智能公交无线报站系统（移动端）【毕业设计+开题报告+文献综述】

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本科毕业设计文献综述电子信息工程智能公交无线报站系统（移动端）前言公交车的发展历史距今已有180多年了。早在1831年，英国人沃尔特·汉考克制造出了世界上第一辆装有发动机的公共汽车开始，公交车经历了一系列的变化，更新。目前,国内公交车比起以前的那报站的方式已经有了很大的改善。从最初的“闷罐头”到如今配套的空调系统；从最初的单层到现在的多层；从人工报站到半自动语音报站，从无监视系统到有监视系统，公交车向着越来越人性化的方向发展。以前的售票员喊话报站改变为如今驾驶员使用报站器手动报站，虽然使用手动报站器有了很大的进步，但是因为驾驶员需要在保证安全驾驶的前提下进行手动报站，往往需要在车子进出站的同时进行人工操作，由于这两个时间点往往是路面情况最复杂的时刻，经常会出现错报、漏报的现象。而且让驾驶员在驾驶过程中进行报站，也存在着安全隐患。公共交通问题显得日益重要，现在的交通系统也有了很大的发展，但现有的智能自动化系统大都用于私家车与商业运营车，在公交车辆尚未成功地应用，试用品也只是在某些城市开通，并为驾驶员和乘客们考虑较小，在一些功能上还有待完善，所以暂时并没有普及市场，但是公交依然还是广大使命出行的主要交通工具。如何更好地发展与管理城市公交，实现其社会效益最优化，并最大限度地提高公交企业管理水平、减少政府补贴，成为目前面临的现实问题。现有公共交通的运行状况，找出存在的问题及可能发挥的潜力，把握公交总体发展水平，可以为公交进一步发展提供规划、建设、管理等方面的依据，对整个城市交通系统管理将起到积极的推动作用。主题1.总设计思路本论文的目的就是利用STC89C58单片机、ISD1720系统语音芯片、OCMJ12232C_14 液晶模块以及GPS和GSM无线数据收发模块来实现全自动语音报站系统必要的功能。论文正文主体部分首先介绍GPS的定位原理和基础，介绍GPS定位的优点，GPS的组成，GPS的一些弊端以及主要误差来源。其次介绍一些GPS其他方面的应用，突出其优越性和以后的前景。然后分别来介绍本系统的硬件设计和软件设计，详细的介绍各个模块的构成和特性。从设备的选择和功能上来阐述它们的优越性。重点介绍单片机模块，LCD显示模块，语音模块，GPS和GSM模块这四个模块。2.GPS公交定位系统全球定位系统（GPS）进行公交车报站系统的设计是近年来的热点课题。GPS卫星定位语音报站系统不仅具有定位精度高、自动预报、播报等特点，还能给驾驶员限速行驶的提示，能有效的提高公交的服务质量和安全系数。在公交上安装GPS定位系统和GSM收发系统后使公交总体发展水平更进一步了。某种程度上对于市民和道路监管部门都有一定的益处，使其社会效益达到最优化。同时监管部门也可以通过GPS随时随地知道公交车所处的位置以及航线和速度，并可通过GSM短信方式传输数据，实现公交调度与站点进行联系，大大提高了公交管理水平。虽然我国大部分大中城市道路和某些高速公路装备有部分检测线圈、闭路电视等交通监视设施，但由于种种原因，所发生的交通拥挤和突发交通事件基本上是依靠人工方式发现的，人力、物力消耗大，效果有限。如北京、上海、广州等城市都建立了交通指挥中心，引进了多种国外的交通信号控制系统，建立了违章监视系统，但交通拥挤和交通事故的1发现仍然依靠报警电话、交警、闭路电视等人工手段。综上所述，现阶段大力支持研究智能化公交系统项目，发展城市智能化交通，将是未来我国大城市客运交通发展的必然选择，也是未来我国大城市可持续发展的保证。3.硬件的设计思路硬件部分主要由主控芯片模块，语音模块，无线收发模块，LCD显示模块四大部分组成。这四部分缺一不可，尤其是无线收发模块，这块才是智能公交报站系统的主导。（1）主控芯片模块主控芯片为STC89C58单片机，单片机体积小，重量轻。它具有高效性，资源占用率低等特点。目前51单片机的使用非常广泛，使用C语言编程可以实现非常的功能。（2）语音模块4 ISD1720语音芯片华邦公司推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，双运作模式以及可定制的信息操作指示音效。芯片内包含自动增益控制、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。（3）无线收发模块无线收发模块主要由GPS和GSM组成，利用GPS实现车辆的定位，通过端口把定位数据传输到主控芯片，再由主控芯片通过端口以GSM短信方式传输数据到站，实现公交调度与站点进行联系。GPS由于定位精度高，范围广等特点被用于多领域，深受好评。（4）LCD显示模块OCMJ12232C_1该模块是C系列中的一种模块，存储容量大。主要实现公交下一站的显示。4.软件的设计思路本系统主要是由单片机控制，写入单片机可供选择的语言一般为汇编和C语言，因为C语言兼顾了多种高级语言的特点，并具有汇编的功能，所以本系统采用C语言进行编程写入主控芯片当中，利用中断来助理相关功能模块，系统的执行过程大致如下：系统依据GPS定位信息和单片机内存储的线路计算位置、报站、等功能，并由单片机控制车内的LCD显示屏进行显示，语音进行播放。小结通过查阅大量的文献资料以及归纳总结，尽量使系统的设计从实用性、方便性和经济性上得到最优化。与此同时，通过从各个渠道搜集文献资料的，本人熟悉了专业文献资料查找和资料积累方法，提高了对文献资料的归纳、分析、综合运用能力，提高了独立工作能力和科研能力，并为科研活动奠定扎实的基础。本文主要探讨了智能公交服务系统的研究和设计，主要包括对智能公交技术理论全球定位系统GPS定位的相关技术进行了阐述与研究，分析。4 准确的进行定位，根据车辆所处的位置进行自动报站。依据智能公交服务系统的设计原则，对整个系统的硬件结构、功能等进行了详细分析。以单片机CPU为核心，针对本系统所选用的器件，研究并设计一套电路，并对系统设计中的关键问题进行研究。系统软件的设计与实现。主要包括主程序，重要的模块的程序及中断程序的实现，软件设计时应比较完善的考虑。4 【参考文献】[1]安东,崔中兴,组合INS/GPS系统设计方法及其工程实现航空电子技术.1997.8-22.[2]刘斌.全日历LED数字显示屏的设计.电子技术应用.1997.3-8.[3]鲍健.单片机系统高可靠性设计.微型机与应用.1997.10-16.[4]冯相忠,高禹.C语言程序设计学习指导与实验教程(2).中国农业大学出版社.2008.2.[5]严蔚敏,吴伟明:数据结构(C语言版).清华大学出版社.2000.6[6]楼然苗,李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京:北航出版社.2003.[7]李光飞,楼然苗.单片机课程设计实例指导[M].北京:北航出版社.2004.[8]孙燕,刘爱民.Protel99设计与实例[M].北京:机械工业出版社.2000.[9]先锋工作室.单片机程序设计实例[M].北京:清华大学出版社.2003.[10]陈丽华,汪孔政主编.关于参考椭球平均半径的探讨[M].测绘通报.2005.[11]赵亮,侯国锐编著.单片机C语言编程与实例[M].人民邮电出版社.2003.[12]颜世强,李树广.公交车自动报站系统的设计[J].工业控制计算机,2004,17(6):60.[13]周波,冯顽童,胡建龙等.公交车自动报站系统的设计[J].四川理工学院学报:自然科学版,2008,21(3):79-81.[14]孙育才.MCS—51系列单片机微型计算机及其应用[M].南京:东南大学出版社.2004.1 1 毕业设计开题报告电子信息工程智能公交无线报站系统（移动端）一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着我国社会经济的发展、人们生活、工作节奏的加快，城市化进程的加快，公共交通面临的压力日渐增大，公共交通服务质量的问题也日渐凸显。公交车辆作为现在市民出行的主要交通工具，其服务质量与市民的生活质量息息相关。如何快速、准确、及时的将公交车行驶信息传递给乘客，是公交车服务质量提升的一个重要方面。从国内外发展经验来看，在大城市、特大城市优先公共交通发展已成为共识。但优先发展带来政府投资、财政补贴大量增加，目前公交企业普遍面临政府补贴有限、企业经济效益差和职工劳动强度大、收入低等具体问题。近年来，人民生活水平的提高，机动车数量增长迅猛。截止去年6月底，我国的机动车保有量已达1.89亿辆，全国公交车也已接近六十万辆，公交企业超过了一千家。但是也暴露了一连串问题，在机动车需求量快速上升的同时，带来的却是土地资源的匮乏，道路严重堵车，大量的排气严重污染着环境，大多数城市人口的高度集中以及城市道路的低水平供给，从而决定了我国未来大城市客运交通的发展，并且只能走智能化公共交通之路。如何更好地发展与管理城市公交，实现其社会效益最优化，并最大限度地提高公交企业管理水平、减少政府补贴，成为目前面临的现实问题。现有公共交通的运行状况，找出存在的问题及可能发挥的潜力，把握公交总体发展水平，可以为公交进一步发展提供规划、建设、管理等方面的依据，对整个城市交通系统管理将起到积极的推动作用。因此，必须建立一套科学、实用的公共交通发展水平综合评价指标体系。利用全球定位系统（GPS）进行公交车报站系统的设计是近年来的1 热点课题。GPS卫星定位语音报站系统不仅具有定位精度高、自动预报、播报等特点，还能给驾驶员限速行驶的提示，能有效的提高公交的服务质量和安全系数。在公交上安装GPS定位系统和GSM收发系统后使公交总体发展水平更进一步了。某种程度上对于市民和道路监管部门都有一定的益处，使其社会效益达到最优化。同时监管部门也可以通过GPS随时随地知道公交车所处的位置以及航线和速度，并可通过GSM短信方式传输数据，实现公交调度与站点进行联系，大大提高了公交管理水平。虽然我国大部分大中城市道路和某些高速公路装备有部分检测线圈、闭路电视等交通监视设施，但由于种种原因，所发生的交通拥挤和突发交通事件基本上是依靠人工方式发现的，人力、物力消耗大，效果有限。如北京、上海、广州等城市都建立了交通指挥中心，引进了多种国外的交通信号控制系统，建立了违章监视系统，但交通拥挤和交通事故的发现仍然依靠报警电话、交警、闭路电视等人工手段。综上所述，现阶段大力支持研究智能化公交系统项目，发展城市智能化交通，将是未来我国大城市客运交通发展的必然选择，也是未来我国大城市可持续发展的保证。公交车的发展历史距今已有180多年了。早在1831年，英国人沃尔特·汉考克制造出了世界上第一辆装有发动机的公共汽车开始，公交车经历了一系列的变化，更新。目前,国内公交车比起以前的那报站的方式已经有了很大的改善。从最初的“闷罐头”到如今配套的空调系统；从最初的单层到现在的多层；从人工报站到半自动语音报站，从无监视系统到有监视系统，公交车向着越来越人性化的方向发展。以前的售票员喊话报站改变为如今驾驶员使用报站器手动报站，虽然使用手动报站器有了很大的进步，但是因为驾驶员需要在保证安全驾驶的前提下进行手动报站，往往需要在车子进出站的同时进行人工操作，由于这两个时间点往往是路面情况最复杂的时刻，经常会出现错报、漏报的现象。而且让驾驶员在驾驶过程中进行报站，也存在着安全隐患。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。正因如此，公交车内的全自动设备越来越受关注，实现全自动语音报站系统的就显得越来越必要了，甚至越来越重要了。1 论文的目的就是利用AT89C51单片机、ISD1700系统语音芯片、JHD62ALCD液晶模块以及GPS和GSM无线数据收发模块来实现全自动语音报站系统必要的功能。单片机由于功能广泛，体积小，重量轻，具有很强的灵活性，可运用到很多产品设备当中，而且价格便宜，得到越来越广泛的运用，特别是机电一体化产品中都有重要的用途。20世纪80年代中期，Intel公司将8051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单片的运用时如此广泛，因此学习单片机的运用时非常重要的。学好单片机也是学习其它嵌入式控制器如ARM、DSP的基础，任何嵌入式控制器都离不开单片机所涵盖的如中央处理器，定时器，中断控制器，I0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，再去学习其它嵌入式控制器如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重要台阶。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：1.车与站点无线系统的设计。2.车内预报系统的硬件的设计。3.用C对各个模块的程序设计。4.车内显示器的设计三、研究步骤、方法及措施：1.查阅相关的LCD以及语音芯片的详细资料，对自己要用的51单片机进行一定了解，对它的接口，输入输出，和存储器进行一定的了解，通过估算LCD将要显示的内容所占的存储大小来判定是否需要外部存储器。2.通过设定的功能来对整个系统的原理电路进行设计，画出原理图，PCB板。3.通过PCB板制作出所要用的硬件电路底板，对所有元件进行焊接，做出硬件电路。4.对单片机进行编程，从而实现软件部分要求的。5.对硬件进行调试四、参考文献[1]楼然苗,李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京:北航出版社.2003.1 [2]李光飞,楼然苗.单片机课程设计实例指导[M].北京:北航出版社.2004.[3]孙燕,刘爱民.Protel99设计与实例[M].北京:机械工业出版社.2000.[4]陈丽华,汪孔政主编.关于参考椭球平均半径的探讨[M].测绘通报.2005.[5]赵亮,侯国锐编著.单片机C语言编程与实例[M].人民邮电出版社.2003.[6]颜世强,李树广.公交车自动报站系统的设计[J].工业控制计算机,2004,17(6):60.[7]周波,冯顽童,胡建龙等.公交车自动报站系统的设计[J].四川理工学院学报:自然科学版,2008,21(3):79-81.[8]孙育才.MCS—51系列单片机微型计算机及其应用[M].南京:东南大学出版社.2004.1 本科毕业设计智能公交无线报站系统（移动端）1 摘要伴随着我国社会经济的发展、人们生活、工作节奏的加快，城市化进程的加快，公共交通面临的压力日渐增大，公共交通服务质量的问题也日渐凸显。如何快速、准确、及时的将公交车行驶信息传递给乘客，是公交车服务质量提升的一个重要方面。公交车的发展历史距今已有180多年了。公交车经历了一系列的变化，更新。目前,国内公交车比起以往的报站方式已经有了很大的改善。采用GPS和GSM相结合的智能报站系统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。本文构成主要有51单片机、语音芯片、液晶模块以及GPS和GSM无线数据收发模块。单片机选择STC89C51系列的单片机，该单片机最大的好处可以在线编译，而且储存容量大。语音芯片采用ISD1720语音芯片，该语音芯片功能强大，功耗低，能录能放，适合本系统的语音实现功能。液晶模块OCMJ12232C_1，该模块是C系列中的一种模块，存储容量大。GPS模块和GSM模块分别采用MD和TT53收发模块。这些模块组合起来功能齐全，对本设计对实现全自动语音报站系统设计出了一套完整的方案。关键字：GPS；单片机；GSM；语音芯片；LCD1 AbstractWithChina'ssocialandeconomicdevelopment,peoplelivingandworkingrhythmspeedingup,theaccelerationofurbanization,publictrafficpressureincreases,growingpublictransportservicesqualityproblemalsoincreasinglyprominent.Howfast,accurate,timelywilldriveinformationtoabuspassengers,isabusservicequalityisanimportantaspectofascension.Thedevelopmenthistoryofpublicbuses180yearsdating.Thebushasexperiencedaseriesofchangesandupdate.Atpresent,thedomesticbusstopscomparedwiththetraditionalwayofhasgreatlyimproved.UsingGPSandGSMcombinationofintelligencecangreatlyreducethedriverstopssystemworkload,promotethemodernizationprocessofpublictransportsystem.Thisarticle51single-chip,amajorspeechchip,LCDmoduleandGPSandGSMwirelessdatetransceivermodule.STC89C51seriesofsingle-chipmicrocontrollerchoice,themicrocontrollerbiggestadvantagecancompileandstoragecapacityonline.VoicechipadoptISD1720pronunciationchip,thisvoicechippowerful,lowpowerconsumption,canrecordforthesystemcanput,thespeechfunction.LCDmoduleOCMJ12232C_1,thismoduleisCseriesofamodule,storagecapacity.GPSmoduleandGSMmoduleusedrespectivelyMDandTT53transceivermodule.Thesemodulecombinedfunctional,forrealizingautomaticspeechthisdesignstopssystemdesignoutacompletesetofsolutions.KeyWords:GPS；microcontroller；GSM；pronunciationchip；LCD1 目录引言1第1章GPS系统的概述与定位原理21.1GPS概述21.1.1GPS与无线公交服务系统的关系21.1.2GPS车辆定位的优点21.2GPS定位的基本原理31.2.1GPS定位的基本概念31.2.2GPS定位的基本定位原理方程31.2.3位置预测41.3小结5第2章智能公交无线报站系统移动端的硬件设计52.1无线报站系统移动端设计概要52.2主要模块分析62.2.1基于STC89C58单片机设计62.2.2语音模块72.2.3无线模块92.2.4LCD显示模块112.3小结12第3章无线报站系统移动端软件设计与研究133.1总体流程图133.2GPS数据的选择和处理143.3各个模块程序的设计15小结23致谢24[参考文献]25附录1原理图26附录2总程序271 引言公交车辆作为现在市民出行的主要交通工具，其服务质量越来越受市民的关注。从国外公交发展经验来看，在一些大城市，特别是特大城市对公交的人性化越来越看重。但公交优先发展会带来政府补贴，财政投资等大量增加，最近一些公交企业都存在着财政不足，收益差等问题。近年来，随着人民生活水平的提高，机动车数量也随之增长迅猛。截止去年6月底，我国的机动车保有量已达1.89亿辆，全国公交车也已接近六十万辆，公交企业超过了一千家。但是也暴露了一连串问题，在机动车需求量快速上升的同时，带来的却是土地资源的匮乏，道路严重堵车，大量的排气严重污染着环境，大多数城市人口的高度集中以及城市道路的供给不足，从而决定了我国未来大城市客运交通的发展，并且只能走智能化公交之路。如何更好地发展与管理城市公交，实现其社会效益最优化，并最大限度地提高公交企业管理水平、减少政府补贴，成为目前面临的现实问题。现有公共交通的运行状况，找出存在的问题及可能发挥的潜力，把握公交发展总体趋势，可以为公交进一步发展提供规划、建设、管理等方面的依据，对整个城市的交通管理系统将起到积极的促进效果。所以，我们必须建立一套科学、实用的智能公共交通发展新体系。利用全球定位系统（GPS）进行无线公交报站系统的设计是近几年来的趋势。GPS全球定位智能报站系统不但具有准确定位、智能报站等特点，而且还能通过这个进行行驶限速的警示，更能彻底的提升公交的服务质量，同时也降低了公交的安全隐患。在公交上安装GPS定位系统和GSM收发系统后使公交总体发展水平更进一步了。某种程度上对于市民和道路监管部门都有一定的益处，使其社会效益达到最优化。同时监管部门也可以通过GPS随时随地知道公交车所处的位置以及航线和速度，并可通过GSM短信方式传输数据，实现公交调度与站点进行联系，大大提高了公交管理水平。早在1831年，一个叫沃尔特·汉考克英国人制造出了世界上装有发动机的第一辆公共汽车开始，至今为止公交车经历了一系列的变化，更新。目前,国内公交车比起以前已经有了很大的改善。从原先的“闷罐头”到如今拥有配套的空调系统；从原先的单层到如今的多层；从人工报站到半自动语音报站，从无监视系统到有监视系统，公交车向着越来越人性化的方向发展。从以前的公交车内是通过人工报站变成如今改用手动进行报站，虽然手动报站器对于人工报站有了进一步的提升，但是正在开车的驾驶员却需要在保证安全驾驶的前提下进行手动报站，往往是在车子进出站的同时进行人工操作，由于这两个时间点往往是路面情况最复杂的时刻，经常会出现错报、漏报的现象。而且让驾驶员在驾驶过程中进行报站，也存在着安全隐患。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。正因如此，公交车内的智能设备越来越受关注，实现全智能语音报站系统的就显得越来越重要。无线公交系统采用全球定位系统GPS进行数据采集，根据车辆所在的位置进行自动报站等服务。并将定位数据通过GSM反馈给电子站点，电子站点接收数据自动更新显示，从而实现公交车辆的自动报站，建立了全新的服务系统。1 第1章GPS系统的概述与定位原理1.1GPS概述GPS(GlobalPositioningSystem)中文称全球定位系统，GPS全球定位系统是近年来迅速发展起来的一种卫星定位导航方式，是70年代美国国防部发展的第二代卫星导航系统。GPS由三个独立的部分组成：空间部分—GPS卫星星座，地面控制部分—地面监控系统，用户设备部分—GPS信号接收机。由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成的，记作（21+3）GPS星座。它可以提供全球范围内的导航定位数据，用户实时接收卫星发出的星历，可以推算出当前使用者的具体地理位置，具体时间和行驶速度等数据信息。它可以说是新一代的智能导航定位系统，覆盖全球任何位置，无论何时都能为任何用户同时提供准确位置、准确时间，并能对时间，速度作为基准进行调整。它在无线公交报站系统中，起到定位的作用，其定位精度比较高，并且具有成本较低、使用维护费用低、通讯可靠等特点。1.1.1GPS与无线公交服务系统的关系无线公交服务系统通过利用GPS数据来进行准确定位，根据这些数据来完成智能语音报站等一系列服务，无线公交系统通过单片机CPU读取存储于EPROM中原先设定好的站点数据，接收GPS终端传过来的定位、时间等数据，把这些有用的GPS数据通过与站点所设置好的数据进行比较，判断和计算车辆的现在所在位置和到站、出站信息，通过预报和屏幕显示市民传达信息。1.1.2GPS车辆定位的优点GPS在各行领域应用十分广泛，比如测量，航空等。它应用于无线公交系统是用来准确定位公交车辆的位置。GPS在车辆定位时的优点有以下几个方面：1、覆盖全球、不间断的传输信息，准确定位、成本较低。2、可以简单的安装与各个地方。3、数据丰富，包含时间，地点，速度，海拔等等。4、GPS系统的定位数据不存在累计误差，能准确定位，精度高。避免了不必要的修正，从而操作起来更加方便。5、GPS终端设备类型丰富，多款多功能的GPS终端设备被用于测量，导航等。6、地面GPS系统只需要一个GPS接收机就可以，价格实惠。1 1.2GPS定位的基本原理1.2.1GPS定位的基本概念定位就是确定目标的时间与空间信息。定位之前必须先要确定时间参考坐标系统的建立，这些一直是测绘界和天文界最前沿的理论与技术研究方向，目前仍然还在发展之中。在空间和时间坐标系系统建立的基础上，然后探讨在某个参考系统内如何确定事物、信息、目标的具体时间和地理位置。1.2.2GPS定位的基本定位原理方程GPS定位的基本原理是通过不间断的接收太空卫星多发送来的一系列参数和信息，包括位置，时间等等。对这些正在运行的卫星当前置作为已知的起算数据，通过空间距离后方交会的算数方法，计算求出终端的三维位置和方向以及当前运行速度和时间。GPS定位的基本几何原理为三球交会原理：假设用户距离卫星S1为L1，那么用户的位置必定在以S1为球心，L1为半径的球面C1上；同样，假如用户距离卫星S2为L2，那么，用户的位置也必定在以S2为球心，L2为半径的另一球C2上，用户的位置既在球C1上，又在球C2上，那它必定处在C2和C3这两个球面的交线M2上。用户的位置既在交线M1上，又会在交线M2上，它必定在交线M1和M2的交点上。GPS定位原理的代数图如下图所示。图11GPS定位原理图用户终端距离卫星为L，卫星1坐标为（x1,y1,z1）,卫星2坐标为(x2,y2,z2)，卫星3坐标为（x3,y3,z3），通过以上可得到下列方程：(1-1)(1-2)(1-3)式中，Li为终端与卫星之间的距离；x1，y1,z1表示卫星的三维坐标值；x,y,z表示终端的三维坐标值；其中L，x1,y1,z1是已知量，x,y,z是所求的，通过三个方程就可以求出x,y,z。27 从上面的分析看出，知道三颗卫星至终端的距离，就能计算出终端的三维坐标。实际上，终端一般有非常准确的时钟那是不可能的，卫星钟跟它们也不保持同步，因此终端计算得出的时钟时间是有问题的，通过计算得到的终端和卫星之间的距离也不是真正的距离，计算出来的距离通常被称为伪距离。通过第四颗卫星做参考卫星，就可以解决其中的问题。假设终端正在接收卫星传过来的信号，终端的时间与卫星导航系统所用的时间差为则上面公式将改成为+(1-4)+(1-5)+1-6)+(1-7)式中v代表电磁波传播速度，是未知数。其中（x1,y1,z1）,(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),(x4,y4,z4)是四颗卫星的坐标；终端测出与四颗卫星的伪距，通过这四个方程，求出四个未知量x1,y1,z1,和，就可准确的计算出终端的时间。用户静止时，由于卫星始终在不断运行中，终端的卫星信号存在着多普勒频移。多普勒频移的大小和正负可通过卫星的时间和卫星的星历。假如用户处于运动状态中，那这个多普勒频移就要发生变化，此时的大小和正负是用户本身的速度与方向决定的。通过这个变化，终端用户可以轻松的推算出自己的三维运动速度。另外还有一种计算终端运行速度的方法：只要知道终端在不同的时间段的三维坐标，利用它们的差与所经过的时间相除。就可得到的终端的三维运动速度。通过上述定位原理可得，利用GPS定位技术可以把三维定位与终端时间的定时同时实现。通常来说，利用C/A码进行准确定位，坐标的各个分量精度在4-12m上下，三维整体精度在13-32m上下；利用军用P码进行准确定位，坐标的各个分量精度在2-4m上下，三维整体精度在2-7m上下；通过相位观测值进行准确定位通常很困难，目前对实时或准实时的坐标各个分量精度在0.2-0.4m上下，事后24小时连续定位三维精度可达1-4cm上下。1.2.3位置预测通过对常规速度的分析，系统可以在丢失车载终端定位信息时，在某段时间范围内，根据车辆最后一次定位信息和路线的速度，预测出车辆的当前位置，从而实现GPS定位数据的内插。（1）预先推算采样点的间隔;（2）常规速度的计算与分布;（3）预测持续的时间;27 常规速度的计算与分布通常由长期历史数据获得，这是一个机器学习的过程。对于GPS的实时性而言，影响其误差大小的最直接原因是运用了预测算法的持续时间。当计算点与预测点在时间上相差很大时，预测结果就会不准确。本设计中，预测的持续时间远远大于数据丢失点到前方总站的行驶时间(通常小于单程时间)时，就停止这种方法，利用数据的补传，或利用传统的人工服务进行预测。1.3小结本章简单介绍GPS的基本理论，包括定位原理、分类、基本构成和GPS的运用等，讨论了GPS在定位时的优点和缺点，对GPS定位所产生的误差进行分析，简单介绍当GPS丢失时的补偿办法。第2章智能公交无线报站系统移动端的硬件设计2.1无线报站系统移动端设计概要本系统采用一个STC89C58单片机作为接收端的主控部分。在公交车上安装主体器件。包括OCMJ12232C_1液晶显示模块、无线接收识别模块以及语音播报模块等。无线接收识别模块由无线接收头通过解码芯片解码接收到的信号。单片机对无线接收模块的端口进行扫描，公交车即将到站进入信号范围时（设置该距离为30M），端口电平发生改变，51单片机识别后先调用语音芯片内部播放指针，让其指向预置的数据段，并进行播报。同时改变LCD的显示内容，将下一站的站名进行更新。通知乘客到站下车。车子驰离站台后信号消失，下一站亦是如此。STC89C51逻辑控制（主机）语音模块LCD显示模块无线收发模块无线接受解码模块下车指示灯图21系统框图27 2.2主要模块分析2.2.1基于STC89C58单片机设计STC89C58是宏晶科技推出的新型的51内核的单片机，它内部包含32KFLASHROM、1.2KRAM，功耗低，正常工作模式下典型功耗为3~8mA，空闲模式下通常不大于2mA。传统的51单片机抗干扰能力差，STC89C58具有较强抗干扰能力，每个I/0口对VCC和GND都具有二极管箝位保护，输入的电压幅度大，电源不抖动。芯片内具有高抗静电（ESD保护）电路，对2000V的快速脉冲干扰可轻松通过，并且还对单片机的各个电路都进行了特殊处理，避免引入干扰。特点：1.增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU。2.工作电压：5.5V-3.4V(5V单片机)/3.8V-2.0V(3V单片机)。3.工作频率范围：0-40MHz，实际工作频率可达48MHz。4.片上集成1280字节/512字节RAM。5.通用I/0（32/36个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉。6.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片。7.看门狗。8.内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。9.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。10.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。11.工作温度范围：0-75摄氏度/-40-+85摄氏度。12.封装：PLCC-44，PQFP-44，PDIP-40。下图为STC89C58封装图22STC89C58封装27 2.2.2语音模块ISD1720语音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。芯片包含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），可自定的信息操作指示音。芯片内置有自动增益控制、扬声器驱动线路、麦克风前置扩大器、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。特点：1、语音可录、放十万次，存储内容可以断电保留一百年。2、可处理信息多达255段以上。3、工作状态提示丰富。4、多种采样频率对应多种录放时间。5、音质好，电压幅度大，应用灵活，价廉物美。电特性：1、工作电压：2.4V－5.5V，最高电压低于6V。2、静态电流：0.5-1uA。3、工作电流：20mA。通过利用振荡电阻进行自定芯片的采样频率，用来决定芯片的录放时间和音质，芯片的采样率可以通过外部振荡电阻来调节，ISD1700语音芯片引脚图如下：图23ISD1700的引脚独立按键工作模式：ISD1720的独立按键工作模式录放电路非常简单，功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。而且按键信号相当于一个负脉冲信号，可用软件模拟出来。在按键模式工作时，芯片可以通过/LED管脚给出信号来提示芯片的工作状态，并且伴随有提示音。1．录音操作：按下REC键，/REC27 管脚电平变低后开始录音，直到松开按键使电平拉高或者芯片录满时结束。录音结束后，录音指针自动移向下一个有效地址。而放音指针则指向刚刚录完的那段语音地址。2．放音操作：放音操作有两种模式，分别是边沿触发和电平触发，都由/PLAY管脚触发。A）边沿触发模式：点按一下PLAY键，/PLAY管脚电平变低便开始播放当前段的语音，并在遇到EOM标志后自动停止。放音结束后，播放指针停留在刚播放的语音起始地址处，再次点按放音键会重新播放刚才的语音。B）电平放音模式：如果一直按住PLAY键，使/PLAY管脚电平持续为低，那么会将芯片内所有语音信息播放出来，并且循环播放直到松开按键将/PLAY管脚电平拉高。3．快进操作：点按一下FWD按钮将/FWD端拉低，会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下一段语音信息。当播放指针到达最后一段语音处时，再次快进，指针会返回到第一段语音。当下降沿来到/FWD端时，快进操作还要决定于芯片当时的状态：4．擦除操作：擦除操作分为单段擦除和全体擦除两种擦除方式，区别如下：A）单个擦除：只有第一段或最后一段语音可以被单个擦除。点按一下ERASE健将/ERASE管脚拉低，这时具体的擦除情况要看播放指针的状态：B）全体擦除：当按下ERASE键将/ERASE管脚电平拉低超过2.5秒钟，会触发全体擦除操作，删除全部语音信息。5．复位操作：如果用RESET控制此管脚，建议/RESET管脚与地之间连接一个0.1μF电容。当/RESET被触发，芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置。6．音量操作：点按一下VOL键将/VOL管脚拉低会改变音量大小。每按一下，音量会减小一档，再到达最小档后再按的话，会增加音量直到最大档，如此循环。总共有8个音量档供用户选择，每一档会改变4dB。复位操作会将音量档放在默认位置，即最大音量。7．FT直通操作：将/FT管脚与GND短接，持续保持在低电平会启动直通模式。出厂设定的是在芯片空闲状态，直通操作会将语音从Analn端直接通往喇叭端或AUD输出口。在录音期间开启FT功能，会同时录下Analn进入的语音信号。8．提示音（SE）编辑：ISD1700S中设计了4种声音来提示当前的工作状态，分别为SE1，SE2，SE3，SE4。SE1为录音，下一曲或全部擦除的开始；SE2为录音，单首擦除或最后一曲结束时；SE3为无效的擦除操作；SE4为全部擦除成功。27 下图为ISD1720语音模块电路图24ISD1720语音电路该电路主要由有稳压电路，语音播放电路组成。实现的功能主要用于公交报站中语音报站功能。下图为ISD1720存储体系原理:图25ISD1700储存体系示意图2.2.3无线模块本设计无线模块主要由GPS和GSM组成，就是负责定位和无线收发信息功能的实现。GPS采用MD模块，它的定位精度可达到系统的要求之内。MD板接收到卫星下传过来的位置信息后，通过MD与计算机串口相连，直接与计算机进行信息交换。再由主控芯片通过端口以GSM短信方式传输数据到站，实现公交调度与站点进行联系。车载终端定位是利用GPS获取车辆当前的位置信息，主要包括经纬度、时间。删选出与定位相关的用于判断数据有效性和可信度的信息，GPS接收到的数据与报站器中预先存储的线路信息(如车站位置)进行比较、判断，进行自动报站。下图为GPSMD管脚：27 图26GPSMD管脚图GSM模块采用TT53收发模块，TT53短信语音模块同时具备透明收发短信和语音通话功能。无需用户掌握GSM和SMS方面的知识,无需复杂编程，无需编码转换，通过串口透明收发中英文手机短信。当用PC机开发短信应用系统时，无需短信开发经验、无需短信二次开发库，即可应用该短信模块短时间内开发出您的普通手机短信应用软件。TT53主要特性：TT53短信语音模块内嵌UNICODE码字库，支持PDU、7BIT、8BIT中英文短信的收发。采用普通的GSM手机卡，即插即用。支持多部手机和TT53短信模块之间、两台和多台TT53短信模块之间的中英文短信全透明互送。提供TTL、232串行通讯接口，波特率可选择。同时支持TTL、232串行通讯接口，波特率可选择，从300BPS到115200BPS。TT53内有FLASH存贮器，一次设置，永久有效。抗干扰设计，适合强电磁干扰的场合。下图为TT53的卡座电路：图27TT53卡座电路27 下图为无线模块电路图28无线模块电路GPS与GSM是通过RXD与TXD与单片机连接的，本设计将它们的RXD与TXD与两个多接口模块进行连接，通过这个模块再与单片机连接。2.2.4LCD显示模块LCD是金鹏电子有限公司OCMJC系列液晶显示器，它有三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口及串行接口（OCMJ4X16A/B无串行接口）。功能强大，具有显示RAM，字型产生器。一个小小的微处理系统，就可以简单的进行操作。内置2M-位的中文字型ROM(CGROM)共有8192个中文字型(16x16点阵)，16K-位半宽字型ROM(HCGROM)共有126个符号字型(16x8点阵)，64x16-位字型产生RAM(CGRAM)，还能进行多功能指令：画面清除（Displayclear）、复位光标（Returnhome）、打开/关闭（Displayon/off）、光标显示/隐藏（Cursoron/off）、字符闪烁（Displaycharacterblink）、光标移位（Cursorshift）、显示移位（Displayshift）、垂直画面卷动（Verticallinescroll）、反白显示（By_linereversedisplay）、待命模式（Standbymode）。主要参数：1、工作电压(VDD)：4.5～5.5V2、逻辑电平:2.7～5.5V3、LCD驱动电压(Vo)：0～7V4、工作温度(Ta)：0～55℃(常温)/-20～75℃（宽温）保存温度(Tstg)：-10～65℃(常温)/-30～85℃(宽温)本设计采用的是OCMJ12232C_1，下图为该模块的电路模块。27 图29LCD电路模块该模块主要负责无线公交系统中的液晶显示功能。下表为OCMJ12232C_1引脚说明：表21OCMJ12232C_1引脚说明引脚名称方向说明引脚名称方向说明1VSS-GND(OV)9DB2I/O数据22VDD-SupplyVoltageForLogic(3/5V)10DB3I/O数据33VO-SupplyVoltageForLCD（悬空）11DB4I/O数据44RSIH:DateL:InstructionCode12DB5I/O数据55R/WIH:DateL:Write13DB6I/O数据66EIEnableSignal,高电平有效14DB7I/O数据77DB0I/0数据015LEDA-背光源正极（+5V）8DB1I/0数据116LEDK-背光源负极（OV）2.3小结本章完成了无线公交系统硬件模块的研究与设计，分析了该系统各个模块结构和功能，介绍了本系统所选用的芯片及其芯片实现的功能，设计了其电路连接。27 第3章无线报站系统移动端软件设计与研究软件设计时采用模块化设计，使用定位模块、通信模块，语音模块及显示模块，通过C语言进行编程。利用C语言编写软件，能增加软件的可读性，可移植性，更能改进和扩充。并可利用中断处理某些功能模块。支持音量调节等功能而且单片机具有机器学习的功能。3.1总体流程图图31总流程图27 3.2GPS数据的选择和处理1．GPGGA格式这里的正确GPS格式为GPGGA格式，GPS模块REB-21R软件接口是RS-232。模块支持NMEA-0183协议，输出的数据有:GPGGA，GPGLL,GPGSA,GPGSV,GPRMC,GPVTG六种。在这些格式中，适合车载终端的格式是GPGGA和GPRMC.在此采用GPGGA格式。$GPGGA语句包括17个字段：语句标识头，世界时间，纬度，纬度半球，经度，经度半球，定位质量指示，使用卫星数量，水平精确度，海拔高度，高度单位，大地水准面高度，高度单位，差分GPS数据期限，差分参考基站标号，校验和结束标记(用回车符和换行符)，分别用14个逗号进行分隔。该语句各字段解释如下：$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx　　$GPGGA：起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据)；　　<1>UTC时间，格式为hhmmss.sss；　　<2>纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；　　<3>纬度半球，S或N(南纬或北纬)；　　<4>经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；　　<5>经度半球，E或W(东经或西经)；　　<6>GPS状态，0未定位，1非差分定位，2差分定位，3无效PPS，6正在估算；　　<7>使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)；　　<8>水平精确度，0.5到99.9；　　<9>天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米M指单位米　　<10>大地水准面高度，-9999.9到9999.9米M指单位米　　<11>差分GPS数据期限(RTCMSC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量，如不是差分定位则为空　　<12>差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。　　*语句结束标志符　　xx从$开始到*之间的所有ASCII码的异或校验和　　回车　换行比如实测的数据为：下表为GPGGA的一些传输数和特频率信息：表31GPGGA特频率信息波特率每秒传输数语句最大字符1200120GPGGA72$GPGGA，091047.00，3959.7618，N，11619.5350，E，1，07，2.3，60.0，M，-6.5，M，，*4A27 则表示时间北京时间9时10分47.00秒。地点是北纬39度59.7618分，东经116度19.5350分。卫星数7个，高度2.3米，海拔高度60米，校验数*4A，而本系统需要用到的数据只需要显示时间，维度，经度。2．处理有效的GPS信息GPS接收机不停地接收定位信息，将它作为GPS包传至CPU，经CPU进行检查，处理，删选，只要当收到格式正确的GPS包，数据才可以有效进入下一步的自动服务，进行语音播放，LCD液晶屏显示。这个GPS数据即当前车辆所处的具体位置，当收不到GPS包或是格式不对时就需要驾驶员按键或补偿方式实现各项服务。1、检查是否符合需要的GPS包格式。2、检查是否是正确的GPS包，GPS包是带校验的ASCII字符串，计算字符串的校验和并与信息自带的校验和进行比较，判断传输和接收的信息是否出错。3、检查是否为有效的定位数据，并依据是否有效设定定位状态，如果定位信息有效，则进入定位处理阶段，计算与站台的距离，当入站距离到达30的M的时候进行报站，并记录最新到、出站情况。4、检查上传当前位置信息是否收到，收到时则依据当前有效的GPS定位信息，生成一条上报位置信息，并设置发送标记。3.3各个模块程序的设计1．语音模块该模块采用单片机端口输出负脉冲信号模拟按键信号对语音芯片进行控制。P24=0;//模拟负脉冲FWD有效，播放指针指向下一段delay();P24=1;delay();//给语音芯片一定的执行时间P25=0;//模拟负脉冲PLAY有效，播放当前段delay();P25=1;2．显示模块串口程序#include#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#definex10x80#definex20x88#definey0x80#definecomm0#definedat1sbitcs=P0^0;sbitstd=P0^1;27 sbitsclk=P0^2;sbitpsb=P0^3;//H=并口;L=串口;sbitrst=P0^4;//ResetSignal低电平有效2、初始化LCD程序/*------------------初始化-----------------*/voidinit_lcd(void){rst=1;psb=0;wr_lcd(comm,0x30);/*30---基本指令动作*/wr_lcd(comm,0x01);/*清屏，地址指针指向00H*/delay(100);wr_lcd(comm,0x06);/*光标的移动方向*/wr_lcd(comm,0x0c);/*开显示，关游标*/}/*---------------显示汉字或字符----------------*/voidchn_disp(ucharcode*chn){uchari,j;wr_lcd(comm,0x30);wr_lcd(comm,0x80);for(j=0;j<4;j++){for(i=0;i<16;i++)wr_lcd(dat,chn[j*16+i]);}}/*-----------上半屏显示汉字或字符------------*/voidchn_disp1(ucharcode*chn){uchari,j;wr_lcd(comm,0x30);wr_lcd(comm,0x80);j=0;for(i=0;i<16;i++)wr_lcd(dat,chn[j*16+i]);wr_lcd(comm,0x90);j=1;27 for(i=0;i<16;i++)wr_lcd(dat,chn[j*16+i]);}/*----------------显示图形-----------------*/voidimg_disp(ucharcode*img){uchari,j;for(j=0;j<32;j++)}for(i=0;i<8;i++){wr_lcd(comm,0x34);wr_lcd(comm,y+j);wr_lcd(comm,x1+i);wr_lcd(comm,0x30);wr_lcd(dat,img[j*16+i*2]);wr_lcd(dat,img[j*16+i*2+1]);}}for(j=32;j<64;j++){for(i=0;i<8;i++){wr_lcd(comm,0x34);wr_lcd(comm,y+j-32);wr_lcd(comm,x2+i);wr_lcd(comm,0x30);wr_lcd(dat,img[j*16+i*2]);wr_lcd(dat,img[j*16+i*2+1]);}}wr_lcd(comm,0x36);}/*-------------下半屏显示图形--------------*/voidimg_disp1(ucharcode*img){uchari,j;for(j=0;j<32;j++)27 {for(i=0;i<8;i++){wr_lcd(comm,0x34);wr_lcd(comm,y+j);wr_lcd(comm,x2+i);wr_lcd(comm,0x30);wr_lcd(dat,img[j*16+i*2]);wr_lcd(dat,img[j*16+i*2+1]);}}wr_lcd(comm,0x36);}/*--------------显示点阵----------------*/voidlat_disp(uchardata1,uchardata2){uchari,j,k,x;x=x1;for(k=0;k<2;k++){for(j=0;j<16;j++){for(i=0;i<8;i++){wr_lcd(comm,0x34);wr_lcd(comm,y+j*2);wr_lcd(comm,x+i);wr_lcd(comm,0x30);wr_lcd(dat,data1);wr_lcd(dat,data1);}for(i=0;i<8;i++){wr_lcd(comm,0x34);wr_lcd(comm,y+j*2+1);wr_lcd(comm,x+i);wr_lcd(comm,0x30);wr_lcd(dat,data2);27 wr_lcd(dat,data2);}}x=x2;}wr_lcd(comm,0x36);}/*-----------------------------------------------*///当data1=0xff,data2=0xff时,在x0,y0处反白显示16xl*yl.voidcon_disp(uchardata1,uchardata2,ucharx0,uchary0,ucharxl,ucharyl){uchari,j;for(j=0;j