0 引 言
目前，國內公交車報站的方式多采用手動報站，但是因為司機需要在保證安全駕駛的前提下進行報站，所以經常出現錯報、漏報、安全隱患等一系列問題。采用 GPS" title="GPS">GPS全球定位系統進行自動報站" title="自動報站">自動報站使這一難題迎刃而解，不需要人工干預，大大減輕了司機的工作量，也同時提高了車輛運行的安全性，促進公交系統的現代化進程。
現階段，公交車內信息屏多通過有線方式獲得新聞、天氣預報、廣告等信息，也可以同步顯示報站信息。但是有一個不可避免的問題，那就是由于沒有整合GPRS" title="GPRS">GPRS 無線通訊功能，所以維護起來比較麻煩，如果需要更換廣告內容，就必須派出大量的人員，對需要更改廣告內容的公交車內信息屏一一更改，浪費了大量的人力物力。GPRS的應用使系統實現了前所未有的高度整合，解決了目前國內現有的公交車內信息更新方式落后的弊端。通過GPS衛星定位系統和GPRS無線通信網絡，公交監控調度中心可實時監控各條線路公交車位置的分布情況，并根據監控情況向有關公交車發出調度通知。
1 公交車自動報站系統的組成
該系統由公交車內各終端(信息屏、腰牌等)、自動報站器、GPRS／GSM通信網絡、公交監控調度中心組成。自動報站器主要由主控芯片、GPS／GPRS通信模塊、LCD、SD卡、MP3解碼芯片組成。整個系統的總體結構如圖1所示。
自動報站器利用自學習功能存儲站點的經緯度信息到SD卡，當公交車行駛到某站點時，接收的經緯度信息與存儲的某站點經緯度信息一致，就可以。自動播報相應站點的站名，同時實現以下兩個功能：
(1)通過RS 485接口發送相應的信息到車內各終端，實現公交車內的控制一體化；
(2)通過GSM網絡發送公交車的狀態信息(經緯度、速度等參數)到公交監控調度中心，實現公交車與監控調度中心的高度統一。
2 公交車自動報站器的硬件設計
公交車自動報站器主要以LM3S1601" title="LM3S1601">LM3S1601主芯片、GPS模塊和GPRS模塊為核心，搭建終端平臺，他們之間通過串行通信方式連接，其余還包括電源模、MP3播放接口和SD卡接口等。硬件原理結構圖如圖2所示。
2．1 電源模塊的設計
電源系統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上網時的峰值電流可達2 A，所以電源芯片選用LM2596-5．0，輸出電流可達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" title="SIM300C">SIM300C GPRS模塊
SIM300C內嵌TCP／IP協議棧，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+標準，帶有RS 232電平，直接與單片機相連。
2．3 主控芯片
采用TI公司的LM3S1601單片機作為控制主芯片，該芯片采用ARM Cortex-M3內核，Cortex-M3是ARM公司最新推出的基于ARMv7體系架構的處理器核，具有高性能、低成本、低功耗的特點。它采用哈佛結構，使用分離的指令和數據總線(馮諾伊曼結構下，數據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層優先級，最高可達到240個物理中斷和256個中斷優先級。此類設計是確定的且具有低延遲性，特別適用于汽車應用。具有128 KB的片內FLASH，32 KB片內SRAM，3個UART串口，2個SSI接口，2個I2C接口，完全能夠滿足現在的需求。
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、模式等必要數據，防止掉電數據丟失。SD卡存儲中文站名、經緯度信息、MP3 音頻文件等，SD卡與單片機通過SS10接口進行通信，采用FAT16格式的文件系統，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的數據RAM，串行的控制器和數據輸入接口，4個通用I／O口，一個UART口；同時片內帶有一個可變采樣率的ADC、一個立體聲DAC以及耳機音頻放大器。
3 公交車自動報站器的軟件設計及實現
由單片機LM3S1601編程實現GPS信息的接收處理，GPRS上網、建立連接、接收數據，MP3語音文件的播放，讀寫SD卡的內容，LCD屏的顯示等功能。本系統的工作過程大致為：通過按鍵及GPS信息的接收進行站點的自學習；自動搜索站點，并自動報站：如果GPS模塊接收到的經緯度信息與存儲的某站點經緯度信息一致，則通過SSI0從SD卡中讀取相對應的MP3文件，將所讀取的數據流通過SSI1發送到VS1003播放器中播放，同時在LCD屏上顯示相應的站號及站名，并通過GSM網絡發送當前的經緯度信息到公交監控調度中心，從而實現自動報站的功能；中心主動連接自動報站器，自動報站器根據接收的通信協議的不同進行不同的操作(如實時監控、車內信息更新等)。系統的軟件組成框圖如圖4所示。
3．1 報站器的主程序設計
主程序主要完成系統初始化及各個模塊子程序的調用，其流程圖如圖5所示。
系統上電后進行初始化，包括：I／O口，定時器，UART、看門狗，模塊(SD卡、GPRS模塊、VS1003等)。系統初始化完之后，接收GPS定位信息，GPS通信協議較多。該程序采用應用最為廣泛的NMEA-0183協議。在此協議中包括了“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”和 “$GPRMC”等格式，而本文使用的是以最簡格式“$GPRMC”語句進行設計。格式如下：$GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>*hh 其中<2>為定位狀態，A＝有效定位，V＝無效定位，當接收數據為A時，則認為GPS接收數據有效，然后進行自學習功能、GPRS處理功能、自動搜索站點功能的判斷及處理。
3．2 GPRS處理子程序的設計
GPRS處理子程序主要實現報站器與中心之間的通信及監控調度、信息更新功能。
中心打電話通知報站器上線，報站器接收到“+CLIP："020********"，129”，通過“ATH”掛斷電話，判斷是否為中心電話，如果是則建立PPP連接，連接成功后，通過TCP／IP連接中心的固定IP地址和端口號。
報站器與中心連接成功后，雙方互發握手指令，如果“握手”成功，則進行通信；否則中心主動斷網。“握手”成功后，報站器接收中心下發的指令。如果為“實時監控”指令，則實時發送GPS數據，為了防止中心與報站器之間斷網，雙方需定時發送“心跳包”；如果是“信息更新”指令，則接收中心發送的更新信息，接收完畢后自動斷網。
4 結 語
該自動報站器通過EMC及可靠性試驗和現場試運行，系統功能正常、運行穩定、表現出較強的抗干擾能力和較高的可靠性，尤其GPS自動報站功能，可根據客戶需要及公交線路的實際情況更改報站和預報站范圍，確保了報站的準確性，提高了公交車的安全性，減輕了司機的負擔，具有良好的社會經濟效益。目前，系統功能正在進行部分高級功能的完善，產業化工作也正在全面展開之中。