基于GPS／GPRS的公交車自動報站系統(tǒng)設(shè)計

2．1 電源模塊的設(shè)計
電源系統(tǒng)對自動報站器的可靠性運行影響很大，好的電源電路能夠過濾掉很多通過電源電路傳人的干擾信號。本電源模塊的電源電路如圖3所示。

控制器輸入電壓為24 V，由于GPRS上網(wǎng)時的峰值電流可達(dá)2 A，所以電源芯片選用LM2596-5．0，輸出電流可達(dá)3 A。采用LM1117-3．3芯片給LM3S1601、SD卡等供電，LM1117-2．5芯片給MP3解碼芯片供電，MIC29302芯片輸出4 V電壓給GPRS模塊。
2．2 SIM300C GPRS模塊
SIM300C內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議棧，基于GSM／GPRS900／1 800／1 900 MHz三頻，采用雙列直插式板對板連接，適合車載應(yīng)用。尺寸：50 mm×33 mm×6．2 mm。支持class2，通過AT指令控制，滿足GSM 2／2+標(biāo)準(zhǔn)，帶有RS 232電平，直接與單片機(jī)相連。
2．3 主控芯片
采用TI公司的LM3S1601單片機(jī)作為控制主芯片，該芯片采用ARM Cortex-M3內(nèi)核，Cortex-M3是ARM公司最新推出的基于ARMv7體系架構(gòu)的處理器核，具有高性能、低成本、低功耗的特點。它采用哈佛結(jié)構(gòu)，使用分離的指令和數(shù)據(jù)總線(馮諾伊曼結(jié)構(gòu)下，數(shù)據(jù)和指令共用一條總線)，處理速度明顯加快。Cor-tex-M3只支持最新的Thumb-2指令集。免去Thumb和ARM代碼的互相切換，Cortex-M3內(nèi)核中集成了中斷控制器，提供基本的32個物理中斷，具有8層優(yōu)先級，最高可達(dá)到240個物理中斷和256個中斷優(yōu)先級。此類設(shè)計是確定的且具有低延遲性，特別適用于汽車應(yīng)用。具有128 KB的片內(nèi)FLASH，32 KB片內(nèi)SRAM，3個UART串口，2個SSI接口，2個I2C接口，完全能夠滿足現(xiàn)在的需求。
2．4 E2PROM和SD卡存儲模塊
E2PROM型號為CAT24C02，用來存放報站器的站號、線路、上下行、模式等必要數(shù)據(jù)，防止掉電數(shù)據(jù)丟失。SD卡存儲中文站名、經(jīng)緯度信息、MP3音頻文件等，SD卡與單片機(jī)通過SS10接口進(jìn)行通信，采用FAT16格式的文件系統(tǒng)，支持最大2 GB的SD卡。
2．5 MP3解碼芯片
MP3解碼芯片采用的是芬蘭VLSI Solution公司生產(chǎn)的VS1003芯片，VS1003是一款單芯片的MP3／WMA／MIDI音頻解碼和ADPCM編碼芯片，其擁有一個性能低功耗的DSP處理器核VS_DSP，5 KB的指令RAM，0．5 KB的數(shù)據(jù)RAM，串行的控制器和數(shù)據(jù)輸入接口，4個通用I／O口，一個UART口；同時片內(nèi)帶有一個可變采樣率的ADC、一個立體聲DAC以及耳機(jī)音頻放大器。

3 公交車自動報站器的軟件設(shè)計及實現(xiàn)
由單片機(jī)LM3S1601編程實現(xiàn)GPS信息的接收處理，GPRS上網(wǎng)、建立連接、接收數(shù)據(jù)，MP3語音文件的播放，讀寫SD卡的內(nèi)容，LCD屏的顯示等功能。本系統(tǒng)的工作過程大致為：通過按鍵及GPS信息的接收進(jìn)行站點的自學(xué)習(xí)；自動搜索站點，并自動報站：如果GPS模塊接收到的經(jīng)緯度信息與存儲的某站點經(jīng)緯度信息一致，則通過SSI0從SD卡中讀取相對應(yīng)的MP3文件，將所讀取的數(shù)據(jù)流通過SSI1發(fā)送到VS1003播放器中播放，同時在LCD屏上顯示相應(yīng)的站號及站名，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送當(dāng)前的經(jīng)緯度信息到公交監(jiān)控調(diào)度中心，從而實現(xiàn)自動報站的功能；中心主動連接自動報站器，自動報站器根據(jù)接收的通信協(xié)議的不同進(jìn)行不同的操作(如實時監(jiān)控、車內(nèi)信息更新等)。系統(tǒng)的軟件組成框圖如圖4所示。

3．1 報站器的主程序設(shè)計
主程序主要完成系統(tǒng)初始化及各個模塊子程序的調(diào)用，其流程圖如圖5所示。

系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化，包括：I／O口，定時器，UART、看門狗，模塊(SD卡、GPRS模塊、VS1003等)。系統(tǒng)初始化完之后，接收GPS定位信息，GPS通信協(xié)議較多。該程序采用應(yīng)用最為廣泛的NMEA-0183協(xié)議。在此協(xié)議中包括了“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”和“$GPRMC”等格式，而本文使用的是以最簡格式“$GPRMC”語句進(jìn)行設(shè)計。格式如下：$GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>，11>，12>*hh 其中2>為定位狀態(tài)，A＝有效定位，V＝無效定位，當(dāng)接收數(shù)據(jù)為A時，則認(rèn)為GPS接收數(shù)據(jù)有效，然后進(jìn)行自學(xué)習(xí)功能、GPRS處理功能、自動搜索站點功能的判斷及處理。