GPS全自动公交语音报站器的研究

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　　1 引言
　　这里提出一种GPS全自动公交语言报站器的设计方案，该方案采用GPS全球定位系统，无需人工干预，当车辆快到车站时可全自动实现语音报站。
　　2 GPS公交报站系统的原理
　　GPS(Global Positioning System)，即全球卫星定位系统。每颗GPS卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度计算出接收机到不同卫星的距离。同时接收到至少4颗卫星数据时，就可以算出三维坐标、速度和时间。GPS接收模块接收GPS卫星发送的定位数据，经简单的字符串操作可分别找出GPS信号中的经度、纬度以及相应的格林威治时间等定位信息。然后，将这些经纬度信息通过串口发送给单片机处理。
　　图1为GPS公交智能报站器原理。GPS模块接收所选卫星发来的导航信息和星钟校正参数的时间，计算出车辆当前的经纬度坐标信息。将此坐标信息与存储在单片机中的车站的经纬度坐标信息比对(可以设定阈值)，就可查得车站站名信息，由语音系统播报即可。
　　3 系统器件选型
　　3．1 GPS定位模块——Leadtek GPS-9543LP
　　目前市场上GPS模块较多，由于系统对GPS模块无特殊精度要求，出于成本的考虑，选用价格相对便宜的LeadtekGPS-9543LP定位模块。其定位精度10 m，能满足设计要求。Leadtek GPS-9543LP提供一个双列20针的对外接口，如图2所示。它有两组全双工的异步串行接口，便于和单片机通讯。在加电后开始运行，其基本运行过程如下：
　　(1)自检 加电后开始自检，通过输出通道报告自检结果，其过程将检测RAM、Flash、接收器、实时时钟和晶体振荡器。
　　(2)初始化 自检完毕后，将开始卫星探测和跟踪过程。整个探测过程是完全自动的。正常情况下，GPS-9543LP将用45 s的时间获取定位信息(在已知星历表时只需8 s)，之后通过输出通道传送有效的位置、速度和时间信息。
　　(3)导航探测完毕后，GPS-9543LP通过输出通道发送有效的导航信息，包括经纬度、海拔、速度、日期／时间、误差估计、卫星和接收机状态。
　　(4)卫星数据收集 运行时，GPS-9543LP将自动更新卫星轨道数据。
　　GPS-9543LP采用美国国家海洋电子协会制定的NMEA-0183通信标准格式。其输出数据采用ASCII码，内容包含纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向以及卫星状况等信息。一条$GPGGA输出语句包括17个字段：语句标识头，世界时间，纬度，纬度半球，经度，经度半球，定位质量指示，使用卫星数量，水平精确度，海拔高度，高度单位，大地水准面高度，高度单位，差分GPS数据期限，差分参考基站标号，校验和结束标记(用回车符< CR>和换行符<LF>)，分别用14个逗号分隔。如单片机接收到以下定位信息：
　　$GPGGA，114641，3002．3232，N，12206．1157，E，1，05，12．9,53．2，M，11．6,M，*4A
　　表示使用“$GPGGA”格式语句，世界(格林威治)时间为11时46分41秒，位置在北纬30度2．323 2分．东经122度6．1157分，定位有效，接收到5颗卫星，水平精度12．9 m，天线离海平面高度53．2 m，所在地离地平面高度11．6 m，校验和为4AH。
　　从GPS板接收的数据流是文本字符串，可根据GPS输出数据NMEA-0183通信标准格式所定义的各种记录语句的结构组成特点，编制程序解析其中有用信息。由于帧内各数据段由逗号分隔，因此在处理缓存数据时一般通过搜寻ASCII码“contentrdquo;判断是否是帧头。在识别帧头的类别(GPGGA)后，通过对所经历逗号个数判断当前正在处理的是哪一种定位导航参数，并作出相应处理。
　　3．2 语音合成模块
　　XF-S4240语音合成模块是嵌入式中文语音合成模块。该模块通过异步串口(UART)、SPI接口及I2C总线3种方式接收待合成的文本，直接合成为语音输出。XF-S4240采用3．3 V电源供电，支持GB2312，GBK，BIG5，UNICODE 4种内码格式的文本，具有智能的文本分析处理算法，可正确识别和处理数值、号码、时间的度量衡符号，具备较强多音字处理能力；可男声、女声双发音；支持软件调节语速、语调、音量；支持多种控制命令，包括：合成、停止、暂停合成、继续合成等。其命令由3部分组成如表1，其命令共有6个，详细内容如表2，表3 所示。
　　4 GPS公交智能语音报站器的硬件电路
　　该系统采用常见的AT89C52单片机作为控制器。该器件成本低廉且内部有8 KB的EPROM。GPS模块和语音模块均采用异步串行通讯模式与单片机通讯，简化了硬件连接。由于AT89C52只有一个串行口，因此需扩展 AT89C52的串口。采用单片机的P3．0和P3．1分别控制GPS和语音模块的RXD，低电平有效如图3所示。只有当某控制引脚为低电平时，对应模块才享有使用串口的权力，达到串口分时复用。