【毕业设计】电子公交站牌的设计

电子公交站牌的设计摘要随着城市建设和公交事业的飞速发展,运用高科技手段对企业进行管理被提到重要的日程上来，为此，为了方便乘客候车、乘车，提高出行效率，我们在已有的基础上改进设计智能电子站牌显示系统。该系统利用GPS无线传输系统来实现公交车辆的管理，在公交车的车站站台处设立一个电子站牌，公交车辆根据车辆自身的位置向站台发送车的路数和当时所在的位置，站台进行接收并在电子站牌上显示出车辆的运行状况、途径车站的所有公交车的行车进程、预测公交车到达本站的时间。通过区间运行时间，预测公交车途径站点的道路拥堵状况，以便乘客能随时做出最佳乘车选择。本文具体设计工作包括车载部分设计和站台部分设计。车载部分设计以单片机AT89C51为开发工具，并利用GPS为基础，将接收到的卫星信息进行处理，然后将数据通过无线发射模块发送给公交站牌。整个系统包括接收GPS信号、中心处理、数据的显示和无线发射四个模块。站台部分设计以单片机AT89C5L为开发工具，将接收到的来自无线数据接收模块发来的信息进行相应的处理，然后把一些信息通过数码管和发光二极管直观的显示出来。整个系统包括接收来自无线数据接收模块发来的信号、中心处理和数据的显示三个模块。又从利用GPS技术实现公交车辆管理的发展概述、发展前景出发，对整个系统的系统设计、详细的硬件设计、软件设计等各个方而对基于GPS电子公交站牌做了比较详细的讲述，最后对这一应用的可行性和发展前景做了描述。关键字GPS，电子站牌，单片机，数据显示，信号处理THEDESIGNOFELECTRONICBUSSTOPBOARDABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFURBANCONSTRUCTIONANDTHECAUSEOFTHEBUS,THEUSEOFHIGHTECHMEANSTOMANAGEENTERPRISEMENTIONEDIMPORTANTAGENDA,THEREFORE,INORDERTOFACILITATETHEPASSENGERSWAITINGTIME,DRIVING,IMPROVETHEEFFICIENCYOFTRAVEL,WEIMPROVEDONTHEBASISOFTHEEXISTINGDESIGNINTELLIGENTELECTRONICSTOPDISPLAYSYSTEMTHESYSTEMUSESGPSWIRELESSTRANSMISSIONSYSTEMTOREALIZETHEBUSVEHICLEMANAGEMENT,THEPLATFORMATTHEBUSSTATIONISTHEPLACETOSETUPANELECTRONICSTOP,THEBUSACCORDINGTOTHELOCATIONOFTHEVEHICLEITSELFPLATFORMTOSENDCARROUTEANDLOCATIONATTHETIME,THEPLATFORMFORRECEIPTANDINTHEVEHICLESRUNNINGSTATUSISSHOWNONTHEELECTRONICBUSSTOP,THEPROCESSOFDRIVINGALLTHEWAYTOTHESTATIONBUS,PREDICTBUSARRIVALTIMEONTHISSITEBYINTERVALELAPSEDTIME,PREDICTBUSSITEROADCONGESTION,SOTHATPASSENGERSCANCHOOSETHEBESTRIDESATANYTIMEINTHISPAPER,THESPECIFICDESIGNWORKINCLUDINGAUTOMOTIVEPARTSDESIGNANDPLATFORMDESIGNCARPARTSDESIGNMICROCONTROLLERAT89C51ASDEVELOPMENTTOOL,ANDUSETHEGPSBASIS,WILLRECEIVETHESATELLITEINFORMATIONPROCESSING,ANDTHENTHEDATASENTBYWIRELESSTRANSMITTINGMODULETOTHEBUSSTOPTHEWHOLESYSTEMINCLUDINGRECEIVEGPSSIGNALS,CENTRALPROCESSING,DATADISPLAYANDWIRELESSLAUNCHFOURMODULESPARTOFTHEDESIGNWITHTHESINGLECHIPPROCESSORAT89C5LDEVELOPMENTTOOLSPLATFORM,WILLRECEIVETHEINFORMATIONFROMTHEDATAFROMTHEWIRELESSRECEIVINGMODULETOCARRYONTHECORRESPONDINGPROCESSING,THENPUTSOMEINFORMATIONTHROUGHDIGITALTUBEANDLIGHTEMITTINGDIODES,INTUITIVEDISPLAYFROMTHEWHOLESYSTEMINCLUDESRECEIVINGDATAFROMTHEWIRELESSRECEIVINGMODULE,SIGNALPROCESSINGANDDATADISPLAYINGTHREEMODULESANDFROMTHEDEVELOPMENTOFPUBLICTRANSPORTVEHICLESWITHGPSTECHNOLOGYMANAGEMENTOVERVIEW,DEVELOPMENTPROSPECTS,THESYSTEMOFTHEWHOLESYSTEMDESIGN,THEDETAILEDHARDWAREDESIGN,SOFTWAREDESIGN,ANDOTHERPARTYANDBASEDONTHEGPSELECTRONICBUSSTOPMADEAMOREDETAILED,FINALLY,THEFEASIBILITYOFTHEAPPLICATIONANDDEVELOPMENTPROSPECTSAREDESCRIBEDKEYWORDSGSP,ELECTRICALBUSSTOP,DATADISPLAY,SINGLECHIPMICROCOMPUTER目录摘要IABSTRACTII1绪论111引言112电子公交站牌的概述113国内外公交电子站牌的发展状态114课题研究的目的和意义2141课题研究的目的2142课题研究的意义315本论文的主要内容32GPS在公交系统的应用421GPS技术简介422GPS定位原理423GPS在公交系统上的应用现状和前景5231GPS在公交车系统上的应用5232GPS在公交系统上的应用前景63电子公交站牌系统框架设计831系统组成及功能特点8311调度中心功能特点8312候车站牌功能特点8313公交车车载设备功能特点932系统方案论证933总体硬件框图与工作原理10331硬件框图10332工作原理1134总体软件设计思路114硬件设计1241硬件元器件12411单片机AT89C5112412译码/驱动芯片74LS4814413七段数码显示器14414GPS接收机DH2000E15415多用途无线数据收发模块1642硬件电路设计16421单片机复位电路17422单片机时钟电路17423公交车辆车次编号输入电路18424公交车辆车次编号及车站号显示部分1843车载部分电路设计1844站牌部分电路设计195软件设计2051系统软件设计思路及工作流程2052系统软件总体设计20521车载部分软件程序设计20522车载部分程序流程图21523发送部分程序设计23524站牌部分程序设计256系统性能分析及改进方法297总结31致谢32参考文献33附录I系统总原理图34附录II系统源程序361绪论11引言公共交通作为城市发展的一部分，是社会发展的必要产物，也是城市赖以生存的重要基础设施之一，公共交通包括地铁、城市公交系统、出租车等等，本文涉及的范围仅指公交系统。与发达国家相比，我国各大中城市的公交系统服务水平较低，主要表现在车辆到发时间不确定，信息化服务基本上是空白，调度方式比较原始落后。从九五规划以来，我国政府就提出来建设城市ITS智能交通系统解决我国城市居民出行难的问题，而电子公交站牌是城市ITS的一个重要组成部分，在公共交通优先的背景下，电子公交站牌对缓解城市交通拥堵的作用将越来越重要。电子公交站牌可以改善公交乘客的乘车信息服务，改善公交公司运营调度与企业管理。所谓电子公交站牌即指电子站牌系统，包括车辆位置信息获取、信息通信及显示三个主要部分。目前一些大中城市正在进行试点的公交电子站牌，均通过GPS获取车辆位置信息，经处理后通过LCD或LED进行显示。工作时车载GPS接收机通过接收卫星信号获得车辆位置坐标信息，并将其消息发送到车辆调度中心进行处理，得到车辆的距站信息，距站信息再由调度中心回传到电子站牌，通过显示器显示出来。12电子公交站牌的概述公交电子站牌，是指安装在各个公交站点，以LED屏显示公交车辆实时信息的指示牌。公交电子站牌集成了许多功能，能够为乘客提供直观、快捷、方便的最佳媒介。它主要的功能是实现信息的接收及显示实时信息，不仅能实时显示车辆的位置信息，而且还能够实时更新显示车辆预到站时间、其它信息等功能。通常，为了降低显示模块成本，公交车辆的一些基本信息，例如始末车时间、行车线路、行车区间和站点等均是直接印刷在电子站牌上面。相对普通站牌来说，新型站牌以LED屏幕的形式向乘客显示目前车辆的动态位置信息。同时，并以LED屏动态显示公交车辆预到站信息。公交电子站牌是智能公交发展的必然结果，它是城市公交智能化、信息化的重要标志，融合了计算机、通信及现代控制等技术。它能够使得乘客及时了解公交车辆目前的实时运行信息，并能够掌握公交车辆预到站时间，依据预到站时间，乘客可以根据自己所需选择其它交通工具，从而合理地利用了自己的时间。同时，很大程度上提高了公交车的服务质量，加快了智能公交的发展进程。13国内外公交电子站牌的发展状态在智能交通研究领域，美国、英国、日本、加拿大等发达国家都投入了较大的成本，它们目前已取得了很大的成功，均处于国际领先水平。自20世纪末开始，很多国家和地区的交通部门开始利用计算机、通信、信息等技术，并将其用于车辆监控、车辆定位、无人驾驶、智能调度及交通信息获取等方面，大大地提高了公交服务质量。美国城市交通管理局UMTA已经启动了先进的公共交通系统项目ADVANCEDPUBLICTRANSPORTATIONSYSTEMS简称APTS。经过实际测试与应用，UMTA对APTS的评价为“APTS能够大大提高公共交通服务质量，使得更多的乘客选择公共交通作为出行工具，从而减少了公共交通堵塞、能源消耗、噪声污染等”。从美国联邦公共交通管理局FTA出版的“APTS发展现状”可知，美国的APTS主要从事以下三个方面的研究基于车辆动态实时信息发布、基于车辆动态实时信息调度、基于电子与通讯技术的公交车辆服务质量的提高。具体内容主要包括电子收费、车辆管理、交通需求管理、出行者信息等。其中，车辆管理主要包括车辆之间的通信、乘客上下车人数统计技术、车辆定位系统、电子地图系统、公交车辆优先通行技术。当前，美国部分研究公交车队管理系统的公司，以车辆管理系统和车辆定位系统等为基础，实现了公交车辆的实时管理运营，同时并研究出了新型系统，如PATHFLNDER。在日本，城市智能公交的发展分为3个阶段在20世纪70年代末，公交管理部门开始利用公交车辆定位系统；到80年代初，公交管理部门开始采用公共交通运行管理系统，此系统主要由三部分组成车辆运行监视、乘客自动统计、车辆运行控制；进入90年代，随着城市规模不断扩大及车辆保有量急剧上升，严重影响了城市公共交通问题，要维持车辆的正常行驶速度也显得十分困难，因此大大地降低了公交车辆的服务质量，导致许多乘客选择其它交通工具作为出行方式。为了提高公交车辆服务质量，吸引更多的乘客选择公共汽车，日本交通管理部门开发了一种先进的公交运输控制系统CTCS。它采用诱导和双向通信的方法，能够交换公交车辆与调度中心之间的信息，并将实时信息反馈给调度人员、驾驶人员、乘客等。目前，日本已建立了先进的车辆导航系统和公交管理系统。车主能够通过车辆导航系统提前查询公路畅通情况及天气等交通信息，并能够通过系统附带的电子地图及GPS服务，选择最优出行路线。而调度人员则能够通过公交管理系统查看实时公共交通运行情况，并依据实时车况调度管理公交运营。相对欧美等发达国家来说，我国的智能交通系统研究起步较晚，发展速度比较缓慢。在国家十二五计划中，实现城市智能公交已被列为了关键任务，并以北京、广州、青岛、珠海、深圳、上海等6大城市作为试点城市。以此为契机，我国的许多城市加快了智能公交的发展速度，其中，城市公交电子站牌是作为智能公交的显著发展成果。目前，深圳、大连、杭州等大城市己在部分线路的公交站点上安装了公交电子站牌，并在车辆上安装了GPS定位系统及建立了公交车辆调度系统，实现了对公交车辆的实时定位、调度及车辆预到站时间实时显示等功能。14课题研究的目的和意义141课题研究的目的当前，市民出行的首选工具是公交，人们出行的便捷性、安全性等与公共交通环境息息相关。近几年虽然我国在大力发展电子信息产业，但也在大力开发智能交通中的高新技术，公交电子站牌便是作为智能公交中的重点开发项目。它能够直观地为管理部门和出行者提供所需的交通信息，能够为乘客出行前提供最优的路线选择，同时能够疏导城市交通，引导整个城市交通环境走向理想状态，确保整个交通的通畅和安全，大大地提高了城市道路的使用效率。从城市发展方面来讲，公交在一定程度上反映了城市交通的建设和管理水平，而公交电子站牌作为计算机、网络通信、现代控制等技术的融合，是城市公交智能化、信息化、现代化的重要标志。城市快速发展，公交网络急剧复杂化，传统的管理模式和简单的MIS系统已经不能满足管理部门和乘客的需求。相对于发达国家来说，我国目前大部分城市的公交服务质量较低，公交运营服务还远远跟不上乘客出行的要求。乘客候车时只能被动的等待，公交车辆当前具体位置及预到站时间等信息都是不可知的，从而导致部分乘客改乘其他交通工具。本项目研究的目的就是通过开发新型公交电子站牌来提高公交运营效率和服务质量，从而使得更多的乘客选择公交车作为出行工具，并且能够在一定程度上缓解当前城市交通现状。142课题研究的意义公交电子站牌的开发主要有两方面的意义1能够让乘客享受到更加方便的服务；2能够为运营者创造更加智能化的管理平台。公交电子站牌动态更新车辆的实时信息，方便乘客及时了解当前车辆的实时状态，能够为换乘乘客提供更加方便、快捷、直观的信息。总之，相对于以前的公交电子站牌而言，本设计提高了公交运营管理的效率、确保了公交资源的最优分配、提升了公交服务质量及对促进智能交通的发展有重要的意义。15本论文的主要内容本设计主要利用GPS技术实现公交车辆管理，以51单片机为开发工具进行电子公交站牌设计。将接收到的GPS卫星定位信息进行相应的处理，然后把相关的数据通过无线的发射模块发送给电子公交站牌，同时把一些信息直观的显示出来。本系统实际包括车载部分和站台部分两个子系统，二者之间通过无线的方式实现通信，在公交车辆的实际应用中可以允分利用现有的城市基础建设的资源。1车载部分的设计车载部分以GPS为基础，设计公交位置数据接收装备，以单片机AT89C5L为开发工具将接收到的卫星信息进行相应的处理，然后把相关的数据通过无线的发射模块发送给公交站牌，同时把一些信息通过数码管直观的显示出来。2站台部分的设计站台部分以单片机AT89C51为开发工具，将接收到的来自无线数据接收模块发来的信息进行相应的处理，然后把一些信息通过LED管直观的显示出来。2GPS在公交系统的应用21GPS技术简介GPS又称为全球定位系统（GLOBALPOSITIONINGSYSTEMGPS），是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与的新一代卫星导航与定位系统。GPS系统包括三大部分空间部分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。太空部分包括24颗可操作的工作卫星，均匀分布在6个轨道面上，地面高度为20000余公里，轨道倾角为55度，扁心率约为0，周期约为12小时，这些卫星在轨道上的分布状态使地球上的任何位置在任意时刻都可以同时接收至少6颗卫星的定位信号，这些卫星则不断的给全球用户发送位置和时间的广播数据。卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为1575442兆赫兹（L1波段）和12276兆赫兹（L2波段），卫星上安装了精确度很高的原子钟，以确保频率的稳定性，在载波上调制有表示卫星位置的广播星历，用于测距的C/A码和P码，以及其他系统信息，能在全球范围内，向任意多用户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，位于美国科罗拉多的法尔孔空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站的作用是接受卫星信号，监测卫星的工作状态。注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。用户部分GPS系统的用户是非常隐蔽的，它是一种单程系统，用户只接受而不必发射信号，因此用户的数量是不受限制的。由GPS接受机、数据处理软件及相应的用户设备组成。每颗GPS卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接受机可以测量每颗卫星信号到接受机的时间延迟，根据信号传输的速度就可以计算出接受机到不同卫星的距离。同时收集到至少四颗卫星的数据时就可以解算出三维坐标、速度和时间。22GPS定位原理GPS定位的基本原理是通过不间断的接收卫星发送自身的星历参数和时间信息，把高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。假设某时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式21101211212DVCZYXII22202222II233031333VCZYXII244042144242DII上述的四个方程式中待测点坐标X、Y、Z和V为未知参数，DI1,2,3,4分别0II为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4与接收机之间的距离。X、Y、ZI1,2,3,4分别I为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的空间直角坐标，VI1,2,3,4分别为卫星1、卫I星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。V为接收机的钟差。由以0I上四个方程式可解算出待测点的坐标X、Y、Z，从而可以得出接收机的位置。23GPS在公交系统上的应用现状和前景231GPS在公交车系统上的应用目前，国外有一种比较全面的公交营运系统,该系统分为0NLINE在线系统和OFFLINE非在线系统防种。基本功能如下一ONLINE在线系统1实时监控车辆状况发车次数、行走线路、驾驶速度等；2实时调度营运车辆要求快行、慢行、随时改变线路等；324小时防盗防劫报警此信息显示在GPS中心控制室监视屏幕上；4驾驶员身份识别设置驾驶密码，经确认后方可开启；5自动语音报站可同时文字显示站名、停车时间等；6自动广告播放语音、文字同步；7自动乘客计数上车和下车单向、双向均可；8自动生成相关数据行车路线、行驶公里数、出车次数、驾驶时问、有无超速驾驶、有无违章停车等信息数据）。该系统将车载GPS所采集到的信息数据经过GPRS或GSM无线通讯网传送至企业GPS中心控制室或专业服务公司的GPS中心控制室。二OFFLINE（非在线系统）1驾驶员身份识别设置驾驶密码，经确认后方可开启；2自动语音报站可同时文字显示站名、停车时问等；3自动广告播放语音、文字同步；4自动乘客计数上车和下车单向、双向均可；5自动生成相关数据行车路线、行驶公里数、出车次数、驾驶时问、有无超速驾驶、有无违章停车等信息数据。该系统将车载GPS所采集到的信息数据经过有线读数器或无线读数器40米以内进行采集，然后由分公司或线路调度室通过互联网将信息数据传送给企业GPS营运管理中心。也可直接将读数器的数据储存卡直接送到企业GPS营运管理中心读取数据。该GPS公交营运系统可升级应用的功能还有1、燃油储存量监控报警；2、轮胎气压监测报警。外观精致、安装容易、维护方便。使用过程中，不需驾驶员的任何操作动作，这样，可使驾驶员集中精力、安全行车。它是专为全球公交营运企业设计的高科技专业产品，并且已经在国外成功应用。也是现代公交营运企业有效提高服务形象、科学提升管理平台、全面获取企业效益的最佳产品。我国有的城市已经开始在一些公交车辆上尝试应用这一技术，并且取得了比较满意的效果。基于GPS系统的先进的智能系统，能确定车辆所在的地理位置，通过通讯网络中围移动的GPRS向监控调度台发送相关信息，同时在电子地图上显示车辆全面的运营情况。调度台则可根据实际情况和管理需要，向车辆的车载终端发送调度指令，指挥车辆运行，并可通过电子站牌的LCD屏幕向乘客显示线路号码、北京时间、本班次及下班次的车号、发车时间和所经站点等。公交车上的GPS自动报站系统还可自动检测车辆的行驶站点位置自动报站或预报站，运用车上的语音系统用向乘客发送服务信息。此外，该系统还会动生成每天的行车记录。如果将来全面实现运用GPS智能调度系统，某公交车在何处堵塞、抛锚，哪台车车得太快，哪台车开得太慢等情况都能在电脑显示，公交公司的调度人员便可根据路面的实际情况采取措施灵活调度，使发车间距更均衡，确保线路畅通。232GPS在公交系统上的应用前景随着我国经济建设的快速发展，以及人们生活水平的不断提高，人们对交通的需求将会越来越大。虽然现在国家也越来越鼓励买私家车，但由于我们国家的特殊国情，在相当长的一段时间内，城市里面的公共交通工具仍然是人们的主要交通工具，大部分市民更愿意选择公交车出行，这些因素都会给我国城市交通管理不断带来新的压力。因此GPS系统用于公共车辆的管理方面将有很广阔的发展前景。而利用GPS技术的智能公共交通系统，是提高公交服务质量的新兴技术。在我国国家十二五计划中也把实现公交管理智能化定为关键任务。开发和建设先进的GPS智能公交管理系统以改善公交管理和服务的质量从而改善整个城市交通状况，无疑是公共交通的发展方向。所以如果将来全面实现运用GPS智能调度系统，某公交车在何处堵塞、抛锚等特殊情况都能及时显示，公交公司的调度人员便可根据路面的实际情况采取灵活的措施，确保线路畅通。本课题基于GPS系统的先进的智能系统，能确定车辆的地理位置，通过GPRS向监控调度台发送相关信息，同时在电子地图上显示车辆全日的运营情况。调度台可根据实际情况和管理需要，向车辆的车载终端发送调度指令，指挥车辆运行，并可通过电子站牌、LCD屏幕向乘客显示线路号码、北京时间、本班次及下班次的车号等。可以说，GPS导航定位在公交交通系统中的应用前景是非常广阔的。在开发车辆导航应用的同时，也将带动与其相关的通信技术、信息技术、控制技术、多媒体技术和计算机应用技术的发展。3电子公交站牌系统框架设计公交车辆GPS监控管理系统集差分GPS技术、无线通讯技术、计算机技术和自动制技术于一体，是一个集成度高、技术含量高的系统。公安部门可在调度中心实时监视所有受控公交车的运行情况，包括各公交车的当前位置、行驶速度、行驶方向及运行轨迹等，同时监控人员可随时对各公交车发布命令进行控制，如要求减速保距、加速保距等；另外，通过设在各候车站台电子显示设备实时显示的最近一班公交车的各种信息，乘客可准确知道等待时间，从而大大方便广大乘客。31系统组成及功能特点系统由调度中心、候车站牌、车载设备等部分组成。基本功能应具有自动报站、信息显示、动态调度、数据采集报告、位置显示、资料查询、数据统计等。311调度中心功能特点1监控调度功能通过设在调度中心的图形机上的全市地图，中心调度人员可实时监视所有受控公交车的位置、运行轨迹、行驶速度及方向等信息，中心调度人员还可间接对受控的某一辆、某几辆或全部公交车进行调度。2数据自动存档功能中心控制机具有信息自动存档功能，以备查用，系统可存贮连续6到9个月的信息3数据复现功能调度中心允许用户对以前任意时间段的所有或部分信息进行复现，复现时不会影响系统对现有车辆的监控。4电子地图显示功能调度中心的图形机上有当地整个市区的地图，其中包含有整个市区的街道、街区、河流、山坡、公共设施、企事业各单位名称与建筑地点等信息，以及用户要求录入的其他各种信息；电子地图中还存有各车的详细资料，如车牌号、司机档案、维修记录等，用户可随时查看这些信息；电子地图可任意放大、缩小，全图漫游；同时还有车辆锁定功能。5车辆出勤统计和结果显示功能中心可计算每辆公交车每趟出车的运行时问、行驶里程，并记录存档，同时可存月底、年底生成报表进行查询打印等，也可随时查询这些信息。312候车站牌功能特点（1）公交车常用信息固定显示站台牌上标有本路车路号、本站名、本站名拼音、本路首末班时间、上站站名、下站站名等信息。（2）公交车动态信息显示站牌实时显示最近一班车的信息如离本站的距离、到达本站所需时间，当前所在地点，还将实时显示北京时问，供乘客参考。（3）灯箱广告功能与站牌设计成一体的是位于站牌下方的灯箱广告栏，其真反面均可做灯箱广告。313公交车车载设备功能特点（1）可连续存贮8小时的自身定位数据每秒一次。（2）可显示调度中心发来的命令和自身向中心汇报的状态信息。（3）提供按键，允许司机向中心汇报状态或发出请求。（4）自动检测电源电压，可适应12VDC和24VDC两种电压。32系统方案论证为了设计出满足需要的系统，必须了解系统的设计要求，并且选用合适的分析方法，才能确定正确的系统方案。本设计要实现的功能和要求有以下几点1实现单片机AT89C51与GPS间数据传输，单片机对GPS数据进行处理，将处理后的数据通过无线发射模块发送；2单片机接收数据，并通过数码管进行显示数据；3车载系统可以发送公交车辆编号，并判断是否到站；4站牌系统可以接收车路编号等信息，并显示出来；5完成软硬件设计。基于以上的要求，分析如下，选用的AT89C51是一种带4K可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。该器件的特点是采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，具有4K字节程序存储器，128字节内部RAM数据存储器，2个16位定时器/计数器，1个全双工的异步串行口，5个中断源，2个中断优先级的中断控制器，时钟频率在1212MHZ。所以AT89C51是一种高效微控制器，采用该单片机可以节省成本且性能可靠。GPS接收机模型采用DH2000E，该产品是中国大恒公司经过一年多时间开发测试并形成商品化的成熟产品。该产品稳定性好，性能高。该产品采用日本古野的GN79N接收板以及本公司开发的软件，能够为用户提供实时导航、定位和授时功能，所以采用该产品作为GPS应用开发平台。33总体硬件框图与工作原理331硬件框图经过对系统功能要求的分析，本系统实际包括车载部分和站牌部分两个子系统。车载子系统包括接收GPS信号、中心处理、数据的显示和无线发射四个模块。车载部分框图如图31所示。车载部分在实际的应用中显示部分可以用LED电子显示屏显示，还可以加上声音效果，可以在没有公变车到站时显示介绍路线沿途的风景或者是插播广告，在有公交车站时自动的显示车路编号和当前所在的站台，也就是实现自动报站的功能。GPS模块单片机中心处理无线发射模块显示部分天线天线图31车载子系统的结构框图无线数据接收模块单片机中心处理显示数据天线图32站牌子系统结构框图站牌子系统包括接收发自无线数据接收模块发来的信号、中心处理和数据的显示共三个模块。站牌子系统框图如图32所示。站台部分主要是显示部分，把有用的信息直观的给候车的乘客显示出来，也可以用LED电子广告牌来显示，这样在一个站台只需要一块广告牌即可，它可以把经过此站的所有的已经到了某一站的公交车辆的车路编号和当前所在站的位置详细的显示出来，等待车的乘客根据广告牌上的显示就可以知道自己所需要坐的车路数运行方向上离自己最近的车现在到了哪站，可以大概判断一下还需要候车多长时间。332工作原理由系统框图可以看出本系统的工作原理为，以单片机为控制单元控制，通过显示模块将所有信息进行显示。车载部分由GPS模块进行接收GPS数据，GPS接收的信号直接从GN79N的发射端TXD和一条地线接到单片机，由于二者通信距离短，所以基本不考虑误码的情况。整个系统全为数字信号，基本无模拟信号，所以整个系统不需要用到比较复杂的滤波器，只需在发送出去前和从外界接收到单片机前用缓冲器或反向器进行整形即可用无线发射模块发送数据。站牌部分设置好串口的波特率与发送部分往无线数据发送模块发送的速率一致，即都为2400BPS，然后准备接收无线数据接收模块的数据，通过单片机处理后，将数据显示出来。34总体软件设计思路系统的软件设计是建立在硬件设计的基础上的，根据系统框架及硬件电路的设计，本系统的软件设计包括两部分车载部分的软件设计和站牌部分的软件设计。车载部分和站牌部分之间通过串行口传输数据是单工通信的，所以站牌部分只用了串行口的接收RXD端，车载部分与站牌部分连接的地方只用了发送端TXD，而接收端RXD只负责接收GPS数据。系统中的单片机采用汇编语言进行编程，汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，是最接近机器码的一种语言。其主要优点是占用资源少、程序执行效率高。在进行编程前，都要进行程序流程图的设计，然后根据程序流程图进行编程。这样可以使编程有目的性和参考性，且便于读懂程序，学会绘制程序流程图是编程前不可所缺的知识。在编程过程中，应熟悉所用的汇编指令及其调用格式，格式错误是编程中最常见的，所以应当加以注意。最后调试程序的困难最大，检查错误并修改是一件费时费力的事，所以应花较多时间。车载部分软件设计着重处理GPS数据、中心处理和控制无线发射模块发送数据，所以车载部分的编程侧重于GPS数据处理。站牌部分软件设计着重控制无线接收模块接收GPS数据，并进行处理，最后将数据显示出来，所以要对单片机编程，以实现GPS数据处理和显示功能。4硬件设计41硬件元器件411单片机AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFALSHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，简称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，外形及引脚排列如图41所示。图41AT89C51引脚分布图1主要特性与MCS51兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命1000写/擦循环；数据保留时间10年；全静态工作0HZ24HZ；三级程序存储器锁定；1288位内部RAM，片内振荡器和时钟电路；32可编程I/O线，低功耗的闲置和掉电模式；两个16位定时器/计数器；5个中断源，可编程串行通道。2管脚说明VCC供电电压；GND接地；P0口P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每一位可驱动8个LSTTL负载。当P0口作为普通输入接口时，应先向口锁存器写“1”。需要输出高电平时，要接上拉电阻；P1口P1口是一个内部自带上拉电阻的8位双向I/O口，每一位可驱动4个LSTTL负载。当P1作为输入接口时，应先向口锁存器写“1”。P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收；P2口P2口为一个内部自带上拉电阻的8位双向I/O口，每一位可驱动4个LSTTL负载，当P2口作为输入接口时，应先向口锁存器写“1”。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号；P3口P3口管脚是8位自带上拉电阻的双向I/O口，每一位可驱动4个LSTTL负载。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3口也可作AT89C51的一些特殊功能口，如图31所示。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收控制信号；RST复位输入，高电平有效。当振荡器复位器件时，保持RST脚两个机器周期以上的高电平时间；ALE/PROG地址锁存使能信号输出端。存取片外存储器时，用于锁存低8位地址。即使不访问片外存储器端仍以时钟振荡频率1/6的固定频率向外输出脉冲信号，因此，它可用作对外输出的时钟。然而要注意的是每当访问片外存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效；ERROR外部程序存储器的选通信号。低电平有效，在由片外程序储器取指期间，每个机器周期两次ERROR有效。但在访问片外数据存储器时，这两次有效的ERROR信号将不出现；ERROR/VPP片外程序存储器屏蔽控制端，低电平有效。当ERROR保持低电平时，将屏蔽片内的程序存储器，只访问片外程序存储器。当ERROR端保持高电平时，将访问片内程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1，反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2，来自反向振荡器的输出。振荡器特性，XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除，整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10MS来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。412译码/驱动芯片74LS48因为计算机输出的是BCD码，所以要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成7段字型数码管所要求的代码。所以，车载和站牌部分都需要用到74LS48进行译码，并驱动7段数码显示器进行显示功能。74LS48引脚图如图42所示。74LS48为有内部上拉电阻的BCD七段译码器/驱动器，74LS48可将BCD码转换为十进制数据并在共阴极发光二极管显示出来，当指示灯检测到输入端为低电平时，所有输出为高电平。当RBI/RBO端为低电平时，所有输出为低电平。当A3A2A1A0输入为LLLL（相当于十进制的0），且RBI为低电平时，所有输出均为低电平。图4274LS48引脚图413七段数码显示器七段数码显示器是微机系统常用的输出设备。按共极性可分为共阴极和共阳极。在本系统中选用共阴极数码管。显示方式有两种静态显示和动态显示。静态显示是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。这种显示方式的每一个七段显示都需要一个8位数输出口控制。其优点是显示稳定、亮度高、程序简单，但所占硬件资源较多，占用I/O接口多。动态显示是每一位轮流点亮个位显示器，对每一位显示器来说，每隔一段时间就点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间有关。调整电流和时间参数，可以实现亮度较高且稳定显示，但程序繁琐，所以采用静态显示方式。而静态显示要求配有译码驱动器，所以选择了74LS48。七段LED数码管如图43所示。图43七段LED数码管414GPS接收机DH2000E大恒GPS接收机DH2000E是中国大恒公司开发的，并形成了商品化的成熟产品。该产品具有高稳定性和高效性，采用日本古野的GN79N接收板和可选天线以及本公司开发的软件，能够为用户提供实时导航、定位和授时功能，可以广泛地应用于军事、交通、工业等领域。（1）硬件特性接收频率1575421MHZ接收码C/A码并行12通道接收秒脉冲输出信号TTL数据速率4800BPS数据更新率1秒坐标系统WGA84及其它170种坐标系统差分RTCMSC104格式电源电压DC5V025V04W天线规格电压45V55V电流20MA阻抗50欧姆增益10DB35DB（2）软件特性传输速度4800BPS格式STARTBIT1BIT，DATALENGTH8BIT，STOPBIT0BIT协议NMEA0183输出格式，说明如下开头标志；总共5个字节，前两个字节为输出ID号后三个字节为特定的格式，所有GN79的输出ID“GP”意思是GPS；不同的数据由“，”隔开的，且不同格式的数据长度是不相同的；求和检测域的数值表示从“”到“”字节总数和；结束标志；415多用途无线数据收发模块无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、身份识别、RF智能卡、无线232数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。数据发射模块的工作频率为315M，频率稳定度极高。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。数据模块具有较宽的工作电压范围312V，当发射电压为3V时，空旷地传输距离约为50100米，发射功率较小。当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，空旷地传输距离8001000米，发射功率约200MW。这套模块的特点是发射功率较大，传输距离较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。该模块适合采用ASK方式调制，以降低功耗。最大传输数据速率为96KBS，一般控制在25K左右，过高的数据速率会降低接收灵敏度及增大误码率。42硬件电路设计本设计中决定在GPS接收机和车载电路部分以及车载和站牌部分都采用单工通信方式，以降低设计难度。GPS接收的信号直接从GN79N的七针接口处引出TTL电平的发射端TXD和一条地线接到单片机中去，由于二者的通信距离很短，并且在接收处的接收部分是由软件控制接收的，因此基本可以不考虑误码等情况；车载部分和站牌部分由于还涉及到无线通信，所以必须考虑差错控制，所以可在软件上用编码控制误码率。整个系统全为数字信号，并且所选用的无线的数据收发模块是可以实现数字信号的透明传输的，所以整个系统不需要用比较复杂的滤波器处理。车载部分的主要工作流程每辆公交车上设有拨动开关，以确定公交车的编号，开机后系统可读入公交车辆编号。在行驶中，公交车上的GPS接收模块接收卫星信号（包括时间和坐标信号等），然后将接收到的信号与已存各站坐标进行比较，如果在误差范围内则可判断已到站，同时将车次编号及时间信息发送出去。如果接收数据与已存坐标比较完后判断没有到站，则再接收下一组GPS信号，重复接收和判断是否到站等过程。用两个数码管进行显示，在接受GPS信号前显示的是当前车次编号，延时一段时间后熄灭，如果车辆到站则显示当前站牌号。站牌部分的主要工作流程站台部分单片机上电后自动复位，先初始化，设置好串口的波特率与发送部分往无线数据发送模块发送的速率一致，即都为2400BPS，然后准备接收无线数据接收模块来的数据。将数据进行处理后，将车次编号、当前站台信息等进行显示。显示一段时间后进入准备接收数据状态，依次循环不止。421单片机复位电路本系统主控芯片为单片机，所以系统复位电路只需要对单片机进行复位，而且采用上电复位方便，且设计简单，其中R1取10K，C1取82PF电路设计如图44。图44单片机复位电路422单片机时钟电路本系统中AT89C51的时钟频率在12M到12MHZ之间，且用到的串口较多，而串口的波特率的精度要求很严格，所以为了得到较精确地波特率，采用110592MHZ的晶振。所以图中的晶振频率为110592MHZ，C1和C2为30PF。单片机时钟电路如图45。图45单片机时钟电路423公交车辆车次编号输入电路最初在设计公交车的车次编号问题时，考虑将其存入公交车载系统的单片机中，但占用单片机资源，实用性较差。在查阅单片机接口技术时，看到可以利用P0口连接8位拨码开关进行车次编号的设置。因为P0口为三态双向I/O口，当用作输入时一般接10K的拉高电阻。每一位的公交车辆车次编号输入电路如图46。图46公交车辆车次编号输入电路其中开关断开时输入为“1”，开关闭合时输入为“0”。424公交车辆车次编号及车站号显示部分本设计中显示采用的是静态显示，用七段共阴数码管显示数据，AT89C51的两个8位接口，P1口和P2可分别外接两个译码/驱动芯片74LS48来显示共四位的数据。十六进制数据直接从P1口和P2口输出就可以在数码管上显示相应的信息，其中P1口显示车辆编号信息，P2口显示当前站台信息，接两个发光二极管可分别显示车辆的行驶方向。因显示数据量较少，所以静态显示的方法是合适的，一个74LS48对应一个数码管，当需要显示时即可显示相应的数据，不需要显示时可将A0A1A2A3全输入为“1”就可自动消失。基于此方式，74LS48的动态灭零等引脚可以采用相对简单的接法，经查阅资料，其接法是将74LS48的第三脚和第四脚接高电平，第五脚接低电平。具体电路在附录中画出。43车载部分电路设计根据详细电路设计中描述的各个电路，可以设计出车载系统的电路，其具体电路设计在附录中画出。其中INPUT是指从GPS信号接收模块DH2000E取信号；OUTPUT是指将要发送的信息送至无线数据发射模块。44站牌部分电路设计根据详细电路设计中描述的各个电路，可以设计出站牌系统的电路，其具体电路设计在附录中画出。INPUT指从站牌部分的无线接收模块取信号。5软件设计51系统软件设计思路及工作流程根据系统功能要求，为便于程序汇编，所以对软件设计中的细节部分做出如下规定1无线部分的数据发送接收以海明码的形式收发；2待发送数据格式为车辆编号信息行驶方向信息当前站台信息时间信息；3发送数据前先发送“AAH”作为开头，数据发送完后发送“FFH”作为结尾；4行驶方向信息规定为驶向终点站时为“55H”，驶向起点站时为“11H”；5车载和站牌间的通信波特率设为2400BPS，且使用异步通信方式，单片机的串口工作为方式一；6时间信息是ASCII码进行海明编码后的形式发送，格式为时分秒，且时间是格林威治标准时间（比北京时间晚8个小时）。例如，北京时间是93024，则格林威