基于有源射频的信息共享自动报站系统研究

2011-12-29王劲松

中国石油大学胜利学院学报 2011年4期

关键词：公交公交车射频

王劲松

（中国石油大学胜利学院教务处，山东东营 257000）

基于有源射频的信息共享自动报站系统研究

王劲松

（中国石油大学胜利学院教务处，山东东营 257000）

对当前大中型城市的公交车报站系统中的报站方式进行调查、对比，针对各种公交报站方式存在的弊端，提出基于有源射频的信息共享自动报站系统的总体结构及软硬件的实现，设计一种基于有源射频的公交自动报站系统。本系统实现了公交信息共享、公交车对站名自动识别及自动报站功能。

有源射频；信息共享；自动报站

近年来，随着科学技术水平的不断提高，城市公交车的管理方式有了很大的改观，目前各大中型城市的公交报站系统并存着三种类型：人工报站、半自动报站和自动报站。这三种报站系统都有其合理性，人工报站能有效解决问路问题，自动报站系统由于投资较大主要用于大城市交通。开发低成本、免维护的全自动报站系统不仅可提供给中小城市的公交系统，同时也是对现有自动报站系统的有效补充。所以，应建立乘客、公交车、站牌和司机之间的信息共享，为乘客提供有效的乘车信息，尤其是对城市交通不熟悉的旅客。

1 自动报站系统的研究现状

1.1 国外研究现状

美国芝加哥市公共交通管理委员会（CTA）就其所属142条公共汽车路线的车辆，从2003年起逐步安装了自动报站设备，采用GPS自动报站系统。CTA的公共汽车系统共有12 212个站点，2 000辆公共汽车。具体流程：首先通过卫星定位系统判定车辆所在位置，随后，录音装置开通，并按事先录好的词句，插报即将到达的下一站的站名［1］。

1.2 国内多种研究现状

方鑫等人采用ARM7处理器和蓝牙串口模块芯片实现本地主控制系统与远端通信的功能，从而实现自动报站［2］。

冯国平采用基于ZigBee系统的单片机自动报站系统。在站台发射部分中嵌入CC2430芯片，实现站址编码信息的自动发射，车载部分则具有手动和自动报站模式实时切换功能。ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代名词，是一种低功耗的近距离无线组网通讯技术，可实现近距离、低复杂度、自组织、低功耗传输信号，并且可以嵌入各种设备，而且实现运作成本低廉。但是，数据速率也较低，目前主要用于自动控制和远程控制领域［3］。

詹杰等人采用ZigBee，将每个站台设置为一个基站，从而组建成一个星形网络。由基站协调器定时发出信标帧，对超帧进行设置（不同的基站超帧的内容不同）。在中间站，离基站100 m左右就进入了中间站的信号覆盖区，只要中间站的信标更新足够快，节点就可以在进站前捕捉到中间站的信标帧，中间站的信标帧设置简单，只包含中间站基站地址信息，节点无需接入网络，节点对基站地址进行判断，符合自已条件的信标帧，节点就触发相应的语音信息，并保存当前时间信息，实现移动车载节点和基站联系，从而触发语音报站电路自动报站，室外50 m的距离感觉不到触发延时［4］。

孙戈等利用Samsung公司的RISC处理器，Garmin公司的GPS15模块，采用Linux版本的嵌入式操作系统，基本解决了公交系统报站的问题［5］。

卢泽润等利用陀螺仪等其他辅助定位系统和GPS定位系统相结合进行定位，解决由于树木、高楼的遮挡所造成的有些路段接收不到GPS信号的问题，并采用GPRS无线通信网实时和调度中心进行通讯，实现城市职能交通网络［6］。

杨伟平等设计了一种基于nRF905的公交车自动报站系统。首先给每一个站点设定一个二进制码，然后通过nRF905射频收发电路对其进行编码，并向外发送，当汽车进入接收范围时，车载设备会收到数据，并对数据进行解调解码，最后根据解码后的数据确定车辆所到的站点，并向站台发送一个数据，同时启动语音电路报出相应的站名，完成公交车与站台间的双工通信，实现对车站自动识别、自动报站的功能［7］。

李会聪使用了专用射频发射与接收芯片CC1100、语音播放芯片VS1003和单片机控制，使用单片机对每一个车站进行ID编码，并利用身份识别技术实现公交车自动报站功能。各种类型的自动报站系统有各自的特点（表1），可从成熟度、优缺点、成本、原理、信息共享、方便、维护等方面进行比较［8］。

表1 几种类型的自动报站系统对比

2 系统总体结构

2.1 多角色的信息共享

系统中多对象的信息流图见图1。

（1）站台乘客从站台信息板获取的信息（A）。包括到站信息、未到站公交车的预计到达时间、广告信息。

（2）车载报站系统和站台信息板之间的信息（B）。记录进站信息、出站信息，获取不同路公交车的信息。

（3）司机从车载报站系统获取的信息（C）。即到站误差信息，用于调整下一站的到站时间，开、关门信息。

图1 多对象信息流图

（4）车内乘客从车载报站系统获取的信息（D）。包括站序号信息（指示器）、站名信息（语音和LED共同提供）、下一站信息（语音和LED共同提供）、广告信息、预计到达下一站时间信息。

（5）上级从车载报站系统获取的信息（E）。获取行车时间数据，用于考核司机工作。

通过自动报站系统作为信息的载体，与各个对象之间进行信息共享，经过数据统计为乘客提供有效的信息指导，从某种程度上达到了公交信息帮助的功能，这是GPS公交系统不能提供的功能。通过历史的行车数据能够分析出优化的行车调度方案，改善公交系统的服务质量。

2.2 软硬件设计

软件的设计采用单片机C语言编程。主要包括单片机控制的语音录放程序、单片机控制的射频通讯程序、单片机相应按键的中断处理程序、单片机的数据分析程序以及LED显示等程序模块。电子站牌的数据分析和射频通讯程序与车站设备相类似。

硬件的设计（图2）：系统的主控制器采用STC89C52，负责对射频收发芯片、语音芯片的初始化等工作。射频模块的选择通过比较433 MHz的无线模块n RF905和CC1100系列的射频芯片，在最大速率和传输距离等方面进行实验设计。由于系统要求车载设备和电子站牌之间的信息通讯，那么信息的容量、响应时间、多车进入射频范围的识别都将影响到射频芯片的选型。语音播放模块和音频功率放大模块采用性价比高、静态电流小的成熟芯片，比如TDA2822功放芯片。电源模块为单片机、无线射频模块、语音播放模块提供3.5 V电压，为功放模块提供12 V电压。