畢業(yè)論文計(jì)----基于gps公交站臺自動報站系統(tǒng)的研究

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　摘 要：車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)，又稱自動車輛定位系統(tǒng)，對它的研究起始于二十世紀(jì)七十年代。最初的應(yīng)用是為了解決汽車文明帶來的日益嚴(yán)重的城市交通問題。時至今日，車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)集合全球衛(wèi)星定位技術(shù)，現(xiàn)代移動通信一技術(shù)，地理信息系統(tǒng)技術(shù)于一身，不僅在智能交通系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)主要作用，同時還可以提供防盜防搶劫報警，緊急醫(yī)療求助等多種

2、服務(wù)。但是，由于目前車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的無線傳輸大多采用GSM短消息通信技術(shù)，試驗(yàn)表明通過GSM短消息承載的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，實(shí)際應(yīng)用的傳輸時延不小于6秒，這對于實(shí)時性要求較高的需求，難以提供令人滿意的應(yīng)用。因此，采用GPRS技術(shù)來替代GSM無線數(shù)據(jù)傳輸部分，通過GPRS高達(dá)171.2kbps的通信速率，實(shí)現(xiàn)低于秒級的實(shí)時定位數(shù)據(jù)傳輸，成為車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文通過對GPS衛(wèi)星定位理論，衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理的深入研究，提出一套基于GPRS無

3、線通信技術(shù)的車載GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　關(guān) 鍵 詞:GPS衛(wèi)星定位，GPRS無線通信。</p><p>　　Abstract：Global Positioning System of vehicles，also known as auto vehicles locating system is researched starting of in 1960s.Th

4、e propose of study is to find a solution for the heavy trafic issues in big cities that cause by the civilization of automobiles.Nowadays，auto vehicles locating is compose of Global Positioning System，wireless communicat

5、ion and Global geographical System.</p><p>　　It is not only the essential part of intelligent transportation system，but also providing grand against theft，grand against highjack，medical emergence and so fort

6、h.However，the communication part of auto vehicles locating is based on GSM-SMS which can not offer real-time applications.The bearing of GPS of automobile's development is using GPRS technology that has high speed of

7、 171.2 kbps to change the GSM part .After that the Global Positioning System of vehicles will of erreal-time application.</p><p>　　Key Words:Global Positioning System of vehicles，GPRS communication system.&l

8、t;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒論························

9、3;····································&#

10、183;··················3</p><p>　　2 第二章GPS系統(tǒng)的定位原理與基礎(chǔ)···········

11、····························4</p><p>　　2.1 GPS概述···&

12、#183;····································

13、;····························4</p><p>　　2.2 GPS組成···

14、····································

15、3;····························5</p><p>　　2.3 全球衛(wèi)星定位的基本原理··

16、;····································

17、83;·······7</p><p>　　2.4 GPS數(shù)據(jù)丟失的補(bǔ)償方案······················

18、83;·······················11</p><p>　　2.5 小結(jié)········

19、····································

20、3;····························15</p><p>　　3 第三章智能公交服務(wù)系統(tǒng)車載終端的硬件設(shè)計(jì)

21、83;······················16</p><p>　　3.1 車載終端的概述········&

22、#183;····································

23、;············16</p><p>　　3.2 系統(tǒng)設(shè)備的選擇和功能··················

24、······························16</p><p>　　3.3 小結(jié)·

25、83;····································&

26、#183;··································22</p>

27、;<p>　　4 第四章車載終端軟件的研究與設(shè)計(jì)·······························

28、83;······23</p><p>　　4.1 軟件設(shè)備概述························&#

29、183;···································23<

30、/p><p>　　4.2 總體功能分析································

31、;····························23</p><p>　　4.3 車載終端其他程序流程··

32、····································

33、3;········24</p><p>　　5 結(jié)論·······················

34、83;····································&

35、#183;·················32</p><p>　　參考文獻(xiàn)··············

36、····································

37、3;························34</p><p>　　致謝········

38、;····································

39、83;····································3

40、5</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　隨著城市的擴(kuò)建，人們生活節(jié)奏的加快，公共交通問題顯得日益重要，現(xiàn)在的交通系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展，但現(xiàn)有的智能自動化系統(tǒng)大都用于私家車與商業(yè)運(yùn)營車，在公交車輛尚未成功地應(yīng)用，試用品也只是在某些城市開通，并為駕駛員和乘客考慮較小，在一些功能上還有待完善，所以暫時并沒有普及市場，但公交車依然還是廣大市民出行

41、的主要交通工具，公共交通系統(tǒng)作為城市交通的主體，是城市肌體的動脈，在大城市交通中，公交車的服務(wù)應(yīng)該盡可能地做到服務(wù)周到，它的服務(wù)質(zhì)量與市民們的生活息息相關(guān)，也是衡量一個城市的文明標(biāo)志。而國內(nèi)大多數(shù)城市現(xiàn)有的公交車還是采用傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)，沒有實(shí)現(xiàn)完全的智能化，比如自動報站只能由人工按固定的序號鍵來實(shí)現(xiàn)報站，離不開駕駛員或售票員的相應(yīng)操作，進(jìn)站、出站及轉(zhuǎn)彎每次都需要人工的服務(wù)，這就大大加重了駕駛員的工作負(fù)擔(dān)，存在一定的安全隱患，有時出于種種

42、原因，可能存在漏報、錯報或者干脆不報，給乘客帶來了很大的不便。站牌沒有顯示，乘客等候車輛心理沒有底。造成乘客在車內(nèi)坐車擔(dān)擾，在車外等車沒底。</p><p>　　智能公交服務(wù)系統(tǒng)是目前解決公共交通服務(wù)問題較為有效的手段，另外對減少車輛擁擠、提高運(yùn)行的安全性和有效性有著非常重要的意義。它的服務(wù)主要面對乘客與駕駛員來進(jìn)行考慮，在人們的出行生活中起著尤為明顯的作用。</p><p>　　智能公交

43、服務(wù)系統(tǒng)可以具體描述為:采用全球定位系統(tǒng)(GPS)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)車輛所處的位置進(jìn)行自動報站等服務(wù)，并將定位數(shù)據(jù)等信息反饋給調(diào)度中心，調(diào)度中心再分發(fā)給電子站牌，電子站牌接到信息及時更新其顯示信息，從而實(shí)現(xiàn)完整的自動服務(wù)，實(shí)現(xiàn)公交車輛的自動報站、調(diào)度和指揮，保證車輛的準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，全面的服務(wù)，并使出行者能夠通過電子站牌了解車輛的到達(dá)時刻。</p><p>　　這是一種先進(jìn)的公交服務(wù)系統(tǒng)，它將電子、控制、計(jì)算機(jī)、通信等

44、高新技術(shù)集中運(yùn)用于公共交通系統(tǒng)，改造舊的服務(wù)模式，建立全新的服務(wù)體系，不但提高了其服務(wù)質(zhì)量，同時也將為公交企業(yè)和社會帶來較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。表現(xiàn)在以下幾個方面:</p><p>　　1.較為完美的乘客信息服務(wù);</p><p>　　2.減少人工操作，尤其是駕駛員的負(fù)擔(dān);</p><p>　　3.快速、靈活的應(yīng)變能力;</p><p>　　4

45、.提升城市形象，提高國際競爭力;</p><p>　　5.帶動其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;</p><p>　　6.先進(jìn)，實(shí)用，經(jīng)濟(jì)性;</p><p>　　第二章GPS系統(tǒng)的定位原理與基礎(chǔ)</p><p><b>　　2.1 GPS概述</b></p><p>　　GPS(Global Position

46、ing System)中文稱全球定位系統(tǒng)，GPS全球定位系統(tǒng)是近年來迅速發(fā)展起來的一種衛(wèi)星定位導(dǎo)航方式，是70年代美國國防部發(fā)展的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以提供全球范圍內(nèi)的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，用戶實(shí)時接收衛(wèi)星發(fā)出的星歷，可以推算出用戶當(dāng)前的位置、速度和時間等定位信息,是新一代的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它能夠?yàn)槿蛉我獾攸c(diǎn)、任意多個用戶同時提供高精度、全天候、連續(xù)、實(shí)時的三維定位、測速和時間基準(zhǔn)，它在智能公交系統(tǒng)中，起到定位的作用，其定位精度比較高，并且

47、具有成本較低、系統(tǒng)覆蓋面廣、使用維護(hù)費(fèi)用低、通訊可靠等特點(diǎn)。它是由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成的實(shí)用系統(tǒng)。這些星分布在互成60度的6個軌道平面上，每個軌道平面平均分布3顆衛(wèi)星。這樣，對于地球任何位置，均能同時觀測到4顆衛(wèi)星。</p><p>　　2.1.1 GPS車輛定位的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　GPS在各行領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，比如測量，航空等。它應(yīng)用于智能公交系統(tǒng)是用來準(zhǔn)確定位公

48、交車輛的位置，車輛根據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)來進(jìn)行自動服務(wù)。GPS在車輛定位時的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個方面:</p><p>　　1、具有全球性、連續(xù)性，定位精度較高、誤差有界、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　2、安裝相對方便。</b></p><p>　　3、信息量豐富，使用GPS對定位的精度和定位自動化程度的提高十分有利。</p>

49、<p>　　4、利用GPS系統(tǒng)的位置信息定位不存在累計(jì)誤差，定位精度高。這樣避免人工的里程修正，使系統(tǒng)的操作更加簡便。</p><p>　　5、地面GPS接收設(shè)備類型豐富，有各種類型的功能各異的GPS接收機(jī)產(chǎn)品，用于測量的，用于導(dǎo)航的等等。</p><p>　　6、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，利用這種技術(shù)只需要一個GPS接收機(jī)便可以了。缺點(diǎn):定位精度依賴于定位衛(wèi)星的數(shù)目，這個數(shù)目依賴于地理環(huán)境

50、。</p><p>　　2.1.2 智能公交服務(wù)系統(tǒng)與GPS的關(guān)系</p><p>　　公交車載終端利用GPS信息完成定位功能，根據(jù)定位完成自動報站等服務(wù)，解釋如下:</p><p><b>　　1、自動報站原理</b></p><p>　　車載終端的CPU讀取經(jīng)配置存儲于EPROM中的站臺信息(經(jīng)緯度坐標(biāo)值、站臺序號和

51、站名等)，同時接收GPS接收機(jī)傳過來的位置、時間、速度等即時信息，將有效的GPS信息與站臺位置信息進(jìn)行比較、計(jì)算，判斷車輛的當(dāng)前位置和到站、出站情況，通過語音和顯示(LCD/LED屏)向車內(nèi)乘客報站。</p><p>　　2、向中心匯報位置和車輛狀況信息</p><p>　　車載終端在工作過程中定時向調(diào)度中心發(fā)送GPS數(shù)據(jù)、報告當(dāng)前位置，根據(jù)GPS數(shù)據(jù)來判斷到達(dá)站臺或離開站臺的情況時，向調(diào)

52、度中心發(fā)送到站或出站消息，調(diào)度中心又將其分發(fā)給電子站牌，電子站牌接到消息及時響應(yīng)作出相應(yīng)的顯示服務(wù)。綜上所述，車載終端與電子站牌的服務(wù)都離不開GPS的定位信息，作出服務(wù)響應(yīng)的依據(jù)是GPS信息，傳送的數(shù)據(jù)也包括GPS數(shù)據(jù)，智能公交服務(wù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)是建立在GPS的基礎(chǔ)上展開的。</p><p><b>　　2.2 GPS組成</b></p><p>　　GPS由三個獨(dú)

53、立的部分組成:</p><p>　　1.空間部分---GPS衛(wèi)星星座</p><p>　　2.地面控制部分---地面監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>　　3.用戶設(shè)備部份---GPS信號接收機(jī)</p><p><b>　　1 GPS衛(wèi)星星座</b></p><p>　　GPS衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆

54、在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作(21+3) GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點(diǎn)赤道各相差60度。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。在兩萬公里高空的GPS衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時，它們繞地球運(yùn)行二周，即繞地球一周的時間為12恒星時。對于地面觀測者來說，每天將提前4分鐘見到同一顆G

55、PS衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見到4顆，最多可見到11顆。在用GPS信號導(dǎo)航定位時，為了計(jì)算觀測站的三維坐標(biāo)，必須觀測4顆GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。對于某地某時，甚至不能測得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時間段叫做“間隙段”。但這種時間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)性與實(shí)時性。</p><p>

56、;<b>　　2 地面監(jiān)控系統(tǒng)</b></p><p>　　對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)己知點(diǎn)。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷(描述衛(wèi)星運(yùn)動及其軌道的參數(shù))算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)，即GPS時間系統(tǒng)。這

57、就需要地面站監(jiān)測出各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差，然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站組成。</p><p>　　3 GPS信號接收機(jī)</p><p>　　GPS信號接收機(jī)的任務(wù)是:能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出

58、GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時地計(jì)算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設(shè)備，即GPS信號接收機(jī)。</p><p>　　GPS接收機(jī)主要由GPS接收機(jī)天線，GPS接收機(jī)主機(jī)及電源組成。GPS模塊用于接收GPS衛(wèi)星的信

59、號，并計(jì)算出車載終端目前所在位置。接收機(jī)主機(jī)由變頻器、信號通道、微處理器和存儲單元及顯示器組成。GPS接收機(jī)通過串行口向主控制器發(fā)送定位坐標(biāo);主控制器也可以向GPS接收機(jī)發(fā)送設(shè)置命令，以控制GPS接收機(jī)的狀態(tài)和工作方式。GPS接收機(jī)需要配備專門的GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號。一般在比較開闊的地區(qū)，需接收到三顆以上的GPS衛(wèi)星信號才能進(jìn)行準(zhǔn)確定位。在車載GPS智能終端系統(tǒng)中，把天線放置在車頂可以有比較好的定位效果。</p>

60、<p>　　車載型接收機(jī)屬于導(dǎo)航型接收機(jī)，這種接收機(jī)主要用于運(yùn)動物體的導(dǎo)航，它既可以實(shí)時給出物體的位置和運(yùn)行速度。也可以引導(dǎo)載體到達(dá)預(yù)定目標(biāo)。這種接收機(jī)都是采用C/A碼偽距測量，動態(tài)絕對定位方式。這種接收機(jī)價格便宜，應(yīng)用也廣泛。導(dǎo)航型接收機(jī)另外還有航海型和航空型。</p><p>　　GPS接收機(jī)一般用蓄電池做電源。同時采用機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目的在于更換外電池時不中斷連續(xù)觀測。在用機(jī)外

61、電池的過程中，機(jī)內(nèi)電池自動充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止丟失數(shù)據(jù)。近幾年，國內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的GPS測地型接收機(jī)。測地型接收機(jī)用于精密相對定位時，其雙頻接收機(jī)精度可達(dá)5mm,單頻接收機(jī)在一定距離內(nèi)精度可達(dá)10mm。用于差分定位其精度可達(dá)分米級至厘米級。目前，各種類型的GPS接收機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測。公交定位系統(tǒng)精度只需要達(dá)到l0m即可。本系統(tǒng)采用的接收機(jī)可以達(dá)到其要求。</p>&

62、lt;p>　　2.3 全球衛(wèi)星定位的基本原理</p><p>　　GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置。</p><p>　　2.3.1 GPS定位的基本概念</p><p>　　定位就是確定信息、事物、目標(biāo)發(fā)生的時間和空間位置。因此，定位之前必須先要確定時間參考點(diǎn)和位置參考點(diǎn)，這也就

63、是要建立時間參考坐標(biāo)系統(tǒng)和位置參考坐標(biāo)系統(tǒng)。時間與空間參考坐標(biāo)系統(tǒng)的建立，一直就是測繪界和天文界最前沿的理論與技術(shù)研究方向，目前仍然在不斷發(fā)展之中。在時間和坐標(biāo)系系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)上，然后再探討如何在某個參考系統(tǒng)內(nèi)確定事件、信息、目標(biāo)的具體位置和時間。</p><p>　　GPS定位方式可以分為絕對定位與相對定位方式兩種。</p><p>　　參考坐標(biāo)系統(tǒng)建立后的定位問題，而參考坐標(biāo)系的建立和

64、維持一方面有一套獨(dú)立的理論和技術(shù)，另一方面也可以看成是定位技術(shù)的一個應(yīng)用。在實(shí)際工作中，我們把直接確定信息、事件和目標(biāo)相對于參考坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)位置測量稱之為絕對定位，而把確定信息、事件和目標(biāo)相對于坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)另一已知或相關(guān)的信息、事件和目標(biāo)的坐標(biāo)位置關(guān)系稱之為相對定位。應(yīng)用GPS進(jìn)行絕對定位，根據(jù)用戶接收機(jī)天線所處的狀態(tài)不同，又可分為動態(tài)絕對定位和靜態(tài)絕對定位。當(dāng)用戶接收設(shè)計(jì)安置在動態(tài)的載體上，并處于動態(tài)的情況下，確定載體瞬時絕對位置的定

65、位方法，稱為動態(tài)絕對定位。動態(tài)絕對定位，一般只能得到?jīng)]有(或很少)多余觀測量的實(shí)時解。這種定位方法，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、船舶以及陸地車輛等動態(tài)載體的導(dǎo)航。另外，在航空物探和衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　目前，無論是動態(tài)絕對定位還是靜態(tài)絕對定位，所依據(jù)的觀測量都是所測衛(wèi)星至觀測站的偽距，所以，相應(yīng)的定位方法通常也稱為偽距法。</p><p>　　絕對定位的優(yōu)點(diǎn)是，只需

66、一臺接收機(jī)便可獨(dú)立定位，觀測的組織與實(shí)施簡便，數(shù)據(jù)處理簡單。</p><p>　　一般來說，絕對定位的概念比較抽象，涉及的技術(shù)比較復(fù)雜，定位精度也難以達(dá)到很高，而相對定位概念比較直觀具體，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)較為簡單、直接，高精度也容易實(shí)現(xiàn)一些。例如，利用望遠(yuǎn)鏡和測角設(shè)備的經(jīng)緯儀測量北極星的高度角可以確定某一點(diǎn)在地球上的緯度，測量同一個恒星過格林尼治天文臺和當(dāng)?shù)氐臅r間差可以確定經(jīng)度，是一種絕對定位。其最高精度一般可以達(dá)到0

67、.5sec左右，相當(dāng)于地球上15m的范圍。用雷達(dá)測量運(yùn)動的飛機(jī)的方位角和雷達(dá)與飛機(jī)間的斜距和高度角是相對定位測量的例子。類似于雷達(dá)的全站儀是由激光來測量儀器至目標(biāo)的距離，用精密電子設(shè)備測量儀器至目標(biāo)的方位角和高度角，其相對定位的精度可高達(dá)1-2個毫米。相對定位技術(shù)上較易實(shí)現(xiàn)，通過相對定位的方式，在己知某目標(biāo)絕對定位結(jié)果的情況下，也可以獲得新目標(biāo)的絕對定位位置。</p><p>　　2.3.2 基本定位原理方程&l

68、t;/p><p>　　GPS定位的基本原理是通過不間斷的接收衛(wèi)星發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，把高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動速度和時間信息。GPS定位的基本幾何原理為三球交會原理:如果用戶到衛(wèi)星S1的真實(shí)距離為R1,那么用戶的位置必定在以S1為球心，R1為半徑的球面C1上;同樣，若用戶到衛(wèi)星S2的真實(shí)距離為R2，那么，用戶的位置也

69、必定在以S2為球心，R2為半徑的另一球C2上，用戶的位置既在球C1上，又在球C2上，那它必定處在C1和C2這兩球面的交線L1上。類似地，如果再有一個以衛(wèi)星S3為球心，R3為半徑的球C3，那用戶的位置也必定在C2和C3這兩個球面的交線L2上。用戶的位置既在交線L1上，又會在交線L2上，它必定在交線L1和L2的交點(diǎn)上。GPS系統(tǒng)定位的代數(shù)原理如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 三顆衛(wèi)星的狀態(tài)圖</p

70、><p>　　用戶接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離為R，坐標(biāo)組合(xl,yl,zl),(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)是三顆衛(wèi)星的已知位置:可得以下代數(shù)方程式</p><p><b>　　(2-1) </b></p><p><b>　　(2-2) </b></p><p><b>　

71、　(2-3) </b></p><p>　　式中， R為衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離;xl,yl,zl表示衛(wèi)星位置的三維坐標(biāo)值;x,y,z表示用戶(接收機(jī))位置的三維坐標(biāo);其R,xl,yl,z1是己知量，x,y,z是未知量.三個方程三個未知量就可以定出接收機(jī)的位置，即要求的x,y,z。</p><p>　　從上面的分析看出，從原理上說，有三個衛(wèi)星至測站的距離，就可實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)的定位

72、。</p><p>　　實(shí)際上，用戶接收機(jī)一般不可能有十分準(zhǔn)確的時鐘，它們也不與衛(wèi)星鐘準(zhǔn)確同步，因此用戶接收機(jī)測量得出的衛(wèi)星信號在空間的傳播時間是不準(zhǔn)確的，計(jì)算得到的距離也不是用戶接收機(jī)和衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，這種距離叫做偽距離。利用第四顆衛(wèi)星作參考衛(wèi)星，假設(shè)用戶接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的瞬間，接收機(jī)的時鐘與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所用時鐘的時間差為t則上面公式將改成為</p><p>　　+ (2-4)

73、 </p><p>　　+ (2-5) </p><p>　　+ (2-6) </p><p>　　+ (2-7) </p><p>　　式中c表示電磁波傳播速度，t是未知數(shù)。其中(x1,y1,z1), (x2,y2,z2),(x3,y3,z3)和(x4,y4,z4)是衛(wèi)星的已知位置;只要接收機(jī)能測出距四顆衛(wèi)星的偽距，便有

74、四個這樣的方程，把它們聯(lián)立起來，便可以解出四個未知量x,y,z和t，即能求出接收機(jī)的位置和準(zhǔn)確的時間。</p><p>　　當(dāng)用戶不運(yùn)動時，由于衛(wèi)星在運(yùn)動，在接收機(jī)的衛(wèi)星信號中會有多普勒頻移。這個頻移的大小和正負(fù)是可以根據(jù)衛(wèi)星的星歷和時間，以及用戶本身的位置算出來的。如果用戶本身也在運(yùn)動，則這個多普勒頻移便要發(fā)生變化，其大小和正負(fù)取決于用戶的速度與方向。根據(jù)這個變化，用戶便可以算出自己的三維運(yùn)動速度，這就是GPS

75、測速的基本原理。另一種求解用戶速度的方法是:知道用戶在不同時間的三維位置，用三維位置的差除以所經(jīng)過的時間，求解用戶的三維運(yùn)動速度。</p><p>　　以上定位原理說明，用GPS技術(shù)可以同時實(shí)現(xiàn)三維定位與接收機(jī)時間的定時。一般來說，利用C/A碼進(jìn)行實(shí)時絕對定位，各坐標(biāo)分量精度在5-l0m左右，三維綜合精度在15-30m左右;利用軍用P碼進(jìn)行實(shí)時絕對定位，各坐標(biāo)分量精度在1-3m左右，三維綜合精度在3-6m左右;利

76、用相位觀測值進(jìn)行絕對定位技術(shù)比較復(fù)雜，目前其實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時各坐標(biāo)分量的精度在0.1-0.3m左右，事后24小時連續(xù)定位三維精度可達(dá)2-3cm左右。在導(dǎo)航型GPS接收機(jī)中，多采用偽距定位法。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時車輛定位精度為l0m。</p><p>　　2.3.3 GPS衛(wèi)星定位的主要誤差來源</p><p>　　一般來說，產(chǎn)生GPS衛(wèi)星定位的主要誤差按其來源可以分為以下三類:</p>

77、<p>　　1、與衛(wèi)星相關(guān)的誤差</p><p>　　1.1 軌道誤差:目前實(shí)時廣播星歷的軌道三維綜合誤差可達(dá)10-20m</p><p>　　1.2 衛(wèi)星鐘差:由廣播星歷的鐘差方程計(jì)算出來的衛(wèi)星鐘誤差一般可達(dá)10-20ns,引起等效距離誤差小于6m</p><p>　　1.3 衛(wèi)星幾何中心與相位中心偏差:可以事先確定</p><p&g

78、t;　　2、與接收機(jī)相關(guān)的誤差</p><p>　　2.1 接收機(jī)安置誤差:先確定即接收機(jī)相位中心與待測物體目標(biāo)中心的偏差，一般可事先確定。</p><p>　　2.2 接收機(jī)時鐘差:接收機(jī)時鐘與標(biāo)準(zhǔn)的GPS系統(tǒng)時間之差，一般可達(dá)秒 。</p><p>　　2.3 接收機(jī)信道誤差:信號經(jīng)過處理信道時引起的延時和附加的噪聲誤差。</p><p>

79、;　　2.4 多路徑誤差:接收機(jī)周圍環(huán)境產(chǎn)生信號的反射，構(gòu)成同一信號的多個路徑入射天線相位中心，可以采用抑徑板等方法減弱其影響。</p><p>　　2.5 觀測量誤差:C/A碼偽距偶然誤差，約為1-3m, P碼偽距偶然誤差，約為0.1-0.3m，相位觀測值的等效距離誤差，約為2mm。</p><p>　　3、與大氣傳輸有關(guān)的誤差</p><p>　　2.3.3.1

80、電離層誤差</p><p>　　50-1000km的高空大氣被太陽高能粒子轟擊后電離，即產(chǎn)生大量自由電子，使GPS信號產(chǎn)生傳播延遲，一般白天強(qiáng)夜晚弱，可導(dǎo)致載波天頂方向最大50m左右的延遲量，誤差與信號載波頻率有關(guān)，故可用雙頻或多頻率信號予以顯著減弱。</p><p>　　2.3.3.2流層誤差</p><p>　　由于含水汽和干燥空氣的大氣介質(zhì)中傳播引起的信號傳播

81、延時，其影響隨衛(wèi)星高度角、時間季節(jié)和地理位置的變化而變化，與信號頻率無關(guān)，不能用雙頻載波予以消除，但可用模型削弱。</p><p>　　人們想了很多辦法來削弱和消除上述各種誤差的影響，比如，針對實(shí)時廣播星歷提供的衛(wèi)星坐標(biāo)精度不高的問題，國際上的GPS服務(wù)機(jī)構(gòu)IGS提供了事后的GPS衛(wèi)星的精密星歷，其軌道坐標(biāo)精度達(dá)3-5cm。同時也提供衛(wèi)星鐘差、電離層延遲的精密事后修正數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)，人們可以進(jìn)行多種精密定位和

82、定時。GPS能夠以不同的定位定時精度提供服務(wù)，從亞毫米、毫米到厘米、分米、亞米及米和十幾米的定位精度都有可供選擇的定位方法。定時方面可從亞納秒、納秒到微秒級的精度實(shí)現(xiàn)時間測量和不同目標(biāo)間時間同步。</p><p>　　在定位的時間響應(yīng)方面可以從0.05秒、1秒到十幾秒、幾分、幾個小時或幾天來實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)時性要求和精確性要求。從相對定位距離方面看，可從幾米一直到幾千公里之間，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的靜態(tài)和動態(tài)定位要求。從工作環(huán)境

83、上看，除了怕被森林、高樓遮擋信號造成可見衛(wèi)星少于四顆和強(qiáng)電離層爆發(fā)造成GPS測距信號完全失真外，可以說是全球全連續(xù)和全天候的。這些優(yōu)良的特性，使得它有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　2.4 GPS數(shù)據(jù)丟失的補(bǔ)償方案</p><p>　　以上分析了GPS的基本原理，縮小誤差的方法，可是GPS依賴于地理環(huán)境，當(dāng)在高樓大廈遮擋，GPS信號會發(fā)生丟失的現(xiàn)象，在它的盲區(qū)需要及時進(jìn)行補(bǔ)償，首先分析

84、盲區(qū)產(chǎn)生的原因和對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，根據(jù)不同種類的GPS信號丟失對系統(tǒng)影響的不同采取不同的補(bǔ)償措施。</p><p>　　2.4.1 GPS數(shù)據(jù)丟失原因</p><p>　　車輛在運(yùn)行過程中，不可避免地會產(chǎn)生GPS數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，導(dǎo)致這種數(shù)據(jù)丟失主要有以下幾個原因。</p><p>　　2.4.1.1定位條件受到環(huán)境因素的影響</p><p>

85、　　GPS定位技術(shù)要求GPS接收機(jī)所在的位置具備一些基本的定位條件:至少接收到4顆GPS衛(wèi)星的信號，GPS衛(wèi)星的分布(星座)具有一定的幾何形狀限制，彼此之間應(yīng)具有一定的夾角。而車輛在城市中行駛將不可避免地受到密集的高樓大廈、樹木、高架橋、隧道的遮擋，特別是在某些樞紐式的總站，由于具有頂棚，GPS信號可能被完全屏蔽，從而破壞GPS定位技術(shù)要求的定位條件。這種原因造成的數(shù)據(jù)丟失的特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的地理位置相關(guān)性。</p><

86、;p>　　2.4.1.2通信鏈路故障</p><p>　　GPS定位信息依賴于無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控調(diào)度中心。任何一種無線通信網(wǎng)絡(luò)都不能保證數(shù)據(jù)100%的準(zhǔn)確無誤傳輸。根據(jù)實(shí)際情況，可能存在以下三種原因的通信鏈路故障:</p><p>　　1.通信信道保持暢通時丟失IP包;</p><p>　　2.在無線信號覆蓋區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)通道的意外斷線;</p>

87、<p>　　3.超出網(wǎng)絡(luò)履蓋區(qū)域;</p><p>　　其中第一種通信故障在時間上和地理位置上都不具備相關(guān)性;第二種存在時間上的若干相關(guān)性;第三種與地理位置有很強(qiáng)的相關(guān)性。</p><p>　　2.4.1.3設(shè)備故障</p><p>　　由于車載終端自身的硬件故障(例如天線開路、供電等問題)造成的定位失效或通信失效導(dǎo)致GPS數(shù)據(jù)的丟失,通常在發(fā)生時間和發(fā)生

88、地點(diǎn)上沒有規(guī)律。GPS數(shù)據(jù)丟失無論源于哪種原因，其對系統(tǒng)的影響按持續(xù)時間和發(fā)生的地理位置不同而有所不同。</p><p>　　1.根據(jù)GPS數(shù)據(jù)丟失的持續(xù)時間，可以大致分為短時間、中等時間和長時間三種。</p><p>　?。?）短期丟失:GPS數(shù)據(jù)丟失的時間在1分鐘以內(nèi)，通常由于IP包丟失或被高樓短時間遮 擋;</p><p>　?。?）中期丟失:GPS數(shù)據(jù)丟失時

89、間大于1分鐘而小于公交車的一個單程時間(通常為40分鐘-90分鐘);</p><p>　?。?）長期丟失:GPS數(shù)據(jù)丟失時間大于公交車的一個單程時間。</p><p>　　2.根據(jù)地理位置不同可以將GPS數(shù)據(jù)丟失發(fā)生的地理位置分為敏感區(qū)域和不敏感區(qū)域</p><p><b>　　敏感區(qū)域:</b></p><p>　?。?/p>

90、1）公交總站附近:GPS數(shù)據(jù)在公交總站附近丟失如果超過該車輛的停站時間，則將造成行車記錄的錯誤;</p><p>　　（2）電子站牌附近:GPS數(shù)據(jù)在電子站牌附近的丟失將導(dǎo)致電子站牌到站預(yù)報和離站預(yù) 報的直觀錯誤;</p><p>　?。?）停車場 、修配廠、加油站附近。GPS數(shù)據(jù)在停車場、修配廠、加油站附近丟失將導(dǎo)致系統(tǒng)對車輛營運(yùn)狀態(tài)作出錯誤判斷;</p><p>

91、;<b>　　不敏感區(qū)域:</b></p><p>　　GPS數(shù)據(jù)在其他位置的非長期丟失對系統(tǒng)影響較輕，僅影響車輛的實(shí)時監(jiān)控，但中長期丟失可能會對調(diào)度策略產(chǎn)生影響。</p><p>　　2.4.2 GPS數(shù)據(jù)丟失補(bǔ)償方案</p><p>　　當(dāng)GPS數(shù)據(jù)發(fā)生丟失時，為了保證公交系統(tǒng)還能正常的進(jìn)行全方面服務(wù)，可以采用一些措施來進(jìn)行補(bǔ)償。本論文分別

92、研究出了硬件與軟件補(bǔ)償?shù)姆桨浮?lt;/p><p>　　2.4.2.1硬件補(bǔ)償措施</p><p>　　硬件補(bǔ)償主要針對硬件來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，使公交車輛還能正常的進(jìn)行運(yùn)營，硬件補(bǔ)償方法有如下幾種:</p><p>　　（1）車載終端設(shè)置若干運(yùn)行狀態(tài)按鍵，由駕駛員在執(zhí)行每項(xiàng)任務(wù)(如上行、下行、加油、保修、報站、邊出站)時按相應(yīng)的按鍵，也即傳統(tǒng)的手工按鍵報站方式。</p&g

93、t;<p>　?。?）車載終端的通信模塊在數(shù)據(jù)通道發(fā)生問題時，啟用備用的數(shù)據(jù)通道(例如SMS)。</p><p>　?。?）車載終端具有斷線重?fù)芄δ?，能在斷線后以最短的時間恢復(fù)連接。采用無線通信方式經(jīng)實(shí)際測試其重?fù)芤淮纬晒β蔬_(dá)到90%以上。</p><p>　?。?）車載終端在具有滾動存儲至少1個運(yùn)營日的定位數(shù)據(jù)的能力。當(dāng)通信中斷時，數(shù)據(jù)自動存儲，一旦通信恢復(fù)，可將存儲的數(shù)據(jù)

94、以壓縮的方式成批上傳至監(jiān)控調(diào)度中心。</p><p>　　2.4.2.2軟件補(bǔ)償方案的一般流程</p><p>　　當(dāng)GPS數(shù)據(jù)發(fā)生丟失時，系統(tǒng)能獲得關(guān)于丟失的兩個基本信息:</p><p>　　1.GPS數(shù)據(jù)丟失之前一點(diǎn)的位置</p><p>　　2.數(shù)據(jù)丟失持續(xù)的時間</p><p>　　系統(tǒng)根據(jù)這兩個參數(shù)判斷數(shù)據(jù)

95、丟失對系統(tǒng)影響的嚴(yán)重程度，從而分級別地采取響應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)償，其處理的一般流程如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 軟件補(bǔ)償方案選擇的一般流程</p><p>　　2.4.2.3預(yù)測內(nèi)插的算法</p><p>　　預(yù)測內(nèi)插的算法是基于數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)的位置和歷史數(shù)據(jù)(車輛在1天中相同時段在相同路段的經(jīng)驗(yàn)速度等)進(jìn)行的，算法的描述如下：</p>&l

96、t;p><b>　　1、經(jīng)驗(yàn)速度</b></p><p>　　為在丟失定位數(shù)據(jù)的情況下預(yù)測車輛的位置，先分析車輛在該路段的速度，而這一速度通常在路段上是連續(xù)變化的。為此在路段上設(shè)置采樣點(diǎn)。這些采樣點(diǎn)并不是均勻分布的，而是按照道路交通狀況特點(diǎn)相同的路段歸結(jié)為一個采樣段，以不同車輛在每天同一時刻經(jīng)過該采樣段的最大似然速度作為“經(jīng)驗(yàn)速度”，由于車輛在每天同一時刻經(jīng)過特定采樣段的速度并非正態(tài)分

97、布，而傾向于泊松分布，故經(jīng)驗(yàn)速度并非簡單的算術(shù)平均速度，而應(yīng)計(jì)算大量車輛按某一特定概率(例如95%)的最大似然速度。如圖2一3所示。</p><p><b>　　圖2-3 經(jīng)驗(yàn)速度</b></p><p>　　經(jīng)驗(yàn)速度的獲得是一個動態(tài)的不斷進(jìn)行的過程。系統(tǒng)會在整個運(yùn)行生命周期中根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不斷更新各采樣段的經(jīng)驗(yàn)速度。</p><p>

98、;<b>　　2、經(jīng)驗(yàn)速度分布</b></p><p>　　既然經(jīng)驗(yàn)速度是大量車輛在每日同一時刻經(jīng)過同一采樣段的最大似然速度，其必然在1天的時間內(nèi)在不同的采樣段具有某種分布。下面建立一張三維的圖，其X軸為時間，Y軸為沿線路連續(xù)排列的不同的采樣段，Z軸為各采樣段的經(jīng)驗(yàn)速度。如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 經(jīng)驗(yàn)速度沿采樣段和時間的分布</p>

99、<p>　　由圖中可以看出，不同的采樣段在高峰時段前后有著較低的經(jīng)驗(yàn)速度(高峰期車流緩慢)，車速低峰到來的時間不盡相同，相鄰采樣段具有某種時間上的繼承性等特點(diǎn)。</p><p><b>　　3、位置預(yù)測</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)速度的分布，系統(tǒng)可以在丟失車載終端定位數(shù)據(jù)時(例如在20秒以上時間內(nèi)沒有收到同一車輛的定位數(shù)據(jù))，在一定的時間范圍內(nèi)(

100、例如一個單程時間內(nèi)，車輛到達(dá)線路終點(diǎn)站之前)，根據(jù)車輛最近一次定位數(shù)據(jù)和沿線的經(jīng)驗(yàn)速度，預(yù)測車輛的當(dāng)前位置，從而實(shí)現(xiàn)GPS定位數(shù)據(jù)的內(nèi)插。從上面的處理方法描述中可以看出，補(bǔ)償方法預(yù)報數(shù)據(jù)的誤差主要來源于以下一些因素:</p><p>　?。?）預(yù)先計(jì)算的采樣點(diǎn)間隔;</p><p>　?。?）經(jīng)驗(yàn)速度的計(jì)算及其分布;</p><p>　　（3）預(yù)測持續(xù)的時間;<

101、;/p><p>　　經(jīng)驗(yàn)速度的計(jì)算和分布由長期歷史數(shù)據(jù)獲得，存在一個機(jī)器學(xué)習(xí)的過程。對于系統(tǒng)的實(shí)時處理而言，影響誤差大小的最直接因素是采用預(yù)測算法的持續(xù)時間。當(dāng)預(yù)測點(diǎn)與計(jì)算的基點(diǎn)在時間上間隔越長時，預(yù)測結(jié)果就變得越不可信。因此本方案中，當(dāng)預(yù)測持續(xù)的時間超過數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)到前方總站的行駛時間(通常小于單程時間)時，即停止使用預(yù)測算法，轉(zhuǎn)而依賴數(shù)據(jù)的補(bǔ)傳，或采用傳統(tǒng)的人工服務(wù)，并采取相應(yīng)的維護(hù)措施，檢查是否由于網(wǎng)絡(luò)原因或設(shè)備

102、故障造成數(shù)據(jù)丟失。</p><p><b>　　2.5 小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹GPS的基礎(chǔ)知識，包括定位概念、分類、定位原理、基本組成和GPS的應(yīng)用等，論述了GPS在定位時的優(yōu)劣勢，對GPS定位誤差進(jìn)行了一定的分析，設(shè)計(jì)了當(dāng)GPS發(fā)生丟失時的補(bǔ)償方案。</p><p>　　第三章智能公交服務(wù)系統(tǒng)車載終端的硬件設(shè)計(jì)<

103、/p><p>　　3.1 車載終端的概述</p><p>　　車載終端(MDT)是安裝在受控車輛上，負(fù)責(zé)信息采集、信息傳送、信息處理、信息接收和車內(nèi)控制的設(shè)備。車載終端是整個公交系統(tǒng)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)來源和執(zhí)行手段之一，在整個系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，其工作狀況和功能、性能直接影響到整個系統(tǒng)的運(yùn)行，是智能公交服務(wù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。</p><p>　　它的硬件主要包括:電源模塊

104、或電源接入模塊，單片機(jī)CPU，輔助存儲芯片，GPRS通信模塊，GPS定位模塊LCD顯示模塊，LED顯示模塊，串口擴(kuò)展芯片和串口，鍵盤，語音模塊，麥克風(fēng)電路。</p><p>　　如下圖3-1為車載終端總體框圖:</p><p>　　圖3-1車載終端總體框圖</p><p>　　3.2系統(tǒng)設(shè)備的選擇與功能</p><p>　　單片機(jī)CPU是整個

105、車載終端的核心部分，通過各種接口與其它設(shè)備連接，寫入一定的程序，負(fù)責(zé)處理各種事件，比如調(diào)度中心發(fā)來的調(diào)度信息，GPS接收機(jī)得來的定位信息處理等等，使整個系統(tǒng)得到正常的運(yùn)行。根據(jù)單片機(jī)電路設(shè)計(jì)簡單，面向控制的功能強(qiáng)等特點(diǎn)，綜合了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和上述情況，考慮到系統(tǒng)的最終維護(hù)，應(yīng)該選擇主流產(chǎn)品。目前市場上單片機(jī)的生產(chǎn)廠商很多，其中51系列單片機(jī)的應(yīng)用比較廣泛，并且其開發(fā)手段也比較簡單，是工業(yè)檢測、控制領(lǐng)域中的最理想的8位單片機(jī)。51系列產(chǎn)品中

106、主要包括8031，8051，87051. 89058等。</p><p><b>　　1、單片機(jī)的選擇</b></p><p>　　采用W77E58是一個很好的選擇，W77E58是一個快速8051兼容微控制器;它的內(nèi)核經(jīng)過重新設(shè)計(jì)，提高了時鐘速度和存儲器訪問周期速度。經(jīng)過這種改進(jìn)以后，在相同的時鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051要快許多。一般來說，按照指令的類型

107、，W77E58的指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)8051的1.5-3倍。整體來看，W77E58的速度比標(biāo)準(zhǔn)的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低頻時鐘情況下，電源消耗也降低。由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，W77E58能夠在低時鐘頻率下運(yùn)行。W77E58內(nèi)含32KB Flash EPROM，工作電壓為4.5V-5.5V，具有1KB片上外部數(shù)據(jù)存儲器，當(dāng)用戶應(yīng)用時使用片上SRAM代替外部SRAM，可節(jié)省更多I/O口。</p><p&g

108、t;<b>　　其主要特性:</b></p><p>　　（1）8位CMOS微控制器</p><p>　?。?）每4個時鐘周期為一個機(jī)器周期的高速結(jié)構(gòu)，最大外部時鐘頻率為40MHZ</p><p>　?。?）與標(biāo)準(zhǔn)80C52管腳兼容</p><p>　　（4）指令與MCS-51兼容</p><p>

109、;　　（5）4個8位I/O口</p><p>　?。?）一個附加的4位I/O口和等待狀態(tài)控制信號(僅限44-腳PLCC/QFP封裝)</p><p>　?。?）3個16位定時/計(jì)數(shù)器</p><p>　?。?）12個中斷源，2級中斷能力</p><p>　?。?）片上振蕩器及時鐘電路</p><p>　?。?0）二個增

110、強(qiáng)型全雙工串行口</p><p>　　（11）32KB Flash EPROM</p><p>　?。?2）256字節(jié)片內(nèi)暫存RAM</p><p>　?。?3）片內(nèi)1KB外部數(shù)據(jù)存儲器</p><p>　?。?4）可編程看門狗定時器</p><p><b>　　（15）軟件復(fù)位</b></

111、p><p>　　（16）2個16位數(shù)據(jù)指針</p><p>　?。?7）對外部RAM及外設(shè)的訪問周期可以進(jìn)行軟件編程</p><p>　　3.2.2 顯示模塊</p><p>　　車載終端一個最主要的功能是為乘客報站，自動報站包括語音報站，LED和LCD顯示來報站。用多個LCD顯示屏為駕駛員顯示時間，調(diào)度等重要信息，它主要的模塊由顯示模塊與語音模

112、塊組成。另外要存儲器，微處理器的支持。下面分別介紹LCD顯示屏與LED顯示屏。</p><p>　　3.2.2.1車載LCD顯示屏</p><p>　　車載LCD電子顯示屏主要是以最優(yōu)的方式顯示給駕駛員看的，車載終端所獲取的實(shí)時數(shù)據(jù)以文字或圖形的方式顯示在車載機(jī)的顯示屏幕上。數(shù)據(jù)按其性質(zhì)和用途分為不同的組。第一種為時間畫面圖3-2。圖中，車輛狀態(tài)指車輛上行、下行、包車、班車、快車、加油等狀

113、態(tài)。</p><p><b>　　圖3-2 時間畫面</b></p><p>　　圖3-3為定位畫面，駕駛員可以了解車輛本身的一些信息，也可用于系統(tǒng)側(cè)試。</p><p><b>　　圖3-3 定位畫面</b></p><p>　　圖3-4為診斷畫面用于調(diào)試，維修當(dāng)中診斷故障，圖中“可見”表示在當(dāng)前

114、衛(wèi)星運(yùn)行情況下車載機(jī)應(yīng)該可見的衛(wèi)星數(shù),“鎖定”表示當(dāng)前用于定位計(jì)算的衛(wèi)星數(shù)；連接表示當(dāng)前車載機(jī)的連接狀態(tài)。</p><p><b>　　圖3-4 診斷畫面</b></p><p>　　圖3-5表示在車載終端上查看調(diào)度信息的一個例子</p><p>　　圖3-5 在車載終端上查看調(diào)度信息的例子</p><p>　　車載終端

115、通過無線通信網(wǎng)絡(luò)接收的文字信息可以在主機(jī)的LCD顯示器上直接顯示，并以聲音的形式提醒駕駛員有新信息到來。駕駛員可通過按鍵來查看當(dāng)前和以前接收到的文字信息。當(dāng)文字信息超過當(dāng)前顯示器的顯示范圍時可以通過翻頁來繼續(xù)查看。</p><p>　　LED顯示屏是車輛前方面向乘客顯示相關(guān)信息。顯示車輛在進(jìn)出站信息，有時也顯示一些廣告、旅游等信息。在系統(tǒng)的RAM中開辟一個顯示緩沖區(qū)，需要顯示的內(nèi)容都存入此緩沖區(qū)中，顯示模塊定時從

116、顯示緩沖中提取數(shù)據(jù)送入顯示電路中，完成顯示功能。</p><p>　　3.2.3 語音模塊</p><p>　　車內(nèi)語音模塊主要提供報站、公益提示和語音廣告播放等功能。采用的ISD4004芯片是錄音回放型，芯片內(nèi)部存儲語音，能存儲16分鐘語音，可分2400段，每段以文件的形式存儲，方便控制芯片組合播放語音，使用高質(zhì)量、自然語音還原技術(shù);自動靜噪功能;內(nèi)置微控制器串行通信接口;多段信息處理不

117、耗電保存信息100年(典型值);100000次錄音周期(典型值)片內(nèi)免調(diào)整時鐘，也可選用外部時鐘。</p><p>　　ISD4004系列工作電壓3V，單片錄放語音時間為16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話機(jī)及其它便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻放大器及高密度多電平閃爍存貯陣列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過同步串行通信接口(SPI)送入

118、。芯片采用多電平直接模擬量存貯技術(shù)，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)的閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音，音樂、音調(diào)和各種聲音效果。避免了一般固體錄音電路因固化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。采樣頻率可為4.0KHz,5.3 KHz,6.4 KHz,8.0KHz。頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)反復(fù)錄音10萬次。</p><p>　　3.2.

119、4 鍵盤和顯示控制芯片</p><p>　　實(shí)現(xiàn)手動報站，語音報站模塊中的報站、停止、幾條公益提示語的播報，以及系統(tǒng)出現(xiàn)異常(如站臺不匹配或不能連接站臺等)而需要駕駛員手動控制，需要在終端上提供8-16個按健，使駕駛員在駕駛和手動控制的時候能直觀的知道當(dāng)前車輛的位置。</p><p>　　3.2.5.1GPS定位模塊</p><p>　　就是負(fù)責(zé)定位功能的實(shí)現(xiàn)，采用

120、臺灣鼎天的REB-21R。它的定位精度可達(dá)到系統(tǒng)的要求l0m之內(nèi)。REB-21B板接收到衛(wèi)星下傳過來的位置信息后，通過RS232與計(jì)算機(jī)串口相連，直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換。GPS基本定位功能車載終端采用GPS方式獲取車輛當(dāng)前的位置信息，包括當(dāng)前經(jīng)緯度、當(dāng)前速度、當(dāng)前工作速度矢量方位角(下稱方向)、當(dāng)前時間。并獲取與定位相關(guān)的用于判斷數(shù)據(jù)有效性和可信度的信息，例如定位模式、幾何精度因子等。定位數(shù)據(jù)除按設(shè)定的時間間隔通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送外，

121、還將每秒獲得的定位數(shù)據(jù)傳送到自動。</p><p>　　報站器，由其與報站器中預(yù)先存儲的線路信息(如車站位置)進(jìn)行比較、判斷，進(jìn)行自動報站等服務(wù)。</p><p>　　3.2.5.2 GPRS通信模塊</p><p>　　車載終端與監(jiān)控中心進(jìn)行交互，用由GPRS模塊實(shí)現(xiàn)信息傳輸及信息處理功能，信息傳輸功能包括信息的發(fā)送和接收。信息發(fā)送是將車載終端定位功能模塊獲得的各

122、種數(shù)據(jù)，通過它傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心又分發(fā)給電子站牌等各相關(guān)職能單位。這些數(shù)據(jù)包括:</p><p>　　（1）定位數(shù)據(jù):經(jīng)緯度、速度、方向、時間、定位模式、幾何精度因子等;</p><p>　?。?）報警信息:遇劫、事故、故障等;</p><p>　?。?）營運(yùn)狀態(tài):營運(yùn)/非營運(yùn)、上/下行、短線、區(qū)間車、快車、加油(氣)等;</p><p&g

123、t;　　（4）固定短語:道路堵塞、乘客滯留、服務(wù)糾紛等;</p><p>　?。?）通過外部接口獲得的其他數(shù)據(jù)，如乘客流數(shù)據(jù)、空載滿載等信息，接收端是車載終端接收來自調(diào)度中心或其它部門來的信息，包括調(diào)度指令、通告、參數(shù)修改、其他控制指令等。其中需要駕駛員主動響應(yīng)的信息如調(diào)度指令等，車載終端在接收到后用聲音提示駕駛員有新信息到來。</p><p>　　無線通信有CDMA和GPRS等方式，在此

124、選用了GPRS方式，系統(tǒng)之所以選用GPRS來進(jìn)行無線通信，其主要特點(diǎn)如下:</p><p>　　(1)GPRS采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信息，優(yōu)化了對網(wǎng)絡(luò)資源和無線資源的利用。</p><p>　　(2)支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供9.05-171.2kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。系統(tǒng)接入速度快，一般只需2-3秒，適合間歇的突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸。</p><p&g

125、t;　　(3)GPRS支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可以和IP網(wǎng)等互聯(lián),支持特定的點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)一些特殊應(yīng)用如遠(yuǎn)程信息處理。GPRS也允許短消息業(yè)務(wù)(SMS)經(jīng)GPRS無線信道傳輸。</p><p>　　(4)用戶數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)終端和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間透明地傳輸，它使用的方法是封裝和隧道技術(shù)。用戶數(shù)據(jù)能夠壓縮，并有重傳協(xié)議保護(hù)，因此數(shù)據(jù)傳輸高效且可靠。</p><p>　　(5)

126、按量計(jì)費(fèi)，是以流量計(jì)費(fèi)。 </p><p>　　本系統(tǒng)采用SIMCOM公司的SIM100是SIMCOM推出GSM/GPRS雙頻模塊，主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。SIM100集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合于開發(fā)GSM/GPRS的無線應(yīng)用產(chǎn)品，如無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，無線公用電話、無線商務(wù)電話、監(jiān)控、調(diào)度、車載、遙控、遠(yuǎn)程測量、定位和導(dǎo)航等系統(tǒng)和產(chǎn)品，應(yīng)用范圍十分廣泛。</p>

127、;<p>　　3.2.5.3 存儲模塊</p><p>　　存儲設(shè)備是實(shí)現(xiàn)存儲功能信息，存儲一些常用信息，存儲功能包括幾種類型信息的存儲：</p><p><b>　?。?）定位數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　?。?）接收到的信息</b></p><p><b>　　

128、（3）參數(shù)設(shè)置</b></p><p><b>　?。?）程序代碼</b></p><p>　　信息存儲要求在GPRS短時阻塞的情況下，能夠保存2000多個車位信息，至少一條線路的語音存儲空間1.5M，操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序?yàn)?M。本系統(tǒng)所選的器件都能夠達(dá)到這個要求。3.2.5.4 電源模塊</p><p>　　由于車上電源為12V或2

129、4V直流，而電路板采用5V直流，另外因?yàn)檐囕v發(fā)動時流入啟動器的電流會導(dǎo)致電池在幾毫秒內(nèi)產(chǎn)生短暫壓降，所以需要變壓電路和穩(wěn)壓濾波而且抗干擾性較強(qiáng)的電路。其結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 三級穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的電源</p><p>　　LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件的替代產(chǎn)品，它具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強(qiáng)的輸出電流驅(qū)動能力，從而為單片機(jī)的穩(wěn)定、可靠

130、工作提供了強(qiáng)有力的保證。</p><p>　　3.2.5.5 外部接口</p><p>　　外部接口備有8路電平接口用于外部設(shè)備數(shù)據(jù)的輸入輸出。4組常形閉繼電器輸出端子，用于控制外部設(shè)備，如語音報站時降低車內(nèi)媒體播放音量，或在遇劫時受監(jiān)控中心控制切斷汽車電腳油路等。另預(yù)留2個EIARS-232/485串行口，用于需要串口連接的設(shè)備。在無線通信失效的情況下也可以作為軟件更新或成批下載定位數(shù)據(jù)

131、的備用手段。</p><p>　　3.2.5.6 數(shù)據(jù)采集接口</p><p>　　車載終端可連接各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備。外部信息輸入功能車載終端除采集定位信息外，還備有用于輸入輸出的外部接口，用于連接車內(nèi)各種外部設(shè)備。這些外部設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備。還預(yù)留外部接口用于車載終端內(nèi)存儲數(shù)據(jù)的成批下載和軟件的現(xiàn)場更新，作為無線通信網(wǎng)絡(luò)失效時的備用維護(hù)方案。車載終端另外還包括話筒，功放電路、串

132、口通信、等電路。</p><p><b>　　3.3 小結(jié)</b></p><p>　　本章完成了車載終端硬件系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，分析了車載終端的結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)，介紹了本系統(tǒng)所選用的芯片及其芯片實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)了其電路連接。</p><p>　　第四章車載終端軟件的研究與設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)概述<