基于GPS定位的公交车自动报站系统的设计

基于GPS定位的公交车自动报站系统的设计

前言

从1831英国人沃尔特?汉考克为他的国家制造出了世界上第一辆装有发动机的公共汽车起，到今天，公交车已经历经了将近200年的发展过程。从最初的“闷罐头”到如今配套的空调系统;从专人售票到无人售票;从人工报站到半自动语音报站，公交车向着越来越人性化的方向发展。可是目前存在的一个问题，半自动语音报站系统需要由司机在车子进出站的时候人工操作，由于这两个时间点往往是路面情况最复杂的时刻，因此也给行驶中的车辆带来了安全隐患。论文的目标就是彻底抛弃人工操作，实现公交进出站的全自动语音报站。利用AT89C51单片机、ISD1700系列语音芯片、JHD162A LCD液晶模块来实现所需要的功能。

单片机体积小，重量轻，具有很强的灵活性而且价格便宜，得到越来越广泛的运用，例如工业控制领域、家电产品，智能化仪器仪表，计算机外部设备，特

世纪80年代中期，Intel公司将8051别是机电一体化产品中都有重要的用途。20

内核使用权以专利互换或出售的形式转给世界许多著名IC制造厂商，这样8051就变成有众多制造厂商支持的，发展出上百个品种的大家族。到目前为止，其它任何一个单片机系列均未发展到如此的规模。正因为51单片的运用是如此广泛，因此学习单片机的运用是非常重要的。学好单片机也是学习其他嵌入式控制器如ARM、DSP的基础，任何嵌入式控制器都离不开单片机种所涵盖的如中央处理器，定时器、中断控制器，IO口控制器， 串行通讯控制器，I2C总线控制器，片内外存储控制器，汇编语言，C语言，操作系统的概念。因此说学好单片机，再去学习其他嵌入式控制器如ARM、DSP是比较简单的。可以说学好单片机是其它进阶微处理器的一个台阶。 本次设计的课题是“基于GPS定位的公交车自动报站系统的设计”， 设计中利用无线收发模块及编解码芯片实现站台的自动识别，通过单片机对液晶模块及语音模块的综合控制实现全自动语音报站的功能。

本次设计以Keil C51开发环境为编程平台进行代码的编译和运行，并在Proteus上进行仿真。

第一章 概述

1.1GPS国内外的发展形势

1.1.1国外的研究现状

目前，以GPS为代表的卫星导航应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一。随着技术的进步、应用需求的增加，GPS以全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所独具的定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能，已涉足众多的应用领域，使GPS成为继蜂窝移动通信和互联网之后的全球第三个

IT经济新增长点。

虽然具有GPS定位功能的公交车市场潜力颇为看好，就现阶段而言仍有几项障碍亟待克服:首先，不论公交车采用的是内建GPS芯片或是用外接GPS模块作为解决方案，将无可避免地提高公交车成本，也影响消费者购买的意愿;最后，目前具有提供整合GPS芯片与无线通信技术的公司仍屈指可数，且公交车制造大厂是否愿意采用现有的解决方案，或是另外自行开发仍是未定之数。

通过近20年的发展，GPS产品已逐渐转变为消费电子产品，且所能应用的范围已扩展到日常生活中的通信、PDA、定位信息等。不过，以现阶段来看，由于 GPS接收机的单芯片化技术、价格以及市场应用服务等仍未臻成熟，因此，在乐观地看待此市场发展时，诸如GPS IC设计的技术是否能达到公交车或PDA所需的最小体积、成本是否能降低以及内建GPS的新公交车系统是否能引起消费者的青睐等问题，仍必须审慎地深入评估。 1.1.2 国内的发展现状

国内GPS市场呈现出两个重点发展趋势。

(1)以车载导航为核心的移动目标监控、管理与服务系统。

在GPS应用领域，车辆应用所占的比例较大。最初GPS车辆应用一般分为车辆跟踪和车辆导航两大系统。但当摩托罗拉公司推出集车辆导航与跟踪于一体的车辆信息系统后，它就成了发展的方向。

GPS车辆定位监控系统主要有自导航应用和中心监控两种方式。车辆监控系统是集GPS技术、无线通信技术和地理信息系统技术于一体的综合车辆管理系统。一般行业用户的车船队监控都采用中心监控方式，系统由监控中心、位于监控中心的主站和安装在移动车辆上的子站等3部分构成。系统的工作原理是:安装在车辆上的GPS接收机根据收到的卫星信息计算出车辆的当前位置，通信控制器从GPS接收机输出的信号中提取所需要的位置、速度和时间信息，结合车辆身份等信息形成数据包，然后通过无线信道发往控制中心。控制中心的主站接收子站发送的数据，并从中提取出定位信息，根据各车辆的车号和组号等，在监控中心的电子地图上显示出来。同时，控制中心的系统管理员可以查询各车辆的运行状况，根据车流量合理调度车辆。

(2)面向个人消费者的GPS终端产品。

芯片的小型化技术、生产成本的降低、体积与耗电量的减小等有利因素，使GPS产品走下神坛、深入到人们的日常生活中。目前面向个人消费者的产品主要有车载自主导航系统、移动监控终端以及消费类电子产品。

有集成了GPS芯片和地理信息系统数字地图的移动通信手机、GPS手持机、GPS

手表，甚至GPS相机等，也有基于掌上电脑和笔记本电脑等移动设备的插卡(CF卡式GPS接收机)式、外接(GPS接收机)式等集成产品。

1.2 课题研究的内容及目标 自动报站系统是智能公交系统的组成部分，公交车自动报站系统是利用全球定位系统(GPS)进行数据采集，根据公交车所处的位置进行自动报站、温磬提示等服务，它将电子、控制、计算机、通信等实用技术集中运用于公共交通系统，改造旧的服务模式，建立全新的服务体系，不但提高了其服务质量，同时也将为公交公司和社会带来较大的经济和社会效益。

1(课题的主要研究的内容

针对我国的中小城市，自主研发一套基于GPS的公交车自动报站系统。该系统采用GPS卫星定位技术，彻底改变传统公交车语音报站必须由司机操控才能工作的落后方式，在公交车进站、出站、拐弯时能及时、准确地自动播报站名及服务用语，实现公交车报站的完全智能化。

在进行系统设计时，除了实现系统要求的功能以外，同时，由于系统是安装在公交车上，属于车载终端设备，所以必须兼顾电源、功耗、体积等因素，且还要考虑到产品成本、开发工具、研发周期等问题。基于以上因素，整个系统采用了AT89C51单片机作为主控制器的设计思路。

2(课题研究的目标

本课题研究的是基于GPS的公交车自动报站系统，目的是使公交车通过GPS定位，准确获知并且确定车辆位置，然后通过液晶显示站点信息，提示灯变亮，再由音频系统自动播报站名，从以前完全手动控制变为选择性自动控制，以提高公交系统的准确性和安全性。

第二章 整体框架及方案比较

本系统要实现根据公交车通过不同路段，然后经过GPS系统定位报出站名的功能。系统主要有两大部分，主控制程序单片机和语音芯片部分。每个部分都有不同的方案可供选择。

2.1系统整体框架结构图 本设计的整体思路是:通过按键电路和GPS定位系统输入地段信息，直接输出数字信号给单片机AT89C51进行处理，在LCD液晶频上显示当前站名信息。同时通过语音芯片输出放大后的语音信息。其结构框图如图所示:

LCD GPS模块

AT89C51

按键电路 音频输出 音频放大 扬声器

图2.1 整体框架结构图

2.2单片机的选择

目前基于此课题的设计方案主要有两种，分别是基于FPGA的VHDL语言设计，基于AT89C51单片机设计，下面具体分析各种设计方案的优缺点。 方案一:基于FPGA的VHDL语言设计

优点: FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件，器件集成度高，方便易用。FPGA在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。随着功耗和成本的进一步降低，FPGA还将进入更多的应用领域。

缺点:用VHDL语言编写的程序很难实现符合这个课题的效果，在逻辑算法上也不及51单片机来得灵活。在仿真环境上无法体现出需要实现的功能，不太适合用在这个课题上。

方案二:基于AT89C51单片机设计

优点:51单片机具有高效能，资源占用率低等特点。目前51单片机的使用非常广泛，关于51单片机设计开发的资料非常丰富，很适合初学者自学。使用C语言编程可以实现丰富的功能，在Proteus仿真环境上也可以很好地体现出本设计欲达到的效果。 缺点:对多线程同时需要共享资源的任务处理性能有限，无法满足现今对执行效率和存储容量都有较高要求的信息家电等的需要。在多任务的处理能力上根本无法与基于嵌入式操作系统构架的方案同日而语。

本设计采取方案二以AT89C51作为单片机。由于本课题属于小型项目，信息处理量不大，采用FPGA的设计存在成本高，开发过程复杂等情况，本项目并不能发挥出这些芯片的强大功能。基于以上优缺点的分析我选择了第2种设计方案。选用ATMEM公司的AT89C51作为控制芯片，成本低，开发周期短，配合各种专用芯片的使用能够实现丰富的功能。可以在Proteus仿真环境中很好的体现出设计所要实现的效果。

2.3语音芯片的比较

本论文主要考虑了两种语音芯片，ISD1700S语音芯片和OTP语音芯片，并且对它们做了分析比较。

方案一:语音芯片ISD1700S

ISD1700S 系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路，是ISD1400S与ISD2500S的升级产品。该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示(vAlert),双运作模式(独立&嵌入式)，以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。

特点:

, 可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年

, 两种控制方式，两种录音输入方式，两种放音输出方式

, 可处理多达 255 段以上信息

, 有丰富多样的工作状态提示

, 多种采样频率对应多种录放时间 , 音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美 电特性:

, 工作电压:2.4V,5.5V，最高不能超过6V

, 静态电流:0.5-1uA

, 工作电流:20mA

可利用振荡电阻来自定芯片的采样频率，从而决定芯片的录放时间和录放音质，而芯片的采样率可以通过外部振荡电阻来调节

方案二:语音芯片OTP

OTP可以PWM直接驱动喇叭，也可以通过三极管放大后驱动喇叭，TG1、TG2只能作为输入触发端(和正电源导通时，触发语音播放)另外的TG11、TG12既可以作为输入触发端，也可以作为输出驱动端，可以选择播放语音时TG11/TG12输出1HZ闪光、3HZ闪光、6HZ闪光或者常亮模式，这样就能实现在播放语音的

同时LED闪光或者执行其他动作，如电机运转等。

OTP语音芯片特点

, 性能高度集成外围无需任何元件,只需一个104滤波电容。

, 体积超小有DIP8，SOP8两种封装方便客户使用、低电压供电，静态基

本不耗电。

, 音质效果好，音量大

, 支持多种控制方式，按键控制和单片机串行脉冲控制.语音可分成32段.

, 批量价格具有绝对优势,交货周期短7天。

, 输出方式有PWM ，DSK驱动喇叭。