智能公交電子站牌系統結構設計

1、電子站牌總體設計

所謂電子站牌]，就是以電子屏幕形式顯示的指示牌。電子站牌是智能公交系統的子系統，呈現了所有功能的集成結果，也是乘客能直接感受到系統便利性的最佳媒介。它集成了計算機、通訊與現代控制技術，是城市公交信息化、現代化的標志之一。它主要完成兩個功能，第一，為候車乘客提供經過該站臺的公交車輛的到站信息，如某路公交車當前的區間位置，大約還要多長時間到達本站，改變了以往候車乘客被動等車的局面。第二，完成與相鄰站牌之間的通信連接，通過站牌的通信連接從而組成整個公交系統網絡。圖4.1所示為電子站牌工作原理。

2、電子站牌硬件設計

電子站牌主要完成接收信息(包括對上游站牌及到站公汽信息的接收)、發送信息以及顯示信息。其電氣框圖如圖4.3所示。

4.2.1微處理器選型

盡管每家芯片廠商生產的ARM微處理器都各有不同，但都不外乎下面幾個系列[33]:ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列和Intel的StrongARM等，各系列處理器處理除了具有ARM體系結構的共同特點以外，每個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應用領域。如如ARM7系列適用于工業控制、網絡設備、移動電話等應用;ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列則更適合無線設備、消費類電子產品的設計;SecurCore系列專門為安全要求高的應用設計;Intel的StrongARM處理器是便攜式通信產品和消費類電子產品的理想選擇。

從應用的角度說，微處理器選型的時候要考慮以下幾個方面[10][31]：①ARM內核的選擇眾所周知，ARM微處理器包含很多系列的內核結構，以適用不同應用領域。比如用戶希望使用Windows CE操作系統以減少軟件開發時間，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU(Memory Management Unit)功能的ARM芯片，因為ARM7TDMI沒有MMU，不支持Windows CE。

②ARM芯片內存儲器容量

大多數的ARM微處理器片內存儲器的容量都不太大，需要用戶在設計系統時外擴存儲器。但也有部分芯片具有相對較大的片內存儲空間，自身的內存空間就可以滿足工程要求，從而達到簡化系統設計的目的。

③ARM芯片片內外圍電路接口除ARM微處理器核以外，幾乎所有的ARM芯片均根據各自不同的應用領域，擴展了相關功能模塊，并集成在芯片之中，即為片內外圍電路。設計者應根據工程的需求，盡可能采用片內外圍電路完成所需的功能，這樣既可以簡化系統的設計，又可以提高系統的穩定性。

從研究可行性出發，本文方案采用了ARM體系結構的ARM7TDMI內核。它是目前廣泛使用的32位嵌入式RISC處理器，主要用于低端的電子設備。此外，由于ARM有著極高的指令效率，極高的時鐘頻率。因此其運算能力非常強大，內部資源也十分豐富，以ARM微處理器為核心的硬件方案比較多，也較為成熟，這樣極大的簡化了硬件設計的難度，縮短了開發周期。

本系統中主控處理器主要任務包括:

①接收公交車信號以及其他電子站牌發送過來的信號，并對它們進行處理后送本電子站牌顯示屏,顯示車輛到站和車輛行車路況。

②再通過無線模塊將相應的信息送到下一站電子站牌,通過接力的方式將整個路線的當前正在行駛的車輛的信息在不同的站牌上動態顯示，以便完成了整條線路信息的實時傳遞。

結合本系統要完成的主要任務要求，綜合考慮處理器性能、價格應用前景等多方面的因素，Philip公司生產的LPC2214芯片成為本系統選用的較為理想的一款處理器，該款處理器的芯片內部集成了兩個UATR、I2C串行接口、SPI串行接口、通用I/O口等多個功能模塊，同時它還是一款支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI CPU的微控制器，很適合終端類產品的開發。

4.2.2微處理器LPC2214特性

本文中所選用的LPC2214[8]微處理器是一款基于支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器，它具有256KB的高速Flash存儲器，片內位寬度接口及獨特的加速結構為32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行提供了硬件基礎，同時其16位Thumb模式可以將代碼規模降低30%，而很少對其性能造成損失。LPC2214的內部結構框圖如圖4.4所示，其特性主要有[13]：

①16/32位ARM7TDMI-S微控制器;

②16KB靜態RAM;

③256KB片內FLASH程序存儲器，128位寬度接口/加速器可實現高達60MHz的操作頻率;

④LQFP144腳封裝;

⑤片內Boot裝載程序實現在系統編程(ISP)和在應用中編程(IAP);

⑥8路10位A/D轉換器，轉換時間低至2.44us;

⑦2個32位定時器(帶4路捕獲和4路比較通道)、PWM單元(6路輸出)、實時時鐘和看門狗;

⑧多個串行接口，包括2個16C550工業標準UART、高速I2C接口(400Kbps)和2個SPI接口;

⑨通過片內PLL可實現最大為60MHZ的CPU操作頻率;

⑩向量中斷控制器。可配置優先級和向量地址;?112個通用I/O口(可承受5V電壓)，12個獨立外部中斷引腳(EINT和CAP功能);

?片內晶振頻率范圍：1～30MHz;

?通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒;

?可通過個別使能/禁止外部功能來優化功耗;

?雙電源：CPU操作電壓范圍：1.65～l.95v(1.8V×(l±8.3%));

?I/O操作電壓范圍：3.0～3.6V(3.3V×(1±10%))

3輔助電路設計

1.電源電路

由于LPC2214微控制器有兩組電源，一是I/O口供電電源電壓為3.3V，二是內核供電電源電壓為1.8V，所以系統必須要有兩組電源電壓轉換電路，電路分別如圖4.5和圖4.6所示，其中圖4.5為3.3V電源供電電路，圖4.6為1.8V電源供電電路。

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