基于RFID智能公交系统的设计

周富丽+刘红

摘 要：随着现代社会的发展和科技的不断进步，城市公交系统逐渐呈现出智能化的发展趋势，已成为现在各领域的工作者研究的热点。传统的公交系统已不能适应现代人的需求，文中提出了一种基于RFID智能公交系统的设计方案，以改善公交运营和服务质量，为市民提供更加人性化的服务。

关键词：RFID；电子标签；阅读器；智能公交

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）07-00-02

0 引 言

目前，绝大多数城市采用的公交系统仍然是“定点发车，两头卡点”，在车载终端配置GPS定位系统，再通过GPRS与服务端进行实时通信，将自己的位置信息传递给服务端，服务端经过分析数据，发出相应的指令给电子站牌和车载终端，完成整个系统操作。但是，该公交系统的缺点是：GPS定位系统初装费用相当昂贵，不适合于中小型城市；而且在碰到高架、高层建筑、隧道等障碍物时，GPS信号会减弱甚至没有信号，不利于系统的稳定。

针对以上问题，本文提出了一种基于RFID智能公交系统的设计，将RFID技术、单片机技术和无线通信技术等有机结合，建立一种实时准确、高效的交通运输综合管理和控制系统。来解决GPS定位信号干扰及盲区的问题，改善公交运营和服务质量，为市民提供更加人性化的服务。

1 射频识别技术

1.1 射频识别技术的基本原理

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术的基本原理是利用无线电射频信号空间耦合（电磁感应或电磁传播）的传输特性来达到自动识别被标识对象的目的。图1所示就是一种非接触式的自动识别技术的基本原理图[2]。具体工作流程是：阅读器（Reader），又称读写器，经过发射天线向外发送无线载波信号；电子标签（Tag）进入磁场后被激活，并将自身信息经标签天线发射出去；阅读器接收信息并对其进行解码，然后传送至后台计算机进行处理，从而完成整个信息处理过程。

1.2 射频识别技术的优势

（1）读取方便快捷：非接触式自动识别，使得标签的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行；

图1 非接触式自动识别的基本原理图

（2）识别速度快：标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别；

（3）适应性好：射频识别设备可在恶劣的环境中工作。例如：用于沙漠温度变化情况的信息；

（4）识别距离多样化：射频识别设备的识别距离，可根据具体应用而定，从几厘米到一百米不等；

（5）支持写入数据：若在开发中需要增加一些数据，无需重新制作标签，支持写入数据即可。

2 设计方案

首先，给每辆公交车装载一张电子标签卡，每张卡号是唯一的，也是每辆车的身份标识。其次，每个站台也需装有相应的读写器，公交车到站时，卡无需取出，读写器自动读卡。并将获取的相关数据信息通过无线通信传至公交总站，公交总站通过对数据分析处理即可实现车辆的身份识别，从而将相关信息（包括车次信息、站点信息、到站信息）发送到各个站台电子屏上显示，站台上的乘客就可以及时了解到公交车的信息。同时在车载终端，利用射频识别与单片机相结合的技术，接收到公交总站发送来的消息后，实现智能语音报站功能、LED显示功能和发光二极管提醒功能。图2所示是射频识别技术的使用过程例图，整个系统可分为RFID模块、数据传输处理模块、自动报站模块和电子站牌显示模块。

图2 射频识别技术的使用

2.1 硬件设计

（1）RFID模块

本文选用的是深圳市奥斯达电子有限公司AOSID-1704型号的2.4 G有源阅读器。该阅读器采用的是2.4 G全球开放的ISM微波频段，无须申请和付费，且功率极小，读写时间极短，读写距离在2～80 m之间可根据不同应用要求灵活调整。采用圆极化天线，对卡片的放置角度没有任何要求，不需要贴在挡风玻璃上，无论怎么摆放，都能可靠地读取。采用多种防冲突方案，可靠的频分多址和时分多址设计，可同时识别200个以上不同的射频识别卡。另外还有高抗干扰性、高度集成性和高安全性，为整个智能公交系统的高性能奠定一定的基础。

RFID阅读器模块是本系统的核心模块。当电子标签进入阅读器可识别范围时，阅读器自动读取电子标签的信息，并将卡号传至协调器，协调器对状态信息进行判别后，将相关的数据信息传送给公交总站的服务器，公交总站的服务器与存储在数据库中的信息进行匹配，并将相应信息发送到各个站台的显示屏上显示，同时公交车接收到反馈信息后，也实现自动报站功能，完成了整个RFID系统的运作。

（2）数据传输处理模块

本文的数据传输采用的是2.4 G无线通信协议，该协议具有部署灵活，扩展方便等优点。阅读器将采集到的数值信息通过无线通信网络发送给协调器节点上，经过协调器处理后，再将数据传送给公交总站的服务器，并下发相应的信息给公交车和电子站台。

（3）自动报站模块

本文采用ATMEL公司生产的低功耗8位是AVRMUC单片机新一代8位megaAVR? MCU系列，配备4 KB至16 KB闪存，除了具备传统的一级流水线的预期指令功能，内置模拟比较器，A/D转换器等以外，提高了用于支持UART串行通信的内部振荡器的精度；提高了内部参考电压的精度，从而改进了模数转换的结果。根据获取电子标签的信息，通过与预先AVR单片机编程的信息比对，来控制语音报站、LED显示以及发光二极管。

（4）电子站牌显示模块

如今，智能化的LED显示屏公交站牌在部分城市已经开始使用，阅读器将采集到的电子标签信息通过无线传输上传给服务器，服务器下发该公交车的相应信息到电子站台，显示公交车到站信息、状态信息（正常、故障、载客量等）。增添查询信息，可以为人们提供好的乘车路线。附加电子站台的语音功能，为视觉障碍的乘客人员提供人性化的服务。

2.2 软件设计

整个系统的流程是：阅读器读取公交车装载的电子标签信息，上传到协调器分析处理，再下发相应信息给车载终端和电子站台。

软件中最重要的模块是阅读器对电子标签的解析。为了避免在一个站点识别范围内，重复读取数据，该系统设置了一个初始状态Flag=0的标志信号，阅读器解析成功一个新的电子标签的信息标志信号Explain=1，若Flag==Explain，则传输处理数据和执行命令，执行完命令后，Flag置为1，待电子标签感应不到阅读器的发射信号时，Flag自动清零。其它模块都是根据获得的信息来执行相应的命令。还可根据用户的实际要求来动态调整执行命令。图3所示是其系统执行程序图。

图3 系统执行程序图

整个系统软件的设计相对比较简单，因而缩短了软件系统开发的时间周期，降低了软件系统的开发成本，且运营效率显著增加。

3 结 语

基于RFID的智能公交系统设计有效避免了传统公交系统带来的弊端，改变落后的服务质量和运营管理，提高公交系统的自动化程度，提升公交系统的运行效率，增加市民公交出行率，改善交通状况，为智能化的交通管理系统提供一个很好示范。

参考文献

[1]刘桂凯，许晓云.浅析城市公交的智能化与人性化[J].理论研究，2014（10）：171-172.

[2]游战清，刘克胜.全国自动识别技术（RFID）培训讲义[Z].北京：阿法迪信息技术研究中心， 2006.

[3]杨烈君.基于RFID的智能公交报站系统[J].长春理工大学学报，2011， 6（3）：191-193.

[4]王志良，王粉花.物联网工程概论[M].北京：机械工业出版社，2014.

[5]汤云东，何明华，卓振泰.基于RFID技术的智能公交子系统设计[J].福建电脑，2011（11）：119-121.