每個(gè)公交站均構(gòu)成公交車到站信息查詢系統(tǒng),對(duì)行駛中公交車之間和公交站與公交車之間,選用CC2530射頻通信模塊將信息傳遞到前方公交站。當(dāng)兩個(gè)公交站之間距離較遠(yuǎn)時(shí),其公交站設(shè)置公交站網(wǎng)關(guān),它通過(guò)路由器AP無(wú)線接入Internet網(wǎng),在服務(wù)器監(jiān)控軟件控制下完成公交站之間信息交換。

(二)

背景技術(shù)：
:

隨著公交事業(yè)的蓬勃發(fā)展,越來(lái)越多的人開(kāi)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(lái)越擁擠,乘客等候乘車的時(shí)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(shí)間長(zhǎng),每一站都需要停留更長(zhǎng)時(shí)間,如果乘客能知道各線路公交車到站信息,避開(kāi)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(shí)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(guò)該系統(tǒng)提供的擴(kuò)展GPS功能,對(duì)公交車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)衛(wèi)星定位,雖然可以實(shí)時(shí)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(fù)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(hào)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(shí)現(xiàn)要素：
:

由于公交車經(jīng)過(guò)各站時(shí)的上下車乘客人數(shù)不同,到站時(shí)的停留時(shí)間不同,通過(guò)紅綠燈控制的十字路口時(shí),前方排隊(duì)等候通過(guò)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(shí)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(jī)遇不同,從而造成同時(shí)出站的同線路或不同線路的公交車逐漸拉開(kāi)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(wú)需通過(guò)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(jiǎn)單運(yùn)用靈活,大大降低成本。

公交車行駛里程的信號(hào)源為安裝在變速器或車輪輪轂上的里程表傳感器,對(duì)里程表傳感器輸出脈沖信號(hào)計(jì)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(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路抗干擾后使輸出信號(hào)可由微處理器端口準(zhǔn)確捕捉識(shí)別,再送入微處理器端口。各線路公交車的車載控制器均預(yù)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(shí),公交站控制器如果在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有公交車到站,之后與到站的第一輛公交車通信時(shí),另外發(fā)送標(biāo)記信號(hào)M,公交車的車載控制器將標(biāo)有M的到站實(shí)際測(cè)量里程與設(shè)定里程計(jì)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(bǔ)償值,用于糾正測(cè)量里程。所述設(shè)定的時(shí)間間隔需保證同時(shí)到站的公交車全部離開(kāi),使下一輛到站公交車在到站位置?？俊?/p>

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(biāo)準(zhǔn),芯片集成了2.4GHZ直接序列擴(kuò)頻RF收發(fā)器、工業(yè)級(jí)增強(qiáng)型8051微處理器,ZigBee是低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)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(xiàng)目的可移植性,其應(yīng)用層特征信息均被保存在ZigBee.def文件中,作為應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的一部分,要根據(jù)實(shí)際情況修改該文件設(shè)置。

ZigBee工作頻率為2.380GHz～2.500Ghz,共26個(gè)信道,支持跳頻擴(kuò)頻,可有效的避免自身的頻段干擾,也可用其擴(kuò)展頻段避開(kāi)WI-FI的干擾,并支持沖突避免的載波多路偵聽(tīng)技術(shù)(CSMA-CA)當(dāng)應(yīng)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(shí),可以使用組尋址方式還可以對(duì)模塊進(jìn)行發(fā)射功率,信道等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)的配置。通信時(shí)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)選用TI公司設(shè)計(jì)的2.4GHz倒F型天線以增加通信距離。

在Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu),公交站控制器配置為協(xié)調(diào)器,進(jìn)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(jìn)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?yán)锍梯敵鲂盘?hào)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(gè)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(cè)信號(hào),到站停車的公交車的車載控制器應(yīng)答后與公交站實(shí)現(xiàn)信息交換,各線路公交車均預(yù)置有唯一的編號(hào),同線路多輛公交車同時(shí)到站向信道發(fā)送應(yīng)答信號(hào)時(shí),公交站控制器將會(huì)連續(xù)收到數(shù)個(gè)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包或監(jiān)聽(tīng)到頻道信號(hào)疊加后的強(qiáng)度超限,說(shuō)明當(dāng)前信道受到干擾,這時(shí),公交站控制器對(duì)干擾線路依所述編號(hào)順序重新發(fā)送偵測(cè)信號(hào)。

公交站控制器和到站停車的公交車的車載控制器通信時(shí),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(shí)間和當(dāng)前時(shí)間,并按本站行駛方向至下一站所需行駛時(shí)間平均值的0.2-0.6作為時(shí)間段，來(lái)分配站間通信信道發(fā)送偵測(cè)信號(hào)的時(shí)間，所述時(shí)間段以本公交站控制器提供的當(dāng)前時(shí)鐘時(shí)間為基準(zhǔn)，所分配的時(shí)間段的時(shí)間不重疊，其時(shí)間段具體占用時(shí)間長(zhǎng)短，由前一時(shí)間段中經(jīng)過(guò)本站至下一站的行駛車輛密度確定，密度大的取時(shí)間段短，然后選擇一輛經(jīng)過(guò)本站和下一站的公交車作為主通信公交車來(lái)分配一個(gè)所述時(shí)間段,在略早于該時(shí)間段的結(jié)束時(shí)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(yù)置時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)過(guò)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(hào)、到達(dá)本站時(shí)間和所述時(shí)間段,該預(yù)置時(shí)間間隔由站間平均行駛時(shí)間確定，主通信公交車離開(kāi)本站后,按到達(dá)本站時(shí)間從遠(yuǎn)到近順序?qū)囃ㄐ疟碇械母鞴卉嚢l(fā)送偵測(cè)信號(hào),其應(yīng)答內(nèi)容包含公交車的編號(hào)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(yīng)答信號(hào)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(shí)間段中未用完的時(shí)間按上述方法通信,所述時(shí)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(dòng)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(shí),該站間公交車與公交車通信結(jié)束,準(zhǔn)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(shí)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(fù)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(diǎn)通信信道錯(cuò)開(kāi)使用,防止發(fā)生同頻干擾。公交車到達(dá)終點(diǎn)站后自動(dòng)改變通信信道設(shè)置和站點(diǎn)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(dāng)兩個(gè)公交站之間距離超過(guò)700米,或行駛的公交車較少無(wú)法實(shí)現(xiàn)公交車之間通信時(shí),采用Wi-Fi方式通信,公交站設(shè)置公交站網(wǎng)關(guān),它通過(guò)路由器AP無(wú)線接入Internet網(wǎng),在服務(wù)器監(jiān)控軟件控制下完成公交站之間信息交換。在公交車行駛方向,位于后方的公交站定時(shí)將公交到站信息經(jīng)Internet網(wǎng)傳遞給前方公交站。

由于Wi-fi模塊是筆記本、平板電腦和智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置,因此基于Wi-fi技術(shù)的智能產(chǎn)品得到了推廣和應(yīng)用,Wi-fi智能節(jié)點(diǎn)可以直接連接無(wú)線路由器,從而接入Internet網(wǎng),節(jié)點(diǎn)還可以任意擴(kuò)充。Wi-fi模塊對(duì)外提供UART串口,因而可以通過(guò)串口和單片機(jī)連接,讓設(shè)備接入Internet網(wǎng)。各公交站網(wǎng)關(guān)由單片機(jī)、Wi-fi模塊、非易失存儲(chǔ)器、LCD顯示器和鍵盤(pán)構(gòu)成,裝在封閉的盒子中,由手機(jī)Wi-fi與之直接無(wú)線連接經(jīng)密碼打開(kāi)。其中單片機(jī)選用C8051F341芯片,非易失存儲(chǔ)器選用AT24C64,其具體型號(hào)僅用于舉例說(shuō)明。LCD顯示器和鍵盤(pán)用于人機(jī)交流。公交站控制器中Zigbee模塊通過(guò)UART連接C8051F341芯片,Wi-fi模塊也通過(guò)UART連接C8051F341芯片,這樣Zigbee模塊發(fā)來(lái)的到站信息,通過(guò)公交站網(wǎng)關(guān)發(fā)送給其中wi-fi模塊,wi-fi模塊再將到站信息發(fā)送給無(wú)線路由器AP經(jīng)Internet網(wǎng)至上位機(jī)電腦。計(jì)時(shí)時(shí)間的誤差糾正采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)模塊傳遞計(jì)時(shí)時(shí)間，供各公交站和各公交車糾正計(jì)時(shí)時(shí)間，它由指定公交車攜帶標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)模塊沿途與各公交站通信時(shí)，使各公交站和各公交車獲得計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，當(dāng)日第一班出行的公交車為指定攜帶標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)模塊的公交車，當(dāng)所指定的公交車出行間隔時(shí)間改變時(shí)，即更換攜帶標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)模塊的公交車，其間隔時(shí)間允許的改變值由所要求的允許計(jì)時(shí)誤差所決定。

(四)附圖說(shuō)明:

圖1基于ZigBee和WIFI的公交站智能站牌的電路結(jié)構(gòu)方框圖。

(五)具體實(shí)施方式:

基于ZigBee和WIFI的公交站智能站牌的電路結(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),公交站網(wǎng)關(guān)(4),公交站控制器(5)；其中車載控制器(1)由射頻通信CC2530模塊和里程表傳感器構(gòu)成,公交車?yán)锍瘫韨鞲衅鬏敵鲂盘?hào)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)選用TI公司設(shè)計(jì)的2.4GHz倒F型天線以增加通信距離。公交站間控制器(2)和公交站控制器(5)均由射頻模塊和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；公交站網(wǎng)關(guān)(4)由單片機(jī)、Wi-fi模塊、非易失存儲(chǔ)器、LCD顯示器和鍵盤(pán)構(gòu)成。其中單片機(jī)選用C8051F341芯片,非易失存儲(chǔ)器選用AT24C64,用于保存待發(fā)送的數(shù)據(jù),LCD顯示器和鍵盤(pán)用于管理人員人機(jī)交流。公交站控制器中CC2530模塊通過(guò)UART連接C8051F341芯片,Wi-fi模塊也通過(guò)UART連接C8051F341芯片,實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)送。wi-fi模塊再將到站信息發(fā)送給無(wú)線路由器AP經(jīng)Internet網(wǎng)(3)至上位機(jī)電腦。