基于GPRS和基站定位的城市公交监控装置

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《电子技术应用》2013年第39卷第2期
随着经济发展以及城市人口快速增长， 城市公共服
务设施和基础设施面临巨大考验。作为承担着城市基础
运营的公交系统， 其高效的运营和服务将很大程度上解
决城市交通问题。
本文设计了一个基于GPRS [ 1] 和基站定位的公交监
控装置。该装置将采集到车辆运行中的相关数据进行融
合后通过GPRS 网络发送至监控中心， 同时接收监控中
心下发的相关指令， 实现对公交车辆的定位和监控。本
设计在完成总体设计的基础上， 完成了装置的软、硬件
设计和实现。
1 GPS 定位与基站定位的比较
基于GPS 的定位系统在天气不佳时， 特别在高架桥
下、高楼边角和隧道等地， 其定位效果会受到相当大的
影响， 甚至无法进行定位。而在这种情况下往往最容易
发生交通阻塞， 最需要准确定位和调度服务发挥效用。
GPS 加其他辅助手段的定位方法虽然可以提高定位精
度， 但却提高了设备成本和运营维护成本[ 2]。而基站定
位不但能耗低， 不受天气、高楼的影响， 且在人口越密集
的地方， 基站往往越多， 定位更准确； 而在基站少定位不
准确时， 还可利用公交线路相对固定的特点通过软件改
善来修正定位信息。
2 总体方案
本设计采用基于ARM9 处理器[ 3] 的嵌入式系统， 利
用Linux 操作系统， 开发具有定位追踪功能的监控装置。
该嵌入式平台资源丰富, 技术成熟, 有良好的可扩展性，
在需要时能进行功能模块的添加和升级。装置采用
S3C2440 为主控制器， 外扩Nand Flash 用于程序存储器，
SDRAM 为内存，LCD 和按键作为人机交互接口， 配合带
有基站定位功能的GPRS 模块SIM900 ， 实现采集公交车
位置、车厢温度、乘客人数、运行速度等信息， 并通过
GPRS 网络将采集到的信息传送到监控中心， 同时接收
监控中心的下行指令。
3 硬件设计
3.1 微控制器模块
S3C2440 是三星推出的一款基于ARM920T 内核的
16/32 bit RISC 嵌入微处理器， 集成了丰富的片上资源，
在开发过程中可以减少外围的设备部件， 以降低系统的
成本。本设计使用2 片HY57V561620FTP 作为SDRAM，
使用的Nand Flash 为K9F1G08 芯片。
微控制器通过异步接收/发送装置UART2 和SIM900
基于GPRS 和基站定位的城市公交监控装置
王肖楠1，张兴波2，李炳祥2
（1.华北计算机系统工程研究所，北京100083；
2.北京国际系统控制有限公司，北京100083）
摘要： 分析了基站定位相对于GPS 定位在城市公交终端应用中的优势， 介绍了基于GPRS 和基
站定位的公交监控装置设计，并着重阐述了基于ARM 嵌入式系统平台的监控装置的技术实现。
关键词： GPRS；基站定位；SIM900；嵌入式系统
中图分类号： TP29 文献标识码： A 文章编号： 0258-7998(2013)02-0039-03
City bus supervisory device based on GPRS and location-based service
Wang Xiaonan1，Zhang Xingbo2，Li Bingxiang2
(1.National Computer System Engineering Research Institute of China ，Beijing 100083 ，China ；
2.Beijing Systems Control International Inc. ，Beijing 100083 ，China)
Abstract ： The advantages of location -based service over GPS in the application of city public traffic terminals are analysed
and the design of bus supervisory device based on GPRS and location -based service is introduced. The technology implementation
based on ARM embedded system platform is illuminated in detail.
Key words ： GPRS ；location-based service ；SIM900 ；embedded system
集成电路应用Application of Integrated Circuits
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进行数据交换。其中，SIM900 的引脚RXD 用于接收由
S3C2440 的引脚UART2_TXD 传出的数据， 数据最终由
SIM900 发出； 引脚TXD 用于向S3C2440 的引脚
UART2_RXD 发送数据。
RS485 总线是一种常见的串行总线标准， 采用平衡
发送与差分接收的方式， 具有抑制共模干扰的能力。在
一些要求通信距离为几十米到上千米、多节点的系统中
有着广泛的应用。S3C2440 的UART1 通过RS485 转化电
路形成485 总线。如图1 所示， 温度传感器、公交读卡器
和报站器都接在485 总线上， 在系统运行时， 微控制器
将采用问答形式获得公交中的温度、人数以及站点等
数据。
3.2 GPRS 模块
SIM900 是SIMCom 推出的一款新型无线四频GSM/
GPRS 模块， 完全采用SMT 封装形式， 同时采用了功能
强大的ARM926EJ-S 芯片处理器。SIM900 采用工业标准
接口， 同时支持标准的AT 命令。本设计采
用的SIM900 带有基站定位功能， 定位信息
通过AT 指令获得。
设计中设置S3C2440 的通用I/O 口
GPB8 为输出， 上电后通过把SIM900 的
PWRKEY 信号拉低一段时间然后释放来启
动GPRS 模块。在SIM900 模块内部，PWRKEY 引脚
通过100 kΩ 电阻上拉到3 V 电压域。为了防止
PWRKEY 与微控制器I/O 口直连导致串电， 在模块与微
控制器I/O 口间采用三极管隔离， 增强了开关可靠性。
图2 为SIM900 与SIM 卡的连接原理图。为了增强SIM
卡部分的可靠性，SIM 卡的所有信号线都通过连接TVS
二极管来做静电(ESD) 防护。设计中采用ESDALC6V1 芯
片作为ESD 保护。SIM 卡电源引脚SIM_VCC
并接220 nF
电容， 以稳定电源输出， 减小波纹。在PCB 布局时， 应使
SIM 卡卡座尽量靠近模块， 图2 中的电容、ESD 等器件
放置也应靠近SIM 卡座。
3.3 电源模块
该系统硬件设计的关键在于电源部分。SIM900 工作
在3.4 V～4.5 V 之间， 由于模块射频发射时电流的峰值最
高会达到2 A 以上， 可能导致供电电源电压跌落。因此，
电源供电能力要尽可能达到2 A， 以保证电压不会低于
GPRS 模块的工作电压。设计中选择可调输出电压芯片
LM2576 ，LM2576 输出电压范围为1.2 V～37 V， 瞬间可以
通过的最大电流达到3 A， 符合电路要求。电源模块电
路如图3 所示。S3C2440 控制器模块需要的1.25 V、1.8 V
和3.3 V 电源都由LM2576 提供的5 V 电源转化输出，
如图4 所示。为了增强模块电
源抗干扰能力（ 主要抗浪涌、脉
冲群、静电等） ， 避免在外界环
境比较恶劣的情况下出现模块
供电异常， 在外部电源输入端
并入470 μF 和0.1 μF 电容， 在
VBAT 供电芯片输出端并入470 μF 电容， 以滤除干扰。
SIM900 模块从上电到注册网络期间， 射频发射功率
相对偏高。VBAT 供电的长走线、窄线宽， 或者稳压电容
离VBAT 引脚较远， 会导致在模块上电后的一段时间
内，VBAT 上耗流、纹波增加， 电源电压跌落很大。因此
在PCB 布局时，VBAT 上的旁路电容应尽量放在对应管
脚附近。为降低PCB 走线阻抗，VBAT 走线应尽量宽、尽
量短， 最好大面积铺地。
在考虑VBAT 设计的同时， 也要重点关注GND 设
计。GND 整个回流路径的长短以及阻抗的连续性是电
源跌落及音频干扰的主要原因。因此， 把模块GND、电
池座GND、电源适配器GND、相互间GND 以一块完整的
铜皮相连接， 在有结构、板层限制， 无法大面积铺铜皮
处， 用2 mm 以上走线单独连起来再覆铜， 以保证GND
的完整性。另外， 整个PCB 板应尽量多打地孔， 电源和
地的回流路径越小越好。
4 软件设计
软件采用层次化设计结构， 如图5 所
示。软件主要由以下几个模块组成：(1) 定
制的Linux 2.6 内核；(2) 串口、键盘和LCD
显示屏的设备驱动程序；(3) 键盘处理和显
示模块；(4) 与数据中心及当地设备的数据
集成电路应用Application of Integrated Circuits
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《电子技术应用》2013年第39卷第2期
( 上接第38 页)
与FPGA 之间的通信。
本设计在单片机的控制下， 基于FPGA 和DDS 模块
实现了任意波形的产生， 且输出信号的频率、幅度、相位
均可通过总控制器软件由用户进行调整。当输出波形需
要改变时， 只需改变存储波形参数的ROM 数据， 就可以
灵活地控制任意波形的输出。通过仿真验证了信号源的
可实现性， 本信号源的输出信号频率稳定性高， 相位和
幅度连续可调， 频率转换速度快， 符合导弹角速度编码
器组合测试系统的设计要求， 具有很好的应用价值。
参考文献
[1] 仇召辉， 岳瑞华. 导弹自动化测试系统标准信号源研究
与设计[J].弹箭与制导学报，2008 ，28(2) ：242-244.
[2] GUTTERMAN L.PXI for military test applications[C].IEEE
AUTOTESTCON Proceedings ，2002 ：215-226.
[3] 赵呈恺.通用测试台模拟信号源的设计[D]. 太原： 中北大
学，2009.
[4] 游志宇， 张洪， 董秀成， 等.MCS_51 与FPGA_CPLD 总线
接口逻辑设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2008(1) ：
29-32.
( 收稿日期：2012-10-10)
作者简介：
靖朋， 男，1989 年生， 硕士研究生， 主要研究方向： 数字
信号处理。
王和明， 男，1965 年生， 教授， 硕士生导师， 主要研究方
向： 数字信号处理。
张景伟， 男，1988 年生， 硕士研究生， 主要研究方向： 智
能检测与控制。
通信模块；(5) 定位及数据处理模块。
本设计使用Qt 提供的类库实现装置软件的开发；
软件通过串口设备访问GPRS 模块， 实现从GPRS 模块
接收基站定位信息， 并实现终端与监控中心通信。相比
基于GPS 和GPRS 的终端设计， 本设计将减少一个串口
的开销， 可用于其他扩展模块。
在本设计中，UART 起了很大作用， 除了作为调试口
用外， 还用于与485 总线和GPRS 进行通信。上层应用软
件中为485 总线和GPRS 编写的应用程序都是通过该驱
动实现对串口的访问。
本装置可以实现对城市公交车运行情况的监测， 并
可将监测数据通过网络传送至监控中心， 实现中心对公
交车的远程监控。通过基站定位， 可以在相对于GPS 成
本更低、功耗更小的情况下实现定位， 同时实现站点位
置记录和自动报站， 尤其在受到不良天气、高楼、桥梁影
响时可发挥比GPS 更高的效用。本装置基于ARM 嵌入
式系统平台， 可通过良好的扩展性适应不同的市场需
求， 提高城市公交系统效率， 改善城市交通状况。
参考文献
[1] Yu Kunjie.Implementation of remote I/O control terminal
based on GPRS wireless communication[J].Video Engineering，
2012 ，36(13) ：89-91.
[2] 高岳， 张腾.基于基站定位的公交查询系统设计[J]. 无线
互联技术，2011(3) ：32-35.
[3] 马少平， 骆志刚， 孙雷， 等. 基于ARM 的GPRS 远程终端
设计与实现[J]. 微计算机信息，2006 ，22(14) ：118-120.
( 收稿日期：2012-11-15)
作者简介：
王肖楠, 男，1988 年生， 硕士研究生， 主要研究方向： 计
算机应用及自动化。
张兴波， 男，1964 年生， 高级工程师， 主要研究方向： 计
算机应用及自动化。
李炳祥， 男，1963 年生， 工程师， 主要研究方向： 计算机
应用。
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2014-10-1 07:56 上传

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