近年來，隨著城市公交事業(yè)的迅速發(fā)展，國內公交車報站的方式已經有了很大改善，由傳統(tǒng)的售票員喊話報站逐漸變?yōu)轳{駛員使用報站器手動報站。
雖然手動報站器使用比較方便，但是因為駕駛員需要在保證安全駕駛的前提下進行報站，所以經常出現報站不及時，甚至錯報、漏報的現象，而且讓駕駛員在駕駛過程中進行報站也存在安全隱患。采用自動報站的方式可以大大減輕駕駛員的工作量，促進公交系統(tǒng)的現代化進程。要實現自動報站，需要實時測出公交車的位置，以確定公交車是否已經到達站點。利用GPS可以確定公交車的地理位置，只需把當前位置同公交站點的位置數據（經、緯度）相比較，就可以知道公交車是否到達站點，使得報站系統(tǒng)具有一定的智能性。這種基于GPS的智能報站系統(tǒng)能夠杜絕駕駛員駕駛過程中因兼顧報站器而帶來的隱患。特別適合因汽車行業(yè)高速發(fā)展而導致交通問題日益嚴峻的我國國情，還可以在重點線路上加入對城市景點風貌的相關介紹。該系統(tǒng)在GPS導航領域和商業(yè)領域都有著非常大的潛力，具有廣闊的發(fā)展前景。
1 系統(tǒng)方案
基于GPS的公交車智能報站系統(tǒng)是移動通訊技術和GPS技術的結合，整個系統(tǒng)由S3C24l0ARM9（進階精簡指令集機器）開發(fā)板、SIM548CGPS/GPRS模塊、語音播報模塊、AT89S52單片機以及OCMJ5X10B的LED（發(fā)光二極管）背光寬溫黃綠屏等器件組成。GSM/GPS模塊由GPS分模塊與GSM（全球移動通訊系統(tǒng)）分模塊組成。GPS模塊負責GPS數據接收。公交車在行進過程中，GPS模塊的實測信息同已存儲的位置信息進行比較即可進行自動報站，無需人為干預，還可實現在固定位置播放某些特定信息，如乘車提示、廣告信息等。GSM模塊用于公交車與調度室之間的數據通訊，實現公交車的聯合調度，實現調度中心對公交車的調度功能。
語音播報模塊負責語音播放，提供進出站以及提示信息等語音的播放。單片機模塊控制按鍵掃描以及LCD顯示。
1.1 硬件設計
系統(tǒng)硬件部分主要由S3C2410ARM9開發(fā)板、GPS/GSM模塊、功放模塊、顯示模塊、語音播放模塊及相應的外圍電路組成。GPRS模塊和GPS模塊均通過RS232（串口）與ARM處理器相連，而LCD（液晶顯示器）模塊則由單片機控制通過串口與ARM通訊，語音播放模塊通過IIS（InterICSound）、SPI（串行外設接口）與ARM通訊。硬件連接方式如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)硬件結構
GSM/GPS模塊采用SIMCOM公司的GPS/GSM模塊，該模塊是一款四頻GSM/GPRS（通用分組無線服務技術）無線模塊，同時支持SiRFStarIIIAGPS技術。
GSM/GPRS與AGPS技術的整合使得該模塊可以滿足GPS跟蹤、導航、車輛船舶等設備和資產的監(jiān)控管理以及其他GPS的應用。鍵盤掃描和屏幕顯示由單片機做數據處理。鍵盤顯示板主要實現鍵盤掃描、液晶屏幕的顯示并與ARM處理器模塊進行通訊。硬件系統(tǒng)整體框圖如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)組成
1.2 軟件總體設計
系統(tǒng)的主要功能由ARM控制，采用C語言進行編程，采用多線程處理相關功能模塊。執(zhí)行相關過程如下：
系統(tǒng)初始化完成后，依據GPS定位信息和系統(tǒng)存儲的線路信息計算位置、報站和讀取相關信息，并由ARM控制車內的顯示模塊進行顯示、語音播放以及向數據中心進行數據傳送。
2 設計實現
2.1 系統(tǒng)初始化
在系統(tǒng)運行之前，必須用軟件程序對各部分進行初始化。初始化包括以下幾個部分：
ARM以及系統(tǒng)初始化；
顯示按鍵模塊初始化；
外部器件、接口初始化：主要是GPS、GPRS和語音芯片等設備的初始化；
軟件系統(tǒng)的初始化：設置全局變量、指針和數組、數據結構以及公交信息初始化。
系統(tǒng)軟件部分主要是在主程序中檢測GPS信息，確定公交車當前的地理位置，然后決定是否播放語音信息。同時還需要實現按鍵所要求的功能，如切換到手動播報等。本系統(tǒng)的軟件部分開發(fā)工作是基于Linux開發(fā)環(huán)境實現的。根據系統(tǒng)要完成的功能和各個模塊的運行情況，主程序部分采用了多線程以及消息隊列的方式，可以及時接收GPS數據。
因為只使用GPRMC幀的數據，串行通訊的數據量不大，通訊及數據處理過程比較快，系統(tǒng)能夠及時播放報站及其他語音信息。公交車途經的各站點的經緯度數據需要預先測量好，并存放到系統(tǒng)的數據區(qū)，作為對比參考使用。GPRS的信息通過串行口傳遞，采用查詢法，按鍵也使用查詢方式進行接收，以確定按下的是哪個功能鍵。軟件采用C語言編寫，調試成功后燒錄到Flash中，實現脫機運行。2.2 GPS模塊
由于該GPS模塊設置信息掉電丟失，在每次系統(tǒng)啟動時均要對該GPS模塊進行初始化。將模塊設置成每秒鐘輸出一次GPS信息。
系統(tǒng)啟動后，模塊接收GPS信息，然后解析出GPS信息，根據解析出來的經緯度信息與數據區(qū)中存儲的站點信息比較，計算出實際距離。如果距離到達閥值時，啟動GPS報站中斷。
該GPS模塊接收模塊遵循NMEA.0183協(xié)議，可以輸出多種格式的數據幀，均以MYM開頭。輸出數據采用的是ASCII碼字符，內容包含了緯度、經度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。幀格式達10余種，該系統(tǒng)所使用的僅限于$GPRMC定位數據幀格式。
系統(tǒng)啟動后，通過串口對GPS模塊進行設置，由于系統(tǒng)對實時性要求不高，將GPS設置為每秒鐘輸出一次RMC數據。提取GPRMC語句的思路是設置一個數據緩沖區(qū)，把接收到的GPS數據都放入這個緩沖區(qū)，當緩沖區(qū)滿了的時候就在緩沖區(qū)中查找是否接受到GPRMC定位語句，如果沒有接收到則重新接收GPS數據。如果找到了GPRMC定位語句則還要判斷該語句在緩沖區(qū)中的位置離緩沖區(qū)的最大字節(jié)數是否大于62個字節(jié)（因為本程序中需要的GPRMC定位語句所包含的字節(jié)數為62），然后通過多程序提取相關經緯度、時間和速度等信息并通過數據處理線程進行相關處理。系統(tǒng)工作流程如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)工作流程
2.3 GPRS無線通訊模塊
由于GSM模塊內嵌TCP/IP協(xié)議，可以直接調用AT命令與服務器通過TCP、UDP通訊。無線通訊分為上行數據轉換模塊和通訊模塊2個模塊。
上行數據轉換模塊的主要功能是把接收到的GPS數據或是相關的狀態(tài)信息轉換成約定好的數據格式以便同主信息中心的通訊。該模塊會判斷需要轉換的數據是GPS數據信息還是相關狀態(tài)信息或是二者都有，然后選擇相應的轉換程序。由上面的介紹可以知道接收到的GPS數據都是順序存放在數據緩沖區(qū)當中的，需要什么數據就到緩沖區(qū)中相應的位置提取就可以了。數據都是以字符形式存放的，所以實際要用的時候必須先轉換成整形數據。
下行數據轉換模塊的功能與上行數據轉化模塊的功能相反，它將主信息中心發(fā)送的命令進行識別后發(fā)送給車載終端，并通知用戶界面模塊顯示。
通訊模塊的主要任務是完成車載終端與監(jiān)控中心的通訊，它既可以通過GPRS網絡實現與主信息中心的無線通訊。如果車載終端與上位機的距離隔的很遠可以直接通過GPRS網絡與監(jiān)控中心進行連接，而且通過SIM548C模塊連接GPRS網絡與監(jiān)控中心連接也非常方便，只需向GPRS模塊發(fā)送幾條AT命令就可以了，但是監(jiān)控中心必須有因特網的固定IP。啟動車載終端的同時SIM548C模塊也會被啟動，這是模塊會自動連接上GPRS網絡進入命令模式。撥號成功以后就連接上了GPRS網絡了，然后對與SIM548C模塊連接的串口進行讀寫操作就可以實現與監(jiān)控中心的無線通訊。
在測試中發(fā)現，由于無線信號存在差異，在某些網絡信號較差的地方容易與主信息中心失去網絡連接。為解決這一問題，在系統(tǒng)中采用多線程監(jiān)視網絡連接狀態(tài)，一旦失去網絡連接，立即與主信息中心重新連接。
2.4 語音播放模塊
語音播放采用飛利浦SPI接口音頻芯片，驅動為Linux下的聲卡設備。通過S3C2410SPI控制音頻芯片，通過IIS傳送音頻數據，最終將音頻芯片驅動成系統(tǒng)下的標準聲卡設備。
在語音報站時，需要為公交車上的喇叭提供語音信號，功放電路采用MAXIM功放模塊，該功放模塊采用單端輸入的方式，輸入的負端直接接地。
該功放模塊為單聲道/立體聲、D類音頻功率放大器，能向8立體聲負載提供高達221W功率，或向單聲道4負載提供高達142W功率，效率高達87%。該功放模塊兼具D類放大器的效率和AB類放大器的性能，無需大體積散熱器，降低了功耗。該功放模塊采用+10~+18V單電源供電，可驅動BTL配置的負載。
用于播放報站、廣告和信息等語音的播放器選用基于開源的播放器，在源代碼的基礎上進行修改，形成適合播放短小音頻的播放線程，為系統(tǒng)體統(tǒng)音頻播放功能。
2.5 顯示按鍵模塊
鍵盤掃描和屏幕顯示由51單片機做數據處理。
鍵盤顯示板主要實現鍵盤掃描、液晶屏幕的顯示并與ARM處理器模塊進行通訊。
顯示按鍵模塊通過串口與數據處理模塊通訊，將掃描到按鍵發(fā)送給數據處理模塊進行處理，同時接受數據處理模塊的顯示數據命令，在相應的液晶屏幕位置顯示數據，從而實現車載報站系統(tǒng)的人機交互功能，實現公交車的調度管理功能。
基于GPS和GPRS的公交自動報站系統(tǒng)，具定位功能，GPRS無線通訊功能，能實現自動報站、調度、信息收發(fā)和中心通訊，具有USB接口等優(yōu)點。
大大降低了公交員工的勞動強度，提高了公交管理的科學性。
3 結語
公交車載GPS智能報站系統(tǒng)采用GPS定位技術、無線通訊技術，具有體積小、播報準確等特點。
能實現自動報站、調度、信息收發(fā)和中心通訊等功能。通過USB接口可使系統(tǒng)存儲多條線路，方便公交車臨時更換運營線路；利用按鍵和廣播等作為人機交互界面，方便乘客接收相關信息；可提供廣告等增值業(yè)務。系統(tǒng)為建立完整的智能公交調度管理系統(tǒng)提供了關鍵的公交車載系統(tǒng)。