基于GPS的电子站牌系统的设计

摘要:针对国内公共交通运行管理的实际情况和GPS技术的发展现状，提出了一种利用GPS技术实现公交电子站牌系统的设计方案，具体介绍了该系统的软硬件设计。

随着我国城市公共交通工具的发展，建立完整和科学的公交车辆管理系统，将成为城市基础事业建设的发展趋势。GPS(全球定位系统)是一种高精度卫星定位导航系统，主要由空间部分(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)组成。目前，GPS系统在民用领域的各个方面得到了广泛应用，因此完全可以利用这一先进技术对公交车辆进行管理。
GPS定位技术为车辆导航、定位提供了具体的实时定位能力。通过车载GPS接收机，驾驶员能够随时知道自己的具体位置，并可持续向各站台发送车辆当前的位置信息和车号，而站台则将接收的信息通过电子站牌显示出来，以便乘客随时了解自己欲乘车辆的具体位置和所需等候的时间。本文给出了实现上述功能的相关软硬件设计。

1 硬件设计

本系统由车载和站台2个子系统组成，二者之间通过无线方式实现通信，在实际应用中可以充分利用城市现有的基础设施，如用电台的方式实现无线通信。

1.1 车载部分设计

以GPS OEM板为基础，设计车载部分的车辆位置数据接收装置。首先，单片机AT89C51将接收的卫星信息作相应的处理；然后，把相关的数据通过无线的发射模块发送给公交站牌，同时通过数码管把一些信息直观地显示出来。整个子系统包括接收GPS信号、中心处理、数据显示和无线发射4个模块。
车载部分的主要工作流程为：驾驶员拨动拨码开关，确定当前公交车辆的编号(即是哪一路公交车)，开机后系统把此编号读入；车辆开动后GPS接收模块接收卫星信号(包括时间信号和坐标信号等)，并把此信号中车辆的当前坐标依次和程序中已存在的各站的坐标进行比较，若二者的差值不在设定的范围内(未到站)刚接收下一组GPS信号，直到差值在设定的范围内(到站)；最后将车路编号、当前站台号、车辆的运行方向，以及时间信息发送出去。车载部分有2个数码管，这2个数码管在接收GPS信号前显示当前车路编号，延时一段时间后熄灭；车辆到站时显示当前的站台号，起到了自动报站的作用。
GPS模块主要采用中国大恒信息技术有限公司生产的GPS接收机DH2000e，该产品能够为用户提供实时导航、定位和授时功能，可以作为用户的GPS应用开发平台。
数据发射模块采用声表谐振器SAW，其频率稳定度极高，特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。发射模块中未设编码集成电路，而是增加了1只数据调制三极管，这种结构形式使发射模块可方便地和其他固定编码电路、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信号幅度的大小。
系统在GPS接收机部分、车辆电路部分以及车载和站台部分都采用单工通信的方式。由于GPS接收机与单片机的通信距离很短，并且接收部分是由软件控制接收的，因此基本不用考虑误码的影响。
显示模块主要采用译码／驱动芯片74LS48，它将BCD码转换为十进制数据，并将其显示在共阴极发光二极管的7段显示器上。

1.2 站台部分设计

站台部分的主要功能是接收车载设备发送的车辆编号及位置等信息，并经处理后在站牌上进行显示；接收模块本身不带解码集成电路，因其只有用在具体电路中进行二次开发时才能发挥应有的作用，所以，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，使电路设计灵活方便。
整个系统全为数字信号，并且所选用的无线数据收发模块可以实现数字信号的透明传输，因此，整个系统不需要复杂的滤波电路，只需对信号在发送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。

2 软件设计

系统的软件设计是建立在硬件设计的基础上的，包括车载部分的软件设计和站台部分的软件设计。
车载部分程序主要包括:接收GPS信号程序、判断是否到站程序、到站处理程序、海明编码程序、发送程序以及显示和延时程序。
判断是否到站采取查表的方式，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。
到站处理程序主要用于判别车辆的运行方向。GPS系统在单个点上时是无法判别方向的，只有选择了2个点，有了坐标的变化它才能判别出方向。若车载部分开机后是从起点或终点开始随公交车运动，则在整个过程中方向是正确的；如果车载部分是在途中开始工作的，则公交车至少需要经过2个站才能显示正确的方向。
系统中采用海明编码。海明校验的原理就是在一组代码中加入一定位数的校验位，使每一位都参与几组不同码元的奇偶校验。它较之于普通的奇偶校验的优点是：如果有一位出错，就会引起有关的几组奇偶校验结果都出错，这样，就可以根据出错组纠错，并确定出错位的位置及性质，从而自动进行纠错。
发送部分就是将已编好的存放在18H到29H中的海明码，再加上2个字节的OAAH字头和1个字节的OFFH字尾发送出去，这样就可实现GPS数据的接收和发送。

3 结束语

该系统模拟实现了GPS公交管理系统的部分功能，只需作部分改进就可应用于实际的公交系统中，并可基本保证数据无误的可靠性传输。相信在不久的将来，基于GPS技术的公交车辆电子站牌系统会得到广泛的应用，且具有广阔的发展前景。