馮 軍 陳文波 王 超

(南華大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖南 衡陽421001)

面對日益突出的交通擁堵、事故頻發(fā)等一系列問題，作為公交系統(tǒng)自然承載著緩解交通擁堵、提高安全及效率的重任；而現(xiàn)在的公交系統(tǒng)技術(shù)含量低，根本無法滿足需要。利用先進的信息、電子等技術(shù)來構(gòu)建智能公交系統(tǒng)[1]，可充分發(fā)揮現(xiàn)有公交系統(tǒng)的潛力，提高運輸效率，保障交通安全，緩解交通擁擠的有力措施[2]。

GPSGPRS技術(shù)作為新興的技術(shù)[3],可對車輛導(dǎo)航定位，可應(yīng)用于智能公交。通過它可實現(xiàn)城市公交車輛的調(diào)度、實時監(jiān)控、疏導(dǎo)和突發(fā)事件處理，從而使城市公交處于最佳狀態(tài)。

1 智能公交系統(tǒng)介紹

整個系統(tǒng)由車載終端、通信網(wǎng)絡(luò)、電子站臺、GPS衛(wèi)星和監(jiān)控中心組成，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)的核心部分為車載定位系統(tǒng)，它具有定位和傳輸功能，可以隨時將定位信息、車輛信息、路面狀況以及車上發(fā)生的一些非正常情況，通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給電子站臺、監(jiān)控中心和場站調(diào)度中心[4]；乘客根據(jù)電子站臺的信息調(diào)節(jié)行程安排，監(jiān)控中心、調(diào)度中心根據(jù)相關(guān)情況，可以快速地做出反應(yīng)，不僅提高服務(wù)質(zhì)量而且便于管理。

圖1

2 車載定位系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

該定位系統(tǒng)由ARM、FPGA、GPRS模塊、GPS模塊、LCD顯示模塊、電源模塊組成，如圖2所示。本設(shè)計主芯片為ARM處理器，其型號為STM32F103VET6-LQFP100，它的串口分別同GPS模塊、GPRS模塊相連，SPI接口同F(xiàn)PGA連接，外圍電路有電源模塊及LCD。采用ARM是便于有效地控制外圍器件的工作，采用FPGA是為了實現(xiàn)GPS的卡爾曼定位算法[5-6]。

圖2

FPGA選用Actel公司的A3P1000PQ208。其規(guī)模是100萬門的FPGA器件，內(nèi)部己經(jīng)集成了數(shù)字邏輯、部分模擬功能、高達8M比特的Flash Memory、以及FPGA的Fabic等多種控制器資源，在片外可以非常方便的添加相應(yīng)的外部設(shè)備。

GPRS模塊采用SIM100，性價比高，具有增強型AT命令集，技術(shù)指標(biāo)適合用于開發(fā)基于GPRS的無線產(chǎn)品；為用戶提供了功能完備的系統(tǒng)接口，節(jié)約了開發(fā)時間和成本。模塊支持外部SIM卡，模塊能夠自動檢測并適應(yīng)SIM卡類型，SIM卡只需開通GPRS業(yè)務(wù)。

GPS模塊所選用的是SiRF Star II GPS接收模塊，該模塊是由美國瑟孚科技有限公司所生產(chǎn)。該模塊具有12通道并行接收能力，所接收的GPS信號屬于民用頻段的L1信號（1575.42MHz），信號靈敏度達到－142dBm，重新定位時間僅僅需要8秒。

2.2 主要接口原理圖

STM32F103VET6支持三通道USART，由AFC硬件流控制。USART1被重映射到GPIOA，PA9腳是USART1通道的TX腳，STM32發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)移位寄存器送到此引腳送出。PA10腳是USART1通道的RX腳，STM32接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)該引腳送至緩沖區(qū)，完成ARM與GPRS模塊的通信。USART2也重映射到GPIOA的PA2和PA3引腳，PA2和PA3引腳分別為USART2的TX和RX腳，該通道的USART主要是用來完成ARM與GPS模塊的通信。如圖3所示。

圖3

3 工作流程

3.1 主流程

如圖4所示，首先對系統(tǒng)進行初始化，建立GPRS，實現(xiàn)車載定位系統(tǒng)與監(jiān)控中心、調(diào)度中心的通信；GPS模塊進行定位并采集數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波處理；然后將處理過的數(shù)據(jù)進行保存并轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心、調(diào)度中心；并隨時接收監(jiān)控中心、調(diào)度中心的命令，進行中斷服務(wù)[7]。

圖4

3.2 GPS數(shù)據(jù)處理

GPS模塊輸出的GPS定位信息服從NMEA-0183通信標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計抽取RMC記錄語句[8]，其格式為$GPRMC,fflt;1ffgt;,fflt;2ffgt;,fflt;3ffgt;,fflt;4ffgt;,fflt;5ffgt;,fflt;6ffgt;,fflt;7ffgt;,fflt;8ffgt;,fflt;9ffgt;,fflt;10ffgt;,fflt;11ffgt;*hhfflt;CRffgt;fflt;LFffgt;

fflt;1ffgt;當(dāng)前位置的格林尼治時間，格式為hhmmss；

fflt;2ffgt;狀態(tài)，V為非有效接收警告，A為有效位置；

fflt;3ffgt;緯度，格式為ddmm.mmmm；

fflt;4ffgt; 標(biāo)明南北半球，N為北半球，S為南半球；

fflt;5ffgt;經(jīng)度，格式為dddmm.mmmm；

fflt;6ffgt;標(biāo)明東西半球，W為西半球，E為東半球；

fflt;7ffgt; 地面上的GPS接收器的移動范圍，范圍為0.0～999.9；

fflt;8ffgt; 方位角，范圍為000.0°～359.9°；

fflt;9ffgt;日期，格式為ddmmyy；

fflt;10ffgt;地磁變化，從000.0°～180.0°；

fflt;11ffgt;地磁變化方向，為E或W。

其解析方法如圖5所示，首先判斷是否有效數(shù)據(jù)，然后根據(jù)RMC記錄語句的格式進行數(shù)據(jù)提取，最后將存儲、處理、顯示數(shù)據(jù)。

圖5

4 結(jié)束語

本設(shè)計采用了ARM微處理器，低功耗、高效率，有效地提高了系統(tǒng)能力，利用GPS/GPRS技術(shù)能較精確地定位，整個系統(tǒng)具有及時準(zhǔn)確、可靠性高、覆蓋范圍廣等特點，可以為智能公交提供很好的服務(wù)。本系統(tǒng)的開發(fā)能帶來明顯的經(jīng)濟、社會效益，前景廣闊。

［1］張國華，黎明，王靜霞.智能公共交通系統(tǒng)在中國城市的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2007，7（5）：24-30.

［2］宋昆，李勝利.運用GPS智能調(diào)度實現(xiàn)公交精細(xì)化管理[J].城市公共交通，2008（12）：46-47.

［3］彭尉.基于GIS/GPS/GPRS的移動車輛監(jiān)控移動系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].大連理工大學(xué)，2005.

［4］Skiadopoulos S,Koubarakis M.Composing cardinal direction relations[C]//In:Seventh International Symposium on Spatial and Temporal Databases.Los Angeles,California,USA，2001：99-317.

［5］齊海兵，劉雄飛，張德恒.基于FPGA的數(shù)字濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（15）：70-71.

［6］滕云龍，陳小平，唐應(yīng)輝.提高GPS定位精度的改進卡爾曼濾波算法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（3）：4-6.

［7］劉前剛.GPS定位算法及其在智能公交中的應(yīng)用[D].湖南大學(xué)，2009.

［8］姜西瑞，程振林，方金云，張亮.GPS和GSM雙定位終端的軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程，2006，10：244-246.