基于ARM的智能公交车载终端的设计

目录目录1摘要4ABSTRACT51绪论611论文选题的意义612智能公交系统在国内外的发展613智能公交系统中的智能车载终端简介815本论文的主要内容82智能公交系统APTS及其关键技术921APTS系统组成922GPS全球定位系统10221GPS全球定位系统的发展历史10222GPS系统的组成10223GPS定位的基本原理1123GPRS移动通信系统14231GPRS简介14232GPRS网络连接及数据传输14233透明传输模式和命令模式的转换163智能公交车载终端设计1731智能车载终端总体设计1732主要模块基本功能介绍1833主要芯片及模块选型19331MCU芯片19332GPS模块20333GPRS模块20334语音模块21335液晶显示2134本章小结224智能公交车载终端硬件设计2241电源模块设计2242ARM微控制器模块2243时钟及复位电路2344FLASH存储器电路设计2445SDRAM存储器电路设计25451SDRAM模块功能介绍25452HY57V281620的实际连接2546调试与测试接口2647GPS模块电路设计2748GPRS模块电路设计2749语音及功放电路设计28410硬件电路设计中需要注意的问题28411本章小结295智能车载终端系统的软件设计3051嵌入式操作系统的选型3052交叉编译环境的建立过程3153配置编译内核31531内核源码的下载及安装32532配置内核32533编译内核3354嵌入式引导程序移植3355应用软件的设计33551LINUX下的串口编程34552LINUX下的网络编程35553LINUX下的多线程编程35554应用程序介绍376总结38参考文献40摘要近年来，随着我国经济的快速发展，我国城市人口规模不断扩大，汽车保有量也逐步增长。由此引发的城市交通问题越来越突出，如交通拥挤、交通堵塞、噪音污染、废气污染等，严重影响城市的可持续发展和居民的正常生活。大力发展城市公共交通势在必行。智能公交系统是现代控制技术、定位技术和无线通信技术等多种技术的有机结合，它的建设可以改善公交公司的企业管理方式，提高公交系统的运营效率和服务水平，是旨在解决城市交通问题的一项根本性方案。GPS是由美国建立的新一代卫星导航与定位系统，具有全球性、全天候、陆海空全能等特点，特别适用于交通运输行业，配合中国移动稳定可靠、覆盖面广、数据传输速度极快的GPRS网络作为信息传输的媒介，以GPS、GPRS为主要技术的智能公交系统较以往利用射频、数传电台技术方式建造的公交系统具有更加稳定、实时性更高等特点，是当前智能公交系统设计的理想方案。本论文在研究国内外智能公交现状和现有GPS、GPRS等技术的基础上，提出了基于ARM的公交智能车载终端的设计与实现方法，包括终端总体设计方案、关键技术的研究、软件的设计、产品实现等内容。文章在总体设计中提出了终端的功能要求，并针对功能要求提出了相应的设计方案；在硬件设计中给出了具体的硬件设计原理图，并就硬件选型、原理图设计中的关键问题进行了探讨；在软件设计中给出了终端主要软件设计的程序流程图，并对程序设计思路进行了细致的讲解；最后对个模块进行了调试和功能测试。关键词车载终端，智能报站，ARM，GPS，GPRSABSTRACTINRECENTYEARS,WITHTHERAPIDECONOMICDEVELOPMENTOFOURCOUNTRY,OURCOUNTRYCITYPOPULATIONSCALEUNCEASINGLYEXPANDS,THECARHASALSOGRADUALLYINCREASECAUSEDBYTHEURBANTRAFFICPROBLEMISBECOMINGMOREANDMORESERIOUS,SUCHASTRAFFICCONGESTION,TRAFFICJAMS,NOISEPOLLUTION,WASTEGASPOLLUTIONANDSOON,THESERIOUSINFLUENCETHESUSTAINABLEDEVELOPMENTOFTHECITYANDPEOPLESNORMALLIFETODEVELOPURBANPUBLICTRANSPORTATIONISIMPERATIVEINTELLIGENTBUSSYSTEMISTHEMODERNCONTROLTECHNOLOGY,POSITIONINGTECHNOLOGYANDWIRELESSCOMMUNICATIONTECHNOLOGYANDSOONTHEMANYKINDSOFORGANICCOMBINATIONOFTECHNOLOGY,ITCANIMPROVETHECONSTRUCTIONOFTHEBUSCOMPANYMANAGEMENT,IMPROVEOPERATIONEFFICIENCYOFTHEPUBLICTRANSPORTSYSTEMANDSERVICELEVEL,ISDESIGNEDTOSOLVETHETRAFFICPROBLEMSOFCITYARADICALPLANGPSISTHEUNITEDSTATESTOSETUPBYANEWGENERATIONOFSATELLITENAVIGATIONANDPOSITIONINGSYSTEM,HASTHEGLOBAL,ALLWEATHER,LANDAIRNAVALALLAROUNDANDOTHERCHARACTERISTICS,ESPECIALLYSUITABLEFORTRAFFICTRANSPORTATIONINDUSTRY,WITHCHINAMOBILEISSTABLEANDRELIABLE,COVERAGE,DATATRANSMISSIONISEXTREMELYFASTSPEEDOFGPRSNETWORKSASOFINFORMATIONTRANSMISSIONMEDIUMTOGPSANDGPRSASTHEMAINSKILLSTHEINTELLIGENTBUSSYSTEMOPERATIONTHANEVERBEFORE,DIGITALRADIOTECHNOLOGYUSINGRFWAYOFTHEPUBLICTRANSPORTSYSTEMHASBUILTMORESTABLE,REALTIMEHIGHER,ANDOTHERFEATURES,ISTHECURRENTSMARTBUSSYSTEMDESIGNIDEALSCHEMETHISPAPERSTUDIESTHESTATUSQUOANDTHEEXISTINGDOMESTICANDFOREIGNINTELLIGENCEBUSGPS,GPRSTECHNOLOGY,ANDONTHEBASISOFTHEBUSISPROPOSEDBASEDONARMINTELLIGENTCARTERMINALDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHEMETHODS,INCLUDINGTERMINALOVERALLDESIGNSCHEME,KEYTECHNOLOGYRESEARCH,SOFTWAREDESIGN,THEPRODUCTREALIZATION,ETCBASEDONTHEGENERALDESIGNWASPUTFORWARDBYTHEFUNCTIONALREQUIREMENTOFTHETERMINAL,ANDINTHELIGHTOFTHEFUNCTIONREQUIREMENTPUTFORWARDTHECORRESPONDINGDESIGNPROJECTINTHEHARDWAREDESIGNGIVEASPECIFICHARDWAREDESIGNPRINCIPLEDIAGRAM,ANDTHEHARDWARESELECTION,DESIGNOFTHEKEYPRINCIPLEDIAGRAMDISCUSSEDINSOFTWAREDESIGNGIVESTHEMAINTERMINALTHEDESIGNOFSOFTWAREPROGRAMFLOWCHART,ANDTHEPROGRAMDESIGNIDEASOFTHEDETAILEXPLAINSFINALLYAMODULETOTHECOMMISSIONINGANDFUNCTIONTESTINGKEYWORDSTHECARTERMINAL,INTELLIGENTTHESTOPS,ARM,GPSANDGPRS1绪论11论文选题的意义随着国民经济的快速发展，我国城镇化步伐不断加快，来自农村的大学生和其他务工人员大批涌入城市，造成城市人口大幅度增长，同时由于人民生活水平的不断提高，城市的汽车保有量也在急剧上升，交通需求迅速扩大，而城市交通基础设施的建设却相对滞后，从而使城市“乘车难”、“行车难”的现象日益严重，交通拥挤、交通阻塞频发，噪音污染、废气污染加剧，严重影响城市公交的可持续发展和居民的正常生活。解决城市交通拥挤和阻塞问题已成为我国城市交通面临的一项迫切的任务。城市交通拥挤问题由来已久，早在19世纪中叶英国学者JMTHOMSON就把交通拥挤、行车速度归结为城市七个发展难题之首，并成为不同历史时期社会各界广泛关注的社会问题之一。与此同时，由于受地理空间、资金投入等因素的制约，无限制的扩展道路空间几乎没有可能，致使城市交通系统的建设、运营与管理不得不从粗放型向效益型转变2。为此智能公交系统（ADVANCEDPUBLICTRANSITSYSTEM,APTS）近年来被许多学者提了出来，着重从如何提高城市道路系统营运效率入手，来缓解城市交通压力，有效的减少城市交通拥挤、交通阻塞现象。智能公交系统运用系统工程理论，将信息控制、GPS卫星定位、GIS、多媒体、网络通信等技术集成，应用于整个公共交通领域，实现了公交车辆的智能调度，方便了公车车辆的运营管理，提高了公交服务水平。使乘坐公交车出行变的更加快捷、方便和舒适。从而使一部分人舍弃自驾车或打出租车出行，改乘公交车，进一步减少交通堵塞现象。另外大力发展智能公交系统，也可以通过提高交通效率而节省大量的燃料和时间，减少交通事故的发生，能够创造巨大的经济和社会效益。12智能公交系统在国内外的发展在美国，城市公共交通管理局已经启动了智能公共交通系统项目。它主要研究基于动态公共交通信息的实时调度理论和实时信息发布论，以及使用先进的电子、通讯技术提高公交效率和服务水平的实施技术。具体包括车队管理、出行者信息、电子收费和交通需求管理等几方面的研究。其中车队管理主要研究通信系统、地理信息系统、自动车辆定位系统、自动乘客计数、公交运营软件和交通信号优先。出行者信息主要研究出行前、在途信息服务系统和多种出行方式接驳信息服务系统。在日本，东京交通局开发了城市公共交通综合运输控制系统，旨在改善由于机动车数量的增长和严重交通拥挤，造成的公交服务质量差、乘客数量下降等问题。该系统包括累积运营数据、乘客计数、监视和控制公共汽车运营和乘客服务等功能，其中乘客服务功能中包括进站汽车指示、信息查询和公共交通与铁路接驳信息提示。公共交通综合管理系统硬件包括公交主控中心、区域中心以及路边、车库和车载设备等。欧洲的许多国家通过实施公交优先政策，设立公交专用道，为公交车提供优先通行信号，布设智能公交监控与调度系统等措施，提高公交车辆运行速度和公交服务质量以吸引公众乘坐公交车出行，从而有效地缓解了城市交通压力，解决了城市交通问题，并取得了明显的社会经济效益。与欧美、日本等国家相比，我国的公共交通事业相对落后。数据显示，2009年底，我国私人小汽车的总量达到4243万辆，私人汽车保有量年均增长227，按照目前的速度，到2015年，小汽车保有量将达到约两亿辆。但我国城市居民的平均公交分担率却不足20，北京中心区公交分担率也只有36，而城市公交分担率在东京、伦敦、纽约等大城市为60以上。欧美一些发达国家经济发展水平高，而人们却大部分选择乘坐公交出行，说明这些国家的运输组织结构节俭、快速并且环保；而我国的经济发展水平低，人们出行却不是乘坐公交为主，为了方便起见，人们更多的选择乘坐载人少、耗油高的机动车出行。公共交通的分担率偏低，说明我国城市交通及管理还停留在粗放型发展状态，公交智能化水平还比较低。近几年，随着科学技术的发展和社会的进步，我国开展智能交通系统研究已经具备了技术基础和颇具潜力的市场需求，我国政府也积极推进优先发展城市公共交通政策，对于先进技术的引入给予大力支持。这些都为智能公交系统在我国的实施提供了有利条件。我国杭州、上海、北京、大连等几座大城市已在部分公交线路上建成了公交车辆跟踪调度系统，实现了对车辆的实时跟踪和定位、公交车与调度室的双向通讯、电子站牌上实时显示车辆位置信息等功能。但是由于缺乏对许多基础理论的深入研究,这些系统虽然使得中国迈入了公交智能化时代，却一般都没有将动态交通状态信息与车辆定位信息有效融合，而且某些系统的开发和研制又缺乏交通领域专家的直接参与，致使目前的智能公交系统还存在一定的缺陷。13智能公交系统中的智能车载终端简介智能车载终端是一款专门为公交车辆设计，运行在公交车辆上的嵌入式产品，在智能公交系统中起着举足轻重的作用。它融合了GPS定位、GPRS、信息存储、MP3语音播放及汽车黑匣等技术，能用于对公交车辆的现代化管理，包括对车辆的监控调度、正点考核、GPS导航电文等信息的采集、分析、处理、储存等8。随着科学技术的发展，公交车载终端也在进一步升级，它的性能和服务质量都有了极大的提高，功能也日益完善。目前，智能车载终端主要有以下几项功能1）卫星定位功能车载终端接收卫星的导航电文，经过解析后可得到用户当前的位置、速度和时间等定位信息，通过比对当前位置和车载终端存储的站点位置，可以实现自动报站功能，同时把当前位置信息和进出站等信息通过无线通信的方式发送到调度中心服务器，然后在电子地图上实时显示。2）车辆调度管理功能通过对车载终端位置的分析，调度中心可以随时得知车辆当前的运行位置，能够判断车辆是否到达终点站，从而实现对公交车辆的调度与排班，当车辆前方行驶路段出现堵车或不能通过时，调度中心可以及时通知车辆绕行其他路线，这样可以减少公交拥堵和提高公交运营效率。3）按键报警功能当公交车辆突发交通事故或遇到抢劫等紧急情况时，驾驶员可以通过按键报警，通知调度中心发生了紧急情况，调度中心可以根据报警车辆上传的位置信息，及时派遣人员前往处理。15本论文的主要内容本论文提出了基于ARM的智能公交车载终端的总体设计方案，重点介绍了车载终端的软硬件设计及自动报站、短信报警、实时监控等功能的实现。完成的主要工作包括智能公交系统总体设计、智能公交终端硬件电路设计调试、软件调试及系统总体调试分析。本论文主要内容包括第1章绪论。综述智能公交系统基本概念、相关背景及国内外发展现状。介绍了智能公交车载终端概念及主要功能，提出了本文的主要工作内容及课题开展的意义。第2章智能公交系统APTS及其关键技术。介绍了智能公交系统组成结构，并对GPS、GPRS等系统相关的关键技术进行了介绍。第3章智能公交车载终端总体设计。根据市场需求，提出了智能公交系统及车载终端的总体设计方案，重点对车载终端的总体设计进行了介绍，给出了车载终端设计中重要芯片的选型。第4章智能公交车载终端硬件设计。详细介绍了智能公交车载终端硬件设计，给出了整个终端系统的硬件设计电路。第5章智能公交车载终端软件设计。详细介绍了智能公交车载终端的软件设计，给出了软件设计流程图，并就系统关键部分的软件设计进行了重点的讲述。总结和展望中，对本课题取得的成果以及局限性进行了分析和总结，对下一步的工作和项目未来的发展进行了展望。2智能公交系统APTS及其关键技术21APTS系统组成智能公交系统主要由3个部分构成，即无线通讯部分、监控中心部分和车载终端部分。无线通讯系统主要是利用通信运营商提供的数据和短信息服务，这里的通讯方式就是指无线通讯系统的通讯手段；监控中心由GPS服务器、数据库服务器、CTI呼叫中心系统、监控工作站、管理工作站路由器和防火墙组成；车载终端主要由GPS接收模块、GPRS通讯模块、车辆控制模块、屏幕等部分组成，主要有车辆定位、与监控中心进行双向通讯、车辆控制等功能。监控中心在接收到车载终端传回的GPS位置数据后可以确定监控车辆的位置信息、历史运行轨迹进而分析其运行是否正常，是否偏离预定路线，速度是否异常。在出现异常情况时，监控中心可以通过发布导航指令来实现实时的调度。22GPS全球定位系统221GPS全球定位系统的发展历史1973年，美国国防部组织海陆空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统“NAVIGATIONSATELLITETIMINGANDRANGING/GLOBALPOSITIONINGSYSTEM”，即“授时与测距导航系统”，通常简称为“全球定位系统”GPS。它是新一代精密卫星定位系统，是现代科学技术迅速发展的结晶。GPS是一种可以定时和测距的空间交会定点导航系统，它可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，满足军事部门和民用部门的需要。GPS整个发展计划分为三个阶段实施。第一阶段为原理方案可行性验证阶段，从1978年到1979年，共发射了4颗试验卫星，建立了地面跟踪网，研制地面GPS接收机，对系统的硬件和软件进行了试验，试验结果令人满意。第二阶段为系统的研制与试验阶段从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星。第一阶段和第二阶段共发射11颗试验卫星，这些试验卫星称为第一代卫星与此同时，研制了各种导航型接收机和测地型接收机，试验表明，GPS的定位精度大大超过设计标准，其中粗码CA码的定位精度远远超过设计指标，由此证明，GPS计划是成功的。第三阶段为最后的工程发展与完成阶段。1989年的2月4日，发射了GPS第一颗工作卫星，到1994年3月10日共研制发射了28颗工作卫星。这些工作卫星称为BLOCKII和BLOCKIIA卫星，与此同时，不仅研制了高精度导航型接收机，还研制了能对卫星载被信号进行相位测量的定位精度极高的接收机和采用相位差分的GPS载体姿态测量接收机，满足了精密导航与制导等一系列军事目的之要求。222GPS系统的组成GPS系统主要由三大部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。全球定位系统的空间卫星星座见图21，由24（3颗备用卫星）颗卫星组成。卫星分布在6个轨道面内，每个轨道上分布4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为55，各轨道平面升交点的赤经相差60在相邻轨道上，卫星的升交相差30轨道平均高度约为20220KM，卫星运行周期为11小时58分。因此，在同一观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前4分钟。每颗卫星每天约5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间和地点而异，最少为4颗，最多可达11颗。图21全球定位系统的空间卫星星座223GPS定位的基本原理GPS定位处理中，卫星轨道通常是已知的。因此，为了确定地面观测站位置，GPS卫星的瞬间位置也应换算到统的地球坐标系统中。在GPS试验阶段，卫星的瞬间位置计算采用了1972年世界大地坐标系统WORLDGEODETICSYSTEM，1972,WGS72，从1987年1月10日开始采用改进的大地坐标系统WGS84坐标系。世界大地坐标系统WGS是属于协议地球坐标系CTS。WGS84坐标系的原点为地球质心M；Z轴指向BIHL9840定义的协议地极CONVENTIONALTERESTRIALPOLE,CTP；X轴指向BIH19840定义的零子午面与CTP相交的赤道交点，Y铀垂直于XMZ平面，且与Z、X轴构成右手坐标系。测距码即伪随机噪声码PSEUDORANDOMNOISECODE是一种可以预先确定并可重复产生和复制，具有白噪声随机统计待性的二进制码序列，简称为伪随机码，或伪噪声码，或PRN码。40年代末和50年代初，仙农GESHANNON等人建立了“噪声通信”理论；证明具有白噪声统计特性的信号对充分利用信道的容量与信号的功率，抗多径干扰和测定距离等具有明显的优点。到60年代中期，噪声通信理论获得实际应用和发展。利用伪随机码信号可以实现低信噪比接收，可实现码分多址通信具有良好的保密性。现在，伪随机码已广泛用于通信、无线电测距等领域。GPS卫星的基带信号是指包含导航信息的导航电文。导航电文包括卫星星历，卫星工作状态，卫星历书，时间系统，星钟改正参数，轨道摄动改正参数，大气折射改正参数，遥测码以及由C/A确定P码的交换码等。导航电文是二进制编码文件，按照规定格式组成数据帧，一帧导航电文由遥测字，转换字和数据块三部分组成，是用户利用GPS进行导航定位的数据基础。导航电文的每个子帧含有10个字，第一个字为遥测字。作为捕获导航电文的前导，其中所含的同步信号，为各子帧提供了一个同步的起点，使用户便于解释电文数据。转换字的主要功能是向用户提供用于捕获P码的Z计数。导航电文的数据块分三部分。数据块I包含的内容有卫星时间计数器，调制码标识，卫星测距精度，导航数据状态，电离层延迟改正参数，时钟数据龄期，卫星时钟参数对应的参考时刻，卫星钟改正参数。数据块II是导航电文中的核心部分，一般称为卫星星历，包括的主要参数分为开普勒六参数，轨道摄动九参数，时间两参数。第三数据块提供全部GPS卫星的历书数据。当用户GPS接收机捕获到某颗卫星后，利用数据块III所提供的其它卫星的概略星历，时钟改正数，码分地址和卫星工作状态的数据，用户可以利用码分地址较快的捕获其他卫星信号并选择最合适的卫星，这对于选择适当的卫星构成最佳的观测星几何图形，提高导航定位精度是非常重要的。GPS卫星导航定位系统是由24颗卫星组成。在世界各地用户可同时看到411颗卫星。这些卫星导航电文通过两个载波频率F1157542MHZ，F212276MHZ向地面发射。如何区分这24颗卫星信号呢GPS定位系统采用了码分多址技术。即给不同的卫星指配不同结构的伪随机码，当接收某颗卫星信号时，用户只要在机内产生与该卫星的伪码结构相同的本地码，并让本地码移位直到与卫星伪码相关函数为“1”。此时对于其他卫星，由于伪码结构不同，其互相关函数值很小，这样就可以达到捕获跟踪GPS卫星信号的目的。GPS导航定位系统采用了两种伪随机码。一种是用于分址、搜捕卫星信号、粗测距，具有一定抗干扰能力的明码，并提供民用，称为C/A码。另一种是用于分址、精密测距，具有较强的抗干扰能力的军用密码，称为P码18。GPS系统使用单向测距方法来测定某颗卫星与用户的相对距离。它使用两台时钟，一台在用户接收设备上，一台在卫星上。计算卫星与用户之间的距离，实质上是通过比较GPS接收机中恢复的卫星钟和用户本身的时钟之间的差，即测量卫星钟传播到用户所花的时间传播时延得以实现。如果两个时间精确同步，即两时钟信号同频同相，那么，利用距离等于时间乘以光速的原理，得到卫星和用户间的真实距离RCT。但是卫星时钟和用户时钟往往不能精确同步，当两者存在钟差DT时，这样测得的距离不是用户和卫星间的真实距离，而是伪距离PSEUDORANGE，简称PR，表示为PRRCDT，DT取值是有正负的，用户钟慢于卫星钟时取正，反之取负。GPS的基本定位原理是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、方向以及运动速度和时间信息。如图22所示，每一颗卫星连续不断地向GPS接收机发送可跟踪的唯一编码序列，GPS接收机可根据编码辨认相关的卫星，进而计算出接收机的确切位置和准确时间。设有四颗卫星1,2,3,4，坐标为IX,IY,IZI1,2,3,4，用户坐标为UX,UY,UZ,IR为伪距离，即接收机到卫星的距离IIRCTC光速，IT信号从一颗卫星到达接收机所需的时间I1，2，3，4；DT是用户时钟偏差。图22GPS定位原理图23GPRS移动通信系统231GPRS简介GPRS是通用分组无线服务技术（GENERALPACKETRADIOSERVICE）的简称，经常被描述成“25G”，也就是说这项技术位于第二代和第三代移动通讯技术之间。它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。与GSM的数据业务相比，有以下优点1）通信费用低廉。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（PACKET）的方式来传输的，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。2）传输速率高，连接容易。GPRS通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，传输速率得到了提升，可至56甚至114KBPS。GSM网络传输数据采用的是电路交换的方式，而GPRS通过增加了相应的功能实体和改造了现有的部分基站系统，实现了数据的分组交换，得到了较高的用户数据速率，相对来说投入并不大。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。3）资源利用率高。GPRS采用分组交换的通信方式，在通信中，数据被分成一定长度的带有分组头的数据包，分组头里面含有地址信息，指明该包发往的目的地址。当数据包到达时，根据此地址信息，临时寻找可用的信道资源发送数据，不必预先分配信道。在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道不占用固定的信道，所有的用户共享使用信道资源，使信道资源的利用率得到了提高。232GPRS网络连接及数据传输GPRS模块的网络连接、数据传输等所有操作都是通过AT命令来实现的。1）AT命令介绍AT即ATTENTION，AT命令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的。通过发送AT指令来控制移动台的功能，与GPRS网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。2）连接网络与数据传输GPRS模块的网络连接通过几条简单的AT命令即可实现，耗时不过半分钟左右。GPRS模块有两种传输模式，分别为透明传输模式和命令模式。透明传输模式为纯数据传输模式，即使发送AT命令，也会被当成数据发送出去。命令模式则只接收AT命令，若非AT命令，模块自动返回错误信息。由于系统主要用来传输数据，所以联网成功后一般选择为透明传输模式。连接步骤如下1设置模块的返回值即为不带命令的返回值发送ATE0回车成功返回回车OK回车失败返回回车ERROR回车2设置透明传输模式发送ATCIPMODE1回车成功返回回车OK回车失败返回回车ERROR回车3激活PDP发送ATCGATT1回车成功返回回车OK回车失败返回回车ERROR回车4设置GPRS连接模式发送ATCIPCSGP1,“CMNET“回车成功返回回车OK回车失败返回回车ERROR回车5GPRS拨号连接发送ATCIPSTART“TCP“,“219243869“,“8080“回车（其中IP地址为公网IP）命令正确且成功返回回车OK回车回车CONNECT回车命令不正确返回回车ERROR回车失败则返回回车OK回车（延迟）回车STATE回车（延迟）回车CONNECTFAIL回车其中可以取值如下IPINITIALIPSTARTIPCONFIGIPINDIPGPRSACTIPSTATUSTCP/UDPCONNECTINGIPCLOSE若命令返回正确，则连接网络成功，GPRS模块进入透明传输模式，可以进行数据传输了。233透明传输模式和命令模式的转换GPRS模块中，打电话和读GPRS信号强度的操作需要发送AT命令，是在命令模式下进行的，所以在数据传输过程中，当需要打电话或读信号强度时，需要使GPRS模块从透明传输模式转变为命令模式。下面以打电话为例，介绍一下发送命令步骤1）退出透明传输模式发送返回回车OK回车2）拨打电话发送ATD电话号码回车拨打成功返回回车OK回车对方挂断返回回车NOCARRIER回车对方无人接听返回回车NOANSWER回车对方占线返回回车BUSY回车没有拨号音返回回车NODIALTONE回车3）通话完毕后返回透明传输模式。发送ATO回车成功返回回车CONNECT回车失败返回回车NOCARRIER回车3智能公交车载终端设计由上文可知，系统设计工作主要包括两大部分1智能车载终端设计2数据中心管理软件设计。由于数据中心管理软件设计属上层应用软件设计，并且设计过程与智能车载终端设计完全分离，本文以下部分将只重点对智能车载终端设计与开发进行论述。设计与开发进行论述。31智能车载终端总体设计如上文所述，智能车载终端是一款以ARM处理器为核心，利用GPS、GPRS等先进技术，集车辆实时监控、正点考核、紧急事件报警等功能于一身的专为公交车辆设计的嵌入式智能终端产品。它是整个智能公交系统的数据来源，也是车载功能的执行者，因此它是整个系统是的重要组成部分。车载终端主要实现的功能包括到站自动播报到站提示音，出站自动播报出站提示音；定时向数据中心发送车辆位置信息，实现中心对车辆的监控；能够任意设置站点为考核点，对车辆运行正点情况进行考核；液晶屏幕实时显示时间、车辆运行速度、当前停靠站点等信息；按键控制特殊语音播报、背景音乐播放；按键控制紧急情况报警短消息发送；驱动车载LED屏，实现站点名称、广告语的显示。根据功能要求，我们在设计中将终端分解为如下几个模块1ARM中央处理器模块2GPS定位模块3GPRS无线通信模块4语音及功放模块5LCD液晶显示模块6键盘控制模块7电源模块8串口及其它外围电路模块终端系统结构框图如图31所示图31智能车载终端结构框图32主要模块基本功能介绍整个智能车载终端分为若干功能模块，每个模块除完成自身功能外，还配合其它模块共同工作，实现车载终端整体功能。1ARM中央处理器模块作为车辆终端核心控制模块，完成GPS数据的提取解析，经纬度数据匹配，GPRS无线通讯、语音播放控制等功能。高性能高可靠性的ARM处理器选取是系统稳定运行的关键。2GPS定位模块通过不断的接收卫星传来的导航电文，为系统提供经纬度、时间、速度等信息。3GPRS无线通信模块系统的数据传输模块，将车辆定位信息等通过GPRS网络发送至车辆调度中心，实现实时监控等功能。4语音及功放模块提供高质量、高清晰的语音及音乐播放功能。5LCD液晶显示模块实时显示当前时间、车辆当前所在站点、车辆当前运行速度等信息。6键盘控制模块为使用者提供简洁方便的设备操作方式。7电源模块为系统多个功能模块提供适当的工作电压，保证各功能模块的稳定工作，本终端中需要提供的电压分别有18V、33V、42V、5V、12V。ARM处理器LPC2124GPS模块GPRS模块语音模块LCE显示电源模块晶振复位电路其他外围电路33主要芯片及模块选型331MCU芯片LPC2124是PHILIPS公司生产的单片32位ARM微控制器，是基于一个支持实时仿真和跟踪的1632位ARM7TDMISCPU，并带有256KB的嵌入的高速FLASH存储器。LPC2124具有非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、PWM输出、46个GPIO以及多达9个外部中断使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机POS。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其它各种类型的应用。LPC2124特性如下11632位ARM7TDMIS核，超小LQFP64封装；216KB片内SRAM；3256KB片内F1ASH程序存储器，128位宽度接口加速器可实现高达60MHZ工作频率4可加密。全球首个实现可加密的ARM微控制器；5通过片内BOOT装载程序实现在系统编程ISP和在应用编程IAP6512字节行编程时间为1MS。单扇区或整片擦除时间为400MS；7EMBEDDEDICE可实现断点和观察点。当使用片内REALMONITOR软件对前台任务进行调试时，中断服务程序可继续运行；8嵌入式跟踪宏单元ETM支持对执行代码无干扰的高速实时跟踪；LPC2124具有的16K静态RAM，可以用作代码和数据的存储，支持8位、16位和32为访问。LPC2124集成的一个256K的FLASH存储器，可以用作代码和数据的存储。对FLASH存储器的编程可以通过几种方法来实现1通过JTAG接口；2通过ISP和URATO；3通过在线应用编程IAP。332GPS模块系统GPS模块采用HOLUX的GR87模块。HOLUXGR87SIRF3代GPS模块采用SIRF第三代高灵敏度、低耗电量芯片STARIII，内建ARM7TDMICPU可符合模块需求，具备快速定位及追踪20颗卫星的能力，内置标准陶瓷GPS天线模块，并预留外接口。体积超小，仅25252MM。芯片内建200000个卫星追踪运算器，大幅提高搜寻及运算卫星讯号能力。内建WASSEGNOS解调器。低耗电量，具备有省电模式TRICKLEPOWER功能，以及在设定的时间才启动的定时定位PUSHTOFIX功能。支持NMEAOL8322版本规格输出。该模块的应用范围主要包括车用导航、航海导航、舰队管理、基地服务、自动驾驶、个人导航、旅游设备、轨迹设备、系统及绘图应用程序。333GPRS模块系统GPRS模块选用SIMCOM有限公司提供的SIM300C模块。SIM300C是小体积即插即用模组中完善的三频四频GSMGPRS解决方案。使用工业标准界面，使得具备GSMGPRS90018001900MHZ功能的SIM300C以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。SIM300C的优良性能让它应用于许多方面，例如WLL、M2M、手持设备等。SIM300C外形尺寸为4033285MM，支持用户定制的MMI和键盘LCD，内嵌强大的TCPIP协议栈，具有标准的AT命令接口，能够以小尺寸和低功耗实现语音、短信和GPRS数据传输等业务。模块通过串口进行数据的通信，通信速率最快可以达到115200BS，模块与控制器间通信协议是AT命令集，其中大部分是符合协议“ATCOMMANDSETFORGSMMOBILEEQUIPMENTMEGSM0707VERSION640RELEASE1997的，也有一些是SIMCOM自己定义的AT命令。334语音模块为了保证良好的音质，本系统采用WTMSD高音质MP3模块，为终端提供语音及音乐播放功能。WTMSD模块是一款可重复擦写语音内容的大容量存储类型的语音模块，外挂体积小巧的最大容量为1GB的MICROSD卡存储器，支持加载WAV格式语音文件和MP3格式语音文件。WTMSD模块采用DIPL6直插形式封装，有MP3控制模式，按键一对一控制模式，按键组合控制模式，并口控制模式以及二线串口控制模式等控制模式。WTMSD模块的主要应用领域包括汽车电子防盗报警器、倒车雷达、GPS导航仪、电子狗、中控锁、智能家居系统、家庭防盗报警器、医疗器械人声提示、音乐播放、家电电磁炉、电饭煲、微波炉、娱乐设备游戏机、游乐机、学习模型早教机、儿童有声读物、智能交通设备收费站、停车场、通信设备电话交换机、电话机、工业控制领域电梯、工业设备、玩具等。335液晶显示系统采用金鹏电子C系列液晶模块OCMJ2木8C。该C系列中文模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。提供三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口及串行接口。所有的功能包括显示RAM、字型产生器，都包含在一个芯片里面，只要一个最小的微处理系统，就可以方便操作模块。内置2M位中文字型ROMCGROM总共提供8192个中文字型1616点阵，16K位半宽字型ROMHCGROM总共提供126个符号字型168点阵，6416位字型产生RAMCGRAM，另外绘图显示画面提供一个64256点的绘图区域GDRAM，可以和文字画面混和显示。提供多功能指令画面清除DISPLAYCLEAR、光标归位RETURNHOME、显示打开关闭DISPLAYONOFF、光标显示隐藏CURSORONOFF、显示字符闪烁DISPLAYCHARACTERBLINK、光标移位CURSORSHIFT、显示移位DISPLAYSHIFT、垂直画面卷动VERTICALLINESCROLL、反白显示BYLINEREVERSEDISPLAY、待命模式STANDBYMODE。34本章小结本章根据系统设计需求，提出了整个智能公交系统及车载终端的总体设计方案。着重介绍了智能立法终端的总体设计，给出了终端系统结构框图，并对各模块功能及重要芯片的选型进行了介绍。4智能公交车载终端硬件设计由上章可知，智能车载终端的设计由电源模块、ARM中央处理器模块、GPS定位模块、GPRS无线通信模块、语音及功放模块、LCD液晶显示模块、键盘控制模块、及其它外围电路模块部分组成。在本章中，将对各模块硬件电路设计及功能实现进行详细的介绍，并对硬件电路设计中需要注意的问题进行讨论。41电源模块设计稳定可靠的电源是整个系统正常工作的保证，电源的提供必须考虑到硬件系统各个模块的供电标准。本系统中车载终端需要提供稳定电源的模块有LPC2124处理器、GPRS模块、GPS模块以及LCD模块等。电源的设计应当同时考虑功率、电平及抗干扰等问题。对系统各芯片及模块的供电要求进行分析，可以得出系统电源需要提供包括12V、5V、3V、18V五个电压。12V为功放电路工作电压，33V、18V分别为ARM芯片IO口及内核电压。电源模块是车载终端中的供电部件，设计时考虑主要作为车载应用，可直接采用汽车上的电瓶12V电压，通过7805电源芯片转变为标准的5V电压，5V电压再通过两片LDO芯片AMS111733和AM111718稳压输出33V和18V。42ARM微控制器模块微控制器MCU是系统的核心，也是实现系统功能的关键，适当的微控制器的选取，不仅能够大大提高系统性能，还能够最大程度上保证系统稳定可靠的运行。现在市面上的MCU种类繁多，价格和性能也是千差万别，MCU的范围包括了从成本低于20美分的非常简单的家庭应用型MCU到20美元的控制工业机械主要器件的32位MCU，分辨出哪种才是适合系统应用的MCU是一个关键的问题。选择一款MCU时，我们需要考虑的因素有以下几个方面第一，MCU的电源范围、工作频率。MCU对电源的要求需要与系统中其它大部分部件对电源的要求一致；第二，MCU的IO口、定时器、中断等资源数目。需要满足系统的要求，避免资源的浪费；第三，MCU的吞吐量。符合MCU对系统执行控制时的处理能力；第四，MCU的极限性能。能够在系统可能处于的极限工作环境中正常运行，如低温或高温环境；第五，MCU的抗干扰性能、加密性能、程序写入方式等；第六，MCU的市场价格。在产品的设计中需要严格的控制产品成本，固价格也是MCU选取中的重要一点，需要选取具有高性价比的MCU芯片。综合考虑以上因素及本系统对控制器的要求，我们选用了ARM9微处理器LPC2124作为系统的微控制器。作为整板的主控制器，LPC2124是整个电路系统的核心，以LPC2124为核心的中央处理器模块设计则是决定整个硬件电路成败的关键，ARM微控制器模块设计主要包括电源、时钟及复位电路、调试与测试接口及ARM芯片接口电路四大部分。43时钟及复位电路目前所有的微处理器均为时序电路，需要一个时钟信号才能工作。LPC2124可使用外部晶振或外部时钟源，内部PLL电路可调整系统时钟，使系统运行速度更快。本电路中，LPC2124使用微控制器内部的晶体振荡器设计时钟电路，采用外部110592MHZ晶振做为振荡源，用1M电阻并接到晶振两端，使系统更容易起振。用11059MHZ晶振的原因是使串口波特率更精确，同时能够支持LPC2124内部的PLL功能和ISP功能。另外，微控制器在上电时的状态并不确定，这将造成微控制器不能正确的工作，为了解决这个问题，所有微控制器均需要一个复位逻辑，负责将微处理器初始化为某个确定的状态。一些微处理器在上电时自身会产生复位信号，但大多数微控制器需要外部输入这个信号，本终端微处理器LPC2124即属于后者。针对LPC2124来说，IO口供电电压范围为33V36V，故复位门槛选择为293V，复位芯片选用SIPEX公司的SP708S。该芯片属于微处理器岬监控器件，其集成有众多组件，可监测UP及数字系统中的供电及电池的工作情况，该芯片可以有效地增强系统的可靠性及工作效率。本系统复位电路设计成用户重启的按钮控制。SP708S发出RESET信号送给CPU的RESET引脚和JATG接口电路的复位脚。当复位按键RST按下时，SP708S立即输出复位信号使系统复位，平时SP708S的RST输出高电平，系统正常运行或进行JTAG仿真调试。44FLASH存储器电路设计FLASH存储器在系统中通常用于存放程序代码，系统上电或复位后从此获取指令并开始执行，因此用了PC15做了FLASH的片选引脚即与CE相连，FLASH的R/B引脚与PC14引脚相连，IO0IO7与D0D7相连，图41描述了FLASH模块实际连接电路。图41K9F5608U0A电路设计图45SDRAM存储器电路设计451SDRAM模块功能介绍与FLASH存储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但存取速度大大高于FLASH存储器，具有读/写的属性，因此SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。系统启动时，CPU首先从复位地址0X0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度，系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。在主电路板中用的HY57V281620型SDRAM。图42HY57V281620管脚分布图452HY57V281620的实际连接与FLASH存储器相比，SDRAM的控制信号较多，其连接电路也要相对复杂。两片HY57V281620并联构建32位的SDRAM存储器系统，其中一片为高16位，另一片为低16位，可将两片HY57V281620作为一个整体配置到任意一个外部存储器的区域，但是要注意一定要用同一根片选线与两片HY57V281620的CS引脚相连，这里用的是SDSC引脚与HY57V281620的CS引脚进行的连接。两片HY57V281620的CLK端接AT91RM9200的SDCLK端HY57V281620的CLE端接AT91RM9200的CLE端两片HY57V281620的/RAS,/CAS,/WE端分别接AT91RM9200的RAS端、CAS端、SDWE端两片HY57V281620的ALLA0接AT91RM9200的地址总线A13A2两片HY57V281620的BA1,BA0接AT91RM9200的地址总线A17,A16高16位片的DQ15DQO接AT91RM9200的数据总线的高16位D31D16，低16位片的DQ15DQO接AT91RM9200的数据总线的低16位D15D0高16位片的UDQM,LDQM分别接AT91RM9200的NBS3和A1，低16位片的UDQM,LDQM分别接AT91RM9200的NBS1和A0。图43HY57V281620的电路设计图46调试与测试接口调试与测试接口不是系统运行必需的，但现代系统越来越强调可测性，调试、测试接口的设计也越来越受到重视。LPC2124有一个内置的JTAG调试接口，通过这个接口可以控制芯片的运行并获取内部信息。在本电路设计中，采用了ARM公司的标准20脚JTAG仿真调试接口，JTAG接口上的信号NRST和NTRST与复位电路相连，形成线“与”的关系，达到共同复位的目的。在RTCK引脚接一个47K下