1、本科生毕业论文（设计）题目BRT车道优化控制系统学生姓名学号100104200111指导教师二级学院信息学院专业名称计算机科学与技术班级10计算机1班2014年05月此处为论文中文题目，要求居中填写主标题不超过24个汉字；可加副标题（副标题前加破折号），副标题与主标题间空一行的位置主标题黑体，小二，居中副标题楷体_GB2312，四号，居中阅后删除此文本框。声明及论文使用的授权本人郑重声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下独立完成的。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。论文作者签名年月日本人同意浙江财经大学有关保留使用学位论文的规定，即学校有权保留送交
2、论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。论文作者签名年月日浙江财经大学本科生毕业论文（设计）IBRT车道优化控制系统的设计与实现摘要通过了解BRT车道的发展现状和发展前景，了解到BRT最大的问题是车道占用率过低，为了解决这一问题，设计一款基于STM32F103RBT6单片机的BRT车道优化控制系统，系统采用GPS模块采集移动公交的经纬度，经过无线收发模块讲数据传至接收端，接收端经过处理之后，通过不同颜色LED灯的暗灭给出其他小车是否可以临时占用BRT车道的指示。通过参考一些GPS模块与无线收发模块相关的文献，对各模块电路的选择及其
3、电路工作原理进行相互比较并确定最终实现目标，并对该课题的设计过程进行了总结与展望。关键词STM32F；GPS；无线收发；BRTDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFBRTLANEOPTIMIZATIONCONTROLSYSTEMABSTRACTBYUNDERSTANDINGTHEDEVELOPMENTOFBRTLANEPRESENTSITUATIONANDDEVELOPMENTPROSPECT,IKNOWTHEBIGGESTPROBLEMOFBRTISTHELANEOCCUPANCYRATETOOLOWINORDERTOSOLVETHISPROBLEMIDESIGNABRTLANE
4、OPTIMIZATIONCONTROLSYSTEMBASEDONSTM32F103RBT6MICROCONTROLLER,THESYSTEMUSESGPSMODULETOOBTAINTHELATITUDEANDLONGITUDEOFMOBILEBUS,THROUGHTHEWIRELESSTRANSCEIVERMODULEWILLTRANSMITTHEDATATOTHERECEIVER,THERECEIVERAFTERPROCESSING,THROUGHDIFFERENTLEDLIGHTSTOGIVEOTHERCARSTEMPORARYOCCUPATIONBRTLANESINSTRUCTIONS
5、BYREFERENCETOSOMEGPSMODULEANDWIRELESSTRANSCEIVERMODULERELATEDLITERATURE,CHOICEEACHMODULECIRCUITANDCOMPARECIRCUITPRINCIPLEOFWORKANDMAKETHEFINALGOAL,MAKETHESUMMARYANDPROSPECTOFTHESUBJECTKEYWORDSSTM32F；GPS；WIRELESSTRANSCEIVER；BRT浙江财经大学本科生毕业论文（设计）II目录1绪论111开发背景和意义112国内外研究现状及发展趋势1121国内发展研究现状1122国外发展研究现状2
6、123当前BRT存在的问题213本文主要研究内容22系统需求分析421系统设计总体要求422系统总体结构设计423硬件系统模块实现6231单片机的选型与比较6232GPS模块8233无线收发模块1124软件系统模块实现14241GPS模块14242无线收发模块1625设计过程中遇到的问题与解决183本总结与展望19参考文献20致谢21浙江财经大学本科生毕业论文（设计）11绪论11开发背景和意义随着现代化建设的发展，私家车对于资源的的消耗过大，以及对环境的污染使得公交车成为一种更为绿色的出行方式，越来越多的人选择公交车作为自己的出行方式，其中快速公交是一种很便捷的方式，快速公交系统（BUSRAP
7、IDTRANSIT）简称BRT1，是一种介于快速轨道交通（RAPIDRAILTRANSIT，简称RRT）与常规公交（NORMALBUSTRANSIT，简称NBT）之间的新型公共客运系统，是一种大运量交通方式，通常也被人称作“地面上的地铁”。它是利用现代化公交技术配合智能交通和运营管理，开辟公交专用道路和建造新式公交车站，实现轨道交通运营服务，达到轻轨服务水准的一种独特的城市客运系统。快速公交车道（BRT）的使用率成为一个重要的问题，为了优化BRT的占用率，我们设计一款车道优化控制系统，能让小车司机看到路边的红绿灯就可以快速判断是否临时占用BRT。除此之外，BRT车道优化控制系统同时具备市场需求
8、力和广泛应用力，加上科技高速发展的先决条件，以后的快速车道将会成为城市建设的一大重点，相信政府会发更大的精力来建设快速公交系统，我们也相信相信BRT车道优化控制系统的研究发展有着非常广阔的市场意义和非常深刻的现实意义。12国内外研究现状及发展趋势121国内发展研究现状20世纪末，我国开始引入快速公交理念，目前国内已经建设运营BRT的城市有北京、杭州、大连、常州、济南、合肥、昆明、厦门、重庆和广州。1997年6月25日，北京市首条公共交通专用车道正式开通，使我国“公交优先”这一城市交通发展迈出了第一步。2004年12月6日，正式开通的北京BRT示范线南中轴线是我国快速公交线路发展史上的第一个快速
9、公交系统。杭州确立了以轨道交通和快速公交（BRT）为主导，常规公共汽车为基础，其他交通工具为辅的方便、快速、合理、先进的多层次、整体化公共交通系统的规划目标。昆明在置于道路中央的公交车专用道的基础上升级为BRT系统。下面简单介绍我国一些城市的快速公交系统（一）北京快速公交浙江财经大学本科生毕业论文（设计）2中国大陆第一条典型的BRT线路于2005年12月30日在北京开通。北京BRT1号线路全长158公里，其中136公里为BRT系统成功运用的样板，另外24公里仍为混行的线路。（二）杭州快速公交2006年4月26日，杭州快速公交B1线就正式开始投入运营了。杭州快速公交B1线的筹备工作从2004年1
10、2月份开始，整个项目的工期包括规划、设计至运营仅仅用了16个月。B1线按“快速公交”的基础要求，结合杭州实际情况进行设计和建设，全长大约28公里。快速公交专用车道采用边侧专用道。杭州的快速公交在运营管理机构安排、车站的设计、售票、智能性等很多方面都有其独特的一面，值得其他城市学习。杭州计划随即着手建设快速公交二号、三号线。（三）昆明快速公交昆明是中国第一个建设中央公交专用道的城市。目前，昆明正开始将现有的公交优先系统升级为标准的快速公交。不仅设计新的快速公交走廊，还针对优化公交线路，加强运营的管理，改善公交专用车道基础建设以及在改革公交票制方面采取了一系列的措施。122国外发展研究现状第一条B
11、RT线路诞生于1974年的巴西库里蒂巴，伴随着库里蒂巴快速公交系统的成功，世界各个国家先后创建了快速公交系统作为城市公交的发展的方针和策略，截至目前为止，世界上已经有100多个快速公交系统。目前全世界大约30多个城市创建了快速公交系统，并已经取得了显著的成效，而且快速公交系统拥有很多元化的发展模式。既有严格意义上的快速公交，也有将传统公交系统进行升级和改造，并将BRT系统的成功元素部分引入其中的发展模式2。123当前BRT存在的问题从现在国内外BRT车道的发展现状以及未来的发展趋势来看，车道的利用率过低是一个一直没有解决的问题，虽然有些城市采取了高峰时段让大客车临时占用快速公交车道的措施来缓解
12、这一问题，但是车道的利用率跟城市发展建设比较起来，还是太低，经常出现拥堵的现象，使本来就不多的道路资源显得更加稀缺。13本文主要研究内容本文主要是设计解决，如何通过STM32F103RBT6单片机3控制GPS模块4与无线浙江财经大学本科生毕业论文（设计）3收发模块5，使其成为一套完整的车道优化系统，来进一步提高车道的利用率实现自动化，不需要人为过多的控制。论文部分内容主要包括绪论，介绍了国内外BRT的发展状况以及存在的问题。系统的需求分析，介绍了实现的具体目标，以及实现这个目标所需要的各个硬件模块和其相应的软件。总结和展望，介绍了完成这个系统所学到的知识，和对BRT车道以后的展望。浙江财经大学
13、本科生毕业论文（设计）42系统需求分析21系统设计总体要求该系统通过软件和硬件的设计最终要求实现以下功能目标1公交车端装有GPS模块和无线收发模块（无线电），能定时获取移动公交车端的经度、纬度，并将这些数据发送出去。2快速公交车道上的红绿灯端装有无线收发模块与一对红绿灯，并在安装时设定相对位置的经纬度坐标，可以接收公交车端发送来的信息，并对信息进行处理，根据距离显示红灯或者绿灯（距离可调）。3交警控制模块通过导线与各个红绿灯相连接，并可以给红绿灯端发送命令，可以控制红绿灯为全红、全绿或者根据公交车端的距离自行判断灯的显示，这三种情况。该系统硬件系统平台为ARM单片机系列，具体型号为STM32F
14、103RBT6单片机芯片。另外，实现相应功能还需要用到24G无线收发模块6、GPS模块NEO6MUBLOX等主要硬件元件。软件开发平台为在WINDOWS7操作系统下使用KEILUVISION3开发，语言为C语言开发。KEILUVISION3使用汇编语言或C语言，要使用编译器，以便把写好的程序编译为机器码，这样才能把HEX可执行文件写入单片机内。KEILUVISION7是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它集编辑、编译、仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。22
15、系统总体结构设计本测试系统硬件设计的总体思路为主体分为5个模块，分别是单片机模块（收和发两个）、无线发送模块、无线接收模块、GPS模块。框架化来看，硬件系统总体结构图如图21所示。浙江财经大学本科生毕业论文（设计）5图21硬件系统总体结构图这些模块分别实现各自模块的功能，如单片机模块实现程序的控制和判断，GPS模块接收移动端的经纬度，无线收发模块实现数据的传输。软件方面则由主程序控制数据的处理与提示灯的现实，GPS程序、无线收发模块程序等根据各元件的使用手册进行程序的编写。具体软件系统总体结构图如图22和图23所示。图22软件系统总体结构图（发送端）浙江财经大学本科生毕业论文（设计）6图23软
16、件系统总体结构图（接收端）总得来说，各个硬件模块相对独立但是又在功能以及软件系统中相互交叉，LED等通过主程序实现，GPS模块的功能为接收实时的信号，无线收发模块则将GPS模块接收到的数据由接收端传输到接收端，接收端将数据进行处理并对LED作出相应的显示。23硬件系统模块实现在这次硬件系统中，依靠各个模块来实现了系统的功能，下面一一为各个模块进行功能和硬件接口的介绍。231单片机的选型与比较本次设计选用的单片机主要的功能为对GPS信号的接收，对无线收发模块的驱动以及对数据的收发，最后对数据进行处理，并且做出相应的反应。方案一采用1块一块MSP4308的单片机作为其核心控制芯片，MSP430系列
17、单片机9是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7浙江财经大学本科生毕业论文（设计）7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在8MHZ晶体驱动下指令周期为125NS，这些保证了MSP430强大的处理能力。MSP430还有如下特点超低功耗；系统工作稳定；丰富的片上外围模块，它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A（TIMER_A）、定时器B（TIMER_B）、串口0、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/
18、12位ADC、I2C总线直接数据存取（DMA）、端口O（P0）、端口16（P1P6）、基本定时器（BASICTIMER）等的一些外围模块；方便高效的开发环境，可用仿真器下载程序到FLASH内，进行调试控制。方案二采用1块一块实验用51的单片机9作为其核心控制芯片，51单片机是对所有兼容INTEL8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是INTEL的8031单片机，后来随着FLASHROM技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周
19、期和6时钟/机器周期可以任意选择。工作电压为55V33V（5V单片机）/38V20V（3V单片机。工作频率范围040MHZ，相当于普通8051的080MHZ，实际工作频率可达48MHZ。用户应用程序空间为8K字节。片上集成512字节RAM。方案三采用1块ARM系列的神州I号（STM32F103RBT6）单片机作为其核心控制芯片，STM32F103RBT6拥有PA、PB、PC三套端口，其采用ARMCORTEXM3内核，主频为72MHZ，内部含有128K字节FLASH和20K字节的SRAM。其外部模块有USB_MINI全速接口、24/28寸TFTLCD接口、24G无线通信模块接口、315M无线通信
20、模块接口、温度传感器接口、USB转串口接口、3个用户状态指示灯2个启动模式选择配置接口等。它支持从JLINK取5V电源或者33V电源。三种方案中所使用的单片机都是目前主流的型号，三种单片机的造价各不相同，对程序员要求掌握的知识要点也各不相同，每个方案都有它独特的优点和可能存在的缺点。基于ARM单片机功能更完善，技术新颖，本人拟定以神州I号（STM32F103RBT6）为系统控制器。下图为神州I号接口图浙江财经大学本科生毕业论文（设计）8图24神州I号接口图232GPS模块本次设计用到了NEO6MUBLOX模块来接收移动端的地理位置信号。模块详细信息10主要特性（1）50个通道卫星接收功能（2）
21、200万个以上的相关系引擎（3）可同步追踪GPS及伽俐略导航卫星信号性能参数（1）接收器类型50个接收通道（2）GPSL1频率，C/A码（3）SBASWAAS，EGNOS，MSAS，GAGAN（4）启动时间冷启动29SEC，热启动,M,M,XXGPGGA起始引导符及语句格式说明本句为GPS定位数据；UTC时间，格式为HHMMSSSSS；纬度，格式为DDMMMMMM第一位是零也将传送；纬度半球，N或S北纬或南纬经度，格式为DDDMMMMMM第一位零也将传送；经度半球，E或W东经或西经定位质量指示，0定位无效，1定位有效；使用卫星数量，从00到12第一个零也将传送水平精确度，05到999天线离海平
22、面的高度，99999到99999米M指单位米大地水准面高度，99999到99999米M指单位米差分GPS数据期限RTCMSC104，最后设立RTCM传送的秒数量差分参考基站标号，从0000到1023首位0也将传送。GPRMC数据详解GPRMC,HHUTC时间，HHMMSS时分秒格式定位状态，A有效定位，V无效定位纬度DDMMMMMM度分格式前面的0也将被传输纬度半球N北半球或S南半球经度DDDMMMMMM度分格式前面的0也将被传输经度半球E东经或W西经地面速率00009999节，前面的0也将被传输浙江财经大学本科生毕业论文（设计）15地面航向00003599度，以真北为参考基准，前面的0也将被
23、传输UTC日期，DDMMYY日月年格式磁偏角00001800度，前面的0也将被传输磁偏角方向，E东或W西模式指示仅NMEA0183300版本输出，A自主定位，D差分，E估算，N数据无效GPS模块软件流程图如下图所示图29GPS模块软件流程图以下为GPS模块解析数据的部分代码FORI0I200GPIO_SETBITSGPIOC,GPIO_PIN_0242无线收发模块24G无线收发模块的软件编写使得两个无线模块可以在程序开始是通过按钮选择是接收还是发送状态，通过无线信号进行握手并成功发送数据。其软件流程图如下图所示浙江财经大学本科生毕业论文（设计）17图210无线收发模块软件流程图以下为无线收发模
24、块部分代码IFMODE0/RX模式PRINTF“等待接收数据NR“RX_MODEWHILE1IFNRF24L01_RXPACKETTMP_BUF0/一旦接收到信息,则显示出来TMP_BUF320/加入字符串结束符PRINTF“接收到数据为“FORI0I4IPRINTF“C“,TMP_BUFIPRINTF“NR“浙江财经大学本科生毕业论文（设计）18ELSEDELAY_US100TIFT10000/大约1S钟改变一次状态T0LED0LED0ELSE/TX模式PRINTF“NRF24L01TX_MODENR“TX_MODEMODE/从空格键开始WHILE1IFNRF24L01_TXPACKETTM
25、P_BUFTX_OKPRINTF“正在发送数据NR“FORI0I4IPRINTF“C“,TMP_BUFIELSEPRINTF“请确认接收端是否正常NR“LED0LED0DELAY_MS1500设计过程中遇到的问题与解决在完成本次设计的过程中，遇到了很多的问题。设计一开始我采用的是51单片机与RF905无线模块，但是在设计过程中发现，无线发送模块与无线接收模块虽然可以握手，但是不能发送数据，后来询问了潘老师，发现是由于51单片机过于简单，电流的干扰很大，使得数据无法发送与接收，在老师的建议下，更换了ARM单片机与24G无线模块，解决了这一问题。在对GPS模块所采集的数据进行解析的时候，也遇到了问
26、题，本次设计的一大难点就是GPS数据的解析，后来发现，本次设计所需要的数据仅仅为经纬度，所以可以丢弃其他很多的数据，使得设计难度降低。浙江财经大学本科生毕业论文（设计）193本总结与展望本设计通过GPS模块实现坐标信息的采集功能，利用无线收发模块实现数据的收发功能，利用了单片机对数据进行处理和对不同情况的显示，从而顺利完成了毕业论文所要求的各项计划。通过对系统的调试和设计，对单片机的理解有更深的理解，比如对KEIL等相应开发工具的使用能力进一步加强了，对软件代码的书写也有了进一步的提高，对外部设备的驱动电路设计也更加的熟悉，通过对于电路的设计和手动对电路板的焊接，进一步加强了自己的动手能力。由
27、于毕业设计的设计时间有限，现在实现的系统还存在着可以进一步加强的地方，如果以后有时间，我一定在参加工作之后，利用自己的空余时间进一步完善这个系统。毕业论文设计实践让我收获很多，也学到了很多新的知识，巩固了大学期间所学的一些知识，我将在以后的生活之中继续坚持这种对知识的学习与巩固的方法。浙江财经大学本科生毕业论文（设计）20参考文献1王波快速公交（BRT）系统设计的若干问题研究D（硕士学位论文）四川成都西南成都大学,20022金凡快速公交BRT在中国的发展J国外城市规划,2006,21329303张奎,许全君基于ARM的GPS接收机系统设计J电子产品世界,2013,第2期4曹相,高成发GPS精密
28、单点定位静态影响收敛速度的因素分析J现代测绘2007015王胜源，张洪武，赵凯等无线收发模块在多机通信中的设计与实现J吉林大学学报2006,16175489（2006）35624G无线技术详解HTTP/WENKUBAIDUCOM/VIEW/FC95AED333D4B14E8524681BHTML7百度百科HTTP/BAIKEBAIDUCOM/VIEW/942051HTM8陈小梅电机学实践课程改革的探索J中国电力教育，2008,91451479王加丽,仇润鹤基于51单片机的数字功率表设计J微型机与应用,2012,第10期10HTTP/WENKUBAIDUCOM/LINKURLGYYNFWEVCX
29、WJPTZSKEAN7EOW7DI4KSHKSZZYJE_SYUSH9ZZJ2DOP0GPBGQIKU0FZ_FVIR7QWZ7BMBCMDQXBF3PBJQCVQKE5O6QKA1PHK11百度百科BAIKEBAIDUCOM/VIEW/3879194HTM12ZUMBERGEJF,HEFLINMB,JEFFERSONDC,ETALPRECISEPOINTPOSITIONINGFORTHEEFFICIENTANDROBUSTANALYSISOFGPSDATAFROMLARGENETWORKSJOURNALOFGEOPHYSICALRESEARCHB,SOLIDEARTH199713CHENWU
30、,HUCONGWEI,LIZHIHUA等KINEMATICGPSPRECISEPOINTPOSITIONINGFORSEALEVELMONITORINGWITHGPSBUOYJOURNALOFGLOBALPOSITIONINGSYSTEMS2004浙江财经大学本科生毕业论文（设计）21致谢在论文的写作过程中遇到了很多的困难，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要感谢我的论文指导老师老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，要对学校对于我们在找寻资料上提供的便利说声感谢。学校图书馆内网与知网的连接为资料和文献的搜集提供了极大的支持。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。
