智能化电子公交站牌的设计与研究

许建峰

(淮阴师范学院传媒学院，江苏淮安223001）

智能化电子公交站牌的设计与研究

许建峰

(淮阴师范学院传媒学院，江苏淮安223001）

运用GPRS通信、RFID等技术设计智能化电子公交站牌，显示相关车辆基本信息和到站情况，为乘客的出行提供适时动态信息，同时利用电子站牌发布公益信息，构建智能化、信息化的快速公交系统。

公交站牌 GPRS RFID

1 背景

随着经济和社会的发展，城市人口和私家车的数量急剧增加，道路拥堵现象日益凸显，城市居民乘车难、行路难的问题日益严重，给城市的交通带来诸多的压力。事实上，目前城市公共交通的基础设施、服务水平、运营能力都不能很好地满足市民出行的需求，市民不能及时获取公共交通实时准确的运行信息，造成盲目的等待，影响自身的办事效率，不得不选择其它的交通工具，在一定程度上影响了公交系统的利用率，加剧了市区交通拥堵。随着信息技术的不断发展，计算机技术、网络技术、通信技术的广泛应用，构建智能化的公共交通体系，为现代化公交系统运营、调度、指挥提供良好的技术保障。实践证明，建立智能化公共交通体系，可以让交通运营企业增强公共车辆的调度能力和突发事件的应变能力，可以让乘客根据自身需求合理安排时间，及时调整路线的规划，让公共交通更贴近市民，有效推动社会健康发展和良性循环。大力发展智能化的公共交通，一方面能够为广大市民提供及时的交通信息、快捷的交通工具，为市民的出行提供良好的保障，不断提高公交系统的利用效率；另一方面有效的控制私家车数量的增速，有效的缓解城市交通堵塞。

2 总体功能

智能化电子公交站牌是智能公交系统中的重要组成部分之一，车载终端中的GPS接收模块采集公交车辆的实时位置数据，微处理器将车辆行驶基本信息、获取的定位信息和行驶信息等数据打包处理，通过车载终端上的GPRS模块发送，经无线移动通信网络上传到公交管理系统中心服务器，管理系统对接收的数据进行综合处理后存储，在管理中心的电子地图上将信息标定显示，同时将相关信息发送至电子公交站牌；电子公交站牌终端一方面将接收的公交车所发射的信号和GPRS发送的信息进行处理，并通过LED灯显示该站点每一路公交车的预计到达时间，同时将到达本站点的公交车的信息和本站点的位置信息以“接力”方式传送给下一站的电子公交站牌终端。这样在站点等车的乘客可以及时了解到所乘公交车的行驶状况，以便提前制定，换乘方案。

电子公交站牌和公交车上的控制器由嵌入式微处理器和无线收发芯片组成。公交车到达站台时，由车载控制器通过收发电路发出信号完成一系列的固定动作(如到站开门、报站名等)，电子公交站牌会自动获取车辆的基本信息(车次、站号等)，并通过站牌上的显示电路显示到站的车次和站名，再由站牌内的收发电路将这一信息传至该路车及行车线路站牌中其他站的电子公交站牌中。管理中心服务器通过无线收发电路收集各条线路终点站牌无线收发电路发出的实时信息，在显示屏上显示出各条线路上车辆实时运行图。当电子站牌接收信号时，如果附近有多辆公交车同时发送到站信号，就可能会发生通信碰撞。防止通信碰撞出现的常见方法是将信号的应答在时间、频率或相位上错开，具体可通过软件实现。车载收发设备发送询问命令，发送完之后等待一段时间接收电子站牌的应答。这段等待时间将分为若干时隙，电子站牌以相等的概率随机选取一个时隙应答。

3 系统设计

智能化公交系统由车载终端、电子公交站牌、智能管理中心等三个部分组成。电子公交站牌由GPRS模块、GPS模块、微处理器、RFID模块、LED显示模块等组成。

3.1 硬件设计

(1)微处理器。将RFID模块获取的车辆车号、位置等基本信息进行加工、处理，提取相关信息通过GPRS模块发送至管理中心，同时将信息显示到LED显示屏上，将GPRS模块接收的视频、文字等信息存放在存储器中，并提取相关数据处理后送至LED进行显示。系统采用MSP430系列单片机作为处理器[1]。它是由16位精简指令系统组成，集成有16位寄存器和常数发生器，可以缩短指令的执行时间和周期，可以在一个时钟周期内完成寄存器与寄存器间的操作；处理单元基于相容的正交设计的CPU和指令集，这种设计结构相对简洁，体系比较精练，在开发和应用中更具有透明性并且易于设计；整个指令集由51条指令构成，具有三种格式和七种寻址方式。具有处理能力强，运算速度快，超低功耗等特点。

(2)FRID模块。公交站台的RFID模块接收车载终端的射频卡发出的载有目标识别码的高频无线电波，经微处理器处理后提取真正的目标代码，从而准确的获取到站公交车的路号、车牌号等基本信息，一方面将相关车辆到站信息通过微处理器处理后显示在LCD显示屏上，让乘客及时了解到站车辆的基本信息，另一方面将信息通过GPRS模块传送智能管理中心，能在中心的服务器上适时显示车辆的运营状况。本系统中主要采用LERCM430 RFID射频模块，该模块具有体积小、电压低、功耗低的特点，其体积仅为DIP32大小，其工作电压为+ 3.3V，其通信速率在20kHz-200kHz之间，支持多种射频协议，该模块提供了I2C、SPI和UART接口。利用其I/O口模拟了I2C接口，直接从I/O口上引出两条线作为SDA与SCL，与MSP430处理器通信，省去了使用串口扩展模块的繁琐配置工作。

(3)LED+LCD显示单元。系统包括电子站牌显示屏和广告信息显示屏，其中电子站牌显示屏主要用来显示到站车辆的基本信息，下一车辆预计到达时间，相关显示信息获取后由微处理器进行加工和处理。系统采用的LED点阵显示板运用1/16扫描方式，具有驱动电路少，成本低的特点，又不会因为扫描频率低而引起显示闪烁等问题，该模块采用16＊80点阵，可显示5个16＊16点阵的汉字；广告信息显示屏主要用来显示新闻和各类广告信息等[2]，相关内容是由智能管理中心发送至本地在存储器中，系统采用的LCD显示屏对视频信息进行循环播放。

(4)GPRS模块。主要是将获取的车辆位置信息发送到智能公交监控终端，在智能中心电子地图上显示每一车辆运行状况，同时将监控终端发过来的通知通告、公益广告等信息发送到LCD显示屏进行显示。系统采用AYG-83C GPRS MODEM，主要考虑其内嵌高可靠性的GPRS和51单片机系统MCS51标准串行接口和精简的软件接口协议，缩短产品开发周期，其在温度范围、震动、电磁兼容性和接口多样性等方面的特殊设计有利系统的长期应用，确保在恶劣环境下的工作稳定性，当终端进入正常工作状态后可以利用终端配置软件通过RS232接口对终端进行配置，可配置的参数包括授权中心的IP地址、端口号，终端本地端口号、终端身份识别号ID号等，终端ID号是主站区分不同终端的代号。

3.2 软件设计

系统的软件设计是建立在硬件设计的基础上的，主要包括车载部分的软件设计、站台部分的软件设计和数据中心服器程序设计三个部分。

(1)车载部分软件。主要包括接收GPS信号程序、判断是否到站程序、到站处理程序、发送程序以及显示程序。开机后，通过将GPS接收到的数据信号逐位与程序中已存的各站台的坐标数据进行比较来判断车辆的到站情况，当车辆到站后，到站处理程序来判别车辆的运行方向，GPS系统通过选择2个点的坐标进行比较，从而判别出方向。系统中采用海明编码，即在一组代码中加入一定位数的校验位，使每一位都参与几组不同码元的奇偶校验，其优势在于可以确定出错位的位置及性质，从而自动进行纠错[3]。最终发送部分已编好的海明码发送出去，从而实现GPS数据的接收和发送，同时将相关信息进行显示。

(2)电子站牌软件。主要包括GPRS通信软件，数据校验软件、显示软件。管理中心通过GPRS将需要在LED屏上显示车次信息和文字，在LCD屏上显示的图片、视频等信息发送到各个站台，系统根据发送的数据内容与系统预先设置的参数进行对比以确定数据的合法性，系统根据将收到的正确信息解包操作分离出需要操作的命令与数据，并执行相应的动作，将管理中心传送的数据信息通过显示接口扫描，将相关信息显示到LED和LCD屏幕上，读取命令时如有数据更新，则通过GPRS接收新的数据并进行显示[4]。数据中心还可以通过本系统由扩展的串口发出指令控制其它系统，如站台灯光控制系统等。

(3)管理中心服务器程序。主要包括数据库软件、系统查询软件，GPRS通信软件，用于数据汇总、数据查询服务、数据的通信服务。本服务器中数据管理是通过SQL Server数据库软件来实现的。当某个公交站牌将此站牌公交车到站情况通过GPRS上传服务器时，服务器内部的数据库会对此信息进行记录，具体记录包括：站牌编号、公交车编号、到站时间。当站牌检测到某辆公交车后，站牌向服务器发送ADD添加数据命令，登记公交车目前抵达的站牌，服务器把接收到的数据保存在数据库，然后站牌再向服务器发送Query查询命令，服务器接收到站牌对公交车的查询信息后，利用QueryRes命令将查询结果返回给站牌[5]。

4 结束语

本文将GPRS技术、RFID技术等应用于城市公共交通信息化的管理中，及时为乘客提供适时的公交信息。该系统的应用将使市民能够及时了解即将到站的公交汽车信息，辅助候车乘客选择合理的、适合的乘车路线，节约市民的时间，使市民选择公交汽车出行更方便。实际上，该系统的运行还需要借助现代的物联网技术和通信技术，提升数据传输的实时性，使得本系统在交通行业具有广阔的应用前景，具有巨大的市场价值。

[1]苏庆列，王麟珠.智能公交电子站牌及其管理系统的设计[J].浙江交通职业技术学院学报，2010，9：40-43.

[2]邵西河，师帅兵，朱亚东.智能公交系统中电子站牌的研究[J].微计算机信息，2009，20：27-28.

[3]苏丽嫒，范新南.基于GPS的电子站牌系统的设计[J].河海大学常州分校学报，2004，3：40-41.

[4]许铁.移动通讯环境下的智能公交站牌设计[J].闽江学院学报，2010，3：P80-85.

[5]毛长明，张利宏.基于GPRS的智能公交站牌设计[J].内蒙古农业大学学报，2010，6：92-94.

TP302.1

A

1009-8534(2014）05-0054-02

2014-07-09

2012年度淮安市科技支撑计划(工业)项目(HAG2012046)]。

许建峰(1975.12—)，男，江苏泰兴人，实验师，硕士，主要从计算机应用教育、信息技术应用等方面的研究工作。济问题与政策，区域经济学。