毕业设计（论文）-基于网络的公交车无线管理系统.pdf

- i - 基于网络的公交车无线管理系统 摘要 基于网络的公交车无线管理系统 摘要 随着移动通信技术的不断发展，短消息通信作为 gsm 系统中一种基本的通 信方式，正进入快速增长的时期，利用移动通讯技术实现远程数据传输与控制 具有很高的理论研究价值和广阔的应用前景。 智能公交系统的实现关键在于车辆和监控中心之间的实时通信，这就需要 建立完善的公交信息通信系统。本文建立了一个基于 gsm 短信息通信的公交车 远程数据传输系统，主要包括车载系统和公交监控中心系统两部分，目的是实 现公交车和监控中心间的实时通信。车载系统采用 at89c52 单片机做主控芯 片，通过向 gsm 模块发送 at 指令完成数据信息发送，并能接收监控中心的故 障处理信息。并在车载终端控制键盘及液晶 lcd 显示，从而掌握公交车整体运 营情况，为公交车的合理有效的调度提供可靠的依据，提高公交运营效益也方 便市民的出行。最后，通过软硬件设计和调试实验，验证了系统的合理性及可 行性，为智能公交的实现奠定了技术基础。 关键词短信息通信；at 指令；键盘 ；关键词短信息通信；at 指令；键盘 ； 哈尔滨理工大学学士学位论文 - ii - bus-based wireless network management system abstract with the fast development of mobile telecommunication technology, short message service as the basic communication means of the gsm system is stepping up into a period of fast growth. using mobile telecommunication technology to implement remote date transmission and control has high research value in theory and unlimited application prospect. the immediately communication between the bus system and the bus monitor center is the key to the achievement of its , so a perfect communication system for its is needed. in this paper, remote wireless data transmission system based on gsm short message service which consists of the bus system and the bus monitor center is built, aiming at realizing the immediately communications between the bus monitor center. the bus system uses at89c52 as the control chip, it sends at command to gsm module in order to complete the sending of data and failure information, and receives the failure handing information .it provides reliable evidences for the adjustment of the bus and improves the benefit foe the operators and provides convenient for citizens. finally, according to the rationality and feability , which lays a technologicalfoundationfor the realization of its. keywordsshort message ； at command ；keyboard ； 哈尔滨理工大学学士学位论文 - iii - 目录目录 摘要. i abstract.ii 第 1 章 绪论.1 1.1 课题背景.1 1.2 无线通信实现方法比较.2 1.3 智能公交信息与通信系统.4 1.4 国内外状况与应用前景.4 1.5 本章小结5 第 2 章 总体方案设计.6 2.1 车载系统数据采集模块设计.8 2.2 公交车车载终端系统主控模块设计.9 2.3 基于 gsm 的公交车管理系统10 2.4 监控调度中心.11 2.5 本章小结.11 第 3 章 车载终端系统硬件部分设计.12 3.1 单片机的选择12 3.2 tc35 模块介绍.13 3.2.1 tc35 与单片机的接线14 3.2.2 max232 芯片. 15 3.3 键盘的设计.15 3.2.3 8155 的结构及引脚.15 3.2.4 键盘接口的电路设计.16 3.2.5 键盘控制.16 3.4 显示器 lcd18 3.5a/d 转换（adc0809）.19 3.3 本章小结21 第 4 章 监控中心系统硬件部分设计及分析.22 4.1 接口电路的设计22 4.2 电源电路设计.23 4.3 本章小结23 第 5 章 系统软件部分设计及分析.24 5.1 车载系统主程序设计.24 5.2 tc35 模块.25 5.2.1 tc35 模块初始化流程25 5.2.2 单片机对 tc35 模块的控制及通信.26 哈尔滨理工大学学士学位论文 - iv - 5.2.3 监控中心短消息收发和存储28 5.3 公交车上管理程序流程.29 5.4 本章小结.32 第 6 章 全文总结与展望.33 6.1 全文总结33 6.2 展望.34 结论.35 致谢.36 参考文献.37 附录 a.38 附录 b.39 附录 c.46 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 第第 1 章 绪论章 绪论 1.1 课题背景课题背景 面对当今世界全球化、信息化发展趋势，传统的交通技术和手段己不适应 经济社会发展的要求。公共交通不仅在经济上为人类发展做出贡献，为人类的 生命提供一定成的保障(可以每年降低六千人的交通死亡率)，同时在环境上也大 有裨益，极大降低空气中主要污染物的排放量。交通事业的发展势在必行。智 能交通系统(以下简称 its)是交通事业发展的必然选择，它是建立在网络化信息 通信技术的基础之上，以实现交通管理的最佳化和道路的有效利用为手段，提 高行车的安全性、舒适性以及道路的运输效率。its 是交通事业的一场革命， 其通过将先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感技术等方式呈现，从而 达到实时、准确、高效、安全、节能的标准，以更好的便算机技术和系统综合 技术有效的集成与应用，使人、车、路之间的相互作用关系以新的利居民出 行。公交 its 是城市工 its 的一个重要组成部分，在公交优先的背景下，公交 对缓解城市交通拥堵的作用将越来越重要。公交 its 可以改善公交乘客的乘车 信息服务，改善公交公司运营调度与企业管理。所谓公交 its 即我们依靠现代 科技改造传统公交运行管理方式，建立起先进的公交信息系统。对全市公交车 采用统一信息平台对它们进行实时监控、跟踪、调度、自动采集和处理营运数 据，使过去的静态调度为动态调度，使被动式车辆管理变为多功能、实时的智 能化管理；防止车辆被盗、抢劫，打击犯罪，树立城市交通行业的品牌，塑造 城市形象1。 城市交通，公交先行。智能公交系统是智能交通系统的重要研究内容，作 为现代城市交通研究的一种主要发展方向，构建与实施城市公交客车智能化系 统是解决城市交通拥堵、交通事故频发、交通环境恶化、环境污染严重和能源 短缺的一项有效途径。它将先进的信息技术包括数据通信、计算树、传感器技 术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效且综合地运用于城市公交指挥控 制、公交运营管理、综合业务通信、乘客信息系统、动态信息发布、远程图文 信息发布、网上交通信息查询、多媒体数据传输等系统之上。构建城市公交客 车智能化系统是城市公交事业的必要配置和必然选择，可使公交车辆运行有 序、平稳、高效、协调，实现资源的合理配置，提高公交系统总体服务水平和 经济效益、社会效益。智能公交系统能在多个方面实现智能化，其相关技术的 发展及其重要。 作为智能公交的核心技术支持通信技术，它可以充分利用无线通信专网低 频段和低成本，实现公交企业运营数据的实时采集、快速传输，以及无线通信 系统车载智能终端设备及控制系统的实时通信，使公交企业能够充分利用无线 通信系统采集和传输的车辆运营数据进行车辆控制和车辆运营管理，还可以实 现数据和话音双重传输功能。真正实现现代城市公交的客流管理智能化、运营 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 6 - 控制智能化、安全管理智能化、驾驶员管理智能化、车辆管理智能化、计划制 定智能化、运营排班智能化、信息查询智能化、统计分析智能化，从而为城市 交通问题提供一个良好的解决范例。 智能公交系统的无线通信网络在工作时涉及到各个通信网的制式、频段以 及信令格式各不相同，要实现不同通信网的互联互通，必须要求车载信号处理 器、中心控制器和电子站牌准确的处理来自各个通信网络的信号。因此，车载 信号处理和中心网络控制技术是智能公交系统中无线通信技术的关键。智能公 交的无线网络通信系统主要是实现车辆、监控中心和电子站牌之间的数据信息 的通信，保证监控中心和车辆之间的联系，以及向乘客信息服务系统发布信息 等。其系统结构示意图如图 1-1 所示。本文所要解决的问题是监控中心和车辆 之间的通信问题，为公交系统的智能化奠定技术基础。 图 1-1系统结构 1.2 无线通信实现方法比较无线通信实现方法比较 目前无线通信总体概括主要有两种：一种通信是双方直接发送和接收对方 的信号，如对讲机、军用设备等；一种是通信双方间接通信，如现在最流行的 gsm 网络。有些公司和科研单位己经从事远程监控系统产品的研究和应用，特 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 7 - 别是与 gps 相关的应用已经有了比较成熟的产品问世。 1大区制常规无线电台(异频单工电台)通信系统 根据我国国家无线电管理委员会分配给我国的陆地移动通信频率范围以及 各种其他因素的综合考虑，真正适合当前作陆地移动通信的有 150mhz， 230mhz(数据传输用)，350mhz，450mhz 和 900mhs 几个工作频段，其中 350mhs 频段划归公安部门作公安专用，900mhs 作为 gsm 公用移动通信频 段，因此，实际留给常规无线电台可用的频率资源非常有限。由于移动通信业 务的迅速发展，频率资源非常紧张，一般的部门要申请专用频点相当困难，而 且由于管理不到位，有些地方申请到的频点亦因干扰太严重而不能很好地工 作。 2集群电台通信系统 集群系统是移动通信专用网，它采用大区联网方式工作。集群系统的主要 优点是共用频率资源，共享覆盖区，共同分担建网费用。由于采用大区联网方 式，因而可得到较宽的业务覆盖区。集群系统的控制方式可分为分散式控制信 道方式和集中式控制信道方式，但无论那种方式，都需一定的入网接续时间， 一般约 0.5 秒或更多。集群系统比较适用于已经建有集群通信网，且冗余频率 资源比较多，业务覆盖区域要求比较大的 gps 定位管理系统，并且此种传输系 统的成本亦要比常规无线电台传输方式高得多。 3gsm 全球移动通信系统 gsm(global system mobile communication)是目前基于时分多址技术的移动 通信体制中最成熟、最完善、应用最广、最流行的一种移动通讯系统，是我国 公众陆地移动通信网的主要方式。主要有话音业务、数据业务和短消息业务 等。由于 gsm 数字公众移动通信网覆盖范围特别广(全国)，系统可靠性高(由于 gsm 网络本身具备完整数据校验错包重发机制)，控制中心站建站方便(不需建 高的铁塔)等优点，它受到许多用户的青睐。 gsm 通信服务系统根据数据传输方式的不同，可采用短信和 gpsr 两种方 式。就短信服务来说，由于短信服务是 gsm 中唯一不要求建立端对端路径的业 务，这为利用短信服务传输数据信息提供了良好的条件；gprs 服务模式的优 点是数据传输速率可高达 115kbit/s；其链路建立时间非常短，可小于 15；按流 量进行计费，通信成本低，数据处理能力强，安全性高。但该服务模式网络开 销较大，需自建路由器，申请专用 pi 地址，安装 radius 用作认证 gprs 接入: 若从安全性考虑采用 ddn 专线方式，还存在租用电路开销。所以该系统中采用 gsm 短消息进行数据信息的传输。利用 gsm 短信息系统进行无线通信还具有 双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送提供了一个强大的支持平台。 4短波电台通信方式对于在丘陵、山区或 gsm 网络未能覆盖的偏远地 方，用短波电台传输 gps 信息也许是一种较好的选择。由于短波通信存在严重 的 电 波 衰 落 现 象 ， 因 而 它 的 允 许 传 输 速 率 较 低 ， 一 般 可 用 的 范 围是 300600bps，较超短波段电台的 24009600bps 要小得多2。因而每个频点内允 许使用的车辆数较少。短波通信的优点是可以利用天线，因而可传输 到 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 8 - 10002000km 或更远的地方，但是 60100km 范围是它的盲区。 基于以上比较，考虑到设计的成本以及稳定性问题，本设计中采用的是 gsm 全球移动通信系统。对比 gsm 通信服务系统的以上两种传输方式，因为 系统中对于信息的传输速度要求不是很高而且传输的信息量也不很大，而且利 用 gsm 短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程 数据传送提供了一个强大的支持平台。所以只需采用短消息的形式即能满足系 统要求。 gsm 短消息业务分为两种：点短消息和短消息小区广播业务。目前短消息 小区广播业务还没有完全开放，点对点短消息业务能够使 gsm 网络的用户可以 接收或发送有限长度(不超过 140 个字节)的数字或文字信息，本系统就采用点对 点短消息业务完成公交系统中的数据通信。 1.3 智能公交信息与通信系统智能公交信息与通信系统 智能公交系统是将公交运行时的各种信息进行快捷、准确合理的处理，从 而为公交的运行提供更合理的依据。在一定程度上智能公交就可以看作是一个 信息化系统，它是一个由各子系统互联互通，全面整合而共同构成的一个复杂 大系统。这些子系统由不同部门建设管理，分处不同的位置，运行机制不尽相 同。只有将这些子系统有效地集成和运用，才可能全面实现信息化系统的全部 作用，信息化系统的整体效益才能得以充分发挥。 图 1-2通信系统结构 智能公交系统需要对公交运行时的各种信息进行实时传输、处理和反馈， 这就构成了智能公交信息系统，主要包括以下几个方面，其结构如图 1-2 所 示。如何获取这些信息，以及如何将它及时的反馈到公交监控中心，这是实现 智能公交的前提。 1.4 国内外状况与应用前景国内外状况与应用前景 智能交通系统是交通事业发展的必然选择，是交通事业的一场革命。它是 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 9 - 在关键基础理论模型研究的前提下，把先进的信息技术、数据通信技术、电子 控制技术及计算机处理技术等有效地综合应用于地面交通的管理体系，从而建 立起一种大范围、全方位发挥作用，实时、准确、高效的交通运输管理系统。 智能运输系统实现了人、车、路的有机结合和协调发展，从而充分体现经济、 社会和生态效益的最大化，实现交通发展的可持续性。 美、欧、日是世界上经济发展水平最高的国家，也是世界上 its 开发应用 最好的国家。从它们发展情况看，its 的发展，已不限于解决交通拥堵、交通 事故、交通污染等问题，也成为缓解能源短缺、培育新兴产业、增强国际竞争 力、提升国家安全的战略措施。 中国 its 起步较晚，与发达国家相比还存在很大差距，如何加快发展并解 决瓶颈问题仍是我国面临的课题。美、欧、日等发达国家，its 发展正处于产 业化形成和大规模应用阶段。从 02 世纪 07 年代末至今，我国交通事业快速发 展。各级交通部门充分发挥“后起国通过技术引进和自主创新，一些先进技术 逐渐在中国部分大城市交通部门得到应用。我国 its 的研究应用起步较晚，但 发展处于蓬勃上升趋势，初步开展 its 规划的研究并在部分城市试点建设。 目前我国 its 重点研究领域是：先进的交通管理系统、交通信息服务系 统、公共交通系统、道路交通系统、车辆控制系统和物流交通系统。对于公共 交通系统的研究，主要模拟解决的问题是公交监控、公交管理和调度、公交信 息服务等。 公共交通是城市交通的重要组成部分，做好公交车的控制对于完善城市交 通环境、改进市民出行情况、提高公交公司的经济和社会效益，具有重要的意 义。提升公交的服务水平，提高其吸引力；准时、快捷、舒适的城市公交;提供 方便快速的换乘服务。提高调度与运营的效率，以智能交通系统为背景，将通 信技术、计算机网络技术、传感器技术、pgs、gis 等高科技手段应用到公交的 使用与运营当中，从而建立舒适高效的智能公交系统，是推动城市公交系统发 展的战略举措。 1.5 本章小结本章小结 本章主要介绍了当今公交车的发展，国内及国外的技术应用，主要通过无 线通信的方法管理公交车网络，通过 gsm 传输是一个比较实用又便宜的技术。 监控调度中心与公交车通过 gsm 构成完整的网络管理系统。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 10 - 第第 2 章 总体方案设计章 总体方案设计 智能公交主要包括以下两个实体子系统：调度中心子系统、车辆子系统。 其中最基本也是最重要的问题就是公交信息的获取，以及这些信息如何快速、 准确地反馈给公交监控中心，为公交车辆的合理调度和管理提供可靠的依据。 所以，建立完善的智能公交通信系统是高效地解决信息处理问题的关键。 本文所涉及的内容是调度中心子系统的通信部分，针对车载系统，监控中 心，之间的无线网络通信以及公交车的管理系统作了深入研究。该系统是基于 gsm 无线网络的远程数据传输系统，所要完成最重要的任务是实现车载系统和 监控中心的通信。其工作过程如下：当公交车到达某一站点，车载数据采集部 分对乘客投币进行识别以及安装的前门压力传感器和后门传感器操作方法，硬 币识别：判断之后如果是真则给单片机一个中断信号使其进行计数统计，如果 是假则进行报等。如果单片机在一定时间内没有收到中断计数信号或是没有报 等信号，说明乘客投币已经完成，车门关闭。这时，单片机把得到的计数数目 放入数据存储器缓冲区，添加必要信息如站点名称、车次序号、线路序号和数 据采集时间等进行打包处理，经过一定编码后通过 tc35 模块以短消息的形式 发送到监控中心：同时，当车载系统发生故障时也以中断的方式进行故障代码 短消息的发送：监控中心可以根据得到的信息合理安排发车间隔时间，做出及 时突发的调度或对故障进行处理等，这些命令信息也可以通过 gsm 无线网络发 送到公交车辆上。司机根据指令控制出发时间、行车速度等，为公交的信息化 和服务水平的提高提供良好的平台。公交监控系统接收通过网络获得的各个公 交车的信息，进行实时监控，并将有关数据进行分析统计，为合理调度提供科 学决策依据。监控中心不仅根据这些实时数据可以对车辆进行合理的控制，还 可以定时或随机对车载系统的工作状态进行查询检测，从而使车辆的运营更加 合理高效，通过对数据库的管理，还可以查询统计某一时间段某一区间的信息 数据，这样就可以更加清楚地了解某一时段某一区间车辆的运营情况。 图 2-1 总设计模块 该系统具有节约建设费用、节约维护费用、节约使用费用、方便实施等优 点，同时，该系统还可以方便地应用在自动售货机、水文监测、加油站税务数 据控制和智能家居系统等方面，兼容性很强。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 11 - 根据以上的设计思想建立的基于 gsm 无线网络的远程数据传输系统总体上 分为三大部分：一是车载系统数据采集与处理，二是车载系统数据的无线传 输，三是监控中心对数据的存储处理以及后续的数据库操作等，本文研究重点 在于第两部分。其中前两部分都属于车载系统设计，后一部分属于监控中心处 理，其总体框架如图 2-1 所示。其中，采集处理并给单片机中断计数信号，单 片机接收中断计数信号进行计数，计数结束后把该数据经过一定的处理通过 gsm 网络以短消息的形式进行数据的无线传输，此外，还可根据需要进行相应 的功能扩展，如公交车报站系统电路、信息显示电路等;监控中心主要用于接收 车载系统信息并进行数据库操作管理等，根据操作结果对车辆进行合理的调 度，同时，还可以监测车载系统工作状态，使其工作更加稳定可靠，从而实现 对车辆的实时监控。 系统中采用 gsm 网络的短消息业务进行信息传输，它是利用信令信道传 输，是 gsm 通信网络特有的，它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目 的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的信宿。并 且，如果传送失败，被叫方没有回答确认消息，网络会保留所传消息，当发现 被叫方能被叫通时消息能被重发，以确保被叫方准确接收。采用短消息传输 后，通信信道的信噪比、误码率等通信的性能指标都可以由 gsm 网络的性能指 标和通信协议得到保证，可以免去很多数据传输过程中的数据校验、检错、纠 错工作，数据通信的可靠性可以得到提高。 1安全行车(违规记录)功能 (1)超速行驶检测与记录：用户可设置各站区间的行车限速及某路口的行车 限速。行车过程中，当车速接近上限时，车载仪器发出声或光报警提示；当车 速突破上限时，车载仪进行超速记录。 (2)行驶中违规开门 (开门行车)检测与记录：车辆在未完全停止情况下的门 开状态，视为违规记录。 (3)非站区停车开门检测与记录：车辆在距离站点的绝对距离大于 50m 以上 时停车开门，视为违规记录。 2事故辅助分析功能 (1)刹车记录：对最近发生的刹车操作进行记录，以备发生事故调用分析。 (2)方向灯记录：对最近发生的方向灯使用进行记录。 (3)最后阶段车速记录：当车速从大于 0 变化到等于 0 时，被认为发生一 次车辆停止行驶，车载仪将对车辆停止行驶前 60s 的车速变化情况进行记录， 以备发生事故时被调用分析。 3运营数据记录功能 (1)行驶里程记录：记录自上次清零后至今的车辆行驶里程。 (2)定点车速记录：记录上次车辆行驶经过线路上某指定位置时的车速。 4自动报站器控制功能 车载端以简易的方式控制自动报站。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 12 - 2.1 车载系统数据采集模块设计车载系统数据采集模块设计 这部分的工作不是本论文的重点内容，因此只对其工作原理进行简要的介 绍。客流采集的设计客流数据为公交企业积累历史数据，优化公交线路规划、 制定行车计划，并且为现场调度提供重要数据支持。客流系统的设计也为利用 本文所介绍的算法生成优化的发车间隔提供有力的支持。解决方案，在车辆的 前后上下门安装压力传感装置，对乘客上下车脚踏压力进行检测，客流处理单 元具有信号处理和客流统计，以及和车载机的通讯功能，在车门关闭后将检测 到地站点客流数据通过 gsm 发送到数据中心。向中心发送的客流数据信息包括: 线路编号，车辆编号，站点信息，上车乘客数量，下车乘客数量，时间信息， 以使公交管理系统更加能够方便安全。 车载系统数据采集部分所要完成的主要任务就是对某站点上车乘客的投币 进行检测，并把检测结果发送到单片机使其进行计数操作。 其工作原理如下： 当公交车到达某一站点，首先，通过本文提出的像素法对乘客的投币进行识 别，经判断如果是真币则给单片机一个中断计数信号，计数器进行计数，如果 是假币，则发出信号。如果在一定时间内未收到中断计数信号和报信号，则认 为该站点乘客上车投币动作己经完成，车门关闭。之后将该计数结果送入数据 存储器，再将其与车载系统固定参数进行组合打包。其中还需要考虑的就是站 点名称的确定，这个问题可以根据公交车的报站系统来解决，当公交出到达某 一站点时，公交司机会通过手动形式使报站系统进行报站，所以可以将报站系 统和车载系统结合起来，当司机按下站点按键进行报站，会给车载系统一个信 号，车载系统接收该信号并把该站站点序号进行存储，然后等待其他信号进行 数据打包处理。 下面简单介绍一下硬币的识别方法：目前硬币识别的方法很多，但一般都 是根据硬币的物理性质进行识别，比如硬币的尺寸、重量、材料等，其响应速 度慢，精度也很低，所以达不到所性能指标要求。本文提出一种新的方法去实 现硬币的识别。像素法其原理是：首先通过 ccd 图像传感器得到硬币表面视频 信号，然后将该视频信号进行预处理，再通过处理取信号中 1 的个数和作为硬 币表面上凸起部分的面积，将该面积与真币反复实验标定后的标准值相比较， 误差在一定范围内的即视为真币，否则视为假币。该过程在实现上有一些关键 技术需要解决，如所要采集的图像是动态的，而且运动瞬间速度较大，这就相 应的对 ccd 图像传感器的动态性能要求很高，只有高速的图像采集才能满足系 统的要求。除此之外，由于外界的干扰较多，尤其是光线千扰，对采集的图像 质量必然造成很大的影响，这就需要对采集图像的环境有一定的要求。可以将 采集环境封闭，以灯光进行辅助，减少外界光线干扰，保证采集环境的稳定 性。由于光线的干扰无法完全克服，这样必然会引起 ccd 输出信号幅值发生变 化，从而导致测量误差，因此在处理中必须使得阈值随 ccd 输出视频信号的幅 值变化，可以利用运算放大器开环放大倍数很大的特点，并配合深度负反馈来 实现峰值的采样与保持，并将输出峰值按适当比例分压后再作为电压比较器的 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 13 - 阈值电平3。这样就省掉了人工调整阈值电平的工作，使电路能够根据外部环 境中光强的变化来自调整，增强了系统的稳定性，同时也保证了结果的可靠 性。 2.2 公交车车载终端系统主控模块设计公交车车载终端系统主控模块设计 数据采集部分完成了对公交实时信息的采集之后需要通过 gsm 模块以短消 息的形式进行无线传输，其中所要完成的任务就是向 gsm 模块发送 at 指令完 成短消息的发送和接收，系统中采用单片机来作为主控芯片。单片机是整个控 制系统的核心器件，从经济实用性方面综合考虑，系统采用 atmel 公司开发 的六 at89c52 单片机作为车载系统的主控部件。at89c52 是一种价格低廉、功 耗低、高性能的 8 位 cmos 微控制器，它内部含有 8kb 快闪可编程/擦除只读 存储器，使用高密度、非易失存储技术制造，芯片上的 eprom 允许在线编程 或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。 gsm(global system for mobile communication)系统是目前基于时分多址技 术的移动通信体制中，技术比较成熟，且应用最广泛的一种系统。目前已建成 的覆盖全国的 gsm 数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。 基于 gsm 的短消息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一 种信息在移动网络上存储和转寄的过程。由于公众 gsm 网络在全球范围内实现 了联网和漫游，建立上述系统不需再组建专用通信网络，所以具有实时传输数 图 2-2 系统 gsm 网络主控制模型 据功能的短消息己经迅速普及。该系统设计的基于 gsm 无线网络的远程数据传 输系统正是借助该网络平台，利用短信息业务实现数据的自动双向传递。系统 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 14 - 模型图如图 2-2 所示。 目前 gsm 模块的种类很多，实现的功能大体相同，但考虑到接口简单，实 现起来容易，系统选用西门子(siemens)公司的 tc35 模块，与其他模块相比，该 模块有许多优点，如接口简单、支持标准 at 指令等，该模块的不足是带负载能 力低，但由于系统中对带负载能力要求很低，所以 tc35 模块满足系统要求， 该模块主要提供无线语音和数据传输功能，外界传输的媒介为 gsm 无线通信网 络。本系统就是利用了模块的数据传输功能，车载主控模块和监控中心依照 tc35 模块的通信协议进行通信，进行短消息的接收和发送，它们之间的通信就 相当于两个手机用户之间的短消息通信。 2.3 基于基于 gsm 的公交车管理系统的公交车管理系统 随着城市公交事业的迅速发展，对公交车报站系统的功能要求进一步提 高。但目前许多公交车报站系统仍仅停留在语音播报上，这给听力不好的乘客 带来不便；而有的公交车报站系统虽然有屏幕显示功能，但其显示器基本上是 采用 led 大屏幕点阵列结构的。led 大屏幕要实现稳定显示需遵循动态扫描规 律,存在着扫描驱动电路较为复杂、信号传输线多、抗干扰性能差等缺点。由于 液晶显示器具有低压微功耗、平板型结构、显示信息量大、易于彩色化、没有 电磁辐射、寿命长等显著优点，为此我们开发了基于单片机控制的公交车到站 语音播报与液晶显示控制系统。该系统具有体积小、重量轻、功能完善、操作 方便、可移植性强等优点,显示界面清晰、内容易于更改,可方便地插入各类广告 信息,尤其适用于长途汽车上的中途广告插播。 图 2-3 公交车载管理系统 系统设计要求简介 (1)不同站点有不同的语音播报内容，液晶显示屏能依次准确、同步地显示 到站站名、欢迎用语等。 (2)设有站号手动调整功能，即各个站点均用一个数字号码表示。当公交车 实际到站与所显示的号码不同时，可手动按前进键或后退键以调整站号。 (3)根据行驶路线长短及需求在显示屏上插播各类广告信息。在与汽车监控 调度中心应用无线 gsm 网络通信后，及时与公交车上进行调度，准确报站等； 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 15 - 2.4 监控调度中心监控调度中心 图 2-4监控中心调度结构 公交监控中心所要完成的任务是对接收到的短消息进行校验，然后再根据 信息的类型执行不同的操作，如果是数据信息则存入相应的数据库表中，然后 根据需要对数据库进行管理操作；如果是车载系统故障信息，则根据设置的故 障处理措施进行相应代码发送。此外，还可以通过对数据库信息的管理得到更 多的信息，为公交公司车辆的综合管理、车辆调度，以及决策提供可靠的依据. 监控中心接收来自各条线路上的车辆运营信息，根据这些信息，可以为公交查 询系统的建立莫定了基础，同时，也为公交实现智能化提供了可靠的保证。如 上图所示监控中心的系统结构5。 2.5 本章小结本章小结 本章主要介绍系统设计思想及总体设计方案，构建了系统的整体框架，然 后分别对车载系统和监控中心进行了深入论述。此外，系统还针对车载系统数 据采集部分提出一种硬币识别方法以及传感器的应用，因为该部分不是本论文 主要研究内容，所以只做简单原理性介绍。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 16 - 第第 3 章 车载终端系统硬件部分设计章 车载终端系统硬件部分设计 硬件设计是指应用系统的电路设计，包括主机，无线控制电路，键盘， lcd 等。因为在系统调试中不易修改硬件结构，硬件设计时，应考虑留有充分 的余地。电路设计力求正确、简单。另外，在进行设计前，应对系统所要达到 的技术指标有一个明确的了解，然后再进行总体设计等后续工作。 3.1 单片机的选择单片机的选择 单片机作为微机的一个分支，在检测和控制领域内异军突起,其应用方兴未 艾，前景辉煌。它的指令功能和结构都是按照工业要求配置的，所以特别适合 于过程控制、实时控制，使控制系统工作在最佳状态，提高系统的自动化程度 及产品的质量。 单片机是把微型计算机的主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算 机，可看成是一个不带外部设备的微型计算机，相当于一个没有显示器、无键 盘、不带监控程序的单板机。 车载系统的工作状态是间歇性的，只有当每个站点数据采集完成之后才进 行发送，或是当接收到监控中心故障处理短消息时执行处理操作，而且考虑到 在短消息发送过程中，所要发送的信息量不是很大，对实时性要求也不是很 高，基于以上考虑，系统选择 at89c52 单片机为控制芯片。 at89c52 是一种低功耗、高性能的片内含有 8kb 快闪可编程/擦除只读存 储器的 8 位 cmos 微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，且与 8051 引脚和指令系统完全兼容。 一、89c52 性能及特点 1与 mcs-51 系列兼容 2片内有 8kb 可在线重复编程的快闪擦写存储器 3存储器可循环写入/擦除 1000 次 4宽工作电压范围：vcc 可为 2.7v - 6v 5全静态工作：可从 0hz - 16hz 6程序存储器具有 3 级加密保护 71288 为内部 ram 832 条可编程 i/o 线 9两个 16 位定时器/计数器 10中断结构具有 5 个中断源和 2 个优先级 11可编程全双工串行通道 12空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容 二、引脚功能 at89c52 单片机接口引脚图，如图 3-1 xtal1，xtal2：时钟电路引脚。 rst/vpd：rst 是复位信号输入端； 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 17 - vpd 是备用电源输入端。 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 21 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 at89c52 vcc p0.0 p0.1 p0.2 p0.3 p0.4 p0.5 p0.6 p0.7 ea/vpp ale/prog psen p2.7 p2.6 p2.5 p2.4 p2.3 p2.2 p2.1 p2.0vss p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 p1.5 p1.6 p1.7 rst/vpd p3.0/rxd p3.1/txd p3.2/int0 p3.3/int1 p3.4/t0 p3.5/t1 p3.6/wr p3.7/rd xtal2 xtal1 图 3-1at89c52 接口引脚 ale：地址允许锁存信号端。 psen：程序存储允许输出信号端。 ea/vpp：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当 ea 接高电平时，cpu 只访问片内 rom/eprom 并执行片内程序存储器的指令，当 pc 值超过 0fffh 时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。ea 接低电平 时，cpu 只访问外部 rom/eprom 并执行外部程序存储器的指令。 p0 口（p0.0 - p0.7） ：低 8 位地址和 8 位数据线分时复用。 p1 口(p1.0 - p1.7)：普通 8 位并行 i/o 口。 p2 口(p2.0 - p2.7)：并行 i/o 口或高 8 位地址线。 p3 口(p3.0 - p3.7)：并行 i/o 口或替代功能。其中，int0 和int1 为外部 中断；t0 和 t1 为定时/计数器7。 3.2 tc35 模块介绍模块介绍 tc35 是 siemens 公司推出的新一代无线通信 gsm 模块，可以快速安全可 靠地实现数据、语音信息传输、短消息服务(short messsage service)和传真。模 块的工作电压为 3.3-5.5v，可以工作在 900 和 1800mzh 两个频段，所在频段功 耗分别为 2w(900m)和 1w（1800m） 。模块有 at 命令集接口，支持文本和 pdu 模式的短消息。此外，该模块还具有电话薄功能、多方通话，漫游检测功 能，常用工作模式有省电模式、idel、talk 等模式。模块通过独特的 40 引脚 zif（zero in -section force）连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 18 - 及控制信号的双向传输。通过 zif 连接器及 50 欧姆的天线连接器，可分别连接 支架和天线。 tc35 共有 40 个引脚，通过一个 zif 连接器引出。这 40 个引脚可以划分为 5 类，即电源、数据输入/输出、sim 卡、音频接口和控制。第 114 脚为电源部 分，其中 15 脚为电源电压输入端 vbatt+，610 脚为电源地 gnd，11、12 脚 为充电引脚，13 脚对外输出电压(供外电路使用)，14 脚为 accu-temp 接负温 度系数的热敏电阻；2429 脚为 sim 卡引脚，分别为 ccin、ccrst、ccio、 ccclk、ccvcc 和 ccgnd；14 学位论文基于 gsm 无线网络的远程数据传输 系统 33-40 脚为语音接口用来接电话手柄：15、30、31 和 32 脚为控制部分，其 中 15 为点火线 igt ，当 tc35 通电后必须给 igt 一个大于 100ms 低电平，模 块才能启动，30 脚为 rtc，31 脚为 power down，32 脚为 sync;1623 脚为数 据输入/输出分别为 dsro、ring0、rxd0、txd0、cts0、rts0、dtr0 和 dcd0。 tc35 模块主要由 gsm 基带处理器、gsm 射频模块、供电模块(asic)、闪 存、zif 连接器、天线接口六部分组成。作为 tc35 的核心，基带处理器主要处 理 gsm 终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数 字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持 rf、hr 和 erf 语音信道编 码。 tc35 的数据输为输出接口实际上是一个串行异步收发器。它有固定的参 数：8 位数据位和 1 位停止位，无校验位，波特率在 300bps-115kbps 之间可 选，硬件握手信号用 rts0/cts0，软件流量控制用 xon/xoff，接口为 cmos 电平，支持标准的 at 命令集传真 at 指令集13。 3.2.1 tc35 与单片机的接线与单片机的接线 tc35 模块是西门子公司生产的 gsm 调制解调器，采用 at 指令，符合 etsi 标准 gsm0707 和 gsm0705，模块和单片机系统通过 40 针的数据电缆相 连接。tc35 模块的数据接口是 cmos 电平(高电平 2.65v),因此单片机对 tc35 模块的控制和通信信号要进行电平转换。需要注意的是 tc35 模块是作为数据 通信设备(dce)来连接的，而不是像一般调制解调器作为数据终端设备(dte)进 行连接。 tc35 模块支持 8 位数据位，无奇偶校验位，1 位停止位数据传输。传输速 率可以在 4.8kbit/s 到 115kbit/s 间自适应。对 tc35 模块控制，igt 信号非常地 重要，只有正确的 igt 信号才可以使 tc35 模块正常地运行。igt 的下降沿启 动 tc35，并且 igt 的低电平应该至少保持 100ms，tc35 然后正常工作。 模块和单片机系统通过 40 针的数据电缆相连接。tc35 模块的数据接口是 cmos 电平(高电平 2.65v)，因此单片机对 tc35 模块的控制和通信信号要进行 电平转换。max232 是 ttl-rs232 电平转换的典型芯片，按照芯片的推荐电 路，若输入为 5v，输出可以达到-14v 左右，输入为 0v，输出可以达到 14v， 在扇出电流为 20ma 的时候，处处电压可以稳定在+12v 和-12v。因此，在功耗 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 19 - 不是很大的情况下，可以将 max232 的输出信号经稳压块后作电源使用，所以 在这选用 max232 进行电平转换。 tc35 与单片机接线如图 3-2： 图 3-2tc35 与 pc 接线图 3.2.2 max232 芯片芯片 max232 是 ttl-rs232 电平转换的典型芯片，按照芯片的推荐电路，若 输入为 5v，输出可以达到-14v 左右，输入为 0v，输出可以达到 14v，在扇出 电流为 20ma 的时候，处处电压可以稳定在+12v 和-12v。因此，在功耗不是很 大的情况下，可以将 max232 的输出信号经稳压块后作电源使用。引脚 rxd 接收数据，引脚 txd 发送数据，max232 接口引脚如图3-3。 3.3 键盘的设计键盘的设计 8155 芯片内具有 256 个字节 ram、2 个 8 位、1 个 6 位的可编程 i/o 口和 1 个 14 位计数器，与 mcs-51 单片机接口简单，是单片机应用系统中广泛使用 的芯片。 3.2.3 8155 的结构及引脚的结构及引脚 ad0ad7为地址数据总线，单片机和 8155 之间的地址、数据、命令、状 态信息都是通过这个总线口传送。 ale 为地址锁存信号输入线。在 ale 的下降沿将单片机 p0 口输出的低 8 位地址信息以及 ce、io/m的状态都所存到 8155 内部寄存器。因此，单片机 p0 口输出的低 8 位地址信号不须外接锁存器。 io/m为 ram/io 口选择线。当 io/m=0 时，单片机选择 8155 的 ram 读/ 写。ad0ad7上帝者为 8155 中 ram 单元地址；当 io/m=1 时，单片机选择 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 20 - 8155 的 i/o 口，ad0ad7 上帝这位 i/o 口地址。 gnd max232 图 3-3max232 接口引脚 3.2.4 键盘接口的电路设计键盘接口的电路设计 mcs-51 单片机可以直接和 8155 直接连接而不需要任何外加逻辑可以直接 为系统增加 256 个字节片外 ram，22 位 i/o 口线及一个 14 位定时器。 p0口输出的低 8 位不需另加所锁存器，故直接与 8155 的 ad0ad7相连， 既作低 8 位地址总线又作数据总线，地址锁存直接用 ale 在 8155 中锁存。高 8 位地址由 ce 及 io/m的地址控制线决定。 8155 有 pa，pb，pc，ad 四个 i/o 端口。由于外围电路比较多,所以要合 理的利用端口,同一个器件尽量使用同一个 i/o 端口。 at89c52 与 8155 的连接方法如图 3-5 3.2.5 键盘控制键盘控制 系统利用了 8155 的 pc0pc4 来构成键盘的 23 阵列。设有 6 个按键即启 动/关闭键、复位键、宣传键、播放键、前进键、后退键。为方便司机操作,还设 计了数码管显示站号电路。启动/关闭键：设计成“状态型”的按键，按一下， 系统启动，再按一下，系统关闭。当系统处于启动状态时，按前进键或者后退 键可以直接触发液晶显示屏显示及语音播报其相应内容；当系统处于关闭状态 时,通过按前进或后退键可以实现站号的快速调节。这是因为如果当前数码管显 示站号(各停靠站均指定一个“站号”,司机早已熟悉)与实际到站不符合时应及 哈尔滨理工大学学士学