許建峰

(淮陰師范學院傳媒學院，江蘇淮安223001）

智能化電子公交站牌的設計與研究

許建峰

(淮陰師范學院傳媒學院，江蘇淮安223001）

運用GPRS通信、RFID等技術(shù)設計智能化電子公交站牌，顯示相關(guān)車輛基本信息和到站情況，為乘客的出行提供適時動態(tài)信息，同時利用電子站牌發(fā)布公益信息，構(gòu)建智能化、信息化的快速公交系統(tǒng)。

公交站牌 GPRS RFID

1 背景

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，城市人口和私家車的數(shù)量急劇增加，道路擁堵現(xiàn)象日益凸顯，城市居民乘車難、行路難的問題日益嚴重，給城市的交通帶來諸多的壓力。事實上，目前城市公共交通的基礎設施、服務水平、運營能力都不能很好地滿足市民出行的需求，市民不能及時獲取公共交通實時準確的運行信息，造成盲目的等待，影響自身的辦事效率，不得不選擇其它的交通工具，在一定程度上影響了公交系統(tǒng)的利用率，加劇了市區(qū)交通擁堵。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)的廣泛應用，構(gòu)建智能化的公共交通體系，為現(xiàn)代化公交系統(tǒng)運營、調(diào)度、指揮提供良好的技術(shù)保障。實踐證明，建立智能化公共交通體系，可以讓交通運營企業(yè)增強公共車輛的調(diào)度能力和突發(fā)事件的應變能力，可以讓乘客根據(jù)自身需求合理安排時間，及時調(diào)整路線的規(guī)劃，讓公共交通更貼近市民，有效推動社會健康發(fā)展和良性循環(huán)。大力發(fā)展智能化的公共交通，一方面能夠為廣大市民提供及時的交通信息、快捷的交通工具，為市民的出行提供良好的保障，不斷提高公交系統(tǒng)的利用效率；另一方面有效的控制私家車數(shù)量的增速，有效的緩解城市交通堵塞。

2 總體功能

智能化電子公交站牌是智能公交系統(tǒng)中的重要組成部分之一，車載終端中的GPS接收模塊采集公交車輛的實時位置數(shù)據(jù)，微處理器將車輛行駛基本信息、獲取的定位信息和行駛信息等數(shù)據(jù)打包處理，通過車載終端上的GPRS模塊發(fā)送，經(jīng)無線移動通信網(wǎng)絡上傳到公交管理系統(tǒng)中心服務器，管理系統(tǒng)對接收的數(shù)據(jù)進行綜合處理后存儲，在管理中心的電子地圖上將信息標定顯示，同時將相關(guān)信息發(fā)送至電子公交站牌；電子公交站牌終端一方面將接收的公交車所發(fā)射的信號和GPRS發(fā)送的信息進行處理，并通過LED燈顯示該站點每一路公交車的預計到達時間，同時將到達本站點的公交車的信息和本站點的位置信息以“接力”方式傳送給下一站的電子公交站牌終端。這樣在站點等車的乘客可以及時了解到所乘公交車的行駛狀況，以便提前制定，換乘方案。

電子公交站牌和公交車上的控制器由嵌入式微處理器和無線收發(fā)芯片組成。公交車到達站臺時，由車載控制器通過收發(fā)電路發(fā)出信號完成一系列的固定動作(如到站開門、報站名等)，電子公交站牌會自動獲取車輛的基本信息(車次、站號等)，并通過站牌上的顯示電路顯示到站的車次和站名，再由站牌內(nèi)的收發(fā)電路將這一信息傳至該路車及行車線路站牌中其他站的電子公交站牌中。管理中心服務器通過無線收發(fā)電路收集各條線路終點站牌無線收發(fā)電路發(fā)出的實時信息，在顯示屏上顯示出各條線路上車輛實時運行圖。當電子站牌接收信號時，如果附近有多輛公交車同時發(fā)送到站信號，就可能會發(fā)生通信碰撞。防止通信碰撞出現(xiàn)的常見方法是將信號的應答在時間、頻率或相位上錯開，具體可通過軟件實現(xiàn)。車載收發(fā)設備發(fā)送詢問命令，發(fā)送完之后等待一段時間接收電子站牌的應答。這段等待時間將分為若干時隙，電子站牌以相等的概率隨機選取一個時隙應答。

3 系統(tǒng)設計

智能化公交系統(tǒng)由車載終端、電子公交站牌、智能管理中心等三個部分組成。電子公交站牌由GPRS模塊、GPS模塊、微處理器、RFID模塊、LED顯示模塊等組成。

3.1 硬件設計

(1)微處理器。將RFID模塊獲取的車輛車號、位置等基本信息進行加工、處理，提取相關(guān)信息通過GPRS模塊發(fā)送至管理中心，同時將信息顯示到LED顯示屏上，將GPRS模塊接收的視頻、文字等信息存放在存儲器中，并提取相關(guān)數(shù)據(jù)處理后送至LED進行顯示。系統(tǒng)采用MSP430系列單片機作為處理器[1]。它是由16位精簡指令系統(tǒng)組成，集成有16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器，可以縮短指令的執(zhí)行時間和周期，可以在一個時鐘周期內(nèi)完成寄存器與寄存器間的操作；處理單元基于相容的正交設計的CPU和指令集，這種設計結(jié)構(gòu)相對簡潔，體系比較精練，在開發(fā)和應用中更具有透明性并且易于設計；整個指令集由51條指令構(gòu)成，具有三種格式和七種尋址方式。具有處理能力強，運算速度快，超低功耗等特點。

(2)FRID模塊。公交站臺的RFID模塊接收車載終端的射頻卡發(fā)出的載有目標識別碼的高頻無線電波，經(jīng)微處理器處理后提取真正的目標代碼，從而準確的獲取到站公交車的路號、車牌號等基本信息，一方面將相關(guān)車輛到站信息通過微處理器處理后顯示在LCD顯示屏上，讓乘客及時了解到站車輛的基本信息，另一方面將信息通過GPRS模塊傳送智能管理中心，能在中心的服務器上適時顯示車輛的運營狀況。本系統(tǒng)中主要采用LERCM430 RFID射頻模塊，該模塊具有體積小、電壓低、功耗低的特點，其體積僅為DIP32大小，其工作電壓為+ 3.3V，其通信速率在20kHz-200kHz之間，支持多種射頻協(xié)議，該模塊提供了I2C、SPI和UART接口。利用其I/O口模擬了I2C接口，直接從I/O口上引出兩條線作為SDA與SCL，與MSP430處理器通信，省去了使用串口擴展模塊的繁瑣配置工作。

(3)LED+LCD顯示單元。系統(tǒng)包括電子站牌顯示屏和廣告信息顯示屏，其中電子站牌顯示屏主要用來顯示到站車輛的基本信息，下一車輛預計到達時間，相關(guān)顯示信息獲取后由微處理器進行加工和處理。系統(tǒng)采用的LED點陣顯示板運用1/16掃描方式，具有驅(qū)動電路少，成本低的特點，又不會因為掃描頻率低而引起顯示閃爍等問題，該模塊采用16＊80點陣，可顯示5個16＊16點陣的漢字；廣告信息顯示屏主要用來顯示新聞和各類廣告信息等[2]，相關(guān)內(nèi)容是由智能管理中心發(fā)送至本地在存儲器中，系統(tǒng)采用的LCD顯示屏對視頻信息進行循環(huán)播放。

(4)GPRS模塊。主要是將獲取的車輛位置信息發(fā)送到智能公交監(jiān)控終端，在智能中心電子地圖上顯示每一車輛運行狀況，同時將監(jiān)控終端發(fā)過來的通知通告、公益廣告等信息發(fā)送到LCD顯示屏進行顯示。系統(tǒng)采用AYG-83C GPRS MODEM，主要考慮其內(nèi)嵌高可靠性的GPRS和51單片機系統(tǒng)MCS51標準串行接口和精簡的軟件接口協(xié)議，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，其在溫度范圍、震動、電磁兼容性和接口多樣性等方面的特殊設計有利系統(tǒng)的長期應用，確保在惡劣環(huán)境下的工作穩(wěn)定性，當終端進入正常工作狀態(tài)后可以利用終端配置軟件通過RS232接口對終端進行配置，可配置的參數(shù)包括授權(quán)中心的IP地址、端口號，終端本地端口號、終端身份識別號ID號等，終端ID號是主站區(qū)分不同終端的代號。

3.2 軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計是建立在硬件設計的基礎上的，主要包括車載部分的軟件設計、站臺部分的軟件設計和數(shù)據(jù)中心服器程序設計三個部分。

(1)車載部分軟件。主要包括接收GPS信號程序、判斷是否到站程序、到站處理程序、發(fā)送程序以及顯示程序。開機后，通過將GPS接收到的數(shù)據(jù)信號逐位與程序中已存的各站臺的坐標數(shù)據(jù)進行比較來判斷車輛的到站情況，當車輛到站后，到站處理程序來判別車輛的運行方向，GPS系統(tǒng)通過選擇2個點的坐標進行比較，從而判別出方向。系統(tǒng)中采用海明編碼，即在一組代碼中加入一定位數(shù)的校驗位，使每一位都參與幾組不同碼元的奇偶校驗，其優(yōu)勢在于可以確定出錯位的位置及性質(zhì)，從而自動進行糾錯[3]。最終發(fā)送部分已編好的海明碼發(fā)送出去，從而實現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，同時將相關(guān)信息進行顯示。

(2)電子站牌軟件。主要包括GPRS通信軟件，數(shù)據(jù)校驗軟件、顯示軟件。管理中心通過GPRS將需要在LED屏上顯示車次信息和文字，在LCD屏上顯示的圖片、視頻等信息發(fā)送到各個站臺，系統(tǒng)根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容與系統(tǒng)預先設置的參數(shù)進行對比以確定數(shù)據(jù)的合法性，系統(tǒng)根據(jù)將收到的正確信息解包操作分離出需要操作的命令與數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相應的動作，將管理中心傳送的數(shù)據(jù)信息通過顯示接口掃描，將相關(guān)信息顯示到LED和LCD屏幕上，讀取命令時如有數(shù)據(jù)更新，則通過GPRS接收新的數(shù)據(jù)并進行顯示[4]。數(shù)據(jù)中心還可以通過本系統(tǒng)由擴展的串口發(fā)出指令控制其它系統(tǒng)，如站臺燈光控制系統(tǒng)等。

(3)管理中心服務器程序。主要包括數(shù)據(jù)庫軟件、系統(tǒng)查詢軟件，GPRS通信軟件，用于數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)查詢服務、數(shù)據(jù)的通信服務。本服務器中數(shù)據(jù)管理是通過SQL Server數(shù)據(jù)庫軟件來實現(xiàn)的。當某個公交站牌將此站牌公交車到站情況通過GPRS上傳服務器時，服務器內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫會對此信息進行記錄，具體記錄包括：站牌編號、公交車編號、到站時間。當站牌檢測到某輛公交車后，站牌向服務器發(fā)送ADD添加數(shù)據(jù)命令，登記公交車目前抵達的站牌，服務器把接收到的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫，然后站牌再向服務器發(fā)送Query查詢命令，服務器接收到站牌對公交車的查詢信息后，利用QueryRes命令將查詢結(jié)果返回給站牌[5]。

4 結(jié)束語

本文將GPRS技術(shù)、RFID技術(shù)等應用于城市公共交通信息化的管理中，及時為乘客提供適時的公交信息。該系統(tǒng)的應用將使市民能夠及時了解即將到站的公交汽車信息，輔助候車乘客選擇合理的、適合的乘車路線，節(jié)約市民的時間，使市民選擇公交汽車出行更方便。實際上，該系統(tǒng)的運行還需要借助現(xiàn)代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，使得本系統(tǒng)在交通行業(yè)具有廣闊的應用前景，具有巨大的市場價值。

[1]蘇慶列，王麟珠.智能公交電子站牌及其管理系統(tǒng)的設計[J].浙江交通職業(yè)技術(shù)學院學報，2010，9：40-43.

[2]邵西河，師帥兵，朱亞東.智能公交系統(tǒng)中電子站牌的研究[J].微計算機信息，2009，20：27-28.

[3]蘇麗嬡，范新南.基于GPS的電子站牌系統(tǒng)的設計[J].河海大學常州分校學報，2004，3：40-41.

[4]許鐵.移動通訊環(huán)境下的智能公交站牌設計[J].閩江學院學報，2010，3：P80-85.

[5]毛長明，張利宏.基于GPRS的智能公交站牌設計[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報，2010，6：92-94.

TP302.1

A

1009-8534(2014）05-0054-02

2014-07-09

2012年度淮安市科技支撐計劃(工業(yè))項目(HAG2012046)]。

許建峰(1975.12—)，男，江蘇泰興人，實驗師，碩士，主要從計算機應用教育、信息技術(shù)應用等方面的研究工作。濟問題與政策，區(qū)域經(jīng)濟學。