基于单片机设计的电子公交系统

1、北华航天工业学院毕业论文毕业设计报告（论文）报告（论文）题目：基于单片机设计智能公交系统 作者所在系部： 电子与控制工程学院 作者所在专业： 应用电子技术 作者所在班级： 13212 作 者 姓 名 ： * 作 者 学 号 ： 201310206 指导教师姓名： * 完 成 时 间 ： 2016年5月18日 北华航天工业学院教务处制目录摘 要2第一章 绪论41.1 GPS卫星定位系统的概述41.1.1 什么是GPS41.1.2 GPS的构成41.2 GPS在车辆管理系统方面的应用61.2.1车辆GPS定位管理系统61.2.2车辆GPS定位管理系统71.3 GPS在公交系统上的应用现状和前景71

2、.3.1 GPS在公交车系统上的应用71.3.2 GPS在公交系统上的应用前景9第二章 系统设计102.1 系统组成以及功能特点102.1.1 调度中心功能特点102.1.2候车站牌功能特点112.1.3 公交车车载设备功能特点112.2 本次设计的内容12第三章 硬件设计133.1 设计中用到的主要元器件介绍133.1.1 单片机AT89C51133.1.2 译码驱动芯片74LS48133.1.3 七段数码显示器143.1.4 GPS接收机DH2000e143.2 详细电路设计173.2.1 单片机的复位电路设计183.2.2 时钟电路设计183.2.3 车路编号的输入部分193.2.4 车

3、路编号及车站号显示部分193.3车载部分的整机电路设计193.4 站台部分的整机电路设计20第四章 软件设计214.2 系统软件的通信协议及其工作流程214.2 系统软件总体设计214.2.1车载部分部分程序设计224.2.2 站台部分程序设计27第五章 系统可靠性分析30第六章 总结31摘 要随着GPS系统在各个方面的广泛应用，公交车辆也可以利用这一定位技术来进行管理。在公交车的车站站台处设立一个电子公交站牌，公交车辆根据车辆自身的位置向站台发送车辆编号和当前所在的位置，站台进行接收并在电子站牌上显示出来，以便候车乘客方便的知道自己所需要乘坐的车辆到了哪一站，进而判断候车所需的时间。本文详细

4、阐述了利用GPS技术实现公交车辆管理系统的系统设计、详细的硬件设计、软件设计等方面以及站台部分的电子站牌。具体有以下几个方面：1车载部分的设计：车载部分以GPS OEM板为基础，设计公交位置数据：接收装置，以单片机AT89C51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AT89C5l为开发工具，将接收到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来。关键词： GPS，电子站牌，单片机，信号处理，数据显示28第1章 绪论1.1 GPS卫星定位

5、系统的概述1.1.1 什么是GPSGPS系统的前身是美军研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。为此，美国海军研究实验室（NRL）提出了名为Tinmation的用12到18颗卫

6、星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码（PRN）为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而

7、且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO）领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。1.1.2 GPS的构成空间部分：GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成，它位于距地表20 200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），轨道倾角为55。此外，还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任卫星何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间

8、上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码，一组称为C/ A 码（ Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ；一组称为P 码（Procise Code 10123MHz),P 码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。地面控制部分：地面控制部分由一个主控站,5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。

9、主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS 卫星每天一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。用户设备部分：用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就

10、可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。1.2 GPS在车辆管理系统方面的应用随着我国城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管理和合理调度，各种车辆特别是特种车辆的指挥和安全管理已成

11、为交通系统中的一个重要问题。GPS定位技术的出现给车辆的导航定位提供了具体的实时的定位能力。通过车载GPS接收机使驾驶员能够随时知道自己的具体位置。车载电台将GPS定位信息发送给调度指挥中心，调度指挥中心便可及时掌握备车辆的具体位置，然后从和GPS相结合的电子地图上直观的显示出来。目前，用于公安、交通系统的主要有：车辆GPS定位和GPS(地理信息系统以及无线通信系统相结合的综合的车辆的指挥管理系统；应用GPG差分技术的指挥管理系统；用于城市公交车辆管理管理的“基于GPS技术的公变电了站牌系统”等等1.2.1车辆GPS定位管理系统车辆GPS管理系统示意图该系统的典型的应用的示意图如下：车辆GPS

12、定位管理系统主要由车载GPS自主定位，结合无线通信系统对车辆进行调度管理和跟踪足。已经研制成功的如车辆伞球定位报警系统，警用GPS指挥系统等。分别用于城市公共汽车调度管理，风景旅游区车船报警与调度，海关、公安、海防等部门对车船的调度与监控。1.2.2车辆GPS定位管理系统若采用一般差分GPS技术，每辆车上都应接收差分改证数，这样会造成系统过于复杂，所以实际应用中多采用集中差分技术。工作原理：每辆车都装有GPS接收机和通信电台，监控中心设在基准站位置，坐标标精确已知。基准点上安装GPS接收机，同时安装通信电台、计算机、电子地图、大屏幕显示器等设备。工作时，各车辆上的GPS接收机将其位置、时间和车

13、辆编号等信息一同发送到监控中心。监控中心将车辆位置与基准站GPS定位结果进行差分求出差分改正数，对车辆位置进行改正，计算出精确坐标，经过坐标转换后，显示在大屏幕上。这种集中差分技术可以简化车辆上的设备。车载部分只接收GPS信号，不必考虑差分信号的接收。而监控中心集中进行差分处理，显示、记录和存储。数据通信可采用原有车辆通信设备，只要增加通信转换接口即可。由于差分GPS设备能够实时地提供精确的位置、速度、航向等信息，车载GPS差分设备还可以对车辆的各种传感器(如计程仪、车速仪、磁罗盘等)进行校准工作。1.3 GPS在公交系统上的应用现状和前景1.3.1 GPS在公交车系统上的应用现介绍一种幽外公

14、交营运系统，该系统分为ONLINE(在线系统)和OFF-LINE(非在线系统)两种。基本功能如下：（一）ONL州E(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、临时改变线路等)；3 24小时防盗防劫报警(此信息显示在监控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)；3自动语音报站(可同时显示站名、停车时间等)；4自动广告播发(语音、文字同步)；5自动乘客计数(上车和下车单向、双向均可)；6自动生成相关数据(行驶路线、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(二万个记忆点保存时间

15、为一个月。信息数据：内容可自行设定)。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)0FFLlNEE(非在线系统)l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、停车时间等)；3自动广告播发(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(二万个记忆点保存时问为一个多月。信息数据内容可自行设定)。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

16、(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、燃油储存量豁摔报警；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，且已在国外成功应用。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

17、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(中国移动的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日的运行情况。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、发车时间和所经站点等。公交车上的GPS自动报站系统还可以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，该系统还会自动生成每日的行车记录。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，哪台车开得太快，哪台车开得太慢等情况都能在电脑上显示

18、，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。1.3.2 GPS在公交系统上的应用前景汽车是现代文明社会中与每个人关系最密切的一种交通工具，据统计，仅几个发达国家的汽车保有量已有数千万辆。车载GPS导航设备在应用上的发展方向，应当着重多卫星系统、远离监控以及多功能显示等几个方而。使用多卫星系统，如GNSS系统，进行导航定位时，由于卫星多可以保证争辆实时定位的精度与可靠度。对于用于调度指挥的监控系统来说，监控中心与其管辖的车辆之间由于无线通信电台的功率有限，其作用距离仅几十公里。增大监控作用距离，应当解决远距离通信问题。例如增加通信中继站，延长作用距

19、离，利用广播或卫星通信方式使监控范围覆盖更广的地域。监控系统的功能应当是多方面的。例如语音传输、视觉图象传输以及各种命令和车辆周围环境的情况录入存储等。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心用技术的发展。第二章 系统设计公交车辆GPS监控管理系统集差分GPS技术、无线通讯技术、计算机技术和自动控制技术于一体，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

20、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。2.1 系统组成以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、信息显示示、动态调度、数据采集、故障报告、位置显示、资料查洵、数据统计等。2.1.1 调度中心功能特点l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当前位置、运行轨迹、行进速度及方向等信息，中心调度人员还可直接对受控的某辆、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

21、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、企事业各单位名称建筑地点等信息以及用户要求录入的其它各种信息；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，用户随时可查看这些信息；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漫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，同时可在月底、年底生成报表进行

22、查询打印等，也可随时查询这些信息。2.1.2候车站牌功能特点l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、本站号、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灯箱广告栏，正反两面都可以做灯箱广告。2.1.3 公交车车载设备功能特点l可连续存贮8小时的自身定位数据(每秒1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，允计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12V和24

23、V两种电压。2.2 本次设计的内容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，如用电台的方式实现无线通信，整个系统的图示如下：公交车GPS管理系统示意图1 车载部分的设计：车载部分以GPS OEM板为基础，设计公交位置数据接收装置以单片机AT89C5l为开发工具将接收到的卫星信息进行相成的处理，然后把相关数据通过尤线的发射模块发送给公变站牌，同时把一些信息通过数码管直观的显示出来。整个子系统包括接收GPS信号、中心处理、数据的显示和无线发射装置四个模块。车载子系统的示意图如下：车载子系统2站台部分的设计：站

24、台部分以单片机AT89C51为开发工具，将接收到的无线线数据接收模块发出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。整个子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共三个模块。站台子系统的结构框图如下图所示：站台子系统站台部分将主要的信息直观的展示给乘客，让乘客可以清楚的判断出需要等候的时间以及离本站最近公交车，并且可以显示北京时间。公交站牌牌可以做灯箱广告。第3章 硬件设计3.1 设计中用到的主要元器件介绍3.1.1 单片机AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。该器件的

25、特点是采用ATML高密度非易失存储器制造技术制造，具有4K字节E2PROM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1.212MHz。由于将多功能8位CPU和多功能闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C5l是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.1.2 译码驱动芯片74LS4874LS48是一个译码/驱动芯片，该集成电路可将BCD码转换为十进制数据并在共阴极发光二极管七段显示器上显示出来，当指示灯检测到输入端为低电平时，所有输出端为高电平。当RB

26、I/RBO端(熄灯输入)为低电平时，所有输出为低电平。当A3A2AlA0输入为LLLL(相当于十进制的0)，且RBI(脉动熄灭输入)为低电平时，所有输出均为低电平。3.1.3 七段数码显示器七段数码管按共极性可分为：共阴极和共阳极。在这里我选择选择用共阴极数码管做为本系统的显示电路部分元件。显示器一般有两种方式：一种是静态显示，一种是动态显示。所谓静态显示就是就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、亮度大、程序简单，但硬件用的较多，占用I/O口线较多。所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器，对

27、每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔有关。调整电流和实践参数，可以实现亮度较高的稳定显示。但此种方式程序长，考虑实际情况，我选择用静态显示方式。选用74LS48译码器/驱动器。3.1.4 GPS接收机DH2000e大恒GPS 同步时钟DH2000E是大恒公司经过一年多时间开发测试，形成了商品化的成熟产品。该产品为自主开发，经过几年的现场测试和不断升级，其稳定性、高效性获得用户的一致肯定。该系统采用日本古野（FURUNU）的高精度授时接收板GN-80 系列产品或GT-8031系列产品、大恒GPS高增益授时天线以及本公司开发的校时软件，能够为用户

28、提供实时导航、定位和授时功能，可以广泛地应用于电力系统、天文台、军事、交通、公共安全、工业等领域。另外，该系统可以作为用户的GPS应用开发平台。技术参数 一、接收/跟踪特性 1、通道数：16 通道并行接收 2、搜索能力：256通道 3、跟踪代码：C/A码 4、频率： L1，1575.42 MHz 5、WAAS：可选择 6、跟踪能力：代码加载波，跟踪12 卫星同时( 到1852 千米/小时在1.2 G情况下) 7、跟踪灵敏度： -141 dBm 二、精度 1、位置精度：水平：1-3米RMS（无差分） 2、秒脉冲精度：30ns（2） 1PPS与UTC时间同步，而且两秒之间没有差累计！ 三、动态性能

29、 1、加速度：5G 2、高度：15000米 3、速度： 1854公里/小时以内 四、输出1、接口：RS232电平，1路， 2、数据格式：NMEA 0183格式 3、串口协议：4800-N-8-1 五、TTFF首次定位时间 1、热启动：5秒（全视野、历书，星历，时间，位置有效时） 2、温启动：35秒（全视野、历书，时间，位置有效，星历无效时） 3、冷启动1：42 秒（全视野、只有位置有效，历书，星历，时间无效时） 4、冷启动2：46 秒（全视野、历书，星历，时间，位置均无效时） 5、重捕获时间：遮挡时间10秒：2秒 遮挡时间60秒：3秒 遮挡时间10分：6秒 6、 多用途尤线数据收发模块无线数据

30、传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485422数抓通信、数字音频、数字图像传输等领域中。多用途无线数据收发模块1、发射机天线(最好接23厘米天线)2、发射机数据端3、VCC正电源4、GND接地端5、接收机天线(最好接23厘米天线)6、GNI)接地端7、接收机数据端8、VCC正电源发射模块体积(左边大的22x22x8毫米，小的13x13x5毫米)接收模块体积(47x 19x8毫米)数据发射模块的工作频

31、率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在-25+85度之间变化时，频漂仅为3ppm度。特别适合多发一收尢线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。DF发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q2，这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262或者SM5262等编码集成电路配接时，直接将他们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的数据端即可

32、。接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，接收灵敏度为-105dbm，接收大线最好为2530厘米的导线，最好能竖立起来。(一)天线输入端有选频电路，而不依赖l4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线。(二)输出端的波形在没有信号时是一条直线，干扰信号只是在这条直线上产生短暂的针状脉冲，而不象其它再生接收电路会产生密集的噪声波形，所以抗干扰能力较强。(三) 模块自身辐射极小，加上背电路模块背面网状接地铜箔的屏敝作州，rlJ以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。(四) 采用带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性

33、及抗机械振动性能都自极人改善。(五)如果接收端用PT2272或者SM5272解码时，可以将DF接收模块的数据输出端直接接PT2272或者SM5272的第l4脚，如果利用单片机的软件解码可以省略解码芯片，使系统的硬件得以简化，但是要考虑单片机的时钟频率的倍频会对接收模块的干扰，比如单片机应离开接收模块，降低单片机的工作频率，中间加入屏蔽等，更应该避免共用一条地线。(六)接收模块工作时一般输出的是高电平脉冲，不是直流电平，所以不能用万用表测试，调试时可用一个发光二极管串接一个3K的电阻监测DF模块的输出状念。3.2 详细电路设计车载部分的主要工作流程：由驾驶员拨动拔码了开关关，以确定当日前的公交车

34、辆的编号即是哪一路公交车，开机后系统把编号读入，在程序中存有原来已经确定的各个站台的地方的举标(经度和纬度)。汽车开动后GPS接收模块接收到卫星信号(包括时间信号和坐标信号等)，并把此信号中的当前的坐标位置依次和已存的各站的坐标进行比较，若在误差范围内则判断已经到站，便把车路编号，当前站台号，车辆的运行方向以及时间信息进行处理并发送出去。若和现有的站台比较完后仍没有判断到站，则准备接收下一组GPS信号，重复接收和判断是否到站等过程。在车载部分用两个数码管进行直观的显示，这两个数码管在接收GPS信号前显示的是当前车路编号，延时一段时间后熄灭，若车辆到站则显示当前的站台号，也就是实现了自动报站的功

35、能，实际应用中常用语音播报。站台部分的主要工作流程如下：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收模块来的数据。对数据进行相应的处理后，将所需要显示的数据(现在是车路的编号信息，当前站台信息及车辆的运行方向信息)在相应的位置进行显示。显示延时一段时后又进入准备接收数据状态，依次循环。在实际的应用中，可以用语言功能提醒候车的乘客，用电子显示牌的方式把详细的时问和其他的一些信息，如车辆沿途介绍等显3我0;示出来。3.2.1 单片机的复位电路设计本系统外围电路比较简单，所以复位电路只对单片机进行复

36、位就可以。采用上电复位，具体电路如下：单片机的上电复位电路其中R1取10K，C1取8.2pF。3.2.2 时钟电路设计 本系统应用的51系列的单片机时钟的始终频率在1.2M到12MHz之间，为了获得比较精确的波特率，决定用l 10592MHz的晶振。详细的电路图如下所示：图中C1和C2都取典型值30pF。3.2.3 车路编号的输入部分路编号由8位拨码开关控制由P0口输入。P0口为双向I0口，当用做输入时一般接10K左右的拉高电阻。每一位的电路设计如图：其中K0断开时输入P00为“1”，K0闭合时输入为“0”。3.2.4 车路编号及车站号显示部分本系统采用静态显示的方法用七段共阴数码管模拟显示，

37、p1口和P2口各8位可分别外接两个译码驱动芯片74LS48用以显示共四位的数据，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对应的信息，P1口显示车路编号信息、P2口显示当前所在站台信息，另外接两个发光一极管分别显示当前车辆的行驶方向信息。现在需要显示数据量比较少，采用静态显示就可以了，即一个译码驱动芯片对心一个数码管，当需要显示时就显示示相应的数据，不需要显示时就直接把A0A1A2A3，伞输入“1”，此时就会自动消隐，因此动态灭零等等引脚就统统可以采用最简单的接法，也就是把泽码驱动芯片74LS48的第三脚和第四脚接高电平，第五脚接低电平。3.3车载部分的整机电路设计根据各个电路单

38、元的详细的电路设计可以设计出车载系统的整机的电路如下图其中“Input”是指从GPS信号接收模块DH2000e取出信号；“Output”是指将要发送的信息送至无线数据发射模块3.4 站台部分的整机电路设计站台系统的整机电路图如下其中“Input”是指从站台部分的无线接收模块取出信号。 第四章 软件设计4.2 系统软件的通信协议及其工作流程(1)无线部分的数据发送接收以汉明码的形式收发(2)发送数据前先发送两个字节的“AAH”，数据发送完后发送一个字节的“FFH”(3)要发送的数据在编码前的顺序为：一个字节的车路编号信息，一个字节的运行方向信息，一个字节的当前站台信息，六个字节的时间信息(4)运

39、行方向的信息定义为：开往终点站时是55H，开往起点站时是llH(5) 时间信息是以ASCII码进行海明编码后的形式发送的，顺序为：时+分+秒，并且时间是格林威治标准时问(比北京时问晚8个小时)。如北京时间为12：34：56时，格林威治标准时间为04：34：56，发送的时问信息在海明编码前的格式为303433343536(6)车载和站台的通信的波特率定为2400bps，双方用异步通信，单片机的串口工作在方式一(7)车载部分接收GPS信号时波特率为4800bps，用异步通信，串口工作在方式4，根据以上协议，设计出系统的工作流程如下：初始化设置串口的波特率为4800bps，车载部分接收GPS信号，判

40、断若到站则再置站台号和运行方向后将串口的波特率变为2400bps，然后对车路编号信息，方向信息和站台号信息以及时间信息进行海明编码并且加上起始字符和结束字符通过串口发送出去，站台部分接收到数据后进行译码和纠错，再把信息进行组合，并用数码管和发光二极管显示出来。4.2 系统软件总体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台部分的软件设计。车载部分和站台部分之间通过串行口传输数据是单工通信的，所以站台部分只加了串行口的接收RXD端，车载部分与站台部分连接的地方只用了发送TXD端，而接收端TXD只负责接收GPS模块过来的数据。4.2.1车载部分部分程序设计车载部分的程序主要包括六部分：

41、接收GPS信号、判断是否到站、到了具体某一站的处理程序、海明编码部分程序、发送程序以及显示和延时程序。一 单片机内部的存储空间和标志位的分配如下：堆栈的首地址设为6FH，即6FH到7FH为堆栈区；接收的GPS信号固定接收$GPGGA的前27位，存在51H6BH中；车路编号信息存在30H中，方向标志存在31H中，站台号存在32H中，需要发送的六位时间信号存在33H到38H中，也就是从30H到38H共九个字节的信息是需要发送的；由于要进行海明编码，必须把一个含8位信息位的字节拆为每个字节只含有4位信息的两个字节，在3AH、4BH中存放这18位；将编码后的汉明码存放在18H到29H中，也就是发送时就

42、发送这些字节就可以了。二 车序流程图分析车载部分的程序设计分为六个部分和主程序流程，下面分别介绍：开机 读入本机地址并显示延时10S设置串口4.8K接收一组GPS数据查表，判断是否到站N到站？设置串口2.4K译码，纠错发送数据延时10S(二) 接收GPS信号部分流程图如下图(3) 判断是否到站部分的程序流程判断是否到站可以采取查表的方式将接收到的数据逐位与程序中已存的各站台的坐标数据进行比较，因此就有一个精度的问题。计算当地的精度一度约多少距离这样，由于每个站台的经纬度是确定的这样可以判断公交车是否到站，误差再几十米之内。到了某一站的处理程序主要是运行方向的判别。GPS系统在一个点上时足无法判

43、别方向的，只有选择了两个点，有了坐标的变化它才能判别出方向。系统车载部分开机后是从起点或终点随公交车运动，则在整个过程中方向是正确的，若车载部分是在途中开始工作的，则公交车至少需要经过两个站台才能正确的显示方向，判断流程图如下：（4） 汉明码（Hamming Code）介绍汉明码（Hamming Code），是在电信领域的一种线性调试码，以发明者理查德卫斯里汉明的名字命名。汉明码在传输的消息流中插入验证码，当计算机存储或移动数据时，可能会产生数据位错误，以侦测并更正单一比特错误。由于汉明编码简单，它们被广泛应用于内存（RAM）。汉明码校验方法:如果一条信息中包含更多用于纠错的位，且通过妥善安排

44、这些纠错位使得不同的出错位产生不同的错误结果，那么我们就可以找出出错位了。在一个7位的信息中，单个位出错有7种可能，因此3个错误控制位就足以确定是否出错及哪一位出错了。汉明码SECDED（single error correction, double error detection）版本另外加入一检测比特，可以侦测两个或以下同时发生的比特错误，并能够更正单一比特的错误。因此，当发送端与接收端的比特样式的汉明距离（Hamming distance）小于或等于1时（仅有1 bit发生错误），可实现可靠的通信。相对的，简单的奇偶检验码除了不能纠正错误之外，也只能侦测出奇数个的错误。下列通用算法可以为

45、任意位数字产生一个可以纠错一位的汉明码：1.从1开始给数字的数据位（从左向右）标上序号, 1，2，3，4，5.2.将这些数据位的位置序号转换为二进制，1, 10, 11, 100, 101,等。3.数据位的位置序号中所有为二的幂次方的位（编号1，2，4，8，等，即数据位位置序号的二进制表示中只有一个1）是校验位4.所有其它位置的数据位（数据位位置序号的二进制表示中至少2个是1）是数据位5.每一位的数据包含在特定的两个或两个以上的校验位中，这些校验位取决于这些数据位的位置数值的二进制表示(1) 校验位1覆盖了所有数据位位置序号的二进制表示倒数第一位是1的数据：1（校验位自身，这里都是二进制，下同

46、），11，101，111，1001，等(2) 校验位2覆盖了所有数据位位置序号的二进制表示倒数第二位是1的数据：10（校验位自身），11，110，111，1010，1011，等(3) 校验位4覆盖了所有数据位位置序号的二进制表示倒数第三位是1的数据：100（校验位自身），101，110，111，1100，1101，1110，1111，等(4) 校验位8覆盖了所有数据位位置序号的二进制表示倒数第四位是1的数据：1000（校验位自身），1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111，等(5) 简而言之，所有校验位覆盖了数据位置和该校验位位置的二进制与的值不为0的数。采用奇校验

47、还是偶校验都是可行的。偶校验从数学的角度看更简单一些，但在实践中并没有区别。校验位一般的规律可以如下表示：观察上表可发现一个比较直观的规律：第i个检验位是第2i-1位，从该位开始，检验2i-1位，跳过2i-1位依次类推。例如上表中第3个检验位p4从第23-1=4位开始，检验4、5、6、7共4位，然后跳过8、9、10、11共4位，再检验12、13、14、15共4位4.2.2 站台部分程序设计一 单片机内部的存储空间和标志位的分配如下：3lH、32H、33H分别存放时间信号的小时位，分钟位，秒钟位；6FH7FH：为堆栈区，堆栈的首地址设为6FH；5AH6BH：接收无线数据收发模块发来的海明码；48

48、H59H：存放海明码译码后的数据3AH42H：将译码处理后的数据再进行海明编码处理(把两个只含有4位信息的字节合并为一个含8位信息的字节即两个字节合为一个)后存放的区域；按照双方通信协议中数据的发送顺序，在3AH、3BHH、3CH中存放的分别是车路编号信息，车辆当的行驶方向信息和车辆当前所在站台号信息。二 程序流程图分析主程序的流程图如下：显示延时10S接受数据译码，纠错处理初始化设置波特率为2.4K延时5S三 对单片机的定时器介绍1. 定时AT89C51中的计数器除了可以作为计数之用外，还可以用作时钟，计数源是由单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源。一个12M的晶振，它提供给计数器的脉

49、冲时间间隔是12M12等于 1M，也就是1个微秒。2. 定时器/计数器的方式控制字在单片机中有两个特殊功能寄存器与定时计数有关，这就是TMOD和TCON。TMOD和TCON是名称，我们在写程序时就可以直接用这个名称来指定它们，当然也可以直接用它们的地址89H和88H来指定它们。TMOD被分成两部份，每部分4位。分别用于于控制Tl和T0，TCON也被分成两部份，高4位用于定时计数器，低4位则用于中断。当计数溢出后TFl(O)就由0变为l。计数脉冲要进入计数器，TR0(1)要为l，开关才能合上，脉冲才能过来。因此，TR0(1)称之为运行控制位，可用指令SETB来置位以启动计数器定时器运行。3. 定

50、时计数器的工作方式定时计数器共行四种工作方式，分别为工作方式0、l、2、3。在本系统中，做串口产生波特率的是方式2，做延时用的是方式1。下面分别对这两种工作方式进行简单介绍。(1)工作方式l工作方式l是16位的定时计数方式，将M1 M0设为0l即可。GATE=0，GATE 非后是I，进入或门，或门总是输出l，和或门的另一个输入端INTl无关，在这种情况下，开关的打开，合上只取决于TR1，只要TRl是1，开关就合上，计数脉冲得以畅通无阻，而如果TRl=0则开关打开，计数脉冲无法通过，因此定时计数是否工作，只取决于TRl。GATE=l，在此种情况下，计数脉冲通路上的开关不仅要由TRl来控制，而且还要受到INTl引脚的控制，只有TRl为1，且INTl引脚也是高电平，开关才合上，计数脉冲得以通过。(2)工作方式2通常这种方式用于波特率发生器，用于这种用途时，定时器就是为了提供一个时间基准。计数溢出后要做的是重新装入预置数，再开始计数，而且中间不要任何延迟。4.定时器计数器的定时计数范围工作方式1：16位定时计数方式，因此，最多可以以计到2的16次方，也就是65536次。工作方式2：8位的定时计数方