ZigBee下分析觸屏式智能公交站牌的應用

胡小敏 李靖豐

摘要：隨著我國科學技術和經(jīng)濟的快速發(fā)展，觸屏式智能公交站牌不僅能夠方便乘客了解車輛的運行狀態(tài)，可以降低錯過車輛的風險，而且還有利于交通企業(yè)對公交車的管理。ZigBee屬于一種新型短距離無線通信技術，文章將基于ZigBee下對觸屏式智能公交站牌進行系統(tǒng)設計。首先對ZigBee進行簡單介紹，然后是設計系統(tǒng)的組成部分，最后對系統(tǒng)的硬件和軟件進行分析。觸屏式智能公交站牌在理論上具備可行性，具有很好的市場應用價值，能夠通過屏幕準確顯示車輛的運行狀態(tài)和達到時間？

關鍵詞：ZigBee;觸屏式;智能公交站牌

中圖分類號：U491.1+7

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）08-0175-04

Research on the Application of Touch-screen Intelligent BusStop under ZigBee

HU Xiao-min，LI Jing-feng

（School of Transportation，Xi'An Traffic Engineering Institute，Xi'an Shaanxi 710300.China）

Abstract ： With the rapid development of science，technology and economy in China.the touch- screen intelligentbus stop not only can facilitate passengers to understand the running status of vehicles.hut also can reduce the riskof missing vehicles，and also facilitate the management of buses by transportation companies.ZigBee belongs to anew type of short-range wireless communication technology.The paper will be base.d on ZigBee for the system de-sign of touch-screen intelligent bus stop signs.First introduce ZigBee，then design the components of the system，and finally analyze the hardware and software of the system.The touch-screen intelligent bus stop plate is theoreti-cally feasihle，and can accurately display the running status and arrival time of the vehicle through the screen.

Key words ： ZigBee;touch screen;intelligent bus stop sign

公交車屬于廣泛使用的交通工具，能夠緩解城市公共交通運輸壓力[1]。隨著智能化技術的不斷發(fā)展，其應用范圍涉及到各個方面。將其在公交站牌中進行使用，可以增強公交站牌的實用性，也能滿足乘客的應用需求，于是文章將分析1種觸屏式智能公交站牌，其中涉及到無線通信技術，于是選擇ZigBee作為無線通信技術，該技術的優(yōu)勢較多，具有較好的應用效果[23]。所以文章將分析ZigBee在觸屏式智能公交站牌中的應用。

1ZigBee的簡介

智能公交站牌其中涉及到通信數(shù)據(jù)量比較小，然而其中涉及到很多的終端數(shù)量，需要將信息進行實時傳輸，所以要求無線通信技術具有成本低、傳輸速率較小、功耗小、有組網(wǎng)功能、距離短的特點，ZigBee正好符合該技術要求，該技術與藍牙比較接近，其相關參數(shù)如表1所示[4-5]。隨著ZigBee的不斷應用，其聯(lián)盟包含70多個成員，屬于1種新興的短距離無線通信技術，主要的應用作用為傳感控制[6]。

ZigBee能夠非常方便的提供給用戶無線數(shù)據(jù)傳輸功能，由于其優(yōu)勢較多，表2即為ZigBee與其他無線技術的比較，于是常常應用于物聯(lián)網(wǎng)領域中。ZigBee的主要優(yōu)點如下所示。

1）低成本：ZigBee會對協(xié)議進行大幅度的簡化，與藍牙對比，不到其10%，對通信控制器的要求也會有所降低，于是有利于降低成本。

2）低功耗：通過對ZigBee進行應用可知，在待機模式下，2個5號干電池能夠供1個節(jié)點T作半年到2年，甚至還會支持更長時間，所以ZigBee能耗時非常低[7]。

3）短延時：ZigBee具有短延時的特點，能夠對指令作出快速的反應，一般情況下，ZigBee從睡眠狀態(tài)轉到工作狀態(tài)只需要15ms，另外節(jié)點連接到網(wǎng)絡僅僅只要30ms，響應速度非?？欤阅軌蚬?jié)約電能。

4）高容量：ZigBee的網(wǎng)絡結構不止1種，分別有網(wǎng)狀、星狀和片狀[8]。1個主節(jié)點可以管理很多的子節(jié)點，最多情況時能夠管理254個子節(jié)點，所以具有很高的容量。

5）高安全性：為了提高ZigBee的安全性能，在其中開發(fā)了3級安全模式，有高級加密標準的對稱密碼等，通過3級安全模式，確定安全屬性時將會更加的具有靈活性。

2系統(tǒng)的組成

觸屏式智能公交站牌不僅要能夠顯示該車站所經(jīng)過的所有的車輛，還要能夠顯示車輛還有多長時間可以達到等信息，于是文章基于ZigBee，設計了如圖1所示的觸屏式智能公交站牌系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能在于能夠了解車輛的運行狀態(tài)。系統(tǒng)主要由3個部分組成，其中公交監(jiān)控中心的主要作用就是利用站臺組件獲得車輛到站出yu站時間，當然還能夠確定出是哪一路公交車。通過分析這些數(shù)據(jù)從而可以獲得公交車的實時運行狀態(tài)，不僅方便乘客乘車，而且有助于對公交車的及時管理、維護和調度。

其中站臺組件的屬于中間部分，達到承上啟下的作用，該組件主要有3個功能，分別如下所示。

1） DTU設備屬于站臺組件中重要設備，能夠通過該設備接收到上一站臺的公交車出現(xiàn)和進站等信息，于是可以通過計算得到上一個公交車距離本站臺的距離。于是就會顯示在觸屏式智能公交站牌的顯示屏上，從而達到預報作用。

2）還能夠實現(xiàn)本站臺公交車輛進站或者出站等信息，其中需要利用ZigBee，該ZigBee包含2個部分，1個是本站臺上的，另1個屬于公交車上面的，通過兩者結合使用能夠獲取車輛信息，然后利用DTU設備將信息傳遞到下1個站點。

3）最后1個功能就是將獲得的公交車進出信息傳遞到公交監(jiān)控中心。

站臺組件由于處于中間階段，所以其功能比較多，而車載組件的主要功能就是獲取車輛信息，然后將其傳遞給站臺組件，當然其中需要利用ZigBee。

在車站組件和站臺組件中需要有合適的芯片作為主控芯片，通過分析之后，本文選擇STC15F1K28AD芯片，圖2即為管腳分布。該芯片具有很好的性能，屬于新一代8051單片機，其優(yōu)勢有運行速度快、功耗較低、可靠性很好、抗干擾性較好等。

3硬件電路組成

本系統(tǒng)的成本較低，所研究的系統(tǒng)電路結構比較簡單，圖2為車載組件框架，圖3為站臺組件框架，在設計過程中，其關鍵核心部件會選擇成熟可靠的成品模塊，即可以增強系統(tǒng)的運行能力。2個框架圖中電路基本相同，因為這2個框架都是用了ZigBee模塊和主控芯片。

3.1站臺組件主控電路

站臺組件的主控電路布置方式如圖4所示，由于所選擇的芯片中含有高精度振蕩器，于是就可以在不同系統(tǒng)中安裝外接晶振。電路中提供電源的芯片為穩(wěn)壓芯片，電壓為5V。設計中使用的4個電容C1到C4，其主要作用在于進行電源濾波，在使用過程中，為了達到更好的應用效果，應該將電容安裝大小搭配進行使用。二極管DI的主要作用就是防止電源出現(xiàn)反接現(xiàn)象。

在布板過程是，需要注意的是將電容C5和C6靠近主控芯片，該做法主要作用在于不僅能夠提高濾波效果，而且還能夠達到去耦作用。電容C7的主要作用是與電阻R4相互組合，于是可以形成上電復位電路，于是可以實現(xiàn)對主控芯片的上電復位作用。

3.2站臺組件的發(fā)送電路和無線接收

站臺組件的發(fā)送電路和無線接收如圖5所示。U3屬于WLT-2433模塊，該模塊的主要作用在于實現(xiàn)ZigBee數(shù)據(jù)和串口數(shù)據(jù)相互傳輸，且處于透明狀態(tài)互傳。WLT-2433模塊的工作狀態(tài)指示電路需要有不同的元素加入，其組成結構包含R5、R6、R7、Dl、D2、D3，其作用主要是能夠指示無線網(wǎng)絡的各種運行信息。R8屬于限流電阻，U4屬于看門狗芯片，該芯片的功能實現(xiàn)需要結合外圍元器件進行使用，R9屬于上拉電阻，主要作用在于正常情況下不會使得看門狗復位。電容C8的主要作用就是實現(xiàn)電源去耦合電容。

U4的主要作用就是將公交車的各種信息顯示在屏幕上，從而乘客能夠通過觀看屏幕就知道公交車的相關信息。U5是DTU設備，其主要作用就是將串口接收到的相關信息數(shù)據(jù)傳遞到下1個站臺和公交控制中心。

4軟件設計

對系統(tǒng)軟件進行設計時，需要有1個合理的通訊機制，需要考慮到如下2點。

1）在運行過程中，為了降低道路無線干擾，不能連續(xù)不斷的發(fā)送數(shù)據(jù)，需要設置合理的間隔。

2）觸屏式智能公交站牌使用電池進行供電，于是會存在休眠狀態(tài)，當觸屏處于休眠時間時，就會錯過和公交車的數(shù)據(jù)交互，所示需要設置出合理的休眠時間。

由于系統(tǒng)使用的電池供電，為了能夠節(jié)約電能，公交車在運行過程中最好不進行數(shù)據(jù)傳輸，然后再結合實際交互時間，于是制定了如圖6所示的機制。

文章在設計軟件時，需要使用的編程軟件為C語言，系統(tǒng)需要有顯示、接受、收發(fā)、信息處理等程序，由于篇幅有限，文章將主要分析站臺組件和車載組件的流程圖，分別如圖7和圖8所示。

5結語

目前，各地主要使用的公交站牌尚未實現(xiàn)觸屏式和智能化，然而隨著時代的不斷進步，各種高科技技術的不斷發(fā)生，盡快實現(xiàn)觸屏式智能公交站牌將更有助于乘客對公交車運行狀態(tài)的了解，更加方便乘坐公交車，同時也方便對公交車的管理工作。正好符合當代智能化發(fā)展的需求，并且文章所設計的觸屏式智能公交站牌具有報站準確、反應靈敏、維護簡單等優(yōu)勢，具有一定的市場價值。

參考文獻

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收稿日期：2020-04-05

作者簡介：胡小敏（1978-），女，漢族，陜西渭南人，碩士學位，副教授，研究方向：智能交通。