每個公交站均構(gòu)成公交車到站信息查詢系統(tǒng),系統(tǒng)對行駛中公交車之間和公交站與公交車之間,均選用CC2530射頻通信模塊將信息傳遞到前方公交站,當兩站之間車輛較少,難于完成車與車通信時,則利用GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)公交線路站與站之間用互發(fā)短信方式交換到站信息。

(二)

背景技術(shù)：
:

隨著公交事業(yè)的蓬勃發(fā)展,越來越多的人開始乘坐公交車出行,城市公交線路隨著公交事業(yè)的發(fā)展迅猛增多,因此道路也越來越擁擠,乘客等候乘車的時間變得很不確定,造成有的公交車很擁擠有的公交車乘客卻很少,由于擁擠的公交車上下車人數(shù)多時間長,每一站都需要停留更長時間,如果乘客能知道各線路公交車到站信息,避開擁堵線路就可以在一定程度上緩解公交線路擁堵情況,同時也方便乘客乘車。

現(xiàn)有基于GPS全球定位的智能公交站牌系統(tǒng),通過該系統(tǒng)提供的擴展GPS功能,對公交車輛進行實時衛(wèi)星定位,雖然可以實時掌握公交車輛目前的位置、行駛速度、方向等信息,但是基于GPS全球定位的系統(tǒng)架構(gòu)復雜昂貴靈活性差,而且城市多高樓大廈,一些地區(qū)衛(wèi)星信號不暢,因此影響普及,目前只有超大城市才有試用。

(三)

技術(shù)實現(xiàn)要素：
:

由于公交車經(jīng)過各站時的上下車乘客人數(shù)不同,到站時的停留時間不同,通過紅綠燈控制的十字路口時,前方排隊等候通過十字路口的車輛數(shù)量不同,造成等候紅綠燈變換次數(shù)不同,等候時間不同,以及公交車行駛中路況不同、車速不同、駕駛員使用的技巧不同、影響行駛的各種機遇不同,從而造成同時出站的同線路或不同線路的公交車逐漸拉開不同的距離形成了信息傳遞通道,采用行駛中公交車之間通信,就可以將信息傳遞到前方公交站,無需通過GPS全球定位系統(tǒng)獲得公交車到站信息,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單運用靈活,大大降低成本。

公交車行駛里程的信號源為安裝在變速器或車輪輪轂上的里程表傳感器,對里程表傳感器輸出脈沖信號計數(shù)就可反映車輪轉(zhuǎn)數(shù),獲取車速與行駛里程信息,該里程表傳感器輸出信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路抗干擾后使輸出信號可由微處理器端口準確捕捉識別,再送入微處理器端口。各線路公交車的車載控制器均預置各站間里程數(shù)據(jù),以獲得行駛中位置。公交車與公交站通信時,公交站控制器如果在設(shè)定的時間間隔內(nèi)沒有公交車到站,之后與到站的第一輛公交車通信時,另外發(fā)送標記信號M,公交車的車載控制器將標有M的到站實際測量里程與設(shè)定里程計算到站里程誤差,取5次以上的到站里程誤差值,按設(shè)定比例次數(shù)刪去數(shù)次最大到站誤差,其余取平均值作為補償值,用于糾正測量里程。所述設(shè)定的時間間隔需保證同時到站的公交車全部離開,使下一輛到站公交車在到站位置停靠。

公交車之間及公交車與公交站之間采用射頻通信,射頻通信選用CC2530模塊,或選用其它微處理器的Zigbee模塊。CC2530是TI公司生產(chǎn)的一款基于SOC(片上系統(tǒng)),支持IEEE802.15.4、ZigBee、ZigBee PRO標準,芯片集成了2.4GHZ直接序列擴頻RF收發(fā)器、工業(yè)級增強型8051微處理器,ZigBee是低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),ZigBee協(xié)議棧的絕大部分代碼都是公用的,這樣就大大增加了項目的可移植性,其應用層特征信息均被保存在ZigBee.def文件中,作為應用程序開發(fā)的一部分,要根據(jù)實際情況修改該文件設(shè)置。

ZigBee工作頻率為2.380GHz～2.500Ghz,共26個信道,支持跳頻擴頻,可有效的避免自身的頻段干擾,也可用其擴展頻段避開WIFI的干擾,并支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)(CSMA-CA)當應用程序需要將數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的一組設(shè)備時,可以使用組尋址方式還可以對模塊進行發(fā)射功率,信道等網(wǎng)絡(luò)拓撲參數(shù)的配置。通信時根據(jù)需要設(shè)置信道,并設(shè)置成發(fā)送器模式或接收器模式,系統(tǒng)采用TI公司設(shè)計的2.4GHz倒F型天線以增加通信距離。

在Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中,本系統(tǒng)設(shè)計成公交車與公交車通信、公交車與公交站通信形成網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu),公交站控制器配置為協(xié)調(diào)器,進入本站至下一站間的公交車的車載控制器配置為路由器,公交車進入公交站完成通信即入網(wǎng),構(gòu)成公交站局域網(wǎng)。

車載控制器由CC2530模塊構(gòu)成,公交車里程輸出信號接于CC2530模塊中8051微處理器的I/O口,由8051微處理器直接讀取后保存在CC2530模塊芯片內(nèi)的閃存中,車載控制器的通信數(shù)據(jù)也按閃存中數(shù)據(jù)的區(qū)塊更新方式,保存在其CC2530芯片的閃存中。

每個公交站均構(gòu)成公交車到站信息查詢系統(tǒng),各公交站控制器依據(jù)該站公交車的線路地址循環(huán)發(fā)送偵測信號,到站停車的公交車的車載控制器應答后與公交站實現(xiàn)信息交換,同線路多輛公交車同時到站向信道發(fā)送應答信號時,公交站控制器將會連續(xù)收到數(shù)個錯誤數(shù)據(jù)包或監(jiān)聽到頻道信號疊加后的強度超限,說明當前信道受到干擾,這時,各公交車按其停車位置與站點位置之間距離S,按公交車行駛方向,從向前超過站點位置6米開始,自動依每隔6米范圍遞增編號往后至離站點18—60米,按S值落入所述的編號范圍來編號,上述設(shè)置時注意通常只有2至3輛車同時到站。公交站控制器對到站公交車干擾線路依所述編號順序再發(fā)送偵測信號,如再產(chǎn)生干擾則對未成功通信的公交車,減少所述每隔6米范圍的值重新不重復編號,重復上述過程至不產(chǎn)生干擾,其編號到下一站時失效。當線路擁有公交車數(shù)量較少時采用固定的不會失效的預置編號。

公交站控制器和到站停車的公交車的車載控制器通信時,交換各線路公交車包含該站和先前4-6站的公交車的到站信息,其到站信息由各公交站控制器產(chǎn)生,到站信息包含公交站地址、各線路公交車最后到站的線路地址及其到站時間和當前時間,并按本站行駛方向至下一站所需行駛時間平均值的0.2-0.6作為時間段，來分配站間通信信道發(fā)送偵測信號的時間，所述時間段以本公交站控制器提供的當前時鐘時間為基準，所分配的時間段的時間不重疊，其時間段具體占用時間長短，由前一時間段中經(jīng)過本站至下一站的行駛車輛密度確定，密度大的取時間段短，然后選擇一輛經(jīng)過本站和下一站的公交車作為主通信公交車來分配一個所述時間段,在略早于該時間段的結(jié)束時間選擇下一輛主通信公交車，按此接續(xù)下去，公交站控制器向主通信公交車發(fā)送到站信息和車通信表,車通信表提供預置時間間隔內(nèi)經(jīng)過本站至下一站的各線路公交車的線路地址、所述公交車的編號、到達本站時間和所述時間段,該預置時間間隔由站間平均行駛時間確定，主通信公交車離開本站后,按到達本站時間從遠到近順序?qū)囃ㄐ疟碇械母鞴卉嚢l(fā)送偵測信號,其應答內(nèi)容包含公交車的編號和公交車離下一站的距離,主通信公交車的車載控制器收到各公交車應答信號后,選擇離下一站最近的公交車向其發(fā)送到站信息和車通信表,該公交車的車載控制器收到到站信息和車通信表后更新到站信息,并被接力成為主通信公交車接續(xù)所述時間段中未用完的時間按上述方法通信,所述時間段結(jié)束，主通信公交車即轉(zhuǎn)為從通信公交車。

主通信公交車為動態(tài)分配,其余作為從通信公交車,在本站與下一站間使用約定的站間通信信道,從通信公交車在站間行駛中均處于接收狀態(tài),各公交車離下一站40米至80米的設(shè)定距離時,該站間公交車與公交車通信結(jié)束,準備與下一公交站的通信。所述到站信息只記錄每路公交車最后到站時間,刪去之前記錄內(nèi)容,所述站間通信信道是依其通信覆蓋范圍設(shè)置相鄰站的不同站間通信信道,但經(jīng)2站至3站后重復循環(huán)使用,站與公交車通信也采用相鄰站的不同通信信道循環(huán)設(shè)置,上行線路與下行線路同名站點通信信道錯開使用,防止發(fā)生同頻干擾。公交車到達終點站后自動改變通信信道設(shè)置和站點順序設(shè)置,公交站控制器將到站信息處理后送顯示器顯示,便于乘客查看。

當兩公交站之間距離大于700米,或車輛較少難于完成車與車通信時,安裝手機短信收發(fā)裝置,采用收發(fā)手機短信方式通信,在公交車行駛方向,位于后方的公交站定時將公交到站信息以短信方式傳遞給前方公交站。為了節(jié)省各手機短信收發(fā)裝置使用的電話號碼數(shù)量,需要用同步時間按公交站順序進行分時通信。如果一條公交線路有20個站需要使用2個電話號碼通信,每2站占用2秒收發(fā)時間,則通信時20個站需要20秒,即每站20秒更新一次信息,如果是10個站時,每2站就占用4秒收發(fā)時間,視同步時間計時誤差設(shè)定,如果需要更短的更新時間,須采用少于2秒的每2站占用時間。手機短信收發(fā)裝置包括GSM模塊、SIM卡、單片機和EEPROM存儲器,利用單片機對GSM模塊進行控制,以SMS短信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程無線傳輸。單片機的串行口與GSM模塊直接相聯(lián),完成對GSM模塊的初始化,實現(xiàn)短信息的收發(fā)功能,EEPRAM存儲器用來存儲用戶數(shù)據(jù)和短信息的編譯碼。另外,單片機還通過擴展串口與所屬公交站控制器連接進行數(shù)據(jù)交換。

計時時間的誤差糾正采用標準計時模塊傳遞計時時間,供各公交站和各公交車糾正計時時間,它由指定公交車攜帶標準計時模塊沿途與各公交站通信時,使各公交站和各公交車獲得計時基準,當日第一班出行的公交車為指定攜帶標準計時模塊的公交車,當所指定的公交車出行間隔時間改變時,即更換攜帶標準計時模塊的公交車,其間隔時間允許的改變值由所要求的允許計時誤差所決定。

(四)附圖說明:

圖1是基于ZigBee和GSM的公交站信息顯示牌的電路結(jié)構(gòu)方框圖。

(五)具體實施方式:

基于ZigBee和GSM的公交站信息顯示牌的電路結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示,包含:

公交車的車載控制器(1),公交站間控制器(2),公交站控制器(3)；其中車載控制器(1)由射頻通信模塊CC2530模塊和里程表傳感器構(gòu)成,公交車里程表傳感器輸出信號接于CC2530模塊中8051微處理器的I/O口,由8051微處理器直接讀取后保存在CC2530模塊芯片內(nèi)的閃存中,系統(tǒng)采用TI公司設(shè)計的2.4GHz倒F型天線以增加通信距離；公交站控制器(3)由射頻模塊和LCD顯示器構(gòu)成,其中射頻模塊選用CC2530模塊,LCD顯示器與CC2530模塊中8051微處理器的I/O口相連，通信數(shù)據(jù)保存在CC2530模塊芯片內(nèi)的閃存中；公交站間控制器(2),相對于公交站控制器(3),增加了手機短信收發(fā)裝置,手機短信收發(fā)裝置中GSM模塊選用芯片TC35i、單片機選用89C51、EEPROM存儲器選用AT24C32。89C51通過擴展I2C總線與所屬公交站間控制器8051微處理器進行數(shù)據(jù)交換,TC35i是RS232數(shù)據(jù)口,89C51通過電平轉(zhuǎn)換電路芯片MAX232與TC35i連接。TC35i集射頻電路和基帶于一體,為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸。TC35i有40個引腳,劃分為5類,即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。

TC35i支持AT命令集,其中包含了對SMS的控制,單片機通過向TC35i發(fā)送一系列AT指令,完成對GSM模塊的初始化和短信息收發(fā)。接于GSM模塊的SIM卡,須先在手機上對SIM卡進行必要的設(shè)置使能以及設(shè)置好短信息中心服務(wù)號碼使之可以和GSM網(wǎng)(4)中的短信息中心聯(lián)系,故在使用中不需要再進行類似設(shè)置。因為只收發(fā)數(shù)據(jù),本系統(tǒng)SMS的收發(fā)采用TEXT模式,TEXT模式是基于ASCII碼的一種結(jié)構(gòu)模式。