新型智能公交系统设计

周鹏凯 葛颖 冯康玮 牛旭峰 卫嘉馨

（天津职业技术师范大学 天津市 030222）

随着社会的发展，我国老龄化程度进一步增加。截至 2019年末，我国 60 岁及以上人口占总人口的18.1%，其中 26%老年人会采取公交出行的方式，如何让老年人的出行变得更加方便已成为一个值得考虑的问题。同时，我国中小学在校人数达到了2.08 亿，高等院校在校生达到了3833 万人，在这些人群中，公交出行是一种较为常见的出行方式。除此之外，我国的旅游业也已经十分发达，如何让游客在乘坐公交 时能有更好的体验也是一个值得思考的问题。

现在市面上的公交路牌分为两种，一种是传统的公交路牌，只能单纯地显示公交路线，无其他功能。另一种是新型地公交站牌，可以动态显示公交车的位置，进行语音播报。但是这两种路牌并不能很好地解决用户的出行问题，因此，我提出了一种基于 STM32单片机，结合传感器和 GSM 等模块的车载终端和站牌客户端，配合后台控制端和客户端，共同起作用的公交系统。

1 智能交通系统整体设计

如图1 所示，此智能公交系统主要由4 部分组成，分别是车载终端，站牌终端，后台控制端以及客户端。

车载终端由 GPS 定位模块，4G 模块、传感器和语音播报模块组成，主要负责向后台提供车辆的行驶轨 迹、速度和位置以及车内的温湿度，接受后台传回的 信息，向车内的人播报其他用户传达的信息。

站牌终端主要由显示屏幕，RFID 射频 IC 感应模块，语音模块，GSM 模块，摄像头以及各类传感器组成，是系统中用户与系统进行交互的直接方式。负责显示公交车的位置、速度、到达时间等信息，为用户提供自助公交卡充值服务；接收客户端发来的信息， 在公交车用户刷卡后进行显示；通过语音助手，在用户遇到问题时进行解决或连线后台客服；显示最近几周内评价最高，离公交站牌最近的景点，为游客进行攻略推荐，并在游客同意后，将资料通过无线网模块传至游客手机。

后台控制端通过收集公交车的位置，以及公交上的人数，结合公交站牌等待人数来调度公交车；分析收集到的景区人数及评价，按照距离，推送得到不同 的公交站牌；接收用户的留言，并通过公交站牌显示 给指定人群；接收用户收集客户端的反馈，为用户提供更好的体验。

客户端是人们与系统交互的最方便的方式，用来 收集反馈意见，使用户知道公交运行情况；提出自己的出行要求，提供合适的公交出行方案；接受父母给 孩子的留言，并设置什么时候推送到公交站牌，以及显示方式。

2 硬件电路设计

2.1 智能公交站牌硬件设计

如图2 所示。

图1：智能公交系统整体设计

图2：智能公交站牌硬件整体设计

图3：车载终端硬件整体设计

2.1.1 主控芯片本公交站牌采用 STM32F429 作为主控芯片，主频168M，拥有16MB FLASH 的空间，可以迅速地接收传感器的数据，并处理传回后台。可以引出 110 余个 IO 口，可以接丰富的外设。

2.1.2 语音模块

本公交站牌采用的语音模块是 HLK-V20 芯片，该芯片相较于传统语音模块，采用了 32bit RSIC 架构内核，加入了相应的 DSP指令集，可通过神经网络对音频信号进行学习，有效提高声音识别的准确度。除此以外，该模块还支持多条本地指令的离线识别，在网络信号不好时，仍然可以为用户提供简单的服务； 同时该模块还可以定制唤醒词和命令词，实现不同年龄用户与公交站牌的交互。

2.1.3 传感器模块

本公交站站牌采用了多个传感器包括DHT11 温湿度传感器、12SD 紫外线传感器、GP2Y1014AU 粉尘传感器、HLK-LD303-24G测距雷达模块和 OV5640 摄像头模块。这些模块共同构成了一个环境监测系统。这些传感器都具有抗干扰能力强，性价比高等优点，其中测距雷达模块可以用于探测公交站牌前的人数，为预测等待公交车的人数提供数据支持；而摄像头模块可以在用户触摸显示屏幕时，根据使用者的年龄特征， 分别提供不同的快捷服务，在使用公交卡充值服务和读取预定信息时，可以作为验证的途径之一。同时，该模块还可以用于和后台客服连线，为用户解决提供帮助。

2.1.4 通讯模块

本公交站牌采用了 RFID 模块、SIM-800A 模块和ESP8266 模块进行通讯。RFID 模块是高度集成的非接触式读写芯片，该模块用于公交卡的刷取，可以配合 其他模块实现预定信息的读取和公交卡的充值，同时 还可以实现刷卡测温，免去了上车时司机一一测温的 过程。SIM800A 模块可以低功耗地实现语音、短信和移动数据的传输，为用户提供简单的通讯服务。ESP8226 是一个成熟且简单的 Wi-Fi 网络解决方案，可以实现本地与服务器之间的数据交互，实时更新显示 内容。

2.1.5 显示模块

本系统 LCD 显示屏应用的 GT9911，它拥有多达26 个驱动通道和 14 个感应通道，可同时识别 5 个触摸点位的实时准确位置，移动轨迹及触摸面积。该模 块内置电容检测电路及高性能 MPU，可实现触摸点坐标实时输出。该模块反应灵敏，可以及时显示用户所需信息，同时该模块还有低功耗模式，在一段时间无人触摸后即可自动熄灭。

2.2 车载终端

如图3 所示。

2.2.1 主控芯片

本终端采用 STM32F103 作为主控芯片，主频 72M，拥有512KB FLASH 的空间，可以迅速地接收传感器的数据，并处理传回后台。可以引出 110 个 IO 口，可以接丰富的外设。

2.2.2 定位模块

本终端采用 AT6558 模块作为定位芯片，该模块是一款高性能BDS/GNSS 多模卫星导航接收机 SOC 单芯片，采用 55nmCMOS 工艺，支持多种卫星导航系统，包括中国的北斗卫星导航系统，美国的 GPS 系统等等。该模块与主控芯片连接简单，只需要简单 的两根数据线，利用该模块提供的位置信息，可用于 优化公交车的调度。

2.2.3 通讯模块

本终端采用 DL-20ZIGBEE 模块进行组网，是一款基于 UART接口的无线传输模块，该模块采用 TI 的CC2530 芯片，符合IEEE802.15.4 协议。相比传统的ZIGBEE 模块，无需了解复杂的协议栈，更简单、更稳定。同时支持 Mesh 组网，在两个公交车相遇时，也可进行组网，接收并储存信息到下一次与公交站牌相遇时发送信息，提高准确率。

2.2.4 语音模块

本终端语音模块使用的是 WT588D 芯片，自带多个 I/O 口、FLASH 芯片和控制端，便于与主控芯片连接。在经济方面上讲，它的价格亲民，成本低廉。可以安装多个在公交车上，降低乘客听不到语音播报的可能性。

2.2.5 传感器模块

本终端的传感器主要包括速度传感器和红外感应传感器。速度传感器为简单的霍尔速度传感器，成本低廉，精度较高。该传感器安装于车底，检测车辆 行驶速度。红外人体感应模块是基于红外线技术的自动控制模块，具有全自动感应，光敏控制，工作电压范围宽等优点。该模块主要用于检测公交车乘客的 下车情况，上传相应数据到后台，推测公交车实时的 载客量。

3 系统软件设计

系统软件主要分为后台端和用户端，后台端用于实时接收公交站牌反馈信息和公交车的运行信息，综 合天气以及实际情况，结合所接收的到的信息，给出 用户出行建议以及调度公交车。用户端主要用于显示 当前公交车的运行路线，接收用户的反馈；在用户输 入出行要求后，给出合适的出行建议；储存监护人要 发送的信息，并传输到站牌终端。

4 结束语

本设计使用了STM32F407 和STM32f103 微控制器，设计的智能公交系统由后台端、用户端、车载终端和智能站牌终端四个部分组成。本系统将 GSM 无线通讯、GPS/北斗定位系统，结合ESP8266 芯片和 ZIGBEE 芯片的灵活组网功能，辅以 RFID 标签的识别和信息读取功能，实现了方便乘客出行的目的。本文所设计的系统若可实际应用于城市交通管理中，可以有效改善用户出行体验和缓解公共交通压力。与此同时，本系统的设计也为城市公交系统的智能化提高一种新的解决方案，具有一定的参考价值。