,D2灯亮起,表示根据GPS提供的当前站点信息找到了语音芯片内对应站点的录音,等待播放.延迟一段时间后,P26端口也会输出一个负脉冲信号,控制语音模块播放指针目前指向的语音段即到站信息,这时候D2灯灭,D1灯亮起播放站点信息.公交车继续前进的同时GPS定位系统传输一个信息给51单片机,液晶屏随后显示更站名,然后D3灯亮起.

(3)到达站点

公交车抵达站点后,D3指示灯为亮起的状态,语音报站完毕.

(4)驶离站点

打开开关KEY,D3灯灭.

(5)循环报站

公交车再次到站后,便重复之前的过程.

5　总结

本文设计的公交智能报站系统,利用GPS技术接收定位信号,并采用AT89C51单片机作为主控元件,可实现自动显示报站以及实时更新并显示所在站点信息的功能[5].公交智能报站系统的广泛应用,既可以减少交通安全隐患,又可以使用标准普通话进行语音报站,在为乘客提供准确站点信息的同时也促进了城市公共交通行业的发展.该系统具有功能强、电路简单、成本低、实用性强等特点,因此具有很好的应用前景和现实意义[6].

参考文献

[1] 林小军,赵怀坤,金英才,等.城市公交车自动报站器设计[J].兰州工业学院学报,2011,18(6): 21～23

[2] 李吉志.基于单片机的公交车智能语音报站和液晶显示系统设计[J].科技广场,2010,(3): 3472～3473

[3] 刘 强,贾鸿莉.基于单片机的公交车自动报站器的设计[J].中国科技信息,2011,(9): 106

[4] 段了然,李雪莲,杨海龙,等.基于ISD 1700语音控制芯片的低成本公交车自动报站电路设计[J].电子技术与软件工程,2014,(1): 263～263

[5] 周锦荣,魏志明.基于AT89C51控制的公交车自动报站器的设计[J].漳州师范学院学报: 自然科学版,2010,23(3): 43～45

[6] 张雅兰.公交车自动报站系统改进研究[J].广西工学院学报,2010,21(4): 22～25

Design of Intelligent Bus Station System Based on GPS

CHENG Wang-bin,XIANG Jiao,YAO Xu-qian,ZHOU An-qi,FAN Kun-she,XIE Mo
(College of Information and Communication Engineering,Hunan Institute of Science and Technology,Yueyang 414006,China)

Abstract:As an important transportation,the bus is becoming a beautiful landscape in urban transportation now.With the improvement of city modernization,people have put forward higher requirements on the technology of the city bus station.Therefore,the optimization design on bus intelligent stop-reporting system is necessary conducted.The system is based on GPS technology and the single-chip technology is used in this paper.The system of intelligent bus reporting is scientifically demonstrated and the intelligent station announcer with good function is designed.Besides,the hardware systems and modules are designed,which are consisted of control module,GPS module,button module,voice broadcast module and liquid crystal display module.KEIL C51 is adopted to design software system,the main function module is analyzed and described.Finally,the EDA software tool PROTEUS 7.10 is used to the system simulation,which basically realized intelligent bus reporting function.The system designed in this paper can achieve automatic station reporting function and change the manual control station mode,so it has good use values and application prospects.

Key words:global positioning system,AT89C51,bus,sound broadcast

作者简介:程望斌(1979−),男,湖北咸宁人,硕士,湖南理工学院信息与通信工程学院副教授.主要研究方向: 光电子技术、学科竞赛

收稿日期:2015-12-10

中图分类号:TP273

文献标识码:A

文章编号:1672-5298(2016)01-0037-05