湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文基于ARM的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)姓名：潘良申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師：劉宏立20090420基于刪的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)摘要智能公交系統(tǒng)是城市交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在城市交通公交優(yōu)先的背景下，欲緩解城市交通擁堵的現(xiàn)象，就必須大力發(fā)展公交事業(yè)。智能公交系統(tǒng)的建設(shè)可以改善公交公司的企業(yè)管理方法，提高公交系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率與服務(wù)水平，是城市公交事業(yè)發(fā)展的重要一步。本文在研讀大量文獻(xiàn)、參考相關(guān)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進(jìn)的ＧＰＳ、ＧＰＲＳ技術(shù)，提出了基于ＡＲＭ的智能公交車載管理終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。ＧＰＳ是由美國(guó)建立的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，具有全球性、全天候、陸?？杖艿忍攸c(diǎn)，特別適用于交通運(yùn)輸行業(yè)，配合中國(guó)移動(dòng)穩(wěn)定可靠、覆蓋面廣、數(shù)據(jù)傳輸速度極快的ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸?shù)拿浇椋裕牵校?、ＧＰＲＳ為主要技術(shù)的智能公交系統(tǒng)較以往利用射頻、數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)方式建造的公交系統(tǒng)具有更加穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性更高等特點(diǎn)，是當(dāng)前智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理想方案。基于ＡＲＭ的智能公交車載終端是智能公交系統(tǒng)的重要組成部分，是整個(gè)系統(tǒng)的信息終端，負(fù)責(zé)信息的接收和發(fā)布，在系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。本文詳細(xì)介紹了一款以ＡＲＭ處理器為主控的智能車載終端的設(shè)計(jì)方法，包括終端總體方案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件代碼編寫、整機(jī)調(diào)試等內(nèi)容。文章在總體設(shè)計(jì)中提出了終端的功能要求，并針對(duì)功能要求提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案；在硬件設(shè)計(jì)中給出了具體的硬件設(shè)計(jì)原理圖，并就硬件選型、原理圖設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討；在軟件設(shè)計(jì)中給出了終端主要軟件設(shè)計(jì)的程序流程圖，并對(duì)程序設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了細(xì)致的講解；最后對(duì)終端硬件、軟件的聯(lián)合調(diào)試過程進(jìn)行了介紹，并對(duì)最終通過調(diào)試的終端進(jìn)行了展示。經(jīng)過多次的測(cè)試和修改，該智能公交系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了正點(diǎn)考核、實(shí)時(shí)監(jiān)控、短信報(bào)警、自動(dòng)報(bào)站等多項(xiàng)功能，并在長(zhǎng)沙市公交線路上投入試運(yùn)行，社會(huì)反應(yīng)良好。關(guān)鍵詞：智能公交系統(tǒng)；車載終端；ＧＰＳ；ＧＰＲＳ；ＡＲＭ控制器ＩＩＡｂｓｔｒａｃｔＡｄｖａｎｃｅｄｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＰｕｂｌｉｃＴｒａｎｓｐｏｒｔＩｎｔｈｅＳｙｓｔｅｍ（ＡＰＴＳ）ｏｆｉｓ孤ｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｕｂｌｉｃｐａｒｔｏｌ：。ｕｒｂａｎｉｎｕｒｂａｎｓｙｓｔｅｍ．ｃｏｎｔｅｘｔｐｒｉｏｒｉｔｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＡＰＴＳｂｅｃｏｍｅｓｍｏｒｅｆｂｒｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｏｆｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎｏｆｕｒｂａｎｔｒａｍｃ．ＷｉｔｈｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＡＰＴＳｉｎｔｈｅｃｉｔｙ，ｂｕｓｉｎｅｓｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｂｕｓｃｏｍｐａｎｙｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｒｏＶｅｄ，ｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｅｖｅｌｏｆｂｕｓｓｅｒｖｉｃｅｗｏｕｌｄｂｅｂｅｔｔｅｒ．Ｃｏｎｓｕｌｔａｅｍｃｉｅｎｃｙ鋤ｄｌｏｔｏｆｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄａｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｂａｓｅｄｏｎＧＰＳａｎｄＧＰＲＳｔｅｃｈｎ０１０９ｙ，ｔｈｅｔｈｅｓｉｓｐＴｏｐｏｓｅｄｄｅｓｉｇｎａｎｄｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｂｕｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｒｍｉｎａｌｂａｓｅｄｏｎＡＲＭ．ＴｈｅＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｕｐｏｆａｎｅｔｗｏｒｋｏｆ２４Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）ｉｓａｓａｔｅｌｌｉｔｅ．ｂａｓｅｄｎａＶｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｍａｄｅｓａｔｅＵｉｔｅｓｐｌａｃｅｄｉｎｔｏｏｒｂｉｔｂｙｔｈｅＵ．Ｓ．ＧＰＳｗｏｒｌ【ｓｉｎａｎｙａｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｙｗｈｅｒｅｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ，２４ｈｏｕｒｓｆｅｅｓｏｒｄａｙ．ＴｈｅｒｅａｒｅｎｏｓｕｂｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓｅｔｕｐｃｈａｒｇｅｓｔｏｕｓｅｏｎＧＰＳ．ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅＧＰＲＳｎｅｔｗｏｒｋｏｆＣｈｉｎａＭｏｂｉｌｅ，ＡＰＴＳｂａｓｅｄＧＰＳａｎｄＧＰＲＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｐｒｏＶｅｄｔｈｅｂｅｓｔｓｃｈ鋤ｅｆ．Ｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍ?ｉｓｔｈｅＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｂｕｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｍｉｎａｌｉｓａｎｉｎｔｅｇｒａｌｐａｒｔｏｆＡＰＴＳ，ｉｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｒｍｉｎａｌｆｏｒｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｐｌａｙｓ鋤ｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａＩｒｔｉｎｉｔ．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ，ｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｉｎｔｅｎｉｇｅｎｔｔｅｒｍｉｎａｌｉｓｎｏｔｅｄ．Ｂｏｔｈｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｄｅｂｕｇｇｉｎｇｒｅｓｕｌｔｉｓｍａｄｅｏｕｔ．Ｉｎｔｈｅｃｈａｐｔｅｒｏｆｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｅｓｉｇｎａｒｅｄｉａｇｒ鋤ａｎｄｓｏｍｅｑｕｅｓｔｉｏｎｓｎｅｅｄｔｏｂｅｎｏｔｉｃｅｄｉｎｔｈｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｎｔｈｅｃｈ?。簦澹颍铮妫螅铮妫簦鳎幔颍澹洌澹螅椋纾睿簦瑁澹妫欤铮鳎悖瑁幔颍簦螅铮妫螅铮遥鳎幔颍澹嵬校椋螅澹穑欤幔椋睿澹洌穑颍澹螅澹睿簦澹洌粒簦簦瑁澹澹睿洌铮妫簦瑁澹簦瑁澹螅椋?，ｔｈｅｄｅｂｕｇｇｉｎｇｏｆｈａｒｄｗａｒｅ／ｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｔｈｅｔｅｍｉｎａｌｓａｍｐｌｅｉｓｓｈｏｗｎ．Ｗｉｔｈｓｅｖｅｒａｌｔｉｍｅ’ｓｔｅｓｔｓａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｓ，ｔｈｅｔｅ珊ｉｎａｌ’ｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓａｌｌａｃｈｉｅＶｅｄ．ｆｏｒｔｅｓｔｏｎＮｏｗｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｂｕｓｍａｎａｇｅｍｅｍｔｅｒｍｉｎａｌＣｈａｎｇｓｈａｃｉｔｙ，ａｎｄａｌｌｇｏｏｄｒｅｐｕｔａｔｉｏｎｓａｒｅｍｎｎｉｎｇｔｈｅｂｕｓｉｎｒｅｃｅｉＶｅｄ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＡＰＴＳ；ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＢｕｓＭａｎａｇｅｍｅｎｔＴｅｍｉｎａｌ；ＧＰＳ；ＧＰＲＳ；ＡＲＭｍ湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：誨良日期：）為尸年，月刁日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于ｌ、保密口，在２、不保密囹。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√’’）年解密后適用本授權(quán)書。．作者簽名：悉導(dǎo)師簽名：彩日期：土中年ｆ月習(xí)日日期：３葉年。月≥；７日ｌｆ碩上學(xué)位論文第１章緒１．１引言論隨著城市化進(jìn)程的加快和汽車普及率的提高，城市交通擁擠日益加劇，交通事故頻頻發(fā)生，交通環(huán)境逐漸惡化。這種交通問題不僅在發(fā)展中國(guó)家，即使在西方發(fā)達(dá)國(guó)家也是十分令人困擾。眾所周知，解決交通問題的最直接的辦法是提高交通網(wǎng)的通行能力，但無論是哪個(gè)國(guó)家、哪個(gè)城市，可供修建道路的空間都是有限的，且建設(shè)資金的籌措也十分困難。同時(shí)，由于交通系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的大系統(tǒng)，單獨(dú)從車輛方面考慮或者單獨(dú)從道路方面考慮，都很難從根本上解決問題。交通問題日漸突出，能源和環(huán)境問題的也日益嚴(yán)重。在這種背景下，從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，把車輛和道路綜合起來考慮，運(yùn)用各種高新技術(shù)系統(tǒng)來解決問題的思想就應(yīng)運(yùn)而生了，這就是智能交通系統(tǒng)ＩＴＳ（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）…。智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效的集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)ｊ準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。它的主要思想是將傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)看成是人、車、路的統(tǒng)一體，運(yùn)用計(jì)算機(jī)、通信、人工智能、傳感器等領(lǐng)域的先進(jìn)成果來徹底改變目前被動(dòng)式的交通局面，使人在駕駛過程中可以隨時(shí)通過ＧＰＳ／ＧＩＳ、廣播、信息發(fā)布板等手段了解目前的交通狀況，而交通管理部門則可通過道路上的車輛傳感器、視頻攝像機(jī)等設(shè)備隨時(shí)了解各個(gè)路段的交通情況，并隨時(shí)對(duì)各個(gè)交通路口的交通信號(hào)進(jìn)行調(diào)整以及對(duì)外界進(jìn)行信息發(fā)布，使整個(gè)交通系統(tǒng)的通行能力達(dá)到最大【２Ｊ。為了緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的交通運(yùn)輸發(fā)面的壓力，盡量的利用現(xiàn)有的資源，使其發(fā)揮最大的作用，許多國(guó)家對(duì)智能交通系統(tǒng)的研究都投入了巨大的人力和物力【３１。智能交通系統(tǒng)成為繼航空航天、軍事領(lǐng)域之后高新技術(shù)應(yīng)用最集中的領(lǐng)域，目前已形成以美國(guó)、日本、歐洲為代表的三大研究中心。我國(guó)在智能交通領(lǐng)域的研究起步較晚，但隨著全球范圍智能交通技術(shù)研究的興起，進(jìn)入２０世紀(jì)８０年代，我國(guó)也加快了對(duì)智能交通技術(shù)研究的步伐。目前，我國(guó)在ＩＴＳ的理論研究、產(chǎn)品開發(fā)和工程應(yīng)用上都取得了一定的成績(jī)，具體表現(xiàn)在城市智能交通系統(tǒng)、高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)和公共交通領(lǐng)域三大方面。公共交通領(lǐng)域的智能交通系統(tǒng)具體來講就是智能公交系統(tǒng)（ＡｄｖａｎｃｅｄＴｒａｎｓｐｏｒｔＰｕｂｌｉｃＳｙｓｔｅｍ）。智能公交系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)在公共交通領(lǐng)域的一項(xiàng)具體應(yīng)用，是在公交網(wǎng)絡(luò)分配、公交調(diào)度等關(guān)鍵理論研究的前提下，利用系統(tǒng)工程的理基于刪的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)論和方法，將先進(jìn)的定位導(dǎo)航技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能、自動(dòng)控制技術(shù)等高新技術(shù)有效地綜合運(yùn)用于整個(gè)公交系統(tǒng)中，加強(qiáng)車輛、道路、使用者之間的聯(lián)系，形成一種集智能化調(diào)度、公交電子收費(fèi)、信息服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信于一體的實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確、安全的城市公交運(yùn)輸系統(tǒng)【４兒５１。智能公交系統(tǒng)就其根本職能而言，主要是最大限度地實(shí)現(xiàn)車輛、交通信息的采集、處理、加工和共享，并根據(jù)所獲得的實(shí)時(shí)信息不斷地優(yōu)化公交系統(tǒng)的控制策略和調(diào)整各類交通參與者的行為，實(shí)現(xiàn)公交系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。在智能公交系統(tǒng)中，一個(gè)非常重要的組成部分為智能公交車載終端。智能公交車載終端是一款專為公交車輛設(shè)計(jì)的，運(yùn)行在公交車輛上的嵌入式終端產(chǎn)品，在智能公交系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的作用，對(duì)監(jiān)控調(diào)度、正點(diǎn)考核、ＧＰＳ導(dǎo)航電文等信息的采集、分析、處理、儲(chǔ)存都由智能車載終端完成，車載終端性能的好壞直接關(guān)系著整個(gè)智能公交系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，一臺(tái)智能公交車載終端無論是長(zhǎng)時(shí)間顛簸還是在更加惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，其穩(wěn)定性和正常工作與否都是一個(gè)非常值得關(guān)注的問題。１．２智能公交系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展二十世紀(jì)８０年代后期，美國(guó)、日本、加拿大、英國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家投入了較大的人力和物力從事智能公共交通系統(tǒng)，來減少交通阻塞、增加車輛機(jī)動(dòng)性和路面運(yùn)輸效率、增強(qiáng)安全性、節(jié)約能源以及保護(hù)環(huán)境。其主要途徑是應(yīng)用先進(jìn)的信息與通信技術(shù)進(jìn)行公交車輛定位、車輛監(jiān)控、計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度及提供各種公共交通信息以提高公交服務(wù)水平，同時(shí)，將整個(gè)公路系統(tǒng)的車輛流量進(jìn)行優(yōu)化以增強(qiáng)交通容量，提高車輛的運(yùn)行安全系數(shù)，改變傳統(tǒng)的公共交通狀況。除了歐、美、日以外，中國(guó)也很早開始智能公共交通系統(tǒng)的全面開發(fā)和研究。下面介紹一下世界各國(guó)在智能公交系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀。１．國(guó)外的研究現(xiàn)狀在美國(guó)，美國(guó)城市公共交通管理局（ｕＭＴＡ）已經(jīng)啟動(dòng)了智能公共交通系統(tǒng)項(xiàng)目“ＡｄｖａｎｃｅｄＰｕｂｌｉｃＴｒａｎｓｐｏｒｔＳｙｓｔｅｍｓ（ＡＰＴＳ）＂。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，ＵＭＴＡ關(guān)于ＡＰＴＳ的評(píng)價(jià)是：ＡＰＴＳ可以顯著提高公共交通服務(wù)水平，吸引更多成可采用公交和合伙乘車的出行模式，從而帶來了減少交通擁擠，空氣污染和能源消耗等一系列社會(huì)效益。根據(jù)美國(guó)運(yùn)輸部的聯(lián)邦公共交通管理局（ＦＴＡ）出版的“ＡＰＴＳ發(fā)展現(xiàn)狀”，美國(guó)的ＡＰＴｓ主要研究基于動(dòng)態(tài)公共交通信息的實(shí)時(shí)調(diào)度理論和實(shí)時(shí)信息發(fā)布理論，以及使用先進(jìn)的電子、通訊技術(shù)提高公交效率和服務(wù)水平的實(shí)施技術(shù)。具體包括車隊(duì)管理、出行者信息、電子收費(fèi)和交通需求管理等幾方面的研究。其中車隊(duì)管理主要研究通信系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、自動(dòng)車輛定位系統(tǒng)、自動(dòng)乘客計(jì)碩士學(xué)位論文數(shù)、公交運(yùn)營(yíng)軟件和交通信號(hào)優(yōu)先。出行者信息主要研究出行前、在途信息服務(wù)系統(tǒng)和多種出行方式接駁信息服務(wù)系統(tǒng)。目前，美國(guó)一些開發(fā)公交車隊(duì)管理系統(tǒng)的公司，已經(jīng)采用自動(dòng)確定車輛位置的全球定位系統(tǒng)（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，簡(jiǎn)稱ＧＰｓ）和計(jì)算機(jī)輔助發(fā)車系統(tǒng)等，進(jìn)行實(shí)時(shí)管理公共汽車的運(yùn)營(yíng)，并開發(fā)了一些先進(jìn)的系統(tǒng)，如ＰＡＴＨＦＩＮＤＥＲ系統(tǒng)。在日本，城市公共交通智能化的發(fā)展經(jīng)歷了３個(gè)階段：７０年代末開始應(yīng)用公共汽車定位系統(tǒng)——公共汽車接近顯示系統(tǒng)；８０年代初開始應(yīng)用公共交通運(yùn)行管理系統(tǒng)，其中包括乘客自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行監(jiān)視和運(yùn)行控制；進(jìn)入９０年代，由于機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增長(zhǎng)和嚴(yán)重交通擁擠的影響，要保持正常的行車速度是十分困難的，由此引起的公共交通的不便性和不可靠性導(dǎo)致乘客數(shù)量的急劇減少。東京都交通局開發(fā)了城市公共交通綜合運(yùn)輸控制系統(tǒng)（ＣＴＣＳ），旨在改進(jìn)公共汽車服務(wù)，重新贏得乘客。在ＣＴＣＳ中，公共交通運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)是一個(gè)基本的框架，其目的是通過掌握運(yùn)行情況以及乘客數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精確平穩(wěn)的公共交通運(yùn)營(yíng)服務(wù)。它將運(yùn)營(yíng)中的公共汽車和控制室之間建立信息交換，并利用誘導(dǎo)和雙向通訊的方法，將服務(wù)信息提供給公共汽車運(yùn)營(yíng)員和駕駛?cè)藛T，同時(shí)這些信息也通過進(jìn)站汽車指示系統(tǒng)和公交與鐵路接駁信息系統(tǒng)提供給乘客。公共交通綜合管理系統(tǒng)包括累計(jì)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、乘客計(jì)數(shù)、監(jiān)視和控制公共汽車運(yùn)營(yíng)和乘客服務(wù)等功能，其中乘客服務(wù)功能中包括進(jìn)站汽車指示、信息查詢和公共交通與鐵路接駁信息提示。公共交通綜合管理系統(tǒng)的硬件包括公交主控中心、區(qū)域中心以及路邊、車庫(kù)和車載設(shè)備等。歐洲許多國(guó)家通過實(shí)施公交優(yōu)先通行信號(hào)，布設(shè)智能公交監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)等措施，提高公交車輛運(yùn)行速度和公交服務(wù)質(zhì)量以吸引公眾乘坐公交車出行，從而有效地緩解了城市交通壓力，解決了城市交通問題，并取得了明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。２．國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀與歐美、日本等國(guó)家相比，我國(guó)的公共交通事業(yè)相對(duì)落后。有數(shù)據(jù)顯示，２００６年，我國(guó)私人汽車的保有量達(dá)到２２９５萬輛，但全國(guó)按城市平均的公交分擔(dān)率不足１０％，而城市公交分擔(dān)率在歐洲、日本和南美的大城市高達(dá)４０％～６０％。歐美諸國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，卻更多地由公交承擔(dān)人的運(yùn)輸，反映了節(jié)儉、快速與環(huán)保的運(yùn)輸組織結(jié)構(gòu)；而我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，公共交通的分擔(dān)率卻偏低，對(duì)人的載運(yùn)卻更多地由每車承載人次少、每人次載運(yùn)耗油高的機(jī)動(dòng)車來承擔(dān)，反映了我國(guó)城市交通及管理還停留在粗放型發(fā)展?fàn)顟B(tài)，公交智能化水平還比較低的狀況。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和政府對(duì)公交投入力度的加大，我國(guó)智能公共交通系統(tǒng)也已初現(xiàn)端倪。例如上海的公交安裝了自動(dòng)檢票系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)乘客的自動(dòng)計(jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)客流變化情況。還有一些城市正在著手實(shí)施公交“一卡通”，實(shí)現(xiàn)公基于ＡＲＭ的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)交電子收費(fèi)。杭州、上海、北京、大連等幾座大城市已在部分公交線路上建成了公交車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)，并安裝了電子站牌，車載ＧＰＳ定位設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的實(shí)時(shí)跟蹤和定位、公交車與調(diào)度室的雙向通訊、以及電子站牌上實(shí)時(shí)顯示下班車位置信息等功能。由于上述功能，使得調(diào)度過程有據(jù)可依，并實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助管理，節(jié)約了勞動(dòng)力，減輕了勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，同時(shí)，提高了車輛運(yùn)行正點(diǎn)率和服務(wù)水平，吸引了大量客流。但是由于缺乏對(duì)許多基礎(chǔ)理論的深入研究，這些系統(tǒng)雖然使得中國(guó)邁入了公交智能化時(shí)代，卻一般都沒有將動(dòng)態(tài)交通狀態(tài)信息與車輛定位信息有效融合，而且某些系統(tǒng)的開發(fā)和研制又缺乏交通領(lǐng)域?qū)＜业闹苯訁⑴c，致使目前的智能公交系統(tǒng)還存在一定的缺陷【６１。１．３智能公交系統(tǒng)中的智能車載終端前面已經(jīng)提到，智能公交車載終端是一款專為公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，運(yùn)行在公交車輛上的嵌入式終端產(chǎn)品。公交車載終端一次次的改進(jìn)和升級(jí)，經(jīng)歷了從手動(dòng)到自動(dòng)，從簡(jiǎn)單的到站語音播報(bào)到廣告、音樂等多種功能的添加，從單一的語音播放功能到報(bào)警、調(diào)度、一考核等多項(xiàng)功能的融合，隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，終端的體積也從原來的龐大臃腫變得越來越小巧，界面也變得越來越美觀，操作也更加的人性化。車載終端發(fā)展至今，性能和服務(wù)質(zhì)量都有了極大的提高，功能也日益完善。目前，智能公交車載終端主要功能有以下幾點(diǎn)：（１）衛(wèi)星定位功能終端接收衛(wèi)星發(fā)射的報(bào)文信息，進(jìn)行處理后得出精確的位置、速度、運(yùn)行方向等信息，通過通信網(wǎng)絡(luò)以無線數(shù)據(jù)通信的形式傳遞，然后在電子地圖上顯示出來。（２）車輛調(diào)度管理功能通過對(duì)車載終端位置信息的分析，車輛調(diào)度中心可以準(zhǔn)確的得知車輛當(dāng)前的運(yùn)行位置，若車輛運(yùn)行前方路段發(fā)生交通擁堵或無法通過的情況，調(diào)度中心便可提前通知車輛改線運(yùn)行，避免更多的車輛涌向堵塞的路段。另外，調(diào)度中心可根據(jù)終端位置信息判斷車輛是否到達(dá)調(diào)度站，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)公交車輛的自動(dòng)調(diào)度和排班。（３）緊急報(bào)警功能當(dāng)發(fā)生搶車、搶劫等緊急情況時(shí)，駕駛員按下緊急報(bào)警按鈕，調(diào)度中心監(jiān)控服務(wù)中心電子地圖將會(huì)顯示報(bào)警車輛的位置和車輛狀態(tài)，這樣便可在保證在車人員安全的情況下，由調(diào)度中心派遣人員配合緊急情況的處理。（４）超速告警功能在路況良好的路段行車時(shí)，駕駛員往往不知不覺地超速行車，在這種情況下，碩上學(xué)位論文車載終端將用語音提醒駕駛員注意車速，確保行車安全。１．４本課題研究背景及意義城市公共交通事業(yè)飛速發(fā)展，給市民的生產(chǎn)生活都帶來了極大的便利，但同時(shí)，城市公共交通又存在種種的問題：城市公共交通運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)流動(dòng)分散、點(diǎn)多面廣、運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)、交通擁堵，勞動(dòng)密集程度高，傳統(tǒng)公交運(yùn)營(yíng)管理模式和管理手段一直沿用管理人員與生產(chǎn)工人面對(duì)面的粗放型、經(jīng)驗(yàn)型的靜態(tài)管理，調(diào)度員只管得了車輛到站和離站情況，卻無法監(jiān)控和調(diào)度車輛途中的運(yùn)行，原始數(shù)據(jù)全靠人工記錄，容易出現(xiàn)人情數(shù)字、虛假數(shù)據(jù)，線路調(diào)整延伸和生產(chǎn)計(jì)劃全憑經(jīng)驗(yàn)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)重復(fù)勞動(dòng)多，不能共享。如何降低安全隱患，提高服務(wù)質(zhì)量和車輛利用率，成為擺在公共交通事業(yè)面前的重大問題。為了改變城市公共交通運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，更好地完善和提高公交系統(tǒng)的管理和運(yùn)營(yíng)質(zhì)量，湖南龍?bào)J巴士有限責(zé)任公司與長(zhǎng)沙市吳立電子科技有限公司共同開展了長(zhǎng)沙市智能公交系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，旨在為巴士公司的運(yùn)營(yíng)和管理帶來更大的便利，使公交車輛的營(yíng)運(yùn)更加正規(guī)化，為廣大市民出行提供了更加可靠的保障。本課題以該項(xiàng)目為背景，最終目的是在長(zhǎng)沙市形成一個(gè)大型的公交管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)公交車輛高效的運(yùn)營(yíng)管理和智能調(diào)度，針對(duì)龍?bào)J巴士有限責(zé)任公司公交線路的實(shí)際情況，開發(fā)更加可靠、更加適合巴士公司的實(shí)際情況的應(yīng)用產(chǎn)品。該課題的開展和建設(shè)，有著巨大的實(shí)用價(jià)值，并對(duì)國(guó)內(nèi)智能公交的發(fā)展和建設(shè)具有一定的理論指導(dǎo)意義。１．５本論文的主要內(nèi)容本論文提出了基于ＡＲＭ的智能公交車載終端的總體設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)介紹了車載終端的軟硬件設(shè)計(jì)及正點(diǎn)考核、自動(dòng)報(bào)站、短信報(bào)警、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能的實(shí)現(xiàn)。完成的主要工作包括：智能公交系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、智能公交終端硬件電路設(shè)計(jì)調(diào)試、軟件調(diào)試及系統(tǒng)總體調(diào)試分析。本論文主要內(nèi)容包括：第１章：緒論。綜述智能公交系統(tǒng)基本概念、相關(guān)背景及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。介紹了智能公交車載終端概念及主要功能，提出了本文的主要工作內(nèi)容及課題開展的意義。第２章：智能公交系統(tǒng)（ＡＰＴＳ）及其關(guān)鍵技術(shù)。介紹了智能公交系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，并對(duì)ＧＰＳ、ＧＰＲＳ等系統(tǒng)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹。第３章：智能公交車載終端總體設(shè)計(jì)。根據(jù)市場(chǎng)需求，提出了智能公交系統(tǒng)及車載終端的總體設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)對(duì)車載終端的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，給出了車載基于刪的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)終端設(shè)計(jì)中重要芯片的選型。第４章：智能公交車載終端硬件設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹了智能公交車載終端硬件設(shè)計(jì)，給出了整個(gè)終端系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電路，并對(duì)硬件設(shè)計(jì)中需要注意的問題進(jìn)行了探討。第５章：智能公交車載終端軟件設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹了智能公交車載終端的軟件設(shè)計(jì)，給出了軟件設(shè)計(jì)流程圖，并就系統(tǒng)關(guān)鍵部分的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)的講述。第６章：智能公交車載終端整機(jī)調(diào)試。結(jié)合車載終端整機(jī)調(diào)試過程，對(duì)整機(jī)調(diào)試需要注意的問題進(jìn)行了討論，最后給出了整機(jī)測(cè)試結(jié)果，并對(duì)通過測(cè)試的終端產(chǎn)品進(jìn)行了展示?？偨Y(jié)和展望中，對(duì)本課題取得的成果以及局限性進(jìn)行了分析和總結(jié)，對(duì)下一步的工作和項(xiàng)目未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。碩十學(xué)位論文第２章智能公交系統(tǒng)（ＡＰＴＳ）及其關(guān)鍵技術(shù)２．１ＡＰＴＳ系統(tǒng)組成智能公交系統(tǒng)主要由３個(gè)部分構(gòu)成，即無線通訊部分、監(jiān)控中心部分和車載終端部分。無線通訊系統(tǒng)主要是利用通信運(yùn)營(yíng)商提供的數(shù)據(jù)和短信息服務(wù)，這里的通訊方式就是指無線通訊系統(tǒng)的通訊手段；監(jiān)控中心由ＧＰＳ服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、ＣＴＩ呼叫中心系統(tǒng)、監(jiān)控工作站、管理工作站路由器和防火墻組成；車載終端主要由ＧＰｓ接收模塊、ＧＰＲＳ通訊模塊、車輛控制模塊、屏幕等部分組成，主要有車輛定位、與監(jiān)控中心進(jìn)行雙向通訊、車輛控制等功能。監(jiān)控中心在接收到車載終端傳回的ＧＰＳ位置數(shù)據(jù)后可以確定監(jiān)控車輛的位置信息、歷史運(yùn)行軌跡，進(jìn)而分析其運(yùn)行是否正常，是否偏離預(yù)定路線，速度是否異常。在出現(xiàn)異常情況時(shí)，監(jiān)控中心可以通過發(fā)布導(dǎo)航指令來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的調(diào)度【７】。’｝２．２ＡＰＴＳ系統(tǒng)中的ＧＰＳ技術(shù)ＧＰＳ即全球定位系統(tǒng)，是由美國(guó)于１９９４年全面建成的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。利用位于距地球２萬多公里高的由２４顆人造衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)向地球不斷發(fā)射的Ｃ／Ａ碼導(dǎo)航電文，地球上任何一個(gè)內(nèi)置ＧＰＳ衛(wèi)星接收機(jī)的設(shè)備，只要接收到四顆以上的衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，經(jīng)過運(yùn)算處理后，就能計(jì)量出ＧＰｓ目標(biāo)的三維坐標(biāo)及時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等應(yīng)用數(shù)據(jù)，對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的定位。ＧＰＳ由空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶終端系統(tǒng)三大部分組成。它特有的全球性、全天候、陸海空全能性及導(dǎo)航定位優(yōu)勢(shì)等，使之特別適用于交通運(yùn)輸行業(yè)【８】。隨著ＧＰＳ、無線通信方式、ＧＩＳ與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，ＧＰｓ的三個(gè)主要應(yīng)用之一的車輛定位（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ飛速發(fā)展。２．３ＶｅｈｉｃｌｅＬｏｃａｔｉｏｎ，簡(jiǎn)稱ＡＶＬ）或車載ＧＰＳ系統(tǒng)，近年來得到了ＡＰＴＳ中的無線通訊方式就目前智能公交系統(tǒng)（ＡＰＴＳ）發(fā)展現(xiàn)狀來看，實(shí)現(xiàn)車輛智能調(diào)度的無線通訊方式主要有３種：ＧｓＭ／ＳＭＳ、ＧＰＲＳ和ＣＤＭＡ【９１。２．３．１ＧＳＭ／ＳＭＳ通訊方式ｆｏｒＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）／ＳＭＳ（ＳｈｏｒｔＭｅｓｓａｇｅＳｅｒｖｉｃｅ）短信息服務(wù)最初只是作為通知語音郵件到達(dá)的尋呼機(jī)制，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短信基于ＡＲＭ的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)業(yè)務(wù)上取得了巨大成功的基礎(chǔ)上，各種形式的增值服務(wù)被隨之開發(fā)。ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)所具有的良好的開放性、廣闊的覆蓋范圍、先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施以及ＳＭＳ所具有的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)工作方式、接收確認(rèn)、利用信令信道傳輸?shù)韧ㄐ盘攸c(diǎn)，為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供了一種很好的選擇【１０】。ＧＰｓ系統(tǒng)中選用ＳＭｓ通訊服務(wù)主要是通過ＧｓＭ短信息業(yè)務(wù)來實(shí)現(xiàn)車輛反劫、防盜聯(lián)網(wǎng)報(bào)警信息及ＧＰＳ定位監(jiān)控信息的傳輸。短消息業(yè)務(wù)是ＧｓＭ系統(tǒng)中唯一不需要端到端通信的業(yè)務(wù)，它通過ＧＳＭ系統(tǒng)的信令信道（ＳＤＣＣＨ一用戶正常時(shí)或ＳＡＣＣＨ一用戶忙時(shí)）來傳送短消息。由于具備這個(gè)特點(diǎn)，即使移動(dòng)臺(tái)已經(jīng)處于通話狀態(tài)，其還能同時(shí)發(fā)送或接收消息。ＧｓＭ系統(tǒng)把車載ＧＰｓ每條消息業(yè)務(wù)都作為一個(gè)單獨(dú)的事件對(duì)待，即短消息的發(fā)送和接收是獨(dú)立的，兩者之間不一定存在因果關(guān)系，業(yè)務(wù)消息的傳送都通過短消息中心中轉(zhuǎn)。從ＧｓＭ網(wǎng)的角度來看，短消息的發(fā)送和接收總是在移動(dòng)臺(tái)和短信息中心之間進(jìn)行，而從用戶的角度來看，不管是發(fā)送或接收短消息，其目的地總是某個(gè)用戶。ＧＳＭ作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字蜂窩電話系統(tǒng)，近ｌＯ年在我國(guó)取得了超常規(guī)的發(fā)展速度。ＧＳＭ國(guó)內(nèi)用戶基數(shù)大，基站及通訊網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及絕大部分等級(jí)道路甚至偏遠(yuǎn)山區(qū)，這為車載ＧＰＳ管理服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)提供了最大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。然而，采用ＧＳＭ的短消息（ＳＭＳ）進(jìn)行ＧＰＳ業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，由于短消息的傳輸延時(shí)長(zhǎng)，這對(duì)于需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的應(yīng)用影響很大。因此，ＧＳＭ／ＳＭＳ方式實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度功能相對(duì)較弱，同時(shí)由于短信按條收費(fèi)對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控的車輛系統(tǒng)費(fèi)用也偏高。２．３．２ＧＰＲＳ通訊方式ＧＰＲＳ是一種新的ＧＳＭ數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它可以給移動(dòng)用戶提供無線分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。ＧＰＲＳ主要是在移動(dòng)用戶和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如支持ＴＣＰ／ＩＰ、Ｘ．２５等網(wǎng)絡(luò)）之間提供一種連接，從而給移動(dòng)用戶提供高速無線ＩＰ和無線Ｘ．２５業(yè)務(wù)。ＧＰＲＳ采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個(gè)用戶共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的ＴＤＭＡ幀中的８?jìng)€(gè)時(shí)隙都用來傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)１６４ｋｂ／ｓ。ＧｓＭ空中接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被ＧＰＲＳ數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。當(dāng)然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為ＧＰＲＳ專用信道。ＧＰＲＳ作為一個(gè)分組數(shù)據(jù)承載網(wǎng)，具有以下特點(diǎn)：（１）ＧＰＲｓ適用于不連續(xù)的突發(fā)（非周期性）的數(shù)據(jù)傳送；（２）ＧＰＲＳ支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可提供９．０５一１７１．２ｋｂ／ｓ的數(shù)據(jù)傳輸速率；（３）ＧＰＲＳ可以實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)類型及服務(wù)質(zhì)量（ＱｏＳ）等級(jí)的計(jì)費(fèi)功能，計(jì)費(fèi)方式合理。例如，對(duì)于大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的用戶可以采用包月的方式，對(duì)于小數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的用戶可以根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提碩士學(xué)位論文供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)費(fèi)，這樣，客戶無需為每次數(shù)據(jù)的訪問建立連接便可做到永遠(yuǎn)在線；（４）ＧＰＲＳ本身就是一個(gè)分組型數(shù)據(jù)網(wǎng)，支持ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議，無需經(jīng)過ＰｓＴＮ（公共電話交換網(wǎng)）等網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接，便可直接與Ｉｎｔｅｍｅｔ網(wǎng)互通。ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)是在ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上疊加一些設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)有的ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)中需要增加一些節(jié)點(diǎn)，如ＧＧＳＮ（ＧａｔｅｗａｙＧＰＲＳＳｕｐｐｏｎｉｎｇＮｏｄｅ，網(wǎng)關(guān)ＧＰＲＳ支持節(jié)點(diǎn)）和ＳＧＳＮ（ＳｅⅣｉｎｇＧＳＮ，服務(wù)ＧＰＲＳ支持節(jié)點(diǎn)）【１１１。所以其覆蓋地域要小于ＧｓＭ網(wǎng)絡(luò)，一般來說，在一級(jí)城市中的網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況較好，而在鄉(xiāng)村和高速公路上的覆蓋相對(duì)較差，其網(wǎng)絡(luò)實(shí)際覆蓋狀況因各地運(yùn)營(yíng)商的建設(shè)投資有所不同。因此，車載ＧＰＳ選擇ＧＰＲＳ方式要充分考慮到通訊網(wǎng)絡(luò)的覆蓋狀況。采用ＧＰＲＳ提供ＧＰＳ信息服務(wù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（１）在廣域網(wǎng)中能實(shí)現(xiàn)低成本的數(shù)據(jù)通信方式而且用戶總是在線，不用撥號(hào)上網(wǎng)；（２）從信息技術(shù)角度上，ＧＰＲＳ與ＩＰ類似，網(wǎng)絡(luò)管理有效使用網(wǎng)絡(luò)資源；（３）從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度上，費(fèi)用低廉，快捷登錄，用戶一開機(jī)，就始終連接在ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)上，每次使用時(shí)只需一個(gè)激活的過程，一般只需ｌ～３秒便即刻登錄至互聯(lián)網(wǎng)，客戶可以一直在線，按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)來付費(fèi)用；沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時(shí)，客戶即使掛在網(wǎng)上，也不用付費(fèi)：（４）網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠、覆蓋面廣、數(shù)據(jù)傳輸速度快；（５）ＧＰＲｓ是一種完全成熟的技術(shù)，廣泛使用的信息處理技術(shù)【１２】。基于ＧＰＲＳ的上述特點(diǎn)，在車載ＧＰＳ中采用ＧＰＲＳ的數(shù)據(jù)傳輸比ＧＳＭ方式更能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度的時(shí)效性要求，是目前實(shí)現(xiàn)公交車車載智能系統(tǒng)和上層系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸要求的比較理想的解決方案。２．３．３ＣＤＭＡ通訊方式ｃＤＭＡ是碼分多址的英文縮寫（ｃｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ），它是在數(shù)字技術(shù)的分支——擴(kuò)頻通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。ＣＤＭＡ技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。ｃＤＭＡ移動(dòng)通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率復(fù)用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號(hào)處理的一種協(xié)作，因此它具有抗干擾性好、抗多徑衰落、保密安全性高、同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用、容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍等屬性。這些屬性使ＣＤＭＡ比其它系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢(shì)【１３】。相比于ＧＰＲＳ提供ＧＰＳ信息服務(wù)，ＣＤＭＡ的通信費(fèi)用較高，但低于以短信息來實(shí)現(xiàn)ＧＰＳ信息服務(wù)的ＧＳＭ／ＳＭＳ；同時(shí)，ＣＤＭＡ目前網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積還相對(duì)較小、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不是很穩(wěn)定，接通速度介于其它兩種方式之間。上海強(qiáng)生科技公司曾在基于ＡＲＭ的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)上海的一些遠(yuǎn)郊地區(qū)進(jìn)行過通訊信號(hào)的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果是ＣＤＭＡ不及ＧＰＲｓ，主要原因可能是中國(guó)聯(lián)通的基站的分布沒有到位。因此，雖然ＣＤＭＡ屬于高速發(fā)展的通信網(wǎng)絡(luò)，但是用綜合指標(biāo)來評(píng)價(jià)和衡量，ｃＤＭＡ并不十分適合要求安全穩(wěn)定、高效、廉價(jià)運(yùn)作的ＧＰＳ系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)。目前，采用ＣＤＭＡ實(shí)現(xiàn)ＧＰＳ業(yè)務(wù)的通訊成功的案例也不多，但隨著ＣＤＭＡ的深入發(fā)展，這種狀況將會(huì)有所改善。２．４ＡＰＴＳ系統(tǒng)中的ＧＰＲＳ通訊技術(shù)隨著智能公交系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路的不斷發(fā)展，通用無線分組業(yè)務(wù)（ＧＰＲＳ）作為一種智能交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式，以其實(shí)時(shí)在線、快捷登錄、高速傳輸、自如切換的優(yōu)點(diǎn)，成為系統(tǒng)無線通信的較優(yōu)解決方案。ＧＰＲＳ特別適合移動(dòng)結(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，完成滿足交通系統(tǒng)實(shí)時(shí)、多點(diǎn)通信，頻繁少量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。在?dāng)前ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)合理，并已大規(guī)模商用的前提下，以ＧＰＲＳ做為數(shù)據(jù)傳輸鏈路的智能公交系統(tǒng)在各大城市得到了廣泛的應(yīng)用【１４１。２．４．１ｔ．’ＧＰＲＳ技術(shù)概述ＧＰＲＳ（ＧｅｎｅｒａｌＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏＳｅｒｖｉｃｅ，通用分組無線電業(yè)務(wù)）是采用分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)模牵樱秃诵木W(wǎng)的增強(qiáng)。它可高效地利用現(xiàn)有無線電頻譜，而且用戶獲得的接入帶寬比通過標(biāo)準(zhǔn)連接獲得的帶寬更大。ＧＰＲＳ是移動(dòng)通信從第二代邁向第三代至關(guān)重要的一步，通常被稱為第２．５代的無線通信。ＧＰＲＳ是當(dāng)前使用最廣的能夠解決移動(dòng)通信與ＩＰ結(jié)合的技術(shù)方案，它可以充分利用現(xiàn)有ＧｓＭ網(wǎng)絡(luò)，使運(yùn)營(yíng)商在ＧＳＭ全國(guó)范圍內(nèi)推出移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。與ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)相比，ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)具體以下特點(diǎn)【１５】：（１）相對(duì)低廉的連接費(fèi)用資源利用率高。在ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)中，ＧＰＲＳ首先引入了分組交換的傳輸模式，使得原來采用電路交換模式的ＧＳＭ傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性的變化，這在無線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。按電路交換模式來說，在整個(gè)連接期內(nèi)，用戶無論是否傳送數(shù)據(jù)都將獨(dú)自占有無線信道。在會(huì)話期間，許多應(yīng)用往往有不少的空閑時(shí)段，如上Ｉｎｔｅｒｎｅｔ瀏覽、收發(fā)Ｅ．ｍａｉｌ等等。對(duì)于分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個(gè)用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。ＧＰＲｓ用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了“得到多少、支付多少”的原則。實(shí)際上，ＧＰＲＳ用戶的連接時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，卻只需支付相對(duì)低廉的連接費(fèi)用。（２）傳輸速率高ＧＰＲｓ可提供高達(dá)１１５ｋｂｉｔ／ｓ的傳輸速率（最高值為１７１．２ｋｂｉｔ／ｓ，不包括ＦＥＣ）。這意味著在數(shù)年內(nèi)，通過便攜式電腦，ＧＰＲＳ用戶能和ＩＳＤＮ用戶一樣快速地上碩十學(xué)位論文網(wǎng)瀏覽，同時(shí)也使一些對(duì)傳輸速率敏感的移動(dòng)多媒體應(yīng)用成為可能。（３）接入時(shí)間短分組交換接入時(shí)間縮短為少于１秒。ＧＰＲＳ是一種新的基于ＧＳＭ的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它可以給移動(dòng)用戶提供無線分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。ＧＰＲＳ主要是在移動(dòng)用戶和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如支持ＴＣＰ／ＩＰ、Ｘ．２５等網(wǎng)絡(luò)）之間提供一種連接，從而給移動(dòng)用戶提供高速無線ＩＰ和無線Ｘ．２５業(yè)務(wù)。無論是在固定電信網(wǎng)，還是移動(dòng)通信網(wǎng)上，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的比重都越來越大。ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)既是推動(dòng)移動(dòng)通信網(wǎng)上數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，也是邁向３Ｇ的過渡，對(duì)推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到了巨大的促進(jìn)作用。２．４．２ＧＰＲＳ四種組網(wǎng)方法介紹如前所述，智能公交系統(tǒng)主要由無線通訊鏈路、監(jiān)控中心和車載終端三大部分組成。采用ＧＰＲＳ作為無線通訊鏈路的智能公交系統(tǒng)，可采用以下四種方案之一組網(wǎng)【１６１。方案一：中心采用ＡＤＳＬ等Ｉｎｔｅｒｎｅｔ公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定ＩＰ或者公網(wǎng)動(dòng)態(tài)ＩＰ＋ＤＮＳ解析服務(wù)。此種方案需要先向Ｉｎｔｅｒｎｅｔ運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ＡＤｓＬ等寬帶業(yè)務(wù)。（１）中心公網(wǎng)固定ＩＰ：監(jiān)控點(diǎn)直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。（２）中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)ＩＰ＋ＤＮｓ解析服務(wù)：客戶先與ＤＮＳ服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，監(jiān)控點(diǎn)先采用域名尋址方式連接ＤＮＳ服務(wù)器，再由ＤＮＳ服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)ＩＰ，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定ＩＰ的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于ＤＮＳ服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的ＤＮｓ服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。方案二：中心采用主副ＧＰＲＳ．ＤＴＵ，采用移動(dòng)內(nèi)網(wǎng)動(dòng)態(tài)ＩＰ＋移動(dòng)ＤＮＳ解析服務(wù)。此種方案客戶先與移動(dòng)ＤＮＳ服務(wù)商聯(lián)系開通移動(dòng)動(dòng)態(tài)域名，監(jiān)控點(diǎn)先采用域名尋址方式連接移動(dòng)ＤＮＳ服務(wù)器，再由移動(dòng)ＤＮＳ服務(wù)器找到中心移動(dòng)動(dòng)態(tài)ＩＰ，建立連接。中心也用ＧＰＲＳ．ＤＴＵ做接收端，但ＧＰＲＳ無線方式的中心不如有線方式的穩(wěn)定，所以采用主副兩個(gè)ＧＰＲＳ．ＤＴＵ作冗余備份。主中心ＧＰＲＳ．ＤＴＵ接收端掉線時(shí)，所有監(jiān)控點(diǎn)自動(dòng)轉(zhuǎn)到副中心ＧＰＲｓ．ＤＴＵ接收端。此種方式也可以大大節(jié)約固定ＩＰ的費(fèi)用，但并不是所有移動(dòng)公司都提供ＤＮＳ解析服務(wù)，所以要在有ＤＮＳ解析服務(wù)的省市才能采用此種方案，適合小規(guī)模應(yīng)用。該方案實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性較差，不推薦使用。方案三：中心采用主副ＧＰＲＳ．ＤＴＵ，采用移動(dòng)ＡＰＮ專網(wǎng)固定ＩＰ。基于ＡＲＭ的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)此種方案客戶先與移動(dòng)申請(qǐng)ＡＰＮ專網(wǎng)業(yè)務(wù)。移動(dòng)為客戶分配專用的ＡＰＮ，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)摚粒校巍Ｓ糜冢牵校遥訉＞W(wǎng)的ＳＩＭ卡僅開通該專用ＡＰＮ，限制使用其他ＡＰＮ。得到ＡＰＮ后，給所有監(jiān)控點(diǎn)及中心分配移動(dòng)內(nèi)部固定ＩＰ。此種方案中心也像方案二一樣采用主副兩個(gè)ＧＰＲＳ．ＤＴＵ作接收端，冗余備份。但此種方案較方案二而言，無需ＤＮＳ解析，本身具有移動(dòng)內(nèi)網(wǎng)固定ＩＰ，減少中間環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性增強(qiáng)；且所有數(shù)據(jù)都在移動(dòng)ＧＰＲｓ的ＡＰＮ內(nèi)網(wǎng)傳輸，無需經(jīng)過公網(wǎng)，安全性增強(qiáng)。此種方案無需負(fù)擔(dān)寬度專線月租費(fèi)用，性價(jià)比合理，推薦使用。方案四：中心采用ＡＰＮ專線，所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定ＩＰ。此種方案客戶中心通過一條２ＭＡＰＮ專線接入移動(dòng)公司ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定ＩＰ地址進(jìn)行廣域連接，在ＧＧＳＮ與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用ＧＲＥ隧道。為客戶分配專用的ＡＰＮ，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)摚粒校?。用于ＧＰＲＳ專網(wǎng)的ＳＩＭ卡僅開通該專用ＡＰＮ，限制使用其他ＡＰＮ。得到ＡＰＮ后，給所有監(jiān)控點(diǎn)及中心分配移動(dòng)內(nèi)部固定ＩＰ。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行ＩＰ地址和端，過濾。此種方案無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前三種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。是在資金允許的情況下最佳的組網(wǎng)方式。２．４．３ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)中的ＴＣＰ／ＵＤＰ協(xié)議采用ＧＰＲＳ做為數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌?，傳輸層可根?jù)應(yīng)用要求選擇ＴＣＰ傳輸控制協(xié)議或ＵＤＰ用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議。ＴＣＰ是ＴＣＰ／ＩＰ體系中面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議，提供了一種面向連接的、可靠的雙向數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。ＴｃＰ通過復(fù)雜的機(jī)制保證了傳輸?shù)目煽啃?。ＴＣＰ的連接建立和斷開有嚴(yán)格的步驟，報(bào)文傳輸過程中有超時(shí)重傳機(jī)制、滑動(dòng)窗口機(jī)制、流量控制機(jī)制、ＴｃＰ校驗(yàn)機(jī)制等。ＴＣＰ在傳送數(shù)據(jù)之前必須先建立連接，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后要釋放連接。ｕＤＰ提供的是一種無連接，不可靠的服務(wù)，他通過上層協(xié)議來保證連接的可靠。ｕＤＰ在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接，遠(yuǎn)程主機(jī)的運(yùn)輸層在收到ＵＤＰ報(bào)文后，不需要給出任何確認(rèn)【１７】。ＴＣＰ傳輸存在一定的延時(shí)，大概是１６００ｍｓ（移動(dòng)提供），ＵＤＰ響應(yīng)速度稍微快一些【１８】。．另外，ＴＣＰ和ＵＤＰ的數(shù)據(jù)格式也有一定區(qū)別，一個(gè)ＴＣＰ報(bào)文段分為首部和數(shù)據(jù)兩部分，ＴＣＰ的全部功能都體現(xiàn)在它首部中各字段的作用，ＴＣＰ報(bào)文段首部的前２０個(gè)字節(jié)是固定的，后面有４Ｎ字節(jié)為根據(jù)需要而增加的選項(xiàng)（Ｎ必須為整數(shù)），因此ＴＣＰ首部的最小長(zhǎng)度是２０字節(jié)。用戶數(shù)據(jù)報(bào)ＵＤＰ也分為兩個(gè)字段，數(shù)據(jù)字段和首部字段，首部字段很簡(jiǎn)單，只有８?jìng)€(gè)字節(jié)，由４個(gè)字段組成，每個(gè)字段都是兩個(gè)字節(jié)【１９】。ＴＣＰ和ｕＤＰ數(shù)據(jù)格式對(duì)照如表２．１所示。碩十學(xué)位論文表２．１ＴＣＰ舢ＤＰ數(shù)據(jù)格式對(duì)照表可以看出，與ＴＣＰ相比，ＵＤＰ的包小很多，因?yàn)椋眨模惺欠强煽窟B接，設(shè)計(jì)初衷就是盡可能快的將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，所以ＵＤＰ協(xié)議顯得非常精簡(jiǎn)。對(duì)于ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)端口資源來說，ＵＤＰ十分緊缺，變化也很快，而ＴＣＰ采用可靠鏈路傳輸，不存在端口變化的問題。ＧＰＲＳ的應(yīng)用一般都有以下特點(diǎn)【１８】：（１）要求實(shí)時(shí)傳輸，但也有一些場(chǎng)合是定時(shí)傳輸，總的來說在整個(gè)傳輸過程中要求服務(wù)器中心端和ＧＰＲＳ終端設(shè)備能相互的、實(shí)時(shí)的傳輸數(shù)據(jù)。ＴｃＰ本身就是可靠鏈路傳輸，提供一個(gè)實(shí)時(shí)的雙向的傳輸通道，能很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)囊?。但是ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)對(duì)ＴＣＰ鏈路也存在一個(gè)限制：此條鏈路在長(zhǎng)時(shí)間（大概２０分鐘左右，視具體情況而定）沒有數(shù)據(jù)流量，會(huì)自動(dòng)降低此鏈路的優(yōu)先級(jí)直至強(qiáng)制斷開此鏈路。所以在實(shí)際使用中需要采用心跳包（一般是一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)）來維持此鏈路。ＵＤＰ由于自身特點(diǎn)，以及ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)ｕＤＰ端口資源的有限性，在一段時(shí)間沒有數(shù)據(jù)流量后，端口容易改變，產(chǎn)生的影響就是從服務(wù)器中心端向ＧＰＲＳ終端發(fā)送數(shù)據(jù)，ＧＰＲＳ終端接收不到，具體的原因是移動(dòng)網(wǎng)關(guān)從中作了中轉(zhuǎn)，因此需要隔一定時(shí)間給主機(jī)發(fā)ＵＤＰ包來維持這個(gè)ＩＰ和端口號(hào)，這樣主機(jī)才能主動(dòng)給ＧＰＲＳ發(fā)ＵＤＰ包。（２）要求數(shù)據(jù)的丟包率較小。有些工業(yè)場(chǎng)合，例如電力、水務(wù)抄表，環(huán)保監(jiān)測(cè)等，不容許傳輸過程中的數(shù)據(jù)丟失或者最大限度的要求數(shù)據(jù)的可靠性。從這一點(diǎn)來看，很顯然在無線數(shù)據(jù)傳輸過程中，ＴＣＰ比ＵＤＰ更能保證數(shù)據(jù)的完整性、可靠性，存在更小的丟包率。在實(shí)際測(cè)試中也是如此。以廈門桑榮科技有限公司提供的ＧＰＲＳ終端設(shè)備為例：ＴＣＰ的在９‰，ＵＤＰ的在１７‰左右。（３）要求降低費(fèi)用。目前有很大部分ＧＰＲＳ設(shè)備的應(yīng)用都是取代前期無線數(shù)基于ＡＲＭ的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)傳電臺(tái)，除了使用范圍外，其考慮的主要問題就是費(fèi)用。能降低費(fèi)用當(dāng)然都是大家最愿意接受的。在ＧＰＲＳ使用中，和費(fèi)用直接相關(guān)的就是流量，流量低，費(fèi)用就低。雖然ＴＣＰ本身的包頭要比ＵＤＰ多，但是ＵＤＰ在實(shí)際應(yīng)用中往往需要維護(hù)雙向通道，就必須要通過大量的心跳包數(shù)據(jù)來維護(hù)端口資源?？偟谋容^起來，ＵＤＰ的實(shí)際流量要比ＴＣＰ還要大。（４）在某些特定的應(yīng)用場(chǎng)合，例如一些銀行的時(shí)時(shí)交互系統(tǒng)，對(duì)響應(yīng)速度要求很高，此時(shí)數(shù)據(jù)傳輸頻率較快，不需要大量心跳包維持ＵＤＰ端口資源，采用ＵＤＰ就比較有利。（５）在目前的１：Ｎ的傳輸模式中，既有多個(gè)ＧＰＲＳ終端設(shè)備往一個(gè)服務(wù)器中心傳輸數(shù)據(jù)，此時(shí)采用ＵＤＰ會(huì)比ＴＣＰ要好的多，因?yàn)椋眨模泻挠酶俚南到y(tǒng)資源。但是在實(shí)際應(yīng)用中卻發(fā)現(xiàn)，很多用戶還是采用ＴＣＰ的傳輸方式，建立二級(jí)中心１：Ａ（１：Ｎ），即每一個(gè)分中心對(duì)應(yīng)Ｎ／Ａ臺(tái)設(shè)備，獨(dú)立處理數(shù)據(jù)，再統(tǒng)一將數(shù)據(jù)傳送到主中心。這樣既能保證了傳輸過程中采用了ＴＣＰ的傳輸協(xié)議，又能很好處理了中心服務(wù)器的多鏈路的系統(tǒng)耗用的問題?？傊?，ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)提供了穩(wěn)定便利的傳輸通道，其傳輸協(xié)議ＴＣＰ和ＵＤＰ各有特點(diǎn)，在應(yīng)用中根據(jù)各行業(yè)對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，選擇適合的傳輸協(xié)議，是實(shí)現(xiàn)可靠遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。２．５本章小結(jié)本章介紹了智能公交系統(tǒng)的組成，對(duì)智能公交系統(tǒng)中的ＧＰｓ定位技術(shù)及無線通訊技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)講述，通過對(duì)當(dāng)前多種無線通訊技術(shù)的介紹和比較，得出最適合智能公交系統(tǒng)的無線通訊鏈路——ＧＲＰＳ，并對(duì)ＧＰＲＳ組網(wǎng)方法和傳輸層ＴｃＰ／ｕＤＰ協(xié)議進(jìn)行了探討。熟悉這些理論和技術(shù)對(duì)理解和設(shè)計(jì)智能公交系統(tǒng)至關(guān)重要。碩士學(xué)位論文第３章智能公交車載終端總體設(shè)計(jì)本章提出了智能公交系統(tǒng)的功能需求，根據(jù)功能需求給出了智能公交系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)中車載終端的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，最后，給出了終端設(shè)計(jì)中重要芯片的選型。３．１系統(tǒng)功能需求目前，就我國(guó)城市公交車輛運(yùn)營(yíng)管理總體現(xiàn)狀來看，只能做到“一線兩調(diào)”的首末站管理，即車隊(duì)作為運(yùn)營(yíng)組織調(diào)度實(shí)體，車隊(duì)統(tǒng)轄?zhēng)讞l公交線路，每條線路的首末站均設(shè)調(diào)度站，由調(diào)度員按照行車計(jì)劃對(duì)線路車輛進(jìn)行調(diào)度。這種傳統(tǒng)的調(diào)度方式存在明顯的弊端【２０】：一方面，缺乏必要的信息與輔助處理手段，調(diào)度員不了解車輛、客流、道路的實(shí)際情況，如車輛在中途各站是否準(zhǔn)點(diǎn)、具體位置、是否有意外事故發(fā)生、道路是否有阻塞等。這就造成了實(shí)際的指揮靈活性差、對(duì)突發(fā)事件應(yīng)變能力差，調(diào)度質(zhì)量因調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)不同而不同。另一方面，公交車輛離開調(diào)度站后，便完全不受車隊(duì)的控制，公交司機(jī)在途中搶客、丟客、不按規(guī)定站點(diǎn)停靠、任意改道等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致公交服務(wù)質(zhì)量得不到保證，乘客對(duì)公交車輛的滿意度低等問題。針對(duì)城市公共交通這種運(yùn)營(yíng)管理的現(xiàn)狀，我們組織了細(xì)致的市場(chǎng)調(diào)研和客戶需求信息的收集，最終確定系統(tǒng)主要功能需求包括以下四點(diǎn)：（１）正點(diǎn)考核。通過記錄公交車輛到站的時(shí)間信息和位置信息作為公交車輛營(yíng)運(yùn)的考核標(biāo)準(zhǔn)。公交車輛必須在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)到達(dá)該站點(diǎn)，如果存在早到或未?？磕痴军c(diǎn)的情況，通過正點(diǎn)考核記錄的數(shù)據(jù)，公司公交即可查詢?cè)撨`章車輛車號(hào)及責(zé)任司機(jī)，按照公交公司有關(guān)規(guī)定進(jìn)行處罰。該功能的設(shè)置，能夠有效的遏制公交線路個(gè)別司機(jī)不按規(guī)定站點(diǎn)停靠，行經(jīng)?？空緩?qiáng)行插隊(duì)進(jìn)站，行駛中游客、滯站或相互追搶，開“霸王車”，無特殊原因擅自撥客、逐客和駛離本線等現(xiàn)象的發(fā)生。（２）ＧＰｓ自動(dòng)報(bào)站。傳統(tǒng)的公交車輛語音報(bào)站多需要人工操作，當(dāng)車輛到達(dá)站點(diǎn)時(shí)，由司機(jī)控制報(bào)站器進(jìn)行報(bào)站，這種操作方式需要司機(jī)分神操作報(bào)站器，一方面影響司機(jī)的正常駕駛，另一方面，無形中增加了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，導(dǎo)致交通事故隱患的存在。系統(tǒng)引入ＧＰＳ自動(dòng)報(bào)站功能后，報(bào)站工作完全不需要人工參與，到站點(diǎn)前３０米、出站后１５米自動(dòng)播報(bào)進(jìn)站出站信息，并可在轉(zhuǎn)彎等重要地點(diǎn)自動(dòng)為乘客提供語音提示，無須司機(jī)分心管理報(bào)站器，司機(jī)可專心駕駛，這樣不僅減少了司乘人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大提高了車輛運(yùn)行的安全性?；冢粒遥偷闹悄芄卉囕d終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)（３）短信報(bào)警。傳統(tǒng)的車輛管理中，當(dāng)車輛在運(yùn)行途中發(fā)生故障或緊急情況延誤正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，車輛管理中心只有在當(dāng)事人回到管理處匯報(bào)后才能安排應(yīng)對(duì)措施，這樣即耽誤車輛運(yùn)營(yíng)又影響車隊(duì)的整體安排。針對(duì)該情況，系統(tǒng)設(shè)置了短信報(bào)警功能，當(dāng)車輛在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)故障或緊急情況時(shí)，司機(jī)可通過安裝在車內(nèi)的智能車載終端向管理中心發(fā)送報(bào)警短消息，管理中心收到短消息后可快速安排應(yīng)對(duì)措施，調(diào)整車輛運(yùn)營(yíng)安排，將車輛運(yùn)行中的意外事件產(chǎn)生的影響減到最小。（４）實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過在車輛內(nèi)部安裝智能車載終端，定時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)送車輛當(dāng)前經(jīng)緯度、速度等信息，監(jiān)控中心接收該信息將車輛位置實(shí)時(shí)的顯示在電子地圖上，并可通過選擇具體車輛查詢?cè)撥囘\(yùn)行速度等信息。這一功能的設(shè)定可以使車輛管理者實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)車輛運(yùn)營(yíng)的狀態(tài)、車輛當(dāng)前位置、速度等信息，使車輛的管理更加直觀。除上述四大功能外，智能公交車載終端還需實(shí)現(xiàn)例如車輛ＬＥＤ顯示、超速提醒等一些功能，在之后的詳細(xì)設(shè)計(jì)中均有考慮。３．２智能公交系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案磕．??。通過全面的市場(chǎng)調(diào)研和系統(tǒng)功能需求分析，考慮系統(tǒng)高性能、低成本等要求，本文提出了ＧＰＳ＋ＧＰＲｓ＋Ｉｎｔｅｍｅｔ的系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)。系統(tǒng)框圖如圖３．１所示。圖３．１ＡＰＴＳ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以看出，智能公交系統(tǒng)主要由三大部分組成：（１）車輛調(diào)度中心（包括數(shù)據(jù)中心、智能調(diào)度點(diǎn)和車輛調(diào)度員）；（２）數(shù)據(jù)傳輸鏈路（Ｉｎｔｅｍｅｔ／ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)）；（３）智能車載終端。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸鏈路采用ＧＰＲＳ組網(wǎng)方案一，數(shù)據(jù)中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)ＩＰ＋ＤＮｓ解析碩士學(xué)位論文服務(wù)。數(shù)據(jù)中心為一臺(tái)通過ＡＤＳＬ接入Ｉｎｔｅｍｅｔ的服務(wù)器，用來接收車載設(shè)備發(fā)送過來的各種數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過客戶端管理軟件顯示出來。數(shù)據(jù)中心管理軟件是面向車輛管理人員的可視化操作軟件，主要功能包括車輛在電子地圖上的實(shí)時(shí)位置顯示、車輛正點(diǎn)考核報(bào)表生成、車輛排班等。軟件采用ＶＣ＋＋６．Ｏ進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用ｗｉｎｓｏｃｋ控件進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送【２ｌ】。Ｉｎｔｅｍｅｔ／ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)中心與車載設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。車載設(shè)備發(fā)送的各類數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前車輛狀態(tài)、當(dāng)前車輛位置、正點(diǎn)考核數(shù)據(jù)等，均由ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。智能車載終端是智能公交系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，是智能公交系統(tǒng)的信息采集源和功能執(zhí)行終端。它以ＡＲＭ７處理器為核心，利用ＧＰｓ、ＧＰＲＳ等先進(jìn)技術(shù)，集車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控、正點(diǎn)考核、緊急事件報(bào)警等功能于一身，是一款為專為公交車輛設(shè)計(jì)的嵌入式智能終端產(chǎn)品。系統(tǒng)大致工作流程如下：首先，數(shù)據(jù)中心需要開啟客戶端軟件，并開放相應(yīng)的端口監(jiān)聽來自車載終端的連接。車載終端在車輛運(yùn)行的同時(shí)開啟，并自動(dòng)完成初始化工作連接到ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)上，發(fā)送對(duì)數(shù)據(jù)中心的連接請(qǐng)求，數(shù)據(jù)中心收到來自車載終端的連接請(qǐng)求，便與其建立鏈接。終端在車輛運(yùn)行過程中，通過ＧＰＳ模塊不斷接收來自衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，由ＡＲＭ處理器對(duì)電文內(nèi)容進(jìn)行解析，提取出所需的信息，例如經(jīng)緯度、時(shí)間、速度等，同時(shí)把提取出的經(jīng)緯度信息與事先存在ＦＬＡＳＨ中的考核點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)數(shù)據(jù)匹配時(shí)，將以到達(dá)考核點(diǎn)數(shù)據(jù)格式將信息通過ＧＰＲＳ模塊發(fā)送至數(shù)據(jù)中心，甩于車輛正點(diǎn)考核，若數(shù)據(jù)不匹配，則以未到達(dá)考核點(diǎn)數(shù)據(jù)格式將信息通過ＧＰＲｓ發(fā)送至數(shù)據(jù)中心，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，每臺(tái)智能車載終端都設(shè)置有一個(gè)緊急觸動(dòng)按鈕，當(dāng)車輛出現(xiàn)緊急情況時(shí)，可由司機(jī)觸動(dòng)按鈕，發(fā)送報(bào)警短信息至車輛調(diào)度員處。３．３智能車載終端設(shè)計(jì)由上文可知，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作主要包括兩大部分：（１）智能車載終端設(shè)計(jì)（２）數(shù)據(jù)中心管理軟件設(shè)計(jì)。由于數(shù)據(jù)中心管理軟件設(shè)計(jì)屬上層應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)過程與智能車載終端設(shè)計(jì)完全分離，本文以下部分將只重點(diǎn)對(duì)智能車載終端設(shè)計(jì)與開發(fā)進(jìn)行論述。３．３．１智能車載終端總體設(shè)計(jì)如上文所述，智能車載終端是一款以ＡＲＭ７處理器為核心，利用ＧＰＳ、ＧＰＲＳ等先進(jìn)技術(shù)，集車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控、正點(diǎn)考核、緊急事件報(bào)警等功能于一身的專為公交車輛設(shè)計(jì)的嵌入式智能終端產(chǎn)品。它是整個(gè)智能公交系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，也是車載功能的執(zhí)行者，因此它是整個(gè)系統(tǒng)是的重要組成部分。基于ＡＲＭ的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)車載終端主要實(shí)現(xiàn)的功能包括：到站自動(dòng)播報(bào)到站提示音，出站自動(dòng)播報(bào)出站提示音；定時(shí)向數(shù)據(jù)中心發(fā)送車輛位置信息，實(shí)現(xiàn)中心對(duì)車輛的監(jiān)控；能夠任意設(shè)置站點(diǎn)為考核點(diǎn)，對(duì)車輛運(yùn)行正點(diǎn)情況進(jìn)行考核；可設(shè)置的車輛運(yùn)行最大速度，并在超速時(shí)報(bào)警；液晶屏幕實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、車輛運(yùn)行速度、當(dāng)前?？空军c(diǎn)等信息；按鍵控制特殊語音播報(bào)、背景音樂播放；按鍵控制緊急情況報(bào)警短消息發(fā)送；驅(qū)動(dòng)車載ＬＥＤ屏，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)名稱、廣告語的顯示。根據(jù)功能要求，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中將終端分解為如下幾個(gè)模塊：（１）ＡＲＭ中央處理器模塊（２）ＧＰＳ定位模塊（３）ＧＰＲＳ無線通信模塊（４）語音及功放模塊（５）ＬＣＤ液晶顯示模塊（６）鍵盤控制模塊（７）電源模塊（８）串口及其它外圍電路模塊終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖３．２所示。．圖３．２智能車載終端結(jié)構(gòu)框圖３．３．２主要模塊基本功能介紹整個(gè)智能車載終端分為若干功能模塊，每個(gè)模塊除完成自身功能外，還配合碩士學(xué)位論文其它模塊共同工作，實(shí)現(xiàn)車載終端整體功能。（１）ＡＲＭ中央處理器模塊：作為車輛終端核心控制模塊，完成ＧＰＳ數(shù)據(jù)的提取解析，經(jīng)緯度數(shù)據(jù)匹配，ＧＰＲＳ無線通訊、語音播放控制等功能。高性能高可靠性的ＡＲＭ處理器選取是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。（２）ＧＰＳ定位模塊：通過不斷的接收衛(wèi)星傳來的導(dǎo)航電文，為系統(tǒng)提供經(jīng)緯度、時(shí)間、速度等信息。（３）ＧＰＲＳ無線通信模塊：系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模塊，將車輛定位信息等通過ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至車輛調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。（４）語音及功放模塊：提供高質(zhì)量、高清晰的語音及音樂播放功能。（５）ＬＣＤ液晶顯示模塊：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間、車輛當(dāng)前所在站點(diǎn)、車輛當(dāng)前運(yùn)行速度等信息。（６）鍵盤控制模塊：為使用者提供簡(jiǎn)潔方便的設(shè)備操作方式。（７）電源模塊：為系統(tǒng)多個(gè)功能模塊提供適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷?，保證各功能模塊的穩(wěn)定工作，本終端中需要提供的電壓分別有１．８Ｖ、３．３Ｖ、４．２Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ。３．３．３主要芯片及模塊選型１．ＭＣＵ芯片ＭＣＵ是系統(tǒng)核心控制部件，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。系統(tǒng)采用ＮＸＰ的ＡＲＭ７芯片ＬＰＣ２１２４做為主控制器，ＬＰＣ２１２４基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的１６／３２位ＡＲＭ７ＴＤＭＩ—ＳｃＰｕ，并帶有２５６ＫＢ嵌入的高速Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器。１２８位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使３２位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用１６位Ｔｈｕｍｂ模式將代碼規(guī)模降低超過３０％，而性能的損失卻很小。由于ＬＰｃ２１２４采用非常小的６４腳封裝、極低的功耗、多個(gè)３２位定時(shí)器、４路１０位ＡＤＣ、ＰｗＭ輸出以及多達(dá)９個(gè)外部中斷，這使它們特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和電子收款機(jī)（ＰＯＳ）等應(yīng)用領(lǐng)域。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟件調(diào)制解調(diào)器以及其它各種類型的應(yīng)用【２２１。２．ＧＰＳ模塊系統(tǒng)ＧＰＳ模塊采用ＨｏＬｕｘ的ＧＲ．８７模塊。ＨＯＬＵＸＧＲ．８７Ｓｉｒｆ３代ＧＰＳ模塊采用ＳｉＲＦ第三代高靈敏度、低耗電量芯片ＳｔａｒＩＩＩ，內(nèi)建ＡＲＭ７ＴＤＭＩＣＰＵ可符合模塊需求，具備快速定位及追蹤２０顆衛(wèi)星的能力，內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)陶瓷ＧＰＳ天線模塊，并預(yù)留外接口。體積超小，僅２５×２５×２ｍｍ。芯片內(nèi)建２０００００個(gè)衛(wèi)星追蹤運(yùn)算器，大幅提高搜尋及運(yùn)算衛(wèi)星訊號(hào)能力。內(nèi)建ｗＡＳＳ／ＥＧＮｏＳ解調(diào)器。低耗電基于Ａｌｗ的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)量，具備有省電模式（Ｔｒｉｃｋｌｅ．Ｐｏｗｅｒ）功能，以及在設(shè)定的時(shí)間才啟動(dòng)的定時(shí)定位（Ｐｕｓｈ．ｔｏ．Ｆｉｘ）功能【２３１。支持ＮＭＥＡＯｌ８３．２２版本規(guī)格輸出。該模塊的應(yīng)用范圍主要包括：車用導(dǎo)航、航海導(dǎo)航、艦隊(duì)管理、基地服務(wù)、自動(dòng)駕駛、個(gè)人導(dǎo)航、旅游設(shè)備、軌跡設(shè)備、系統(tǒng)及繪圖應(yīng)用程序。３．ＧＰＲＳ模塊系統(tǒng)ＧＰＲｓ模塊選用ｓＩＭＣＯＭ有限公司提供的ＳＩＭ３００Ｃ模塊。ＳＩＭ３００Ｃ是小體積即插即用模組中完善的三頻／四頻ＧＳＭ／ＧＰＲＳ解決方案。使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面，使得具備ＧＳＭ／ＧＰＲＳ９００／１８００／１９００ＭＨｚ功能的ｓＩＭ３００Ｃ以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語音、ＳＭＳ、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。ＳＩＭ３００Ｃ的優(yōu)良性能讓它應(yīng)用于許多方面，例如ＷＬＬ、Ｍ２Ｍ、手持設(shè)備等。ＳＩＭ３００Ｃ外形尺寸為４０×３３×２．８５ｍｍ，支持用戶定制的ＭＭＩ和鍵盤／ＬＣＤ，內(nèi)嵌強(qiáng)大的ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧，具有標(biāo)準(zhǔn)的ＡＴ命令接口，能夠以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語音、短信和ＧＰＲＳ數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)。模塊通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，通信速率最快可以達(dá)到１１５２００ｂ／ｓ，模塊與控制器間的通信協(xié)議是ＡＴ命令集，其中大部分是符合協(xié)議“ＡＴｃｏｍｍａｎｄｓｅｔｆｏｒＧＳＭＭｏｂｉｌｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔ（ＭＥ）（ＧＳＭ０７．０７ｖｅｒｓｉｏｎ６．４．０Ｒｅｌｅａｓｅ１９９７）’’的，也有一些是ＳＩＭＣＯＭ自己定義的ＡＴ命令【２４１。４．語音模塊為了保證良好的音質(zhì)，本系統(tǒng)采用ｗＴＭ．ＳＤ高音質(zhì)ＭＰ３模塊，為終端提供語音及音樂播放功能。ＷＴＭ．ｓＤ模塊是一款可重復(fù)擦寫語音內(nèi)容的大容量存儲(chǔ)類型的語音模塊，外掛體積小巧的最大容量為１ＧＢ的ＭｉｃｒｏＳＤ卡存儲(chǔ)器，支持加載ｗＡｖ格式語音文件和ＭＰ３格式語音文件。ＷＴＭ．ＳＤ模塊采用ＤＩＰｌ６直插形式封裝，有ＭＰ３控制模式，按鍵一對(duì)一控制模式，按鍵組合控制模式，并口控制模式以及二線串口控制模式等控制模式【２５１。ｗＴＭ—ＳＤ模塊的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車電子（防盜報(bào)警器、倒車?yán)走_(dá)、ＧＰＳ導(dǎo)航儀、電子狗、中控鎖）、智能家居系統(tǒng)、家庭防盜報(bào)警器、醫(yī)療器械人聲提示、音樂播放、家電（電磁爐、電飯煲、微波爐）、娛樂設(shè)備（游戲機(jī)、游樂機(jī)）、學(xué)習(xí)模型（早教機(jī)、兒童有聲讀物）、智能交通設(shè)備（收費(fèi)站、停車場(chǎng)）、通信設(shè)備（電話交換機(jī)、電話機(jī)）、工業(yè)控制領(lǐng)域（電梯、工業(yè)設(shè)備）、玩具等。５．串口芯片ＬＰＣ２１２４具有２個(gè)串口，一個(gè)三線串口和一個(gè)完整的ＭＯＤＥＭ接口。由于本系統(tǒng)需要４個(gè)串口，現(xiàn)有的串口數(shù)目不能滿足系統(tǒng)要求，故需要使用串口擴(kuò)展芯片。碩士學(xué)位論文系統(tǒng)串口擴(kuò)展選用國(guó)騰微電子有限公司的ＧＭ８１２３芯片（一擴(kuò)三），該芯片提供單通道工作和多通道工作兩種模式，用戶可根據(jù)需要靈活選擇。該芯片母串口和子串口的工作波特率可由軟件調(diào)節(jié)，而不需要修改外部電路和晶振頻率。子串口最高波特率達(dá)３８４００ｂｐｓ。系統(tǒng)通過對(duì)ＧＭ８１２３地址線ＳＴＡＤＤＯ、ＳＴＡＤＤｌ的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)不同串口的操作【２６１。由于系統(tǒng)是３．３Ｖ系統(tǒng)，ＬＰＣ２１２４串口Ｏ經(jīng)ＧＭ８１２３擴(kuò)展后，需采用３．３Ｖ器件進(jìn)行接口設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中，采用ＳＰ３２３２Ｅ芯片進(jìn)行Ｒｓ２３２電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，采用ＳＰ３４８５進(jìn)行ＲＳ４８５接口電路設(shè)計(jì)。６．液晶顯示系統(tǒng)采用金鵬電子Ｃ系列液晶模塊ＯＣＭＪ２木８Ｃ。該Ｃ系列中文模塊可以顯示字母、數(shù)字符號(hào)、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是８位微處理器接口，４位微處理器接口及串行接口。所有的功能包括顯示ＲＡＭ、字型產(chǎn)生器，都包含在一個(gè)芯片里面，只要一個(gè)最小的微處理系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。內(nèi)置２Ｍ位中文字型ＲｏＭ（ＣＧＲｏＭ）總共提供８１９２個(gè)中文字型（１６×１６點(diǎn)陣），１６Ｋ位半寬字型ＲＯＭ（ＨｃＧＲＯＭ）總共提供１２６個(gè)符號(hào)字型（１６×８點(diǎn)陣），６４×１６位字型產(chǎn)生ＲＡＭ（ＣＧＲＡＭ），另外繪圖顯示畫面提供一個(gè)６４×２５６點(diǎn)的繪圖區(qū)域（ＧＤＲＡＭ），可以和文字畫面混和顯示。提供多功能指令：畫面清除（Ｄｉｓｐｌａｙｃｌｅａｒ）、光標(biāo)歸位（Ｒｅｔｕｒｎｈｏｍｅ）、顯示打開／關(guān)閉（Ｄｉｓｐｌａｙｏｎ／ｏｆｆ）、光標(biāo)顯示／隱藏（Ｃｕｒｓｏｒｏｎ／ｏｆｆ）、顯示字符閃爍（Ｄｉｓｐｌａｙｃｈａｒａｃｔｅｒｂｌｉｎｋ）、光標(biāo)移位（Ｃｕｒｓｏｒｓｈｉｆｔ）、顯示移位（Ｄｉｓｐｌａｙｓｈｉｆｔ）、垂直畫面卷動(dòng)（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｉｎｅｓｃｒｏｌｌ）、反白顯示（Ｂｙ－ｌｉｎｅｒｅｖｅｒｓｅｄｉｓｐｌａｙ）、待命模式（ｓｔａｎｄｂｙｍｏｄｅ）【２７１。３．４本章小結(jié)本章根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，提出了整個(gè)智能公交系統(tǒng)及車載終端的總體設(shè)計(jì)方案。著重介紹了智能立法終端的總體設(shè)計(jì)，給出了終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并對(duì)各模塊功能及重要芯片的選型進(jìn)行了介紹。基于ＡＲＭ的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)第４章智能公交車載終端硬件設(shè)計(jì)由上章可知，智能車載終端的設(shè)計(jì)由電源模塊、ＡＲＭ中央處理器模塊、ＧＰＳ定位模塊、ＧＰＲＳ無線通信模塊、語音及功放模塊、ＬＣＤ液晶顯示模塊、鍵盤控制模塊、串口及其它外圍電路模塊七大部分組成。在本章中，將對(duì)各模塊硬件電路設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)中需要注意的問題進(jìn)行討論。４．１電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)極其重要的工作，電源為整個(gè)系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷海?是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提。電源的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)同時(shí)考慮功率、電平及抗干擾等問題。對(duì)系統(tǒng)各芯片及模塊的供電要求進(jìn)行分析，可以得出系統(tǒng)電源ｔ需要提供包括１２ｖ、５Ｖ、４．２ｖ、３．３ｖ、１．８ｖ五個(gè)電壓。其中１２Ｖ為功放電路工作電壓，４．２Ｖ為ＧＰＲｓ模塊工作電壓，３．３Ｖ、１．８Ｖ分別為ＡＲＭ芯片Ｉ／Ｏ口及內(nèi)核電壓，另外板上還有部分芯片需要５ｖ及３．３ｖ電壓供電。由于本終端應(yīng)用對(duì)象為各種車輛，供電電源為１２Ｖ或２４Ｖ電瓶，而電瓶電壓普遍不太穩(wěn)定，尤其在車輛點(diǎn)火、熄火等情況下波動(dòng)較大，盡管很多電源芯片的輸入電壓可達(dá)２０ｖ，但是太高的電壓使芯片的發(fā)熱量上升，散熱系統(tǒng)不好設(shè)計(jì)，也影響芯片的性能。同時(shí)，波動(dòng)的電壓對(duì)輸出電壓的波動(dòng)也有些影響，太高的壓差也失去了選擇低壓差模擬電源的意義【２８１。因此設(shè)備電源必須做特殊處理，以保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)電源具體要求及車載供電電源的特點(diǎn)，本終端電源電路采用前級(jí)與末級(jí)兩級(jí)電源設(shè)計(jì)，前級(jí)輸出５Ｖ、１２Ｖ兩個(gè)電壓，再通過末級(jí)得到系統(tǒng)所需的４．２Ｖ、３．３Ｖ、１．８Ｖ三個(gè)電壓。從系統(tǒng)在５Ｖ上消耗的電流和體積、成本等方面的考慮，前級(jí)電路選用開關(guān)電源（也可以使用模擬電源。相對(duì)模擬電源來說，開關(guān)電源效率較高，可以減少發(fā)熱量，在功率較大時(shí)，可以減少電源模塊的體積，因此，系統(tǒng)前級(jí)選用開關(guān)電源），采用ＬＭ２５７６芯片。ＬＭ２５７６是降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，具有非常小的電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率，３Ａ的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，能夠輸出３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ的固定電壓和電壓可調(diào)節(jié)的可調(diào)電壓輸出。另外，ＬＭ２５７６的應(yīng)用比較簡(jiǎn)單且外圍元件較少，該系列產(chǎn)品的開關(guān)頻率為５２ＫＨｚ，所以應(yīng)用時(shí)可以使用小尺寸的濾波元件。在應(yīng)用中，ＬＭ２５７６可以高效的取代一般的三端線性穩(wěn)壓器，并能夠充分的減小散熱片的面積，在～些應(yīng)用條件下甚至可以不使用散熱片。ＬＭ２５７６芯片內(nèi)置過流保碩上學(xué)位論文護(hù)電路和過熱保護(hù)電路，在規(guī)定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差范圍為士４％，振蕩器的振蕩頻率誤差范圍為士ｌＯ％，典型的待機(jī)電流為５０ｐＡＬＺ引。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，前級(jí)電源選用了ＬＭ２５７６．１２和ＬＭ２５７６．５用來得到１２Ｖ和５Ｖ電壓輸出。電源電路末級(jí)需要得到３．３Ｖ和１．８Ｖ電壓輸出，通過查閱系統(tǒng)中３．３Ｖ器件的手冊(cè)，通過估計(jì)，系統(tǒng)在３．３Ｖ上消耗的電流應(yīng)不超過６００ｍＡ，另外，從ＬＰＣ２１２４的手冊(cè)可以知道，該處理器在１．８ｖ消耗電流的極限是７０ｍＡ，而系統(tǒng)再無其它部分需要１．８Ｖ電壓【３０１。由于３．３Ｖ和１．８Ｖ分別為ＡＲＭ芯片的Ｉ／Ｏ口和內(nèi)核電壓，系統(tǒng)對(duì)這兩組電壓的要求比較高，且其功耗不是很大，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中選用了低壓差模擬電源ＬＤｏ，采用的芯片是ＡＭＳｌｌｌ７，其特點(diǎn)為輸出電流大，輸出電壓精度高，穩(wěn)定性高，特別適合于嵌入式系統(tǒng)及電池供電的應(yīng)用。另外，ＡＭＳｌｌｌ７有很低的靜態(tài)電流，在滿負(fù)載時(shí)其低壓差僅為１．１Ｖ，當(dāng)輸出電流減小時(shí)，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率。ＡＭＳｌｌｌ７的輸出電壓可調(diào)節(jié)，并有多種固定輸出電壓的型號(hào)可選【”】，本系統(tǒng)選用的是ＡＭＳｌｌｌ７．３．３和ＡＭＳｌｌｌ７．１．８。在電路設(shè)計(jì)中，１２Ｖ或２４ｖ電源由ＰＯＷＥＲ玳輸入，通過一個(gè)二極管ＩＮ５４０４，防止電源的反接，經(jīng)過電容濾波后，然后通過ＬＭ２５７６．５和ＬＭ２５７６．１２將電源穩(wěn)壓至５Ｖ和１２Ｖ，５Ｖ電壓再通過兩片ＬＤｏ芯片ＡＭＳｌｌｌ７．３．３和ＡＭＳｌｌｌ７．１．８穩(wěn)壓輸出３．３Ｖ和１．８Ｖ。電源原理圖如圖４．１所示。ｍＮ一三／＾ＳＷ—：：ｒｃＩＯ．Ｉ■，哭Ｖ一２，５。田‘ｃ‘刀?田２＋Ｃ２，“ｕ一ｍｍｍＯ．ＩｕＦ—ｌ％一ｇｇｉｍｉ哪．■Ｌ—一２ｌ∞ｍｊ＝Ｃ３＝＝Ｃ２５ＯＤｌ一ｎＩ函ｌｌ。＝｛圖４．１電源模塊原理圖基于Ａ剛的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)４．２ＡＲＭ微控制器模塊微控制器（ＭＣＵ）是系統(tǒng)的核心，也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，適當(dāng)?shù)奈⒖刂破鞯倪x取，不僅能夠大大提高系統(tǒng)性能，還能夠最大程度上保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。現(xiàn)在市面上的ＭＣＵ種類繁多，價(jià)格和性能也是千差萬別，ＭＣＵ的范圍包括了從成本低于２０美分的非常簡(jiǎn)單的家庭應(yīng)用型ＭＣＵ到２０美元的控制工業(yè)機(jī)械主要器件的３２位ＭＣＵ，分辨出哪種才是適合系統(tǒng)應(yīng)用的ＭＣＵ是一個(gè)關(guān)鍵的問題。選擇一款Ｍｃｕ時(shí)，我們需要考慮的因素有以下幾個(gè)方面【３２】：第一，ＭＣＵ的電源范圍、工作頻率。ＭＣＵ對(duì)電源的要求需要與系統(tǒng)中其它大部分部件對(duì)電源的要求一致；第二，ＭＣＵ的Ｉ／Ｏ口、定時(shí)器、中斷等資源數(shù)目。需要滿足系統(tǒng)的要求，避免資源的浪費(fèi)；第三，ＭＣＵ的吞吐量。符合ＭＣＵ對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行控制時(shí)的處理能力；第四，ＭＣＵ的極限性能。能夠在系統(tǒng)可能處于的極限工作環(huán)境中正常運(yùn)行，如低溫或高溫環(huán)境；第五，ＭＣＵ的抗干擾性能、加密性能、程序?qū)懭敕绞降?；第六，ＭＣＵ的市?chǎng)價(jià)格。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中需要嚴(yán)格的控制產(chǎn)品成本，固價(jià)格也是ＭＣＵ選取中的重要一點(diǎn)，需要選取具有高性價(jià)比的ＭＣＵ芯片。綜合考慮以上因素及本系統(tǒng)對(duì)控制器的要求，我們選用了ＮｘＰ的ＡＲＭ７微處理器ＬＰＣ２１２４作為系統(tǒng)的微控制器。ＬＰＣ２１２４是ＰＨＩＬＩＰＳ公司生產(chǎn)的單片３２位ＡＲＭ微控制器，是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的１６／３２位ＡＲＭ７ＴＤＭＩ．ＳＣＰＵ，并帶有２５６ＫＢ的嵌入的高速ＦＬＡＳＨ存儲(chǔ)器。ＬＰｃ２１２４具有非常小的６４腳封裝、極低的功耗、多個(gè)３２位定時(shí)器、４路１０位ＡＤＣ、ＰＷＭ輸出、４６個(gè)ＧＰＩｏ以及多達(dá)９個(gè)外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和電子收款機(jī)（ＰｏＳ）。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟件調(diào)制解調(diào)器以及其它各種類型的應(yīng)用。ＬＰＣ２１２４特性如下【３３】：（１）１６／３２位ＡＲＭ７ＴＤＭＩ．Ｓ核，超小ＬＱＦＰ６４封裝；（２）１６ｋＢ片內(nèi)ＳＲＡＭ；（３）２５６ｋＢ片內(nèi)Ｆ１ａｓｈ程序存儲(chǔ)器，１２８位寬度接口／加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)６０ＭＨｚ工作頻率：（４）可加密。全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)可加密的ＡＲＭ微控制器；（５）通過片內(nèi)ｂｏｏｔ裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ＩｓＰ）和在應(yīng)用編程（ＩＡＰ）。（６）５１２字節(jié)行編程時(shí)間為１ｍｓ。單扇區(qū)或整片擦除時(shí)間為４００ｍｓ；（７）ＥｍｂｅｄｄｅｄＩＣＥ可實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)和觀察點(diǎn)。當(dāng)使用片內(nèi)ＲｅａｌＭｏｎｉｔｏｒ軟件對(duì)前臺(tái)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，中斷服務(wù)程序可繼續(xù)運(yùn)行；（８）嵌入式跟蹤宏單元（ＥＴＭ）支持對(duì)執(zhí)行代碼無干擾的高速實(shí)時(shí)跟蹤；碩士學(xué)位論文（９）４路１０位刖Ｄ轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間低至２．４４“ｓ；（１０）２個(gè)３２位定時(shí)器（帶４路捕獲和４路比較通道）、ＰｗＭ單元（６路輸出）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門狗；（１１）多個(gè)串行接口，包括２個(gè)１６Ｃ５５０工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ｕＡＲＴ、高速１２Ｃ接口（４００ｋＨｚ）和２個(gè)ＳＰＩ接口；（１２）通過片內(nèi)ＰＬＬ可實(shí)現(xiàn)最大為６０ＭＨｚ的ＣＰｕ操作頻率；（１３）向量中斷控制器?？膳渲脙?yōu)先級(jí)和向量地址；（１４）多達(dá)４６個(gè)通用Ｉ／ｏ口（可承受５ｖ電壓），９個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳；（１５）片內(nèi)晶振頻率范圍：１０一２５ＭＨｚ；（１６）２個(gè)低功耗模式：空閑和掉電；（１７）通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒；（１８）雙電源一ＣＰＵ操作電壓范圍：１．６５～１．９５Ｖ（１．８Ｖ士Ｏ．１５Ｖ）；一Ｉ／Ｏ操作電壓范圍：３．Ｏ～３．６Ｖ（３．ＯＶ士１０％）ｏ。可承受５Ｖ電壓。ＬＰＣ２１２４具有的１６Ｋ靜態(tài)ＲＡＭ，可以用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，支持８位、１６位和３２為訪問。ＬＰＣ２１２４集成的一個(gè)２５６Ｋ的ＦＬＡＳＨ存儲(chǔ)器，可以用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。對(duì)ＦＬＡＳＨ存儲(chǔ)器的編程可以通過幾種方法來實(shí)現(xiàn)：（１）通過ＪＴＡＧ接口；（２）通過ＩＳＰ和ＵＲＡＴＯ；（３）通過在線應(yīng)用編程（ＩＡＰ）。作為整板的主控制器，ＬＰｃ２１２４是整個(gè)電路系統(tǒng)的核心，以ＬＰＣ２１２４為核心的中央處理器模塊設(shè)計(jì)則是決定整個(gè)硬件電路成敗的關(guān)鍵，ＡＲＭ微控制器模塊設(shè)計(jì)主要包括電源、時(shí)鐘及復(fù)位電路、調(diào)試與測(cè)試接口及ＡＲＭ芯片接口電路四大部分。電源部分在上節(jié)已作了詳細(xì)的介紹，下面將針對(duì)后三部分進(jìn)行重點(diǎn)討論。４．２．１時(shí)鐘及復(fù)位電路目前所有的微處理器均為時(shí)序電路，需要一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)才能工作。ＬＰＣ２０００系列ＡＲＭ７微控制器可使用外部晶振或外部時(shí)鐘源，內(nèi)部ＰＬＬ電路可調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘，使系統(tǒng)運(yùn)行速度更快。本電路中，ＬＰＣ２１２４使用微控制器內(nèi)部的晶體振蕩器設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，采用外部１１．０５９２ＭＨｚ晶振做為振蕩源，用１Ｍ電阻并接到晶振兩端，使系統(tǒng)更容易起振。用１１．０５９２ＭＨｚ晶振的原因是使串口波特率更精確，同時(shí)能夠支持ＬＰｃ２１２４內(nèi)部的ＰＬＬ功能和ＩＳＰ功能。另外，微控制器在上電時(shí)的狀態(tài)并不確定，這將造成微控制器不能正確的工作，為了解決這個(gè)問題，所有微控制器均需要一個(gè)復(fù)位邏輯，負(fù)責(zé)將微處理器初始化為某個(gè)確定的狀態(tài)。一些微處理器在上電時(shí)自身會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，但大多數(shù)微控制器需要外部輸入這個(gè)信號(hào)，本終端微處理器ＬＰＣ２１２４即屬于后者。由于這基于ＡＲＭ的智能公交車載終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)一信號(hào)對(duì)微控制器的正常工作有重大的影響，本板采用了專用微處理器電源監(jiān)控芯片，以提高系統(tǒng)的可靠性。針對(duì)ＬＰＣ２１２４來說，Ｉ／ｏ口供電電壓范圍為３．Ｏ～３．６Ｖ，故復(fù)位門檻選擇為２．９３Ｖ，復(fù)位芯片選用ＳＩＰＥＸ公司的ＳＰ７０８Ｓ。該芯片屬于微處理器岬監(jiān)控器件，其集成有眾多組件，可監(jiān)測(cè)ｐＰ及數(shù)字系統(tǒng)中的供電及電池的工作情況，該芯片可以有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性及工作效率。它包含一個(gè)看門狗定時(shí)器，一個(gè)肛Ｐ復(fù)位模塊，一個(gè)供電失敗比較器，及一個(gè)手動(dòng)復(fù)位輸出模塊【３４１，適用于３Ｖ或３．３ｖ環(huán)境，如計(jì)算機(jī)、汽車系統(tǒng)控制器及其他一些智能產(chǎn)品，對(duì)于對(duì)電源供電要求嚴(yán)格的系統(tǒng)，是一款非常理想的選擇。本系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)成用戶重啟的按鈕控制。ＳＰ７０８Ｓ發(fā)出ＲＥＳＥＴ信號(hào)送給ｃＰＵ的ＲＥＳＥＴ引腳和ＪＡＴＧ接口電路的復(fù)位腳。當(dāng)復(fù)位按鍵ＲｓＴ按下時(shí)，ＳＰ７０８Ｓ立即輸出復(fù)位信號(hào)使系統(tǒng)復(fù)位，平時(shí)ＳＰ７０８Ｓ的ＲｓＴ輸出高電平，系統(tǒng)正常運(yùn)行或進(jìn)行ＪＴＡＧ仿真調(diào)試。硬件設(shè)計(jì)原理如圖４．２所示。圖４．２復(fù)位及晶振電路原理圖碩士學(xué)位論文４．２．２調(diào)試與測(cè)試接口調(diào)試與測(cè)試接口不是系統(tǒng)運(yùn)行必需的，但現(xiàn)代系統(tǒng)越來越強(qiáng)調(diào)可測(cè)性，調(diào)試、測(cè)試接口的設(shè)計(jì)也越來越受到重視。ＬＰＣ２１２４有一個(gè)內(nèi)置的ＪＴＡＧ調(diào)試接口，通過這個(gè)接口可以控制芯片的運(yùn)行并獲取內(nèi)部信息。在本電路設(shè)計(jì)中，采用了ＡＲＭ公司的標(biāo)準(zhǔn)２０腳ＪＴＡＧ仿真調(diào)試接口，ＪＴＡＧ接口上的信號(hào)ｎＲＳＴ和ｎＴＲＳＴ與復(fù)位電路相連，形成線“與”的關(guān)系，達(dá)到共同復(fù)位的目的。在ＲＴＣＫ引腳接一個(gè)４．７Ｋ下拉電阻，使系統(tǒng)復(fù)位后ＬＰＣ