基于GPS的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的研究
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時(shí)間：2016-12-19
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2 嵌入式智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)
車(chē)載設(shè)備安裝于公交車(chē)上，其工作環(huán)境比較惡劣，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)也有一定的要求，本系統(tǒng)采用工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)固化于存儲(chǔ)器中，其可靠性高、成本低、體積小、功耗低。嵌入式系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在車(chē)輛與交通工程中的應(yīng)用是其中一個(gè)重要的方面。將嵌入式設(shè)備作為車(chē)載終端應(yīng)用于智能公交系統(tǒng)，使車(chē)載終端設(shè)備具有更高的智能性、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性，從而建立起全方位、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、高效的智能交通系統(tǒng)。
本系統(tǒng)采用先進(jìn)的衛(wèi)星定位技術(shù)與語(yǔ)音合成技術(shù)相結(jié)合的方式，改變了傳統(tǒng)公交車(chē)語(yǔ)音報(bào)站器必須有司機(jī)操控才能工作的落后方式，進(jìn)站、出站自動(dòng)播報(bào)站名及服務(wù)用語(yǔ)，準(zhǔn)確、及時(shí)、不需要人工介入，實(shí)現(xiàn)了公交車(chē)報(bào)站器的完全智能化。本裝置主要特點(diǎn)為：
(1)采用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，自動(dòng)、準(zhǔn)確地播報(bào)站名、服務(wù)用語(yǔ)、廣告等。
(2)站名及有關(guān)事項(xiàng)可以在計(jì)算機(jī)上形成電子文件，通過(guò)串口下載到報(bào)站器中，方便快捷。
(3)與顯示屏直接連接，同步顯示報(bào)站信息、廣告等。
(4)可存儲(chǔ)多條線路，方便公交車(chē)臨時(shí)更換運(yùn)營(yíng)線路。
GPS公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分。硬件以ARM9S3c2410x處理器為核心，配置存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備、通信模塊等必要的外設(shè)；軟件以嵌入式Linux操作系統(tǒng)為核心，向上提供應(yīng)用編程接口API，向下屏蔽具體硬件特性的板級(jí)支持包BSP。嵌入式系統(tǒng)中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)預(yù)定的功能。
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
嵌入式GPS公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)按功能模塊可分為：GPS模塊、Flash/RAM、JTAG口/串行接口/USB口、音頻設(shè)備/揚(yáng)聲器、LCD觸摸屏及核心處理器S3c2410x。系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示。
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核心處理器S3C2410X是一款由Samsung公司設(shè)計(jì)的低功耗、高度集成的16/32位RISC處理器，它采用272 腳FBGA 封裝，為手持設(shè)備和一般類(lèi)型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。S3C2410X的顯著特性是其CPU核心為一個(gè)16/32位的ARM920T RISC處理器。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU、AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，每個(gè)都是由8字長(zhǎng)的行(line)構(gòu)成。通過(guò)提供一系列完整的系統(tǒng)外圍設(shè)備，S3C2410X可大大減少整個(gè)系統(tǒng)的成本，不需要為系統(tǒng)配置額外器件。工作頻率最高達(dá)到203MHz，同時(shí)具有MMU（內(nèi)存管理單元），使得處理器輕松運(yùn)行于Windows CE、Linux等操作系統(tǒng)，可進(jìn)行較為復(fù)雜的信息處理。
GPS模塊采用美國(guó)Garmin公司的GPS 15模塊。GPS 15系列是Garmin公司新推出的產(chǎn)品,具備12個(gè)平行接收頻道，最多能同時(shí)解算12顆衛(wèi)星訊息，以供快速定位與導(dǎo)航。使用者不需初始化設(shè)定，可自動(dòng)搜尋衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行定位功能，并輸出NMEA 0183標(biāo)準(zhǔn)資訊。所有GPS 15系列產(chǎn)品皆具有低耗電設(shè)計(jì)。使用讀寫(xiě)式記憶體設(shè)計(jì)，內(nèi)部使用記憶體電池，斷電后儲(chǔ)存資料不流失。3.3V～40V的大范圍輸入電壓承載設(shè)計(jì)及輸出界面選擇，針對(duì)不同領(lǐng)域提供全方位更靈活的運(yùn)用，即便是在公交車(chē)上電壓不穩(wěn)定的環(huán)境下也不會(huì)受到影響。表1為GPS模塊接口定義，與ARM處理器相應(yīng)管腳連接即可。
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系統(tǒng)外擴(kuò)一個(gè)USB口，使用廉價(jià)的1GB或2GB的U盤(pán)作為海量存儲(chǔ)器來(lái)存放站點(diǎn)信息及廣告等多媒體文件。
2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
目前主流的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有：Windows CE系列(含Pocket PC)、VxWorks和嵌入式Linux。相對(duì)于Windows CE、VxWorks，Linux用作嵌入式操作系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì)：用戶(hù)可以依照需要自行對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，這對(duì)于在功能、可靠性、體積、成本和功耗方面有嚴(yán)格要求的專(zhuān)用終端系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的特點(diǎn)；可以用于多種硬件平臺(tái)；Linux為開(kāi)源軟件，使用靈活，開(kāi)發(fā)成本低。
本方案采用的Linux版本為韓國(guó)MIZI公司為S3C2410X處理器開(kāi)發(fā)的開(kāi)源版本板級(jí)BSP包Linux 2.4.18-rmk7-pxa1。該版本也是三星公司的S3C2410X demo板上的Linux演示版本，已根據(jù)S3C2410X處理器的配置作了片級(jí)開(kāi)發(fā)，但由于是開(kāi)源版本，外圍驅(qū)動(dòng)做的并不完整,需要加入一些驅(qū)動(dòng)程序（LCD驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)）。同時(shí)，由于使用的硬件芯片和三星的demo板并不相同，需要在配置Linux時(shí)進(jìn)行一些調(diào)整，并修改部分源代碼。最主要的工作是對(duì)存儲(chǔ)單元的配置以及文件系統(tǒng)的建立，并在Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序(MPlayer播放器、Qt圖形應(yīng)用程序、GPS定位應(yīng)用程序），如圖4。
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2.2.1 GUI設(shè)計(jì)
QT/Embedded是一個(gè)專(zhuān)門(mén)為小型設(shè)備提供圖形用戶(hù)界面的應(yīng)用框架和窗口系統(tǒng)。它提供了豐富的窗口小部件（Widgets）,并支持窗口部件的定制，因此可以為用戶(hù)提供漂亮的圖形界面。Qt是KDE等項(xiàng)目使用的GUI支持庫(kù)，有許多基于Qt的X Window程序可以方便地移植到Qt/Embedded上。Qt/Embedded以原始Qt為基礎(chǔ)，并做了許多出色的調(diào)整以適用于嵌入式環(huán)境。在Qt中加入觸摸屏驅(qū)動(dòng)的接口函數(shù)，便可支持觸摸功能。
評(píng)論