新型智能城際公交到站提醒系統(tǒng)

陳炳飛

（廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建 漳州 363000）

0 引 言

近年來，國民經(jīng)濟(jì)水平不斷上升，交通道路鋪設(shè)遍布甚廣，隨著低碳出行和節(jié)能減排等綠色理念深入人心[1-2]，公交或地鐵出行成為人們重要的出行方式。然而，目前的公交或地鐵內(nèi)的到站提醒系統(tǒng)存在很多不足，無法滿足人們對智能化生活的要求。本文針對以往公交車報站系統(tǒng)的分析，探究其不足之處，設(shè)計(jì)了一套新型智能公交到站提醒系統(tǒng)，為未來的公交或地鐵報站系統(tǒng)提供一定的參考。

1 需求分析

1.1 研究背景

據(jù)報道，2018年10月28日，重慶市萬州區(qū)的一輛公交車在橋面上行駛時，乘客與司機(jī)因“坐過站”產(chǎn)生激烈爭執(zhí)，相互毆打，導(dǎo)致車輛失控墜入江中，致15人遇難[3]。近些年，乘客因坐過站而與司機(jī)發(fā)生沖突的事情屢見不鮮，嚴(yán)重危害了其他乘客的生命安全。

現(xiàn)階段的公交報站系統(tǒng)雖然造價低廉，但其提醒到站功能卻已無法滿足大眾的需求。目前國內(nèi)配備有電子線路圖的公交車數(shù)量極少，大多數(shù)公交車內(nèi)僅有紙質(zhì)版線路圖，未配備智能化、互動性設(shè)施[4]。

1.2 存在問題分析

對乘客錯過目的站點(diǎn)的原因進(jìn)行歸納總結(jié)，大概有以下3個因素：

（1）環(huán)境嘈雜，影響到站廣播提示音。高峰時期人流量大導(dǎo)致公交車內(nèi)擁擠、嘈雜[5]，與道路周圍汽車噪音形成一種封閉的環(huán)境，使乘客無法聽清車內(nèi)的到站提示音，也導(dǎo)致司機(jī)因噪音無法了解個別乘客到站下車的需求而提前關(guān)閉車門，且公交公司有明文規(guī)定，不在公交車站臺停車范圍內(nèi)，司機(jī)不能私自靠邊停車，大幅降低了乘客的出行效率和對所乘坐交通工具的滿意度。

（2）專注玩手機(jī)。根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)中心2020年4月發(fā)布的相關(guān)報告顯示，我國網(wǎng)民用手機(jī)上網(wǎng)達(dá)8.9億人，其中大學(xué)生是主力軍[6-7]。在生活中，手機(jī)成癮已是一種普遍現(xiàn)象。雖然手機(jī)給生活帶來很多便利，但很多人也有因?yàn)樵诔俗卉嚮虻罔F等交通工具時低頭玩手機(jī)而錯過目的站的經(jīng)歷。

（3）勞累的工作者，瞌睡的老年人。工作忙碌的年輕人和行動遲緩的老年人，因?yàn)槟承┚壒剩玳L時間乘車等易犯困，對于到站提示音毫無差覺，從而錯過目的站點(diǎn)。

1.3 設(shè)計(jì)定位

本系統(tǒng)適用于專線跨市公交、長途大巴等一些無人站立的交通工具，配置智能公交到站提醒系統(tǒng)，解決因瞌睡、車廂內(nèi)噪音而導(dǎo)致乘客坐過站的問題。同時還可避免因下車擁擠而對乘客造成的身體傷害。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)主要分為乘客端的座位系統(tǒng)設(shè)計(jì)和司機(jī)端的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。乘客可以通過座椅上的按鈕預(yù)約站點(diǎn)，并向司機(jī)端和本座椅系統(tǒng)提供目的站點(diǎn)信息；司機(jī)端將下一站點(diǎn)的到站信息通過ZigBee廣播給每個座椅；座椅接收到司機(jī)端的站點(diǎn)信息之后，判斷本座椅乘客預(yù)約的目的站點(diǎn)是否即將到達(dá)，如果本座椅乘客的目的站點(diǎn)即將到達(dá)，則通過座椅振動提醒乘客。

圖1 系統(tǒng)框架

3 座位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 座位系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

座位系統(tǒng)的主控制器選用具有應(yīng)用廣泛、價格低廉[8]、功耗低、接口多和開發(fā)容易等優(yōu)點(diǎn)的51系列單片機(jī)，型號為STC89C52。座位系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)包含時鐘電路、復(fù)位電路、按鍵模塊、顯示模塊、壓力檢測模塊和振動模塊，如圖2所示。其中時鐘電路、復(fù)位電路和51單片機(jī)組成單片機(jī)最小系統(tǒng)；按鍵模塊使得乘客可以通過按鍵輸入預(yù)約車站點(diǎn)；顯示模塊選用LCD1602字符液晶屏顯示下一站將到達(dá)的站點(diǎn)和乘客預(yù)約的下車站點(diǎn)；壓力檢測模塊選用壓力傳感器檢測座位壓力，如果檢測到壓力達(dá)到一定值，則判斷該座位有乘客；振動模塊選用HX711，當(dāng)車輛到達(dá)乘客預(yù)約的站點(diǎn)后，振動模塊開啟振動模式提醒乘客下車，防止乘客錯過目的站點(diǎn)；ZigBee模塊采用串口轉(zhuǎn)換方式，通過透傳模式與司機(jī)端的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 座位系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3.2 座位系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

座位系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括按鍵掃描檢測程序設(shè)計(jì)、LCD1602顯示模塊數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)、壓力檢測程序設(shè)計(jì)、振動模塊振動程序設(shè)計(jì)和串口數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)計(jì)。座位系統(tǒng)軟件工作流程如圖3所示。首先對單片機(jī)各模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，如初始化和配置串口、初始化振動模塊和初始化顯示模塊LCD1602等。

圖3 座位系統(tǒng)軟件流程

串口接收數(shù)據(jù)使用中斷模式，首先判斷串口是否收到第一個字節(jié)，如果沒有收到，則說明司機(jī)端未廣播數(shù)據(jù)；如果收到第一個字節(jié)，則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，每收到一個字節(jié)均需判斷一幀數(shù)據(jù)是否接收完成，如果一幀數(shù)據(jù)沒有接收完成，則繼續(xù)接收直到完整收到一幀數(shù)據(jù)。完整接收到一幀指令后，對幀數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。如果幀數(shù)據(jù)是更新下一站點(diǎn)信息，則更新顯示模塊中需顯示下一站點(diǎn)的信息；如果是司機(jī)端提醒該座位乘客下車的信息，則振動模塊開啟振動模式，提醒乘客下車；如果是司機(jī)端請求更新相關(guān)乘客信息，則組幀將座位是否有人和乘客預(yù)約的站點(diǎn)信息上傳；如果幀數(shù)據(jù)錯誤，則丟棄。最后，實(shí)時掃描按鍵，檢測乘客預(yù)約站點(diǎn)信息，同時，實(shí)時檢測并判斷乘客是否到達(dá)預(yù)約的目的站點(diǎn)，如果到達(dá)則開啟振動模式提醒乘客下車。

3.3 座椅系統(tǒng)各模塊安裝設(shè)計(jì)

將所需各元器件模塊用導(dǎo)線聯(lián)通，需要安裝的模塊主要包含顯示模塊、壓力檢測模塊、按鍵檢測模塊和振動模塊。振動模塊嵌入座椅靠背部位，壓力傳感模塊嵌入座椅坐墊中，兩邊扶手處分別安裝顯示模塊和按鍵檢測模塊，如圖4所示。與傳統(tǒng)座椅相比，從外觀上看，與日常長途大巴座椅無異，只是在扶手處增加了顯示模塊和按鍵檢測模塊，即本系統(tǒng)可在傳統(tǒng)座椅的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡單改造，使座椅更加智能。通過壓力傳感器判斷座位上是否有乘客，當(dāng)座位上有乘客且乘客預(yù)約的站點(diǎn)即將到達(dá)時，靠背部位將發(fā)出振動提醒。

圖4 座椅系統(tǒng)各模塊安裝圖

4 司機(jī)端軟件設(shè)計(jì)

4.1 司機(jī)端軟件工作流程設(shè)計(jì)

司機(jī)端硬件采用工業(yè)觸摸平板顯示屏，系統(tǒng)安裝Windows10，使用C++語言進(jìn)行軟件編程開發(fā)。軟件的工作邏輯流程如圖5所示。首先，對界面的所有控件進(jìn)行初始化。接著，開辟接收緩沖區(qū)，存放從乘客系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)。司機(jī)端和乘客座位系統(tǒng)的通信模式采用主從模式，司機(jī)端為主機(jī)，乘客座位系統(tǒng)為從機(jī)。司機(jī)端逐個發(fā)送查詢座位乘客預(yù)約站點(diǎn)信息指令，然后等待接收乘客座位系統(tǒng)返回的反饋信息。解析接收的數(shù)據(jù)并更新界面座位信息。同時，統(tǒng)計(jì)和更新界面上的乘客人數(shù)信息，便于司機(jī)了解乘客到達(dá)目的站點(diǎn)的下車情況。司機(jī)還可以通過查看界面上的人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，主動發(fā)送提醒指令給相關(guān)座位的乘客。最后，司機(jī)端發(fā)送下一站點(diǎn)信息給所有座位。

圖5 司機(jī)端軟件工作流程

4.2 司機(jī)端軟件界面設(shè)計(jì)

司機(jī)端的操控界面中分布著多個座位按鈕和乘客人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，如圖6所示。已有乘客的座位會顯示該乘客的目的站點(diǎn)，且用顏色區(qū)分不同座位乘客與即將到站的站點(diǎn)關(guān)系。紅色的座位表示該座位的乘客即將下車；白色的座位表示該座位為空，暫無乘客；綠色表示該座位已有乘客。司機(jī)可通過座位的顏色和目的站點(diǎn)來判斷乘客是否離座，是否到站，如遇上到站未離開的乘客，司機(jī)可按下相應(yīng)座位的按鈕，向該座位系統(tǒng)發(fā)出提醒指令，控制對應(yīng)座椅振動提示，減少因乘客失誤而坐過站的狀況出現(xiàn)。

圖6 司機(jī)端操控界面

5 數(shù)據(jù)通信協(xié)議

對司機(jī)端和乘客端的通信采取自定義協(xié)議，為保證通信的準(zhǔn)確性和協(xié)議拓展性，數(shù)據(jù)協(xié)議一般包括幀頭、長度、類型、數(shù)據(jù)和校驗(yàn)部分。

司機(jī)端的指令格式見表1所列。司機(jī)端發(fā)送給乘客端的指令類型有3種：廣播數(shù)據(jù)，用來同步乘客端顯示下一站站點(diǎn)信息；發(fā)現(xiàn)乘客到達(dá)目的站點(diǎn)未下車后，司機(jī)端主動發(fā)送提醒命令給乘客端；將乘客端的預(yù)約站點(diǎn)信息同步到司機(jī)端。

表1 司機(jī)端指令格式

如果乘客端收到司機(jī)端的廣播數(shù)據(jù)，則乘客端顯示模塊更新下一站點(diǎn)的站點(diǎn)信息；如果接收到提醒乘客下車的指令，振動模塊進(jìn)行相應(yīng)的振動提醒；如果接收到需同步預(yù)約站點(diǎn)信息的指令，則乘客端回復(fù)一幀數(shù)據(jù)給司機(jī)端，回復(fù)的報文格式見表2所列。

表2 乘客端回復(fù)幀格式

6 結(jié) 語

本文通過對以往公交報站系統(tǒng)不足的分析，設(shè)計(jì)了一款新型智能公交到站提醒系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)、電路簡單、操作容易等特點(diǎn)，且操作系統(tǒng)可復(fù)制，推廣性強(qiáng)。新型智能公交到站提醒系統(tǒng)的改進(jìn)，從細(xì)微之處入手，增強(qiáng)了乘客乘車時的舒適感和滿足感，應(yīng)用前景廣闊。