基于gps的公交自动报站系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于gps的公交自动报站系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

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 GPS 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； 基于 GPS 的公交自动报站系统设计 7  用户设备部分 — － GPS 信号 接收机 22 GPS 系 统 全球卫星定位的基本原理 GPS 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。 用户设备部分 地面控制部分 空间部分 GPS 系统的组成部分 注入信号 GPS 信号 GPS 信号 基于 GPS 的公交自动报站系统设计 8 23 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 A t，即能求出接收机的位簧和准确的时间。 基于 GPS 的公交自动报站系统设计 9 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 510m左右，三维综合精度在 1530m左右；利用军用 P 码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在 13m左右，三维综合精度在 36m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． 10． 3m左右，事后 24 小时连续定位三维精度可达 23cm 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。 GPS 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： 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。 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 105— 106s。 ●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，约为基于 GPS 的公交自动报站系统设计 10 ，相位观测值的等效距离误差，约为 2mm。 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 35cm。 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密定位和定时。 GPS 能够以不同的定位定时精度提供服务，从亚毫米、毫米到厘米、分米、亚米及米和十几米的定 位精度都有可供选择的定位方法．定时方面可从亚纳秒、纳秒到微秒级的精度实现时间测量和不同目标间时间同步。 在定位的时问响应方面可以从0． 05 秒、 1 秒到十几秒、几分、几个小时或几天来实现不同的实时性要求和精确性要求。 从相对定位距离方面看，可从几米一直到几千公里之间，实现连续的静态和动态定位要求。 从工作环境上看，除了怕被森林、高楼遮挡信号造成可见卫星少于四颗和强电离层爆发造成 GPS 测距信号完全失真外，可以说是全球全连续和全天候的。 这些优良的特性，使得它有广泛用应用领域。 基于 GPS 的公交自动报站系统设计 11 3 硬件电路的组成及设计 公 交车自动报站系统的设计主要是对里程计数来控制报站时刻，进站、出站自动播报站名及服务用语、准确、及时、完全不需要人工介入。 总系统硬件组成 在整个系统中骑着举足轻重的作用，其工作状况和功能，性能直接影响到整个形同的运行，时智能公交车系统中的关键设备。 它的硬件主要包括：电源模块或者电源接入模块，单片机 CPU，辅助存储芯片，GPRS 通信模块， GPS 定位模块， LED 显示模块，串行口扩展芯片和串口，键盘，语音模块，麦克电路。 车载终端总体框图： 31 图为车载终端整体框图 模块基本概述 ⑴ 、 CPU 模块 单片机 CPU 时整个车载终端的核心部分，通过各种接口与其它设备连接，写入一定的程序，负责处理各种事件，比如调度中心发来的调度信息， GPS 接收机的来的 CPU 键盘 存储器 电源模块MOKU 语音模块 GPS 话筒麦克 LED LCD GPRS 基于 GPS 的公交自动报站系统设计 12 定为信息处理等，使整个系统得到正常的运行。 （ 1） 单片机的选择 采用 W77E58 时一个很好的选择， W77E58 是一个快速 8051 兼容微控制器，它的内核经过重新设计提高了时钟速度比标准 8051 要快得多，一般来说，按照指令的类型， W77E58 的指令速度时标准 8051 的 ～ 3 倍，整体来看 W77E58 内含32KBFlash EPROM，工作电压为 ～ ，具有 1KB 片上外部数据存储器，当用户应用时使用偏上 SRAM 代替外部 SRAM，可 节省更多 I/O 口。 主要特性：  8 位 CMOS 微控制器  每 4 个时钟周期为一个机器周期的高速结构，最大外部时钟频率为 40MHZ  与标准 80C52 管教兼容  指令与 MCS51 兼容  4 个 8 位 I/O 口  一个附加的 4 位 I/O 口和等待状态控制信号  3 个 16 位定时 /计数器  12 个中断源， 2 级中断能力  片上振荡器及时钟电路  二个增强型全双工串行口  32KB,Flash EPROM  256 字节片内暂存 RAM  片内 1KB 外部数据存储器  可编程看门狗定时器  软件复位  2 个 16 位数据指针  对外部 ROM 及外设的访问周期可以进行软件编程 ⑵ 显示模块 车载终端一个最重要的功能就是为乘客报站。 自动报站包括语音报站 、 LED 和LCD 显示来报站，用多个 LCD 显示屏来为驾驶员显示时间，调度等重要信息，他主要的模块由显示模块与语音模块组成。 另外要存储器，微处理器的支持。 基于 GPS 的公交自动报站系统设计 13 321 时间画面 32 定位画面 LCD 显示屏 ： 车载 LCD 电 子显示屏主要是以最优的方式显示给驾驶员看，车载终端所获取的实时数据是以文字或者图形的方式显示在车载机的显示屏上。 车载终端通过虚线通信网络接收到的文字信息可以在主机的 LED 显示屏上直接显示，并以声音的方式提示驾驶员由新信息到来。 显示模块时 128*64 点阵的汉字图形型液晶显示模块，可现实汉字及图形内置 8192 个中文汉字（ 16*16 点阵）， 128 个字符（ 8*16 点阵）及 64*256 点阵显示 RAM。 提供两种界面来连续微处理机： 8 位并行及串行两种连接方式。 LCD 显示屏： LED 显示屏时显示车辆前方面想乘客显示相关 信息，显示车辆的进出站的信息，有时也显示一些广告，旅游等信息。 在系统的 RAM 种开辟一个显示缓存区，需要显示的内容都村如此缓冲区中，显示模块定时缓冲区种提取数据送入显示电路中，完成显示功能。 ⑶ 语音模块 车内语音模块主要时提供报站，公益提示和语音广告信息播放等功。 采用的ISD4004 芯片时录音回放型，芯片内部存储语音，能存储 16 分钟语音，可分 2400 段，基于 GPS 的公交自动报站系统设计 14 每段以文件的形式存储，方便控制芯片组合播放语音，使用高质量，自然语音还原技术；自动静噪功能；内置微控制器串行通信技术口，多段信 息处理不耗电保存信息100 年（典型值）， 100000 次录音周期（典型值）片内免调时钟，也可以选用外部时钟， 鉴于公交车线路多，站名不一致并且语音更改频繁等特点，应选用更换语音芯片简单的芯片，所以选择了 ISD4004 语音芯片，它控制简单，使用方便。 33 ISD4004 引脚配置图 ⑷ GPS 定位模块 本模块负责定位功能的实现，采用台湾鼎天的 REB21R。 它的定位精度可达到系统的要求 10m之内。 REB21R 板接收到卫星下传过来的位置信息后，通过 RS232与计算机串口相连，直接与计算机进行交换。 GPS 基定位功能车载端采用 GPS 方式获取车辆当前的位置信息，包括经纬度，当前速度，当前工作速度矢量方位角（下称方向），当前时间，并获取与定位有关的用于判断数据有效性和可信度的信息，例如定位模式，几何精度因子等。 定位数据除按设定的时间间隔通过无线通信网络发送外，还将每秒获得的定位数据送到自动报站器，由与其报站器中预先存储的线路信息进行比较，判断，进行自动报站等服务。 它通过 RS232 串口连接 GPRS 等模块。 ⑸ 键盘模块 实现手动报站， 语音报站模 块中的报站，停止， 几条公益提示语的播报，以及系统出现异常（如站台不匹配或不能连接站台等）而需要驾驶员手动控制，需要在终端上提供 8~16 个按键，是驾驶员在驾驶和手动控制的时候能直观的知道当前车辆的位置。 键盘控制芯片用的是广州周立功公司的： ZLG7290。 基于 GPS 的公交自动报站系统设计 15 34 键盘控制芯片及键盘接口电路图 ⑹ 其他模块 ① 、。