基于GPS的公交自动报站系统设计毕业设计 精品.docx
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基于GPS的公交自动报站系统设计毕业设计精品
基于GPS的公交自动报站系统设计
摘要
公共车辆作为广大市民出行的主要工具，是城市肌体的动脉，交通系统虽然日益发展，但目前的智能交通系统大都用于商业运营车，尚未成功地应用于公交车辆，传统的公交系统依然占主要市场。
本论文研究并设计了一种基于GPS（GlobalPositioningSystem）定位的智能公交服务系统。
车辆利用GPS技术得到自身的定位信息来触发车载终端进行自动报站等服务，它取代了传统的人工按键报站的方式，并将这些定位信息通过GPRS传与调度中心并保持实时的联系，完成向调度中心汇报位置和车辆状况信息，接收和响应中心下发的命令。
调度中心再将定位信息分发给相应的电子站牌，电子站牌接到信息及时更新其显示信息，从而实现完整的自动化服务，它与广大驾驶员及乘客的生活息息相关。
首先智能公交服务系统是以GPS定位技术作基础来实现自动定位，从而实现智能自动化服务，本文详细介绍了GPS的定位原理等基础知识，但由于GPS定位受到一些地理环境等因素的影响，GPS有时会发生丢失，研究了一些补偿的方法。
然后对车载终端的硬件与软件进行了研究与设计。
它以C51微处理器为核心进行设计。
介绍了重要模块的硬件功能，阐述了选用器件的原则及本系统选用的重要器件，对单片机控制系统作了详细的电路设计。
软件设计采用C语言编程，根据实际的需要分析了系统的功能，介绍了主程序、重要模块及中断程序的设计，考虑了当自动报站失效时的传统按键报站方式，而且系统实现了机器自我学习的功能。
最终完成了系统的调试及安装，实现了软件平台，其操作方便。
关键词：
GPS定位/单片机/报站/触发
GPSBASEDBUS-STOPAUTO-ANNOUNCESYSTEM
ABSTRACT
ThetransportationsysteminChinaisexperiencingrapiddevelopment．EventheIntelligentAutomaticTransportationSystemhasbeenappliedincommercialtransportationButthepublictransportationsystem.whichplaysamajorpartinthecitytransportationservice，isstillrunninginthetraditionalway．Inthisthesis，anIntelligentPublicTransportationServiceSystembasedonGPS（GlobalPositioningSystem）Technologyisstudiedanddesigned,includingthein-busterminalandelectronicstopboard．Inthesystem,abuslocatesitspositionthroughGPStechnologyandtriggersthein-busterminaltoworkautomatically,forinstance，Inthisway,thesystemcompletesitsworkautomatically．Itcloserelateswiththelifemostofdriversandpassengers．
Firstly,GPStechnologyasthebasisoftoimplementautomaticpositioningandotherintelligentautomaticservices．ThispartintroducesindetailaboutGPSpositioningmechanism，andalsoproposessomecommonwaysofcompensationforthepossiblelosswhenGPSisaffectedbygeographiccircumstancefactors.
Secondly,thestudyanddesignofthehardwareandthesoftwareofin-busterminalinIPTSS．keymoduleandInterruptprogram，whichkeepstraditionalkeystrokestopReportingincasetheautomaticstopreportingsystemfailstowork,andthedesignofthesystemwhichbearsthecapacityofself-learning．
Thefinalcompletionofthecommissioningandinstallationofthesystemtoachieveasoftwareplatform,it’seasytooperate.
KEYWORDS：
GPSpositioning,SCM,newsstation,trigger.
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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涉密论文按学校规定处理。
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1.引言
1.1课题研究的背景及形成
公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，而公共汽车的报站直接影响服务的质量。
近些年随着公交系统的发展，公交报站系统成为公交车辆不可或缺的组成部分，但是传统的手动报站系统却有着诸多的弊病。
如：
按键会加重驾驶员的负担，分散驾驶员的注意力，为安全驾驶留下隐患；公交司机会存在误报，漏报甚至是不报的情况，给乘客尤其是外地游客带来不便，于是一种基于GPS的公交自动报站系统应运而生。
现代化公交企业需要现代化管理，近年来，国内公交企业积极引进和导入现代科学管理方法和手段。
并重点以信息化建设为切入点，加大投资力度，智能化公共交通管理体系正在积极构建和试运行。
建设公交车自动报站系统的运行显示系统、多媒体综合查询系统、乘客服务信息系统，使广大乘客能够方便了解公交车信息，充分运用信息技术，建立电脑营运管理系统和连接各站点的智能终端信息网络，加强对运营车辆的指挥调度，提高运营效率。
智能的公交车报站系统与人民群众的生产生活息息相关。
优先发展城市公共交通是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段，优先发展城市公共交通的前提是要拥有良好的公交车报站系统，为大家的出行有良好的保障。
而“公交优先”离不开全社会，尤其是公交企业信息化管理的推进，是推动中国城市公交事业的进一步发展的关键。
利用GPS全球定位系统实现公交车自动报站是近几年的一个热门话题。
目前国内只有几个前沿城市实现了利用GPS自动报站系统，许多中小城市的公交车仍然是传统的人工自动报站，由于现有的GPS自动报站成本较高，难以在短时间在我国中小城市中得到应用和推广。
因此，在中小城市中，公交车对地成本的GPS自动报站系统有强烈的需求。
针对我国中小城市的需求，我们设计了一种基于GPS定位的公交车报站系统，该系统具有准确，体积小，功耗低和成本低等特点同时还具有U盘功能，如果公交车林好似改变云影路线或者更换一些语音广告信息，公交车管理人员可以通过USB接口，方便，快捷地下载更新语音信息。
1.2报站器的动态发展趋势
公共汽车行驶在现代文明程度高的市区，它是一道流动的风景线，因而对整车外形乃至色彩都有更高的要求。
作为公共汽车还要求有醒目和减少乘务人员劳动强度的电子报站器，电子显示路牌，无人售票装置，前后电视监视系统等新技术的采用也将越来越普及，公交车报站器在公交事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公交车的服务质量。
目前公交车报站方式的一种是利用GPS全球卫星定位系统的公交车报站系统。
在司机操作台上，安装了一台15英寸的液晶电视和GPS信号接收器，安装了这套设备后，公交车在语音报站的同时，通过液晶电视还可以显示到站站名的字幕，这样如果没听清报站的话，通过显示屏，乘客也可以一目了然。
当出现紧急情况时，调度中心将会给公交车发出相应的信息，以短信的形式传送到显示屏上，同时车载台会发出相应的提示音；驾驶员也可以通过相应的工具进行回复。
目前在美国部分城市GPS卫星定位系统已经投入使用，国内也有此类产品的研制开发，其功能强大，系统稳定，但其投资昂贵。
城市公共交通是市民出行的主要交通工具，给大家提供舒适、安全、便捷的乘车环境，对于公交企业来说，不仅是应尽的责任，亦是不断追求的目标。
1.3设计的主要目标
本课题要求设计一公交车自动报站系统，以实现公交车的语音自动报站，即在进站、出站时候自动播报语音提示信息及服务用语，同时利用LED点阵电路进行汉字显示。
本设计要求利用AT89C51作为主控芯片完成主控电路的设计，辅助电路要求包括语音电路、汉字点阵显示电路、电源电路。
2整体方案介绍
2.1基于GPS定位的公交车自动报站系统的原理概述
车载卫星定位系统，属于智能交通系统的分支，在智能交通系统这一庞大的体系中，占有极其重要的位置。
作为整个智能交通系统的基础，车载卫星定位系统的主要目的就是找出特定车辆在特定时间的位置。
2-1公交车GPS自动报站系统原理图
通过GPS接收机接收GPS工作卫星的导航星系，从而解算出车辆目前的经纬度等信息，根据GPS的定位数据计算出公交车的事实坐标，而后将其坐标与事先存储与EEPROM中的站台信息（经纬度坐标值，站台序号和站名等）相比较，公交车驶入站点一定距离范围内时，不用人工干预系统就自动进行报站。
根据公交车位置不同LED显示屏显示不同的工艺信息，广告信息和景点信息等。
在离站，到站和拐角点阈值范围内语音提示的同时，在显示屏上显示同类信息，给乘客一种全方位的提示与服务。
公交车自动报站系统与现有的报站的本质区别在于：
现有的报站系统时所有的报站信息存储在司机师傅手边的报站器上，这样使得所有的包崭新的都来源于司机的“手动”操作，司机的工作强度可想而之，而随之而来的报错站，漏报更是给乘客们带来了极大的不方便；而公交车自动报站系统的工作原理时利用全球卫星定位系统（GPS）确定报站位置的经度和纬度信息，将此信息与报站的玉莹信息相匹配来实现自动报站的展评信息。
由于当前的GPS卫星定位系统在商用种一般精度在15M~25M范围内，所以用于公交车的语音报站时完全可以满足准确性要求的。
公交车GPS自动报站系统完全不需要人工参与，到站前，出站后一定距离范围内自动报站出站信息，甚至在转弯时也能自动提前提示乘客扶好站稳，真正实现自动语音报站，驾驶员可以安心驾驶，提高了驾车的安全性，并减少了劳动强度，完全可以忘记自动报站器的存在，采用GPS自动语音报站器后，可以免除检查乘务员是否使用了自动报站器。
公交车在驾驶过程中，经常会遇到诸如堵车或者交通事故而不得不临时更改车路线的情况。
由于现有的报站系统时将报站信息事先存储在公交车内的报站器上面，这样导致报站信息时固定的。
虽然行车路线改变了，但报站信息并没有改变，给不熟悉地理位置的车可带来了极大的不便。
而GPS报站系统解决了这一难题。
前面已经介绍过，GPS系统是公交车内的GPS接收机接收GPS工作的导航信息，从而解算出车辆目前的经纬度等信息，而后将坐标与事先存储与EEPROM中的站台信息相比较，公交车驶入一定距离范围内时，不用人工干预系统自动报站。
这样的优势在于报站信息不是固定的，只要将装有GPS接收机，只要这个车站的展台信息已经存储在车载终端，那么当这辆公交车驶入这个车站的经纬度范围内没转悠GPS接收机，只要这个站台的范围内就可以自动播报这个站台的信息，这样即使行车路线改变了，但是报站信息也随之得到了正确的改变，不仅增加了公交车的应变性，还给乘客们带来了最人性化的服务。
GPS自动报站器能记录每时每刻的公交车运行时间和位置信息，能非常容易地满足对于某些广告需要在指定的地点和时间播报的需求。
利用GPS自动语音报站具有的记录时间和位置信息的功能，可以记录驾驶员上岗时间，出站时间，下岗时间，行驶到各个站点的时间，行驶里程，速度等信息。
可以非常方便的对车辆和人员的管理工作中。
为了攻之公交车到达指定站点的时间和车距，采用GPS自动报站器后，可以自动记录和汇总，形成管理报表，简化了管理流程，降低了管路成本。
GPS自动语音报站器，在自动报站的同时输出文字信息到车载显示屏，使乘客不仅能听到报站信息还能看到报站信息，极大的提高了乘客乘车的满意度。
总之：
公交车采用GPS自动语音报站器，将给管理部门，驾驶员和乘客，广告运营商等方面带来了极大的便利，它是国家大力提倡发展智能交通的一个重要组成部分，GPS自动报站器时和中国移动的GPRS无线数据交换网络结合，就可以形成智能公交车调度指挥系统，将大大提高公交公司的运营管理能力，将有效地解决市民的交通出行问题降低城市交通拥挤和汽车尾气污染，这是采用先进的全球卫星定位技术与计算机控制技术相结合的高科技产品，是科技进步的结果，时科技带给人们的便利。
它必将是未来公交车形同的选择
2.2GPS系统的定位原理与基础
2.2.1GPS概述
GPS是GlobalpositioningSystemde的简称，即全球卫星定位系统。
目前除美国外，还有俄罗斯、欧盟全球定位系统，而我们通常意义上的GPS是指美国全球卫星定位系统。
它通过接受美国发射的２４颗卫星中任意３颗以上卫星所发射的导航信号，可以在任何地点、任何时候准确地测量到物体瞬时的位置，确切地说是物体的经纬度、高度、速度等位置信息。
GPS最初只是运用于军事领域。
目前GPS已被广泛应用于交通行业，它利用GPS的定位技术结合无线通信技术（GSM或CDMA）、地理信息管理系统（GIS）等高新技术，实现对车辆的监控，经过GSM网络的数字通道，将信号输送到车辆监控中心，监控中心通过差分技术换算位置信息，然后通过GIS将位置信号用地图语言显示出来，最终可通过服务中心实现车辆的定位导航、防盗反劫、服务救援、远程监控、轨迹记录等功能。
（1）智能公交服务系统与GPS的关系
载终端的CPU读取经配置存储于EEPROM中的站台信息（经纬度坐标值、站台序号和站名等），同时接收GPS接收机传过来的位置、时间、速度等即时信息，将有效的GPS信息与站台位置信息进比较、计算，判断车辆的当前位置和到站、出站情况，通过语音和显示向车内乘客报站。
车载终端在工作过程中定时向调度中心发送GPS数据、报告当前位置，根据GPS数据来判断到达站台或离开站台的情况时，向调度中心发送到站或出站消息，调度中心又将其分发给电子站牌，电子站牌接到消息及时响应作出相应的显示服务。
综上所述，车载终端与电子站牌的服务都离不开GPS的定位信息，作出服务响应的依据是GPS信息，传送的数据也包括GPS数据，智能公交服务系统的研究与设计是建立在GPS的基础上展开的。
（2）GPS车辆定位的优点
GPS在各行领域应用十分广泛，比如测量，航空等．它应用于智能公交系统是用来准确定位公交车辆的位置，车辆根据GPS定位数据来进行自动服务。
GPS在车辆定位时的优点有以下几个方面：
具有全球性、连续性、定位精度较高、误差有界、成木较低等优点。
安装相对方便。
虽然GPS的天线安装也有一些技术要求，但其安装是在车上，有充裕的时间，可以随时调整。
实践证明，GPS的天线安装十分简便，用夹子安装在车窗外即可，收到卫星的效果很好，GPS精度可以满足检测要求。
信息量丰富，使用GPS对定位的精度和定位自动化程度的提高十分有利。
GPS不仅提供位置如经度、纬度和高度信、也提供速度、时间等等信息。
有效利用这些信息可以使系统的功能更完善。
利用GPS系统的位置信息定位不存在累计误差、定位精度高。
这样避免人工的里程修正，使系统的操作更加简便。
地面GPS接收设备类型丰富，有各种类型的功能各异的GPS接收机产品，用于测量的、用于导航的等等。
经济实惠，利用这种技术只需要一个GPS接收机便可以了。
缺点：
定位精度依赖于定位卫星的数日，这个数目依赖于地理环境
2.2.2GPS组成
GPS由三个独立的部分组成：
●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
2-2GPS系统
2.3全球卫星定位的基本原理
2.3.1GPS定位的基本概念
定位就是确定信息、事物、目标发生的时间和空间位置。
因此，定位之前必须先要确定时问参考点和位置参考点，这也就是要建立时间参考坐标系统和位置参考坐标系统。
时间与空间参考坐标系统的建立，一直就是测绘界和天文界最前沿的理论与技术研究方向，目前仍然在不断发展之中。
在时间和坐标系系统建立的基础上，然后再探讨如何在某个参考系统内确定事件、信息、耳标的具体位置和时间。
本装置的定位系统使用GPS接受机进行自主定位，GPS接收模块接受GPS卫星发送的定位数据，将GPS信号的数据流提取出来，经过字符串操作就可以分别找出GPS信号中的经纬度以及相应的格林威治时间等定位信息（该时间加上8小时即为我国的标准时）。
在实际开发中，GPS接收机根据从三颗以上卫星发来的数据计算出自身所处的位置，完成定位。
2-3三颗卫星定位的状态
GPS定位的基本原理是通过不问断的接收卫星发送自身的星历参数和时同信息，把高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息．
GPS定位的基本几何原理为三球交会原理：
如果用户到卫星S1的真实距离为Rl，那么用户的位置必定在以Sl为球心，Rl为半径的球面Cl上；同样，若用户到卫星S2的真实距离为R2，那么，用户的位置也必定在以s2为球心，R2为半径的另一球C2上，用户的位置既在球Cl上。
又在球C2上，那它必定处在Cl和C2这两球面的交线Ll上。
类似地，如果再有一个以卫星S3为球心，R3为半径的球C3，那用户的位置也必定在C2和C3这两个球面的交线L2上．用户的位置既在交线L1上，又会在交线L2上，它必定在交线Ll和L2的交点上。
GPS系统定位的代数原理如上图所示。
用户接收机与卫星之闻的距离为R，坐标组合（xl,yl，zl），（x2，y2，z2）和（x3，y3，z3）是三颗卫星的已知位置，可得以下代数方程式：
上式中c表示电磁波传播速度：
△t是未知数。
其中（x1，yl，z1），（x2，y2，z2），（x3，y3，z3）和（X4，y4，Z4）是卫星的已知位置；只要接收机能测出距颗卫星的伪距，便有四个这样的方程，把它们联立起来，便可以解出四个未知量x，Y，Z和At，即能求出接收机的位簧和准确的时间。
当用户不运动时，由于卫星在运动，在接收机的卫星信号中会有多普勒频移。
这个频移的大小和正负是可以根据卫星的星历和时间，以及用户本身的位置算出来的。
如果用户本身也在运动，则这个多普勒频移便要发生变化，其大小和正负取决于用户的速度与方向。
根据这个变化，用户便可以算出自己的三维运动速度，这就是GPS测速的基本原理。
另一种求解用户速度的方法是：
知道用户在不同时间的三维位置，用三维位置的差除以所经过的时间，求解用户的三维运动速度。
以上定位原理说明：
用GPS技术可以同时实现三维定位与接收机时闻的定时，一般来说，利用C/A码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在5-10m左右，三维综合精度在15-30m左右；利用军用P码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在1-3m左右，三维综合精度在3-6m左右，利用相位观测值进行绝对定位技术比较复杂，目前其实时或准实时各坐标分量的精度在O．1-0．3m左右，事后24小时连续定位三维精度可达2-3cm左右。
在导航型GPS接收机中，多采用伪距定位法。
本系统设计时车辆定位精度为10m。
2.4GPS卫星定位的主要误差来源
一般来说，产生GPS卫星定位的主要来源差按其来源可分为以下三类：
1、与卫星相关的误差
●轨道误差：
目前实时广播星历的轨道三维综合误差可达10—20m。
●卫星钟差：
由广播星历的钟差方程计算出来的卫星钟误差一般可达10—20ms，引起等效距离误差小于6m。
●卫星几何中心与相位中心偏差：
可以事先确定。
2、与接收机相关的误差
●接收机安置误差：
即接收机相位中心与待测物体目标中心的偏差，一般可事先确定。
●接收机时钟差：
接收机时钟与标准的GPS系统时间之差，一般可达10-5—10-6s。
●接收机信道误差；信号经过处理信道时引起的延时和附加的噪声误差。
●多路径误差；接收机周围环境产生信号的反射，构成同一信号的多个路径入射天线相位中心，可以采用抑径板等方法减弱其影响。
●观测量误差：
C/A码伪距偶然误差，约为|-3m，P码伪距偶然误差，约为0.1-0.3m，相位观测值的等效距离误差，约为2mm。
3、与大气传输有关的误差
●电离层误差：
1000km的高空大气被太阳高能粒子轰击后电离，即产生大量自由电子，使GPS信号产生传播延迟，一般白天强夜晚弱，可导致载波天顶方向最大50m左右的延迟量，误差与信号载波频率有关，故可用双频或多频率信号予以显著减弱。
●流层误差：
由于含水汽和干燥空气的大气介质中传播引起的信号传播延时，其影响随卫星高度角、时间季节和地理位置的变化而变化，与信号频率无关，不能用双频载波予以消除，但可用模型削弱。
人们想了很多办法来削弱和消除上述各种误差的影响，比如，针对实时广播星历提供的卫星坐标精度不高的问题，国际上的GPS服务机构IGS提供了事后的GPS卫星的精密星历，其轨道坐标精度达3-5cm。
同时也提供卫星钟差、电离层延迟的精密事后修正数据，利用这些数据，人们可以进行多种精
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