智能公交电子站牌系统结构设计

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1、电子站牌总体设计

所谓电子站牌],就是以电子屏幕形式显示的指示牌。电子站牌是智能公交系统的子系统,呈现了所有功能的集成结果,也是乘客能直接感受到系统便利性的最佳媒介。它集成了计算机、通讯与现代控制技术,是城市公交信息化、现代化的标志之一。它主要完成两个功能,第一,为候车乘客提供经过该站台的公交车辆的到站信息,如某路公交车当前的区间位置,大约还要多长时间到达本站,改变了以往候车乘客被动等车的局面。第二,完成与相邻站牌之间的通信连接,通过站牌的通信连接从而组成整个公交系统网络。图4.1所示为电子站牌工作原理。


2、电子站牌硬件设计

电子站牌主要完成接收信息(包括对上游站牌及到站公汽信息的接收)、发送信息以及显示信息。其电气框图如图4.3所示。

4.2.1微处理器选型

尽管每家芯片厂商生产的ARM微处理器都各有不同,但都不外乎下面几个系列[33]:ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列和Intel的StrongARM等,各系列处理器处理除了具有ARM体系结构的共同特点以外,每个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。如如ARM7系列适用于工业控制、网络设备、移动电话等应用;ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列则更适合无线设备、消费类电子产品的设计;SecurCore系列专门为安全要求高的应用设计;Intel的StrongARM处理器是便携式通信产品和消费类电子产品的理想选择。

从应用的角度说,微处理器选型的时候要考虑以下几个方面[10][31]:①ARM内核的选择众所周知,ARM微处理器包含很多系列的内核结构,以适用不同应用领域。比如用户希望使用Windows CE操作系统以减少软件开发时间,就需要选择ARM720T以上带有MMU(Memory Management Unit)功能的ARM芯片,因为ARM7TDMI没有MMU,不支持Windows CE。

②ARM芯片内存储器容量

大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大,需要用户在设计系统时外扩存储器。但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间,自身的内存空间就可以满足工程要求,从而达到简化系统设计的目的。

③ARM芯片片内外围电路接口除ARM微处理器核以外,几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域,扩展了相关功能模块,并集成在芯片之中,即为片内外围电路。设计者应根据工程的需求,尽可能采用片内外围电路完成所需的功能,这样既可以简化系统的设计,又可以提高系统的稳定性。

从研究可行性出发,本文方案采用了ARM体系结构的ARM7TDMI内核。它是目前广泛使用的32位嵌入式RISC处理器,主要用于低端的电子设备。此外,由于ARM有着极高的指令效率,极高的时钟频率。因此其运算能力非常强大,内部资源也十分丰富,以ARM微处理器为核心的硬件方案比较多,也较为成熟,这样极大的简化了硬件设计的难度,缩短了开发周期。

本系统中主控处理器主要任务包括:

①接收公交车信号以及其他电子站牌发送过来的信号,并对它们进行处理后送本电子站牌显示屏,显示车辆到站和车辆行车路况。

②再通过无线模块将相应的信息送到下一站电子站牌,通过接力的方式将整个路线的当前正在行驶的车辆的信息在不同的站牌上动态显示,以便完成了整条线路信息的实时传递。

结合本系统要完成的主要任务要求,综合考虑处理器性能、价格应用前景等多方面的因素,Philip公司生产的LPC2214芯片成为本系统选用的较为理想的一款处理器,该款处理器的芯片内部集成了两个UATR、I2C串行接口、SPI串行接口、通用I/O口等多个功能模块,同时它还是一款支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI CPU的微控制器,很适合终端类产品的开发。

4.2.2微处理器LPC2214特性

本文中所选用的LPC2214[8]微处理器是一款基于支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器,它具有256KB的高速Flash存储器,片内位宽度接口及独特的加速结构为32位代码能够在最大时钟速率下运行提供了硬件基础,同时其16位Thumb模式可以将代码规模降低30%,而很少对其性能造成损失。LPC2214的内部结构框图如图4.4所示,其特性主要有[13]:

①16/32位ARM7TDMI-S微控制器;

②16KB静态RAM;

③256KB片内FLASH程序存储器,128位宽度接口/加速器可实现高达60MHz的操作频率;

④LQFP144脚封装;

⑤片内Boot装载程序实现在系统编程(ISP)和在应用中编程(IAP);

⑥8路10位A/D转换器,转换时间低至2.44us;

⑦2个32位定时器(带4路捕获和4路比较通道)、PWM单元(6路输出)、实时时钟和看门狗;

⑧多个串行接口,包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口(400Kbps)和2个SPI接口;

⑨通过片内PLL可实现最大为60MHZ的CPU操作频率;

⑩向量中断控制器。可配置优先级和向量地址;?112个通用I/O口(可承受5V电压),12个独立外部中断引脚(EINT和CAP功能);

?片内晶振频率范围:1~30MHz;

?通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒;

?可通过个别使能/禁止外部功能来优化功耗;

?双电源:CPU操作电压范围:1.65~l.95v(1.8V×(l±8.3%));

?I/O操作电压范围:3.0~3.6V(3.3V×(1±10%))

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