基于SIM300通訊模塊城市智能交通系統(tǒng)

隨著當(dāng)今社會(huì)的城市化建設(shè)，在城市人口持續(xù)增長(zhǎng)及經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下，城市交通工具與日俱增，城市交通系統(tǒng)面臨的壓力也日益突顯，我院教師指導(dǎo)學(xué)生以ITS(Intelligent Transportation Systems)智能交通系統(tǒng)的研究為切入點(diǎn)，提出了一種新型的城市公交系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于SIM300通信模塊與GPS模塊，系統(tǒng)由車載終端、通信網(wǎng)絡(luò)、乘客的移動(dòng)設(shè)備(站臺(tái)終端)組成。車載終端采集車輛運(yùn)行中的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心;監(jiān)控中心接收、存儲(chǔ)并解析收到的數(shù)據(jù)，將其可視化，同時(shí)根據(jù)需要向車載終端下行相關(guān)指令信息并將車輛信息反饋給乘客。本文將分析系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成，描述各模塊功能實(shí)現(xiàn)，最后給出系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本公交智能系統(tǒng)可分為4個(gè)功能模塊，分別是車載終端、通信網(wǎng)絡(luò)、乘客移動(dòng)終端(站點(diǎn)顯示終端)、SIM300通信監(jiān)控中心。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。車載終端采集公交車的站點(diǎn)位置及統(tǒng)計(jì)站臺(tái)的乘客人數(shù)。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)采用中國(guó)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)。車載終端將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)融合后按照設(shè)計(jì)的通信協(xié)議發(fā)送至監(jiān)控中心接受主機(jī)。監(jiān)控中心是一臺(tái)具有Internet接入能力的服務(wù)器，他接受車載終端經(jīng)由GPRS—Internet發(fā)過來(lái)的數(shù)據(jù)包、解析、儲(chǔ)存后將接收的數(shù)據(jù)可視化至顯示屏，再將數(shù)據(jù)反饋給站臺(tái)乘客。

2 智能交通系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

此智能交通系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片。STC12C5A60S2單片機(jī)具有低功耗，數(shù)據(jù)處理快的優(yōu)點(diǎn)，可以保證大量信息輸入的時(shí)候安全穩(wěn)定的處理。該設(shè)計(jì)通過GPS接收模塊(UBLOX-4T)，接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控端，經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，在通過單片機(jī)串口1，發(fā)送給NOKIA5110顯示器，將站點(diǎn)的乘客人數(shù)呈現(xiàn)給公交車司機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)的硬件部分以低功耗、構(gòu)架簡(jiǎn)單為理念而設(shè)計(jì)，具有較高的實(shí)際價(jià)值。

3 智能交通系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

智能交通系統(tǒng)的軟件部分包括了GPS模塊對(duì)GPS算法的運(yùn)用從而算出公交車的經(jīng)緯度，也通過編程利用單片機(jī)將乘客發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理后反饋給公交車司機(jī)。

3.1 GPS定位算法

根據(jù)GPS模塊及相關(guān)資料，我們了解到GPS定位算法是按泰勒級(jí)數(shù)展開取至一項(xiàng)進(jìn)行線性化，然后運(yùn)行最小二乘法進(jìn)行求解，算法中所取的觀測(cè)站坐標(biāo)的初始值應(yīng)注意偏差范圍，避免影響主控端對(duì)數(shù)據(jù)的分析判斷。而以公交站點(diǎn)為具體觀測(cè)點(diǎn)，在測(cè)試中證明，對(duì)不同地點(diǎn)移動(dòng)設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)均能正確定位其位置。

3.2 程序流程圖

3.3 軟件數(shù)據(jù)分析

對(duì)于SIM300模塊的控制是利用AT指令的，在實(shí)際的運(yùn)用中我們用到的AT指令為：

(AT+CMGF=n;AT+CMGR=n;AT+CMGD=n;)

其中在調(diào)試的過程中我們可以利用AT+CMGR=n是獲取第n條短信內(nèi)容，AT+CMGD是刪除第n條短信。

分析短信部分：

當(dāng)我們向模塊發(fā)送AT+CMGR=1的時(shí)候就會(huì)相應(yīng)讀取第一條信息如下：

AT+CMGF=0;

這條指令是直接設(shè)置短信的格式為TEXT.

AT+CMGR=1

OK

+CMGR：“RECREAD”，“+8618998406355”，“13/06/19，08：24：06+32”

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我們就可以根據(jù)返回來(lái)的例子來(lái)寫協(xié)議分析短信內(nèi)容提取有用的信息，

返回短信部分：我們利用的AT指令是(AT+CMGF=0;AT+CSCS=“UCS2”;AT+CMGS=n;)

AT+CMGF=0：信息的格式是中文模式的格式.

AT+CSCS=“UCS2”：信息使用的碼是UCS2.

AT+CMGS=n：是設(shè)置短信代碼的長(zhǎng)度.n的值取決于你短信的長(zhǎng)度.

如果想控制SIM300發(fā)送一條中文的短信就需要向模塊發(fā)送如下代碼

AT+CMGF=0 設(shè)置中文格式

AT+CSCS=“UCS2”

AT+CMGS=23

0011000D91688199486053F5000801086D4B8BD56210529F

最后還要發(fā)一個(gè)結(jié)束字符0x1a

這樣就可以向指定號(hào)碼發(fā)送一條中文信息.刪除信息部分：

我們直接可以用AT+CMGD=n來(lái)對(duì)第n條信息進(jìn)行刪除.返回OK就是正常刪除.

GPS軟件調(diào)試：

通過調(diào)試軟件我們可以得到如下信息

$GPRMC，121252.000，A，3958.3032，N，11629.6046，E，15.15，359.95，070306…A*54這一條.

GPRMC數(shù)據(jù)詳解：

$GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>，11>，12>*hh

其中我們只需要分析前六位數(shù)據(jù)

1>UTC時(shí)間，hhmmss(時(shí)分秒)格式

2>定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無(wú)效定位

3>緯度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)

4>緯度半球N(北半球)或S(南半球)

5>經(jīng)度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)

6>經(jīng)度半球E(東經(jīng))或W(西經(jīng))

這樣我們就可以參照來(lái)寫協(xié)議過濾不要的信息提取定位的信息，

4 系統(tǒng)實(shí)際操作展示

下面以實(shí)際操作展示本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能。當(dāng)基于SIM300通訊模塊城市智能交通系統(tǒng)啟動(dòng)后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行初始化，操作以3個(gè)站點(diǎn)為例，初始化后監(jiān)控中心顯示的3個(gè)站點(diǎn)A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)，分別顯示0人。當(dāng)A區(qū)有人發(fā)送短信“1”給智能公交通系統(tǒng)后，車載智能公交系統(tǒng)會(huì)更改A區(qū)人數(shù)。同時(shí)，智能交通系統(tǒng)會(huì)回復(fù)公交車所在位置。公交車到站后按按鈕，該站點(diǎn)人數(shù)清0，重新統(tǒng)計(jì)。

5 結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的發(fā)展，各地路網(wǎng)結(jié)構(gòu)正日趨完善，各大城市均在對(duì)城市智能化交通系統(tǒng)進(jìn)行探討實(shí)踐并完善。智能化交通系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展必將會(huì)借助通信技術(shù)、傳感識(shí)別技術(shù)、空間等科學(xué)技術(shù)的改革更新，并與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，更好地增強(qiáng)道路安全，提高交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率，以有序、流暢的交通系統(tǒng)降低環(huán)境影響。本設(shè)計(jì)在智能化交通系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)了乘客與公交車之間的信息互通，給乘客與公交車之間提供了更好的信息交互服務(wù)。

通過此智能交通系統(tǒng)系統(tǒng)，乘客可以利用移動(dòng)終端通過GPS網(wǎng)絡(luò)將自己的站點(diǎn)位置發(fā)送給智能交通系統(tǒng)，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)好各個(gè)站臺(tái)的人數(shù)顯示給公交車司機(jī)，從而幫助司機(jī)清楚每個(gè)站點(diǎn)候車的乘客人數(shù)并且也節(jié)省了無(wú)乘客候車站點(diǎn)的停靠時(shí)間，與過去的公交系統(tǒng)相比較有較強(qiáng)的實(shí)際意義和創(chuàng)新性。另外該公交系統(tǒng)還會(huì)將公交車的地理信息反饋給乘客，這樣乘客清楚公交車的動(dòng)態(tài)可以更方便的把握自己的時(shí)間，

在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的社會(huì)，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

后期的開發(fā)，我們可以在公交站點(diǎn)上設(shè)置按鈕或感應(yīng)服務(wù)裝置，乘客可以通過此裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)放GPS信息站點(diǎn)的人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息并且可以在裝置上顯示出公交車的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，更加方便市民出行，從而使城市更加智能化。