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1、-无线通信在智能交通系统中的应用与研究-第 30 页毕业设计（论文）题 目无线通信在智能交通系统中的应用与研究 系 （院）专 业班 级学生姓名学 号指导教师职 称二一三年六月九日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二 年 月 日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用
2、毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 二 年 月 日无线通信在智能交通中的应用与研究摘 要近几十年来，随着我国城市经济水平的不断提高和城市化的推进，城市人口激增，但是，道路的建设远远低于城市车辆数量的增长，由于城市空间和资源的限制，交通管理效率低下，城市道路拥挤，道路建设就显得越发重要，特别是智能交通的规划和建设，
3、政策鼓励公民乘坐公交出行，运用无线通信技术对城市公交进行智能管理，解决公交管理低下、公交车辆拥挤现象。智能交通系统是为了提高交通运输效率，充分利用道路空间，改善道路交通现状。依据我国实际的道路状况，提出利用3G网络，GPS网络和互联网等多种现代通信技术相结合的方案，本文提出了城市公交智能监控的设计方案，设计实现了城市公交车经纬度信息的采集和自动报站功能，并对该系统的功能的进一步的完善和发展前景进行了展望。从而为实现我国城市公交车辆的智能化管理开辟了一条探索之路。关键词：智能交通；GPS；3G；Linux；套接字Application and research of wireless commu
4、nication in the intelligent transportation AbstractIn recent decades, as Chinas increasing levels of urban economy and urbanization, urban population growth, however, the growth in urban road is much lower than in the number of vehicles.Due to the constraints of urban space and resource, traffic man
5、agement efficiency is poor, urban road is congestion, road construction becomes more and more important, especially in the planning and construction of intelligent transportation. policies to encourage citizens to take the bus trip, the use of wireless communication technology in intelligent managem
6、ent of urban public transport intend to solve the low traffic management and the crowding buses.Intelligent transportation system is to improve transportation efficiency and make full use of road space, improve road traffic status quo. According to Chinas actual road conditions, make use of 3G netwo
7、rks, GPS networks and the Internet and other modern communication technology programs combining, this paper presents the design of urban bus intelligent monitoring solutions designed to achieve a city bus latitude and longitude information collection and automatic newspaper stand features and functi
8、onality of the system for further improvement and development prospect. So as to achieve our intelligent management of urban public transport vehicles has opened up a path of exploration.Key words：ITS；GPS；3G；Linux；Socket目 录第一章 绪论11.1智能交通系统中无线通信技术的发展趋势11.1.1智能交通系统概念11.1.2 智能交通系统中无线通信技术的发展11.2 国内外研究现状
9、及研究意义21.2.1 国外研究现状21.2.2 智能交通系统研究的目的及意义21.3 课题的研究内容和目标31.3.1 研究内容31.3.2 课题章节安排31.4本章小结3第二章 GPS与3G技术42.1 GPS组成及其定位原理42.1.1 GPS组成及其定位原理42.1.2 DGPS定位原理和分类52.2 3G技术72.2.1 3G概述72.2.2 3G发展历程72.2.3 基于3G的通信结构、协议及数据流程82.3本章小结11第三章 智能公交监控系统的总体设计方案123.1系统需求分析及其总体设计目标123.2硬件系统的总体设计方案133.2.1系统的硬件电路组成133.2.2 各部分的
10、组成和作用143.3 软件系统的总体设计方案143.3.1 软件总体功能分析143.3.2 系统软件组成153.3.3 系统的数据流传输过程163.4本章小结16第四章 智能公交监控系统的硬件电路设计174.1 车载端硬件系统的总体结构174.2 GPS模块的硬件电路设计184.3 监控终端主控单元的硬件电路设计194.3.1 S3C2440核心模块的特点194.3.2 S3C2440的接口电路214.4 3G模块的硬件电路设计214.4.1 MC8630的特点及其组成224.4.2 3G模块的UIM卡电路设计234.5本章小结23第五章 智能交通系统的软件设计245.1 嵌入式操作系统的选择
11、245.2 嵌入式linux系统的基本结构265.3 Linux操作系统的移植265.4 网络层的TCP/UDP套接字程序设计275.4.1 TCP/UDP协议对比275.4.2 套接字概述285.4.3套接字编程295.5 TCP客户端程序设计32第六章 总结与展望336.1总结336.2 展望33参考文献34谢辞35第一章 绪论1.1智能交通系统中无线通信技术的发展趋势1.1.1智能交通系统概念随着我国城市化进程的加快，城市的人口和车辆的数量逐年递增，但是城市道路的发展远远低于车辆数量的增长，由于城市空间和资源的限制，交通管理效率低下，城市道路拥挤，道路建设就显得越发重要，特别是智能交通的
12、规划和建设。智能交通系统（Intelligent Transportation System）简称ITS，将计算机、数据通信、人工智能、传感器等技术综合运用于道路车辆运营、服务控制等领域，加强车辆、道路管理人员、使用者之间的联系，建设一种高效、准确的综合运输系统。1.1.2 智能交通系统中无线通信技术的发展在近几年，随着通信技术的发展，3G牌照的发放，智能手机的兴起，无线通信网络提供的业务正在从以语音为主、数据传输为辅转化到以数据传输为主语音为辅，变得越来越智能化、数字化、全球化。先进的数据传输技术、通信技术在智能交通系统的信息采集、处理中起到了重要作用。智能交通系统建立在先进的无线通信技术上
13、，车辆、行人都移动之中的，所以无线移动通信技术已经成为智能交通系统的重要组成。在很多国家，GPS、3G、CDMA、3G等无线通信技术相互结合，已经开始应用于智能交通系统领域，这种融合技术可以实现交通管理中的紧急事件处理和紧急车辆管理功能，出行车辆的道路诱导和导航服务，以及运营管理中心的车辆监控、调度功能。 智能交通系统建设包括三部分内容： (1)面向交通管理者的信息发布。目的是为工作在监控中心的人员提供实时的信息，常用的媒介是监控中心的大屏幕和电视，同时也通过网络和专用电台的方式向交警及交通运输调度部门发送信息。 (2)面向司机们的信息。常用的媒介是LED信息板、城市广播、LED限速版等，向司
14、机朋友提供实时的路况信息。 (3)面向社会公众的信息平台。主要通过网络、广播电台、电视台向社会发布最新交通信息，为出行者选择合适的出行方式和线路提供更多的信息。这些信息系统之间的通信须依靠快速、稳定、高效的通信链路实现，依靠传统的交通寻呼台方式、数字集群通信方式和蜂窝数字分组传输方式是不能够实现的。所以，必须利用现有的专用短距离无线通信、GSM、3G、CDMA等方式来实现。11.2 国内外研究现状及研究意义1.2.1 国外研究现状近几年机动车辆数量的迅猛增长，给城市道路交通带来了很大的压力。智能交通系统的发展为这一问题的处理带来了希望，但是，这一系统的构建并不是一朝一夕可以完成的，欧美和日本等
15、国已经开始研究，但仍处于探索阶段，我国更是如此，从车辆定位监控系统的起步到现在的实验车的初步运行，无线通信技术得到了不同程度的应用与发展。本课题在现有无线通信技术发展现状的情况下，结合我国移动通信网络的基础，提出了以GPS、3G、CDMA等通信技术为基础的城市智能公交管理系统。1.2.2 智能交通系统研究的目的及意义随着地球上人类数量的不断增多，地球上的资源变得越来越少，环境污染越来越严重，各个国家都在采取不同的措施，合理开发利用本国资源，研发新能源，保护环境。近几年车辆的迅猛发展，给人们的生活带来很大的方便，同时也给环境带来了很大的压力，因此我国鼓励市民绿色出行，尽量少开私家车，乘坐公交车或
16、地铁或骑自行车上下班。这时候一套科学合理的公交车监控管理系统就显得很重要，高效准时的公交运营、低成本的运营成本才能吸引广大市民乘坐公交。本公交管理系统欲达到的效果：一是站点自动报站，利用GPS定位技术和3G通信技术，实现车辆经纬度的采集实现自动报站，并且把信息发送给车辆监控中心。二是车上视频监控，先进的3G技术可以提供高达3Mbit/s的下载速率和1Mbit/s的上传速率。向车辆监控中心发送实时的公交车中的视频影像，可以及时的发现车辆上紧急情况、司机的不规范操作、乘客的逃票行为。这种先进的公共交通监控管理系统具有很多长处：对乘客而言，由于提高了车辆运行的准时性、缩短乘客候车时间，从而增加了公交
17、的吸引力和车辆的载客量，对城市整体的发展产生很大的社会和经济效益。另一方面，可以提高公交部门的服务质量和企业形象，实现公交运营管理、调度的智能化和现代化。从而成为交通系统建设中继高速公路电子收费和车辆自动导航系统后，又一重要领域的探索和实践，同时为3G技术在交通领域的进一步发展应用奠定基础。21.3 课题的研究内容和目标1.3.1 研究内容本文对智能交通系统中用到的通信技术进行分析研究，对比不同通信方式的优缺点，选用以3G通信方式为基础的GPS车辆定位监控系统的解决方案，并对系统中用到的3G技术和GPS技术的原理进行了分析说明。根据监控方案的需求选择经济适用的3G、GPS模块和控制模块，并对各
18、模块的功能原理和接口进行介绍。软件设计主要包括嵌入式系统的选择、TCP套接字的设计。1.3.2 课题章节安排本文主要有四部分组成：(1)理论部分：包括绪论，GPS和3G技术原理，监控系统总体设计。(2)硬件电路部分：GPS模块、3G模块，主控单元模块(3)软件设计部分：车载终端、监控中心的软件设计。(4)总结与展望：对设计进行总结和展望。1.4本章小结 本章主要对研究课题的发展状况和背景进行概括总结，并对课题研究的必要性进行了说明。同时对研究课题的内容和目标进行了概括性的总结。第二章 GPS与3G技术该设计系统主要用到的模块包括GPS定位模块和CDMA2000通信模块。下面对定位系统和通信系统
19、的工作组成、原理和特点进行详细阐述。 2.1 GPS组成及其定位原理 2.1.1 GPS组成及其定位原理 GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表两万多千米的上空，运行周期为12h。卫星均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面有4颗卫星），轨道倾角为55。在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，卫星中可以预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。32.1.1.1 GPS的系统组成 GPS系统通常由三个独立的部分组成： (1)空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。 (2)用户设备部分：如车载终端。该部分用于接
20、收GPS卫星发射信号，以获得定位信息，完成导航和定位工作。 (3)地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。2.1.1.2 GPS的定位原理 GPS定位的基本原理是把高速运动的卫星瞬时位置作为起始数据，利用空间距离交会的方法，确定测点的位置。如图所示：如果T时刻放置GPS接收机在地面待测点，可以测定信号传播到接收机的时间t，可以确定四个方程式：上述四个方程式中测试点的坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数，其中di=c*ti (i=1、2、3、4)。di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、2、3、4与接收机的距离。ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、2、3、4的信号传播到接
21、收机需要的时间。C是GPS信号传播的速度。（等于光速）四个方程中各个参数意义如下： x，y，z：待测点的坐标。 xi，yi，zi (i=l，2，3，4)：由卫星导航电文求得的卫星1、2、3、4在t时刻的空间位置坐标。 Vti(i=l，2，3，4)：由卫星星历提供的卫星1，2，3，4的卫星的钟差。 Vto：接收机的钟差。 由以上四个方程式即可以计算出接收机的钟差Vto和测试点的坐标x，y，z。42.1.2 DGPS定位原理和分类 2.1.2.1 DGPS的定位原理DGPS是英文Difference Global Positioning System的缩写，即差分全球定位系统，方法是在一个精确的已
22、知位置（基准站）上安装GPS监测接收机，计算得到基准站与GPS卫星的距离改正数。该差值通常称为PRC（伪距离修正值），基准站将此数据传送给用户接收机作误差修正，从而提高了定位精度。DGPS是克服SA的不利影响，提高GPS定位精度的有效手段，可达到级及以上精度。DGPS一般可分为单基站DGPS、多基准站区域DGPS、广域DGPS和全球DGPS，全球DGPS正在酝酿中。2.1.2.2 DGPS的分类 根据发送信息方式的不同，差分GPS分为两大类：位置差分和距离差分。距离差分又分为两类：载波相位差分和伪距差分。工作原理是一样的，都是从基准站发送改正数，用户接收后经过修改后，就获得准确定位的结果。不同
23、的是，改正数的内容变了，定位的精度也不相同。下面对三种定位系统原理分别介绍。51.位置差分原理 这是一种很简单的差分方法，用任何一种GPS接收机都可以改装或组成这种系统。GPS接收机观测4颗卫星的位置后便可进行三维定位，智能算出基准站的位置坐标。由于存在着时钟误差、轨道误差、大气影响、SA影响、多径效应等其它误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是有偏差的。基准站利用数据链将改正值发送出去，用户站接收并对用户站坐标值进行修正。 X=X0-Xl； Y=Y0-Y1； Z=Z0-Zl其中: X0，Y0，Z0：实测的坐标； X1，Yl，Z1：其它方法求得的基准站精确坐标； X，Y，Z：基准站点的经纬度坐
24、标修正值。 由该修正值，可用下式表示推算出车辆所在的实际坐标。 X=X2+X；Y=Y2+Y：Z=Z2+Z；其中 X，Y，Z：修正之后车辆所在位置的经纬度坐标。 X2，Y2，Z2：车载GPS接收机得到的实际测量坐标。 经计算得到的坐标已消去了用户站和基准站之间的误差，这些误差是由SA影响、卫星轨道误差、大气影响等造成的，从而提高了定位的精确度。差分技术实现定位精确的前提条件是用户站和基准站观测同一组卫星。位置差分定位技术适用范围是用户与基准站间的距离在100km以内。2.伪距差分原理 应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真
25、实距离。再由测得的伪距，算出伪距改正数，将其传输到车辆接收机，以提高定位精度。这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分”63.载波相位差分原理 载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。72.2 3G技术 2.2.1 3G概述第三代移动通信技术（3rd-generation，3G），指支持高速数据传输的移动通信技术。3G服务能同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以
26、上。3G是指将无线通讯与互联网等多媒体技术结合的新一代移动通信系统，目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WIMAX。3G与2G的主要区别是在传输声音质量和数据的速度上的提升，它能在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理音乐、图像、视频流等多种媒体形式，提供包括电话会议、网页浏览、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与2G的良好兼容性。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆比特/每秒）、384kbps（千比特/每秒）以及144kbps的传输速度（此数值根据网络环境会发生变化）。2.
27、2.2 3G发展历程 3G网络是由GSM/3G网络的基础上发展演变形成的，GSM/3G核心网演进的方向是：GSM核心网演进为3G CS域，3G核心网演进为3G PS域。在演进的过程中，既要考虑充分利用现网资源，实现网络平滑演进，又不能影响业务运行和业务质量。GSM/3G向3G的演进可以分为三个阶段：第一阶段：3G建设初期，新建3G网络，即电路域新建MSC Server、MGW，分组域新建SGSN，此外共用2G的GMSC、GGSN和其他分组域设备。第二阶段：3G发展中期，2G、3G共用核心网，升级2G的部分MSC为MSC Server，GPRS SGSN为3G SGSN，支持3G用户的接入；同时
28、可以通过3G设备的A接口和Gb接口将部分2G BSS接入3G核心网。这个阶段，随着3G用户数量的增加，2G网络会出现余量，可以将具备升级条件的2G设备升级，降低资源消耗，提高网络效率。第三阶段：3G发展后期，无法升级的2G 移动交换中心、GPRS接口服务器逐步退网，形成统一的3G核心网。这个阶段，3G无线覆盖趋于完善，2G用户数逐渐变少，核心网不需要提供对2G无线接入网的支持，可以逐步淘汰无法升级的设备，双接入设备也无须再支持2G无线网的接入。82.2.3 基于3G的通信结构、协议及数据流程 根据无线接口技术的不同，现有3G技术可以分为联通的WCDMA技术，电信的CDMA2000技术和移动的T
29、D-SCDMA技术。考虑到传输带宽、网络稳定性、实用性等因素，本系统采用电信CDMA2000作为无线网络传输。2.2.3.1 CDMA2000简介CDMA2000是由窄带CDMA(CDMA IS95）技术研发发展而来的，是一种宽带CDMA技术，也称为CDMA Multi-Carrier，是由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、三星和Lucent都有参与，韩国成为该标准的主导者。这套系统可以从原来的CDMAONE结构直接升级到3G结构，建设成本低廉。2.2.3.2 CDMA2000网络结构组成cdma2000-1X网络主要有BTS、BSC和PCF、PDSN等节点组成。系统结构如图2.1所示:图
30、2.1 基于ANSI-41核心网的系统结构其中：BTS - 基站收发机PCF - 分组控制BSC - 基站控制器PDSN - 分组数据服务器 SDU - 业务数据单元 MSC/VLR - 移动交换中心/访问寄存器BSCC- 基站控制器由图可见，与IS-95相比，核心网中的PCF和PDSN是两个新增模块，通过支持移动IP协议的A10、A11接口互联，可以支持分组数据业务传输。而以MSC/VLR为核心的网络部份，支持话音和增强的电路交换型数据业务，与IS-95一样，MSC/VLR与HLR/AC之间的接口基于ANSI-41协议。9图中，- BTS在小区建立无线覆盖区用于移动台通信，移动台可以是IS-
31、95或cdma2000-1X制式手机。- BSC可对对个BTS进行控制；- Abis接口用于BTS和BSC之间连接；- A1接口用于传输MSC与BSC之间的信令信息；- A2接口用于传输MSB与BSC之间的话音信息；- A3接口用于传输BSC与SDU(交换数据单元模块)之间的用户话务(包括语音和数据)和信令；- A7接口用于传输BSC之间的信令，支持BSC之间的软切换。以上节点与接口与IS-95系统需求相同。cdma2000-1X新增接口为：- A8接口：传输BS和PCF之间的用户业务；- A9接口：传输BS和PCF之间的信令信息；- A10接口：传输PCF和PDSN之间的用户业务；- A11
32、接口：传输PCF和PDSN之间的信令信息；A10/A11接口是无线接入网和分组核心网之间的开放接口。- 新增节点PCF(分组控制单元)是新增功能实体，用于转发无线子系统和PDSN分组控制单元之间的消息。- PDSN节点为cdma2000-1X接入Internet的接口模块。102.2.3.1总体通信结构 在ITS系统中，利用3G网在车内系统、路边系统和监控中心之间进行通信。下面对原理进行说明，终端设备将数据送入3G无线模块，无线模块将数据进行分组，通过3G网络和互联网送到监控中心的服务器。监控中心接收数据后，可以通过互联网和3G网络向车辆发出各种指令。监控中心须接入互联网且具有固定和真实的IP
33、。 在对无线模块进行3G附着过程和PDP(Packet Data Protocol，分组数据协议)上下文激活过程后，就可以利用3G来进行数据传输了。激活过程用于激活口协议，使数据能以IP数据报的形式传送，通过激活过程，3G无线模块与GGSN建立一条逻辑通路，进行数据传输。附着过程用于接入SGSN，SGSN就可以对用户进行移动性管理。监控中心和终端设备的各种数据和类型都要经过3G模块、SGSN、GGSN和Internet。在传送的每个阶段利用的介质、协议也各不相同，所以需要涉及到不同协议之间的转换，在通信系统的设计中，将数据封装为适宜的形式，以适合不同的协议。2.3本章小结 本章主要对美国的全球
34、定位系统GPS和3G通信网络的结构、协议、特点及工作原理进行了详细阐述。对3G数据流工作的流程分析，可以明晰应用层数据封装的概念。第三章 智能公交监控系统的总体设计方案经过调查问卷，了解到人们日常出行对公交车的需求，结合实际无线通信技术的水平，本章对智能公交系统设计的总体目标进行了概括，提出了硬件和软件的具体解决方案。3.1系统需求分析及其总体设计目标 乘客们在乘坐公交时，往往希望公交车能精确的站点报站，以免坐过站，或是对什么时候下车很茫然，实时站点报站对乘客们提前做好下车准备也有益处，避免下车时惊慌失措；公交管理系统也希望对车上情况实行监控，可以避免司机不规范驾驶，保证乘客们的乘车安全，可以
35、及时发现逃票乘客，也可以对车上扒手等不法分子造成一定心里威胁。该系统须满足公交车运行过程中经纬度信息和车上视频的实时传输，利用3G模块把由GPS模块定位得到的经纬度信息和摄像头所录视频及时的传送到控制中心的服务器，传送之前需要对数据进行分离、封装处理，然后通过3G数据链路联接到Internet，进而访问监控中心服务器的目的。为了扩展车载系统的功能，还可以提供面板操作、短消息语音播报和图形显示等功能，以增加系统的可扩展性和司机的操作方便性。可以通过GPS模块来采集卫星数据，进而传输经纬度、到站时刻等数据，但是需要一个具有很强数据处理能力和可以控制的接口的微处理器。无线通信数据链路的物理层可以由3
36、G模块承载，但是需要有支持数据链路层和网络层协议栈的软硬件平台。对于扩展数据传输，如车辆紧急故障警报，短消息语音播放等功能可以通过控制3G模块实现，也可以通过专用模块实现。通过分析系统需求可以得出，该车载系统需要一个具有较强运算和控制能力的主控芯片，并且可以同时支持网络协议栈和链路层的硬件平台。硬件系统为了解决运算和I/O控制问题，可以采用嵌入式系统，通过在嵌入式平台上构建支持网络通信协议栈的嵌入式系统，可以很好的解决网络协议栈的很多内容。因此硬件平台选用SANGSUNG公司的S3C24490处理器做主控单元，再加上3G模块和GPS定位模块就构成了主要硬件平台。车载端软件系统选用嵌入式linu
37、x作为软件开发平台。监控中心通过windows操作系统自己就能通过套接字编程的方式构建。这样就可以实现对公交车位置和车上情况进行监控，及时了解车辆位置和车上状况，并在需要时对公交车辆进行实时的调度和控制。总体设计图如图3.1所示。11图3.1智能公交监控系统结构图3.2硬件系统的总体设计方案 3.2.1系统的硬件电路组成 移动终端设备监控中心服务器监控中心管理端图3.2 监控系统总体硬件电路示意图该智能公交监控系统的硬件电路设计主要包括四个部分：车载端、3G网络、 Internet和监控中心端。该监控系统的总体硬件电路设计如图32所示。 3.2.2 各部分的组成和作用 (1)车载端：系统车载端
38、是由控制单元、GPS模块、3G模块组成。主要功能是车辆位置信息经纬度的采集、处理，并通过移动通信模块将信息发送到互联网。(2)3G网络：这一部分是由电信运营商提供的，本系统选用电信公司的3G网络。公交管理部门只需向电信公司缴纳一定的通信服务费，无需参加移动设备的安装、维护费用的投入。移动设备需要将受到的信息准确及时的发送到互联网。3G网是连接车载端和互联网的纽带。(3)互联网：移动网络和监控中心数据传输的桥梁，主要功能是将移动网络发送来的信息传输到监控中心服务器端，供监控人员获取。(4)监控中心端：由监控终端和服务器组成。实现监控人员对运行公交车的实时监控和管理。123.3 软件系统的总体设计
39、方案 3.3.1 软件总体功能分析 主要从两个角度实现智能公交管理系统的功能，车载端和监控中心端。3.3.1.1 车载端 对于车载端，软件应该包括以下几功能部分：(1)GPS数据获取：为了确定公交车位置经纬度信息，需要将GPS模块得到的数据进行接收。(2)经纬度数据分离：对经纬度数据进行分离，实现和固定站点位置进行有效的比较。(3)车辆当前位置数据的发送：将经纬度信息通过3G模块发送到移动网络，进而实现和监控中心的联系。(4)当前站点信息、礼貌用语的播报。 (5)信息数据的记录。3.3.1.2 监控中心端 对于监控中心端而言，软件主要包括以下两部分： (1)接收车载端发送的数据：监控中心通过监
40、听端口，从Internet获得车载终端发送的实时数据。(2)车辆运行线路站点信息的设置：录入公交车运行线路途中站点的经纬度信息，作为车载端的数据文件。3.3.2 系统软件组成 分析总体功能，可以得到系统软件总体流程图如图3.3所示。图3.3 系统软件总体设计流程图3.3.3 系统的数据流传输过程 软件系统的数据流程图如图3.4所示。数据流更能够说明系统软件的功能实现过程。图3.4 软件系统的数据流程图数据的传输过程：车载端软件从GPS模块采集到车辆经纬度信息，然后进行系统定义事件的判定，当有到站事件发生时，播报到站站点信息。并将经纬度信息和到站时间依次封装，加上IP数据包、ppp数据包；再通过
41、3G网络传送给监控中心。从监控中心对车载端的控制过程看，车载系统受到监控中心的控制信息后，首先剥离ppp数据报文，再剥离IP数据报文，最后通过匹配驱动以控制相应的硬件设备。可以看出数据流之间实现一层一层的传输，层与层之间透明传输，从而保证车载端的正确发送和监控中心的有效接受。133.4本章小结 本章从设计需求角度出发，分析了智能公交报站系统的硬件组成，并提出了系统软件解决方案，是本系统的总体设计章节，在章节安排上起到承上启下的作用，是理论向实际设计章节的过度，同时对下几章节具体软硬件模板的选取起到指导作用。第四章 智能公交监控系统的硬件电路设计 智能公交监控系统的硬件资源由两部分组成：车载端和
42、网络监控中心端。监控中心需要配有可以上网的PC机来作为监控服务器，只要需要向ISP申请固定IP地址的网络即可，因此对这部分不做详细说明。本章将对车载端硬件电路的设计进行详细的介绍。 4.1 车载端硬件系统的总体结构 智能公交监控系统车载端的硬件平台主要由三部分组成： (1)能车载终端主控单元。 (2) 3G模块单元。 (3) GPS模块单元。 图4.1系统总体硬件框图系统主控单元与3G 、GPS两个模块之间的连接通过串行端口实现。主控单元模块对外提供三个通用的UART接口(UART0-UART2)，设计采用将UART2控制GPS模块，UARTl控制3G模块，而UART0用于保留做其它设备的接口
43、。主控单元外围扩展了LCD控制接口、IIC总线接口等，系统还扩展了USB接口用来加载数据文件和导出信息。此外，根据模块和芯片供电的特点，提供匹配的电源输入，该系统还设计了电源供电模块。系统的硬件电路设计框图如图41所示。 4.2 GPS模块的硬件电路设计 对于GPS模块的选择，通常从支持的通信协议，技术参数，控制接口和成本等几个方面考虑。目前最常用的GPS模块，大都采用CA编码，NMEA0183协议，并且支持12通道。该监控系统主要是实现经纬度数据的采集和接收，因此从实用性角度出发，本系统的GPS模块采用的是HOLUX的GB-87模块。该模块支持NMEA0183协议，支持3.3V-5.5V电压
44、输入，TTL接口电平，波特率可置。在本系统中，GR-87模块通过6PIN排线与主板相连，1脚为电源输入脚，接5 V电源，2、3脚为GPS模块的数据接收和发送，5脚接地。工作时，主控制器S3C2440与GPS模块串口2进行通信，通过设置模块定时输出GPS定位数据，由主控制器对GPS数据进行处理，提取出经纬度，时间等有用信息，为自动报站及正点考核提供可靠数据，保证报站及正点考核功能的实现。该定位模块的特点如表4.2所示。表4.2 GB-87的特点主要特点 采用锂电池，重捕速度更快，寿命更长 抗电磁干扰强 1PPS秒脉冲输出精度可达1US 输出电平模式可供选择技术指标精度：15m(位置) 差分3m
45、0.1m/s(速度)定位时间：冷启动40s热启动12s重新捕获2s跟踪能力：12并行通道，GPS L1工作电压：3.5-5.5V 可选功耗：0.9W更新率：1Hz温度范围：-300C-+850C(工作温度)-400C-+900C(存储温度)物理指标外形尺寸：45*69.8*11.8mm重量：40gGB-87模块在设计上，采用当下最新技术和高度集成的电路设计，有效测量经纬度数据的同时，对于系统功耗的降低和体积的减小都是很好的选择。此外外，该模块还可以将卫星上次定位位置、时间及日期、轨道参数等数据保存在静态存储器中，接收机内部有备用电池为存储器供电。诸多优点决定了它非常适合手持和智能车载设备终端的
46、开发和应用，所以该监控系统的采用的GPS模块为GB-87。144.3 监控终端主控单元的硬件电路设计4.3.1 S3C2440核心模块的特点 主控单元为了实现串口GPS经纬度数据的采集和处理，控制和利用3G模块来实现和监控中心的通信，需要选用有较强数据处理功能的处理器，因此本系统的主控芯片选择了内核为ARM920T的ARM9处理器。由于S3C2440芯片应用比较广泛，片内资源丰富，资料齐全，价格适中，所以选择它作为系统的微处理器。该处理器是一款基于RISC的32位微处理器，工作频率为400 MHz，最高可达533 MHz，满足了举系统对处理速度的要求，同时该处理器还集成了丰富的通信接口和控制器，有效地降低了系统的复杂度，为系统开发提供了良好的硬件平台。其尺寸图形如图4.3所示。 图4.3 Nan02440核心版图4.3.2 S3C2440的接口电路 S3C2440核心版本身含有丰富的扩展接口，包括LCD，LAN，AD，USB，12C,RTC,JTAG接口等。 图4.4