基于無線射頻的公交預(yù)報(bào)站系統(tǒng)

朱一多

（武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北武漢 430065）

0 引言

隨著我國城市化的不斷擴(kuò)大，人口不斷增多，城市公共交通的壓力也隨之增大。公交運(yùn)營調(diào)度是公交企業(yè)管理業(yè)務(wù)的核心，長期以來我國大部分城市的公交企業(yè)制定公交運(yùn)營計(jì)劃主要依靠管理人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺，公交運(yùn)營技術(shù)含量低，效率低。社會公眾、政府部門對公共交通的服務(wù)質(zhì)量、科技水平、監(jiān)控指揮等提出了信息化、智能化、實(shí)時(shí)化、現(xiàn)場化的要求。建立公交智能調(diào)度平臺可以明顯改善城市公共交通體系的管理水平，提高城市公共交通的社會效益。隨著無線技術(shù)的成熟應(yīng)用，基于無線技術(shù)的公交預(yù)報(bào)站系統(tǒng)成為公交智能調(diào)度平臺的重要組成部分。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

市場上現(xiàn)有的公交預(yù)報(bào)站系統(tǒng)主要是基于GPS和GPRS技術(shù)，設(shè)備成本和運(yùn)營成本都比較高，本系統(tǒng)在綜合了這些系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也有自己的特點(diǎn)：

（1） 創(chuàng)造性的提出了基于STC12C5A單片機(jī)和433MHz無線射頻模塊的高性價(jià)比的公交預(yù)報(bào)站系統(tǒng)，即滿足了系統(tǒng)的性能要求和可靠性，也促進(jìn)了成本的大幅下降，與市場上GPS和GPRS預(yù)報(bào)站系統(tǒng)相比，成本至少下降了2/3。

（2） 創(chuàng)造性的在LED顯示的基礎(chǔ)上增加了語音報(bào)站的功能。目前，語音模塊普遍應(yīng)用與公交車內(nèi)，LED顯示普遍應(yīng)用于公交站臺，本系統(tǒng)將兩者有機(jī)的結(jié)合起來。

（3） 切實(shí)實(shí)現(xiàn)了低功耗、低成本，保證了系統(tǒng)的實(shí)用性和可推廣性。系統(tǒng)的功耗約3W。

系統(tǒng)由車載通信節(jié)點(diǎn)、站臺節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)控制中心幾部分組成。公交車?？繄?bào)站時(shí)，一方面通過車載節(jié)點(diǎn)將到站信息通過中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送到下行站牌節(jié)點(diǎn)，站牌上的顯示屏將會顯示即將到站的車次，語音模塊也會進(jìn)行播報(bào)；另一方面將車輛的位置信息傳送到數(shù)據(jù)控制中心以便查詢和調(diào)度。其中車載通信節(jié)點(diǎn)由信號采集、單片機(jī)、無線射頻發(fā)送3部分組成；站臺節(jié)點(diǎn)由無線射頻接收、單片機(jī)、語音模塊、LED顯示4部分組成，可根據(jù)實(shí)際需求顯示和播報(bào)若干站以內(nèi)公交車車次和距離信息，方便市民等車。該系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 公交預(yù)報(bào)站系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

車載通信節(jié)點(diǎn)和站臺節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 車載通信節(jié)點(diǎn)和站臺節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 信號采集

信號采集電路主要采集公交車前后門的開門信號。公交車到站時(shí)，前后門同時(shí)打開，將這兩個(gè)開關(guān)量信號進(jìn)行邏輯與的運(yùn)算后，連接到單片機(jī)外部中斷引腳即可，單片機(jī)就能及時(shí)響應(yīng)。僅開前門或后門時(shí)單片機(jī)不響應(yīng)，有效的保證了信息的可靠性。

2.2 STC12C5A單片機(jī)

STC12C5A系列單片機(jī)采用增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比普通8051 快8～12 倍，功能更強(qiáng)、速度更快、壽命更長、價(jià)格更低。此外，STC12C5A單片機(jī)比普通單片機(jī)多了一個(gè)串口，這就意味著它可以同時(shí)和兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行串行通信，在本系統(tǒng)中，STC12C5A可以同時(shí)與無線模塊和語音模塊進(jìn)行串行通信。

2.3 無線射頻模塊

XL02-232API 是 UART接口半雙工無線傳輸模塊，具有無線收發(fā)功能，可以工作在433MHz 公用頻段，符合歐洲 ETSI（EN300-220-1和 EN301-439-3），滿足無線管制要求，無需申請頻率使用許可證。XL02-232API 的各項(xiàng)參數(shù)如：輸出功率、串口速率、工作頻率、產(chǎn)品 ID等相關(guān)參數(shù)可以通過軟件設(shè)置，默認(rèn)串口速率為9600。只有相同的 ID的無線模塊才可以互通，從而保證了無線傳輸?shù)陌踩浴?/p>

XL02與單片機(jī)通過串口連接，即XL02的RXD腳、TXD腳分別接單片機(jī)的TXD腳、RXD腳，如圖3所示，需要設(shè)置參數(shù)時(shí)將SET引腳對地短接即可。

圖3 XL02模塊及引腳連接圖

2.4 語音模塊

語音模塊自帶微處理器和語音芯片，可以方便的進(jìn)行語音的錄制、存儲和播放。該模塊支持BCD碼，二進(jìn)制碼方式控制播放，提供單獨(dú)的RXD腳、TXD腳與單片機(jī)相連，極大地方便了單片機(jī)編程。模塊支持端子音頻輸出和3.5音頻輸出口，可外接無源喇叭和音箱，本系統(tǒng)選擇前者。實(shí)際使用時(shí)，用音頻合成軟件將文字合成為聲音，再用音頻處理軟件將音頻轉(zhuǎn)換為特定格式(本模塊僅支持11.025kHz，4位單聲道wav文件)，最后用錄音軟件燒寫進(jìn)模塊即可。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)中主要考慮的是通信協(xié)議的問題，各節(jié)點(diǎn)如何聯(lián)系，如何把不同公交車次區(qū)分開來，如何設(shè)置接收和發(fā)送標(biāo)記，如何校驗(yàn)以及將采用什么方式接收命令和發(fā)送數(shù)據(jù)等，都是通訊協(xié)議需要解決的問題，這樣才能保證系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信格式如下：

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

本系統(tǒng)選擇了某公交站臺進(jìn)行了15 h實(shí)驗(yàn)(工作日，正常天氣)，測試對象為某路公交車，該公交車運(yùn)行時(shí)間為6：00～21：00，高峰時(shí)段5 min一班，其他時(shí)段15 min一班，到站公交共計(jì)85臺次。經(jīng)測試，出現(xiàn)誤差共計(jì)5臺次，誤差率為5.8%，大多出現(xiàn)在高峰時(shí)段，其中3次經(jīng)查為司機(jī)未按規(guī)定操作所致，故實(shí)際誤差率為2.3%，且誤差均為一站，基本滿足實(shí)際需求。系統(tǒng)還可以繼續(xù)改進(jìn)，可以增強(qiáng)無線發(fā)射的功率從而減少節(jié)點(diǎn)數(shù)；可以增加查詢功能，以便乘客可以在站臺上通過手動方式查詢公交；可以與GPRS技術(shù)結(jié)合，通過移動運(yùn)營商提供短信查詢服務(wù)，方便市民在出門前就能了解公交車相關(guān)情況。

當(dāng)前，國家正大力發(fā)展公共交通，如何提升公交服務(wù)水平，是我國各大城市當(dāng)前的頭等大事。公交預(yù)報(bào)站系統(tǒng)的研究，是推動智能公交的發(fā)展，提升城市公交服務(wù)水平的重要手段，對提升城市居民出行質(zhì)量，提高城市品位具有重要意義。相信在不久的將來在尚未建立公交預(yù)報(bào)站系統(tǒng)的中小城市，本系統(tǒng)可以得到普及并有更廣闊的應(yīng)用前景。

[1]赫伯物.希爾特.C語言大全[M].4版.王子恢,戴健鵬 譯.北京:電子工業(yè)出版社,2001:41-42.

[2]徐愛鈞.單片機(jī)高級語音C51 Windows環(huán)境編程與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001:20-70.

[3]何立民.單片機(jī)高級教程應(yīng)用與設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000:10-15.

[4]譚浩強(qiáng)等.C語音程序設(shè)計(jì)教程[M].2版.北京:高等教育出版社,1998:35-80.

[5]STC12C5A DataSheet[EB/OL].www.mcu123.com,2008-03.

[6]王靜霞,張國華,黎明編.城市智能公共交通管理系統(tǒng)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008:2-3.

[7]詹杰,石偉.基于Zigbee的智能公交無線通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子計(jì)術(shù),2007,30(10):118-120.

[8]林綠洲,王力超,陸起涌.基于GPS與GPRS的公交智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2006,27(06):561-563.

[9]李淑慶,朱勝雪,任洪濤.基于公交的城市道路交通信息智能系統(tǒng)[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2005,24(06):126-128.