论文导读：基于GPS自动报站系统的应用在一定程度上，解决了传统的报站系统的弊端，但是在高楼林立的都市，也存在着很多GPS的盲区，在这些区域，自动报站系统会失灵，所以，设计一种可以进行自动、手动任意切换的公交报站系统成为研究的目的和重点。AVR单片机的PD3脚模拟出时钟信号来控制数据的发送。
关键词：GPS，AVR，双机通信
1 前言
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，但是传统的手动公交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，为安全行驶留下隐患；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[1]。于是在很多城市，一种基于GPS的自动报站系统得到了应用。
基于GPS自动报站系统的应用在一定程度上，解决了传统的报站系统的弊端，但是在高楼林立的都市，也存在着很多GPS的盲区，在这些区域，自动报站系统会失灵，所以，设计一种可以进行自动、手动任意切换的公交报站系统成为研究的目的和重点。科技论文。
2 系统硬件结构
该系统将GPS模块获取的公交车经度和纬度，传给主机端的单片机，由其判断是否到达预置位置并控制液晶屏显示。到达预置位置后由主机通过TWI来控制从机，使从机在接到有效控制信号后，控制点阵模块和语言模块进行显示和报站，从而完整实现自动报站功能。自动报站与手动报站的切换则由从机中的按键进行选择。
图1 硬件系统结构框图
2.1主机及其外围系统设计
主机部分采用Mega16L单片机作为核心器件，接收GPS模块传送的经纬度数据，经过判断和处理，送交12864液晶模块显示时间、站名等信息，以便司机及时了解相关信息[2]。
GPS接收到有效信号后，传送给MAX232，该芯片将GPS使用的RS232电平和逻辑转换为单片机所使用的TTL电平和逻辑，并最终传给单片机。科技论文。本系统中使用Usart与GPS模块进行通信，通信协议采用NMEA0183协议。
液晶模块采用YM12864，该模块是128*64点阵型LCD，可以显示4行中英文，并自带显示字库。系统使用同步串行数据传送方式与单片进行通信。数据传送端SID和时钟信号端CLK分别与单片机的PD2、PD3相连。AVR单片机的PD3脚模拟出时钟信号来控制数据的发送。
主机的PB0口与从机的INT0相连，采用外部中断的方式，使从机在必要的时间段，开启TWI接收模式，接收主机传来的有效信号，从而判断是否到达预置位置。
2.2从机及其外围系统设计
从机主要与点阵模块，语音模块相连，通过TWI协议获得主机发送来的代码，根据代码调用相关位置的显示和语音信息，完成显示和语音报站功能。从机上设置了四个按键，分别为手动、自动切换，上行、下行选择，下一站报站，上一站报站。四个按键分别与INT1、PA1、PA2和PA3相连，通过按键改变相应的状态。
点阵模块设计为4个字，内部驱动电路由TB62726、74HC595构成。74HC595用来控制的是点阵模块的行扫描。科技论文。TB62726用来控制的是点阵模块的列扫描。74HC595的时钟信号端CLK和数据传送端SIN分别与单片机的PA4、PA5相连。TB62726的传送端SIN和时钟信号端CLK分别与单片机的PA6、PA7相连。
语音模块采用ISD4004语音芯片。ISD4004-16语音芯片工作电压是3V，单片录放时间16分钟,站名事先存储在ISD4004语音芯片中，采用分段管理的方式进行储存，当需要报站时只需要单片机发送播放指令并指定相应的存储地址就可以正确的读取站名。ISD4004 通过SPI 串行接口与单片机的从机相连。将AVR单片机的PB4、PB5、PB6、PB7分别与ISD4004语音模块的SS、MOSI、MISO和SCLK相连接，实现SPI通信。
3 系统的软件设计
3.1软件系结构
软件系统的核心是主机和从机对外围器件的控制，主从机通过TWI协议实现双机的通信，因此整个软件的设计就分为主机从机两部分。
主机初始化结束后，接收的GPS信号进行处理，并在LCD液晶上显示，再与事先存入的站点数据比较如果不是站点就继续接收GPS信号；如果是站点就向从机发送中断INT0信号让从机做好开启TWI的准备，发送完中断INT0信号后主机开启TWI发送站点数据，确认从机接收完毕后关闭TWI，继续接受GPS信号。
从机初始化结束后，显示广告并判断按键中断INT1，选择是自动报站还是手动报站，当按键中断INT1被奇数次按下时选择的是手动报站，当按键中断N1被偶数次按下时选择的是自动报站。如果选择的手动报站就开始扫描按键，通过不同的按键选定是上一个站点还是下一个站点，之后就在点阵上显示一次选定的站点名并用语音模块来报站名，最后继续扫描按键和显示广告。如果选择的是自动报站那么就在点阵上显示广告当从机接收到主机发送的中断TINT0后就开启TWI接收站点数据，接收完毕后关闭TWI，然后在点阵上显示一次站名并用语音模块报站，最后点阵继续显示广告。
图2 主机从机程序流程图
3.2GPS接收程序设计
系统中使用GPRMC信息，其格式说明如下：
$GPRMC,<l>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,*checksum<CR><LF>
<1>UTC时间：hhmmss.sss格式；
<2>定位状态：A=有效定位，V=无效定位；
<3>纬度ddmm.mmmm格式；
<4>纬度半球N（北半球）或S（南半球）；
<5>经度dddmm.mmmm格式；
<6>经度半球E（东经）或W（西经）；
<7>地面速率；
<8>地面航向；
<9>UTC日期，ddmmyy（日月年）格式；
<l0>磁偏角；
从GPS接收到的信息中，只需要提取出经度、纬度和UTC时间信息即可。在串口收到信息后，首先应该判断标识头$GPRMC，当判断出该标识头后，就可以按照RMC的数据格式进行接收信息。接收到后，提取出有用的信息即时间和经纬度信息，在处理北京时间时应在UTC时间上加上8小时才是准确的北京时间，在超出24小时时应作减24小时处理[3]。
3.3双机通信软件设计
TWI总线一种两线制串行扩展总线。将主从单片机的串行数据线SDA，串行时钟线SCL相连即可建立TWI通信。其中双机通信的时钟由主机提供，通过配置TWI的波特率寄存器TWBR和状态寄存器TWSR的预分频位TWPS1和TWPS0来设置波特率。波特率的计算公式为：Fscl=Fcuplock/(16+2(TWBR)*4TWPS)，其中Fcuplock 是CPU的时钟频率，TWBR为TWI波特率寄存器的值；TWPS为TWI状态寄存器预分频位的值。本系统使用的波特率为波特率为：7372800 / (16 + 2*73*4) = 12.288K。TWDR是TWI的数据寄存器，在发送模式下，TWDR寄存器的内容为下一个要传送的字节；在接收模式下，TWDR寄存器中的内容为最后接收的字节。
// 主机上总线停止程序
void twi_stop(void)
{
TWCR= _BV(TWINT) | _BV(TWSTO) | _BV(TWEN);
}
//主机总线启动开始程序
uint8_ttwi_start(void)
{
TWCR= _BV(TWINT) | _BV(TWSTA) | _BV(TWEN);
while((TWCR& _BV(TWINT)) == 0);
return TW_STATUS;
}
// TWI主机写1字节
uint8_ttwi_writebyte(uint8_t c)
{
TWDR= c;
TWCR= _BV(TWINT) | _BV(TWEN);
while((TWCR& _BV(TWINT)) == 0);
return TW_START;
}
// TWI从机初始化函数
void TWI_Init(void)
{
// 使能SCL、SDA引脚内部上拉电阻
DDRC &= ~(_BV(PC0) |_BV(PC1));
PORTC |= _BV(PC0) |_BV(PC1);
// TWI接口初始化，从器件模式
TWAR = TWI_ADDRESS |_BV(TWGCE);
TWCR = _BV(TWEA) |_BV(TWEN);
图3 系统实物图片
4 结束语
基于GPS的公交自动报站系统实现了公交司机的无干预报站，使乘客能够更加准确的了解车辆的到站情况[4]，双机通信，手动自动报站切换的设计理念，大大提高了该系统的可靠性，该系统将会大大降低司乘人员的劳动强度，更好的提高公交服务质量，同时也将为公交公司和社会带来较大的经济和社会效益[5]。
参考文献：
[1]肖煜，叶邦彦.基于GPS的公交智能报站系统设计.[J].机电工程技术. 2009年，1期，38卷：98-100.
[2]陈勇兵，王爱华，何小卫. GPRS/GPS车载网络终端硬件与驱动程序设计.[J]. 浙江师范大学学报，2009年，1期，32卷：87-90.
[3]张兰云，张高伟.基于ARM9和LINUX的GPS定位数据的采集与处理. [J].自动化仪表，2008年，29卷：14-17.
[4]龙安国.基于GPS/GPRS的智能公交系统的设计与实现. [J].通信技术，2009年，1期，42卷：326-327.
[5]黄艳国，许伦辉，睦相林. 基于GPS公交车自动报站系统的设计.[J].交通信息与安全，2009年，1期，27卷：141-144.
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