全国大学生嵌入式设计大赛公交站点智能服务系统设计报告(编辑修改稿)

全国大学生嵌入式设计大赛公交站点智能服务系统设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

5 影响。 （ 2）定位精度高： 单机定位精度优于 10 米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。 （ 3）功能多，应用广： 目前已广泛的应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等学科领域。 GPS 由三个独立的部分组成： 空间部分： 21 颗工作卫星， 3颗备用卫星。 地面支撑系统： 1 个主控站， 3个注入站， 5个监测站。 用户设备部分：接收 GPS 卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处 理，完成导航和定位工作。 GPS 接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。 GPS 定位原理： GPS 定位的基本原理是根据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，确定待测点的位置。 如图所示，假设 t 时刻在地面待测点上安置 GPS 接收机，可以测定 GPS 信号到达接收机的时间 △t ，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式，如图 所示： 图 GPS定位原理及其定位方程 上述四个方程式中待测点坐标 x、 y、 z 和 Vto 为未知参数，其中 di=c△ti (i= 4)。 di (i= 4) 分别为卫星 卫星 卫星 卫星 4到接收机之间的距离。 △ti (i=1 、 4) 分别为卫星 卫星 卫星 卫星 4的信号到达接收机所经历的时间。 c为 GPS信号的传播速度（即光速）。 四个方程式中各个参数意义如下： x、 y、 z 为待测点坐标的空间直角坐标。 《公交站点智能服务系统》设计报告 6 xi 、 yi 、 zi (i= 4) 分别为卫星 卫星 卫星 卫星 4在 t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。 Vt i (i= 4) 分别为卫星卫星 卫星 卫星 4 的卫星钟的 钟差，由卫星星历提供。 Vto 为接收机的钟差。 由以上四个方程即可解算出待测点的坐标 x、 y、 z 和接收机的钟差 Vto。 目前 GPS 系统提供的定位精度是优于 10米，而为得到更高的定位精度，通常采用差分 GPS 技术：将一台 GPS 接收机安置在基准站上进行观测。 根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。 用户接收机在进行 GPS 观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。 GIS 技术 GoogleMaps GIS(Geographic Information Systems,地理信息系统 )是多种学科交叉的产物，它以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实施提供多种空间和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。 其基本功能是将表格型数据（无论它来自数据库 ,电子表格文件或直接在程序中输入）转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览，操作和分析。 其显示范围可以从洲际地图到非常详细的街区地图，现实对象包括人口，销售情况，运输线路以及其他内容。 作为 GIS 的颠覆者， Google 公司 有其优秀的 GIS 产品。 GoogleMapsAPI是 Google 为开发者提供的 Maps 编程 API。 它允许开发者在不必建立自己的地图服务器的情况下，将 GoogleMaps 地图数据嵌入到网站之中，从而实现嵌入 GoogleMaps 的地图服务应用，并借助 GoogleMaps 的地图数据为用户提供位置服务。 GoogleMapsAPI 除了帮助开发者将地图嵌入到 Web 应用中之外，还允许开发者利用 JavaScript 脚本进行应用开发拓展，给地图添加标注和折线及其他地图图层覆盖物和地图地图，或者响应用户的点击动作，并显示包含内容信息在内的气泡提示窗口。 通过 GoogleMaps 为开发者提供的地图 API，可以开发出各种各样有趣的地图 Mashup 应用，还可以将不同地图图层加载到应用中，如卫星影像、根据海拔高度绘制的高山和植被地形图、街道视图等，从而帮助开发者打造个性化的地图应用站点。 多媒体播放器 MPlayer MPlayer 是 Linux 下最优秀的多媒体播放器之一，播放速度是最快的，支持 《公交站点智能服务系统》设计报告 7 的文件格式也是最多的 ，如图 所示。 图 MPlayer MPlayer 以 GNU 通用公共许可证发布 ， 能跑在许多其它 Unix 上，甚至非x86CPU 上。 它能使用众多的本地的， XAnim， RealPlayer，和 Win32DLL 编解码器，播放大多数 MPEG， VOB， AVI， OGG， VIVO， ASF/WMV， QT/MOV， FLI， RM，NuppelVideo， yuv4mpeg， FILM， RoQ 文件。 MPlayer 的另一个大的特色是广泛的输出 设备支持。 它可以在 X11， Xv， DGA， OpenGL， SVGAlib， fbdev， AAlib， DirectFB下工作，而且你也能使用 GGI 和 SDL(由此可以使用他们支持的各种驱动模式 )和一些低级的硬件相关的驱动模式 (比如 Matrox， 3Dfx 和 Radeon， Mach64，Permedia3)。 《公交站点智能服务系统》设计报告 8 第三章 系统总体设计 方案 系统功能及配置 系统功能描述 本方案 由 车载 子系统 采集数据 ， 服务器端 存储 、分发数据，主体部分 站台数字终端 为提供用户数据查询界面。 因此本章节 会同时介绍 车载 子系统 功能和服务器端功能； 站台数字终端 为面向用户使用， 为 本方案主要部分。 整体框架如图 所示 图 整体框架 车载 子系统 功能描述 GPRS 模块与服务器通过 GPRS 网络进行通信； GPS 模块自动获取当前经纬度，同时会将当前经纬度与存放在 车载 子系统 内的的站点列表经纬度相比较，得出到站情况，然后 将经纬度 和到站情况 通过 GPRS 网络发送给服务器； 司机手动点击塞车通信按钮 ，将会发送一个塞车 信息给服务器，以供服务器端进行决策 处理。 《公交站点智能服务系统》设计报告 9 服务器端功能描述 监听 车载 子系统 的 TCP 请求，一旦 接 收 到 来自车载 子系统 通过 GPRS网络 发来 TCP 请求（ 含 坐标信息 、 塞车信息 或到站信息 ），就 将坐标信息保存到数据库中 （如有车到站则自动通知远程 站台数字终端 报站 [2]）。 接受来自 站台数字终端 的 TCP 请求， 并根据不同请求 将请求的内容 发送 给 站台数字终端。 通过 udp 对 站台数字终端 进行远程 更新 、通信。 ，自动将公车到站情况返回给发信人。 站台数字终端 功能描述 (面向市民 用户 ) ： 通过 选择要查看的线 路，连接服务器获取目的线路所有车的坐标，并在屏幕上显示谷歌地图和对应公车位置 ，方便 用户 了解公交实时走向。 ： 通过 选择要查看的线路， 会自动生成一个 站点列表，当前站点为红色，公车所到的站点为红色，其余站点为黑色， 方便 用户 了解公交到站情况，并实现电子站牌功能。 功能 ： 通过界面软键盘输入起始站点名称和结束站点名称，提交查询 后 获得 两 站 间的公交线路班次、是否需要换乘等信息 ； 通过界面软键盘输入目标站点名称，提交 点击查询获得目标站点所 经过 的 公交车 线路。 查询功能 ： 可以 查询天气预报、周边商家信息、旅游景点和播放视频广告。 ： 通过点击不同按钮实现远程 120 急救中心报警、 110报警和系统报修， 服务器端接收到报警信息后会进行人工处理。 ： 站台数字终端 接收到服务器发来的报站指令后，将 通过音频 播放实现 自动报站。 ： 站台数字终端 状态栏有滚动字幕进行新闻播报。 系统配置 根据系统功能以及设计嵌入式系统的要求，开发此系统需要以下主要配置：（ 1）开发环境： Debian5， ARM Linux， Windows 系统 （ 2）开发语 言： C /C++ （ 3） 开发工具： [3]、 （ 4）硬件：北京博创公司 UPNETARM2410 开发板上大部分硬件，包括 三星S3C2410 核心板， 64M NAND FLASH， TFT 液晶 LCD， 触摸屏 ， GPRS 模块 SIM300 《公交站点智能服务系统》设计报告 10 和 GPS 模块 GPS15L/H。 系统结构 本系统的开发平台是北京博创公司的 UPNETARM2410S实验开发板。 该 ARM9嵌入式 开发平台功能强大、结构设计合理 、 系统稳定 ， 所以 车载 子系统 和 站台数字终端 的 开发和 实现 是 此开发 板上进行。 服务器端设计和实现在 PC机上 进行。 系统硬件结构 车载 子系统 硬件 结构 （ 1）硬件结构 硬件组成主要包含两部分，一是开发平台的硬件系统，二是扩展硬件系统。 结构如图 所示，开发板平台上使用的是核心板、触摸屏 、 LCD、音频、电源 和各种接口；扩展硬件系统包含了主要功能模块， 有 GPRS 模块和 GPS 模块。 （ 2）主要硬件介绍 ① GPRS 模块 ，使用 SIM300 自行开发完成， 可以 实现电话、短信、上网 与服务器端通信 的功能，通过 UART 接口与 ARM9 通信。 ② GPS 模块，使用 GPS15L/H 开发完成，可以实现获取当前位置的经纬度、速度等地理信息功能，通过 UART 接口与 ARM9 通信。 图 车载 子系统 硬件结构 《公交站点智能服务系统》设计报告 11 （ 3）模块硬件设计 ① GPRS 模块硬件设计 车载子系统 与服务器端通信 使用 GPRS模块，选用的是 SIM300模块。 SIM300可以工作于 EGSM900/DCS1800/PCD1900 三个频段，支持电话 、短 信、数据和其他通信功能，提供了丰富的外接接口，方便设计。 本系统 设计的 GPRS 模块60PIN 接口的原理图如图 所示。 设计时使用了 SIM 卡端口、串口通信端口、 电源和地端口。 ② GPS 模块硬件设计 车载子系统 获取当前经纬度信息是使用 GPS 模块，选用的是 GPS15L/H 模块。 接口特性： RS232 输出，可输入 RS232 或者具有 RS232 极性的 TTL电平。 可选波特率为： 300、 600、 1200、 2400、 4800、 9600、 19200。 模块采用 Lassen iQ芯片， 芯片连接结构图如图 所示。 图 SIM300插座原理图 图 Lassen iQ芯片连接 《公交站点智能服务系统》设计报告 12 服务器 端 硬件 结构 （ 1）硬件结构 硬件组成主要包含两部分，一是 Server 服务器 硬件系统 ，二是扩展硬件系统。 结构如图 所示， 服务器端使用的是高性能 PC机硬件配置 ,如高速 处理器、 大容量 硬盘、内存、系统总线 ；扩展 硬件 为 GPRS 模块 SIM300。 （ 2）主要硬件介绍 GPRS 模块 ，使用 SIM300 自行开发完成， 可以实现电话、短信、上网 与服务器端通 信 的功能，通过 UART 接口与 ARM9 通信。 图 服务器端硬件结构 （ 3）模块硬件设计 GPRS 模块硬件设计 见 GPRS 硬件模块设计部分 站台数字终端 硬件 结构 （ 1）硬件结构 硬件组成主要 由 开发平台的硬件系统 组成， 结构如图 所示，开发板平台上使用的是核心板、触摸屏 、 LCD、音频、电源和各种接口。 图 站台数字终端 硬件结构 《公交站点智能服务系统》设计报告 13 （ 2）主要硬件介绍 UPNETARM2410 是博创科技推出的国内最强配置的嵌入式 开发平台，可以满足 不同情况下的 ARM9 嵌入式 设计 要求。 本系统设。