每個(gè)公交站均構(gòu)成公交車(chē)到站信息查詢(xún)系統(tǒng),對(duì)行駛中公交車(chē)之間和公交站與公交車(chē)之間,均選用nRF905射頻通信模塊將信息傳遞到前方公交站,系統(tǒng)采用每2至4個(gè)公交站設(shè)置串口Wi-Fi通信的公交站間控制器,用于接入Internet網(wǎng),兩個(gè)設(shè)置公交站間控制器的公交站之間的其它公交站,通過(guò)公交車(chē)之間通信實(shí)現(xiàn)信息傳送。

(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(chē)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(chē)的時(shí)間變得很不確定,造成有的公交車(chē)很擁擠有的公交車(chē)乘客卻很少,由于擁擠的公交車(chē)上下車(chē)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(chē)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(chē)。

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(chē)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(chē)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(chē)經(jīng)過(guò)各站時(shí)的上下車(chē)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(chē)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(chē)行駛中路況不同、車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)行駛里程的信號(hào)源為安裝在變速器或車(chē)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(chē)輪轉(zhuǎn)數(shù),獲取車(chē)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)可由微控制器端口準(zhǔn)確捕捉識(shí)別,再送入微控制器端口。各線路公交車(chē)的車(chē)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(chē)與公交站通信時(shí),當(dāng)公交車(chē)的車(chē)載控制器計(jì)算設(shè)定到站時(shí)兩站間里程減去實(shí)際測(cè)量到站時(shí)兩站間里程的誤差值在+8米與-5米之間時(shí),表示前面沒(méi)有?？康墓卉?chē),該公交車(chē)為到站位置停靠,則所述誤差值作標(biāo)記M,公交車(chē)的車(chē)載控制器將標(biāo)有M的各次到站里程誤差值,取5次以上按設(shè)定比例次數(shù)刪去數(shù)次最大到站里程誤差值,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(chē)全部離開(kāi),使下一輛公交車(chē)在到站位置?？?。

公交車(chē)之間及公交車(chē)與公交站之間采用射頻通信,射頻通信由射頻的模塊、微控制器和非易失存儲(chǔ)器構(gòu)成,為了說(shuō)明方便這里的微控制器選用C8051F330芯片,射頻的模塊選用nRF905。nRF905利用SPI口雙向通訊,微控制器C8051F330通過(guò)其SPI接口與nRF905通信,公交車(chē)?yán)锍梯敵鲂盘?hào)接于C8051F330的I/O口,由C8051F330讀取后保存在非易失存儲(chǔ)器中,車(chē)載控制器的通信數(shù)據(jù)也保存在非易失存儲(chǔ)器中。

車(chē)載控制器的射頻通信模塊中的nRF905提供了強(qiáng)大的跳頻機(jī)制以及大量的頻道支持,可以用在許多特殊的場(chǎng)合,在公交車(chē)與公交車(chē)之間的通信發(fā)生干擾時(shí),可以采用跳頻方式解決。它即使利用無(wú)增益的PCB天線其傳輸距離也可達(dá)200m,如果需要更遠(yuǎn)距離的傳輸,也可以改成帶增益的天線,傳輸距離即可擴(kuò)大到1千米以上,可滿(mǎn)足不同用處的需求,

nRF905數(shù)據(jù)接收:微控制器控制TRX_CE為高電平、TX_EN為低電平,nRF905進(jìn)入接收模式；650us后,nRF905監(jiān)測(cè)空中的信息,等待接收數(shù)據(jù)；當(dāng)nRF905檢測(cè)到與接收頻率相同的載波時(shí),設(shè)置載波檢測(cè)管腳CD為高電平；當(dāng)nRF905接收到有效的地址時(shí),設(shè)置地址匹配管腳AM為高電平；當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢后,nRF905自動(dòng)去掉數(shù)據(jù)包的字頭、地址和CRC校驗(yàn)碼,然后將數(shù)據(jù)接收完成管腳置為高電平；微控制器將TRX_CE設(shè)置為低電平并通過(guò)SPI接口以一定的速率提取數(shù)據(jù)包中的有效接收數(shù)據(jù)；當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)接收完畢,微控制器控制nRF905數(shù)據(jù)接收完成管腳DR和地址匹配管腳AM為低電平；nRF905進(jìn)入待機(jī)模式。接收過(guò)程主循環(huán)一直處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài),循環(huán)調(diào)用接收函數(shù)。如果收到數(shù)據(jù)包,則發(fā)送響應(yīng)包。

每個(gè)公交站均構(gòu)成公交車(chē)到站信息查詢(xún)系統(tǒng),各公交站控制器依據(jù)該站公交車(chē)的線路地址循環(huán)發(fā)送偵測(cè)信號(hào),到站停車(chē)的公交車(chē)的車(chē)載控制器應(yīng)答后與公交站實(shí)現(xiàn)信息交換,同線路多輛公交車(chē)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),各公交車(chē)按其停車(chē)位置與站點(diǎn)位置之間距離S,按公交車(chē)行駛方向,從向前超過(guò)站點(diǎn)位置6米開(kāi)始,自動(dòng)依每隔6米范圍遞增編號(hào)往后至離站點(diǎn)18—60米,按S值落入所述的編號(hào)范圍來(lái)編號(hào),上述設(shè)置時(shí)注意通常只有2至3輛車(chē)同時(shí)到站。公交站控制器對(duì)到站公交車(chē)干擾線路依所述編號(hào)順序再發(fā)送偵測(cè)信號(hào),如再產(chǎn)生干擾則對(duì)未成功通信的公交車(chē),減少所述每隔6米范圍的值重新不重復(fù)編號(hào),重復(fù)上述過(guò)程至不產(chǎn)生干擾,其編號(hào)到下一站時(shí)失效。當(dāng)線路擁有公交車(chē)數(shù)量較少時(shí)采用固定的不會(huì)失效的預(yù)置編號(hào)。

公交站控制器和到站停車(chē)的公交車(chē)的車(chē)載控制器通信時(shí),交換各線路公交車(chē)包含該站和先前4-6站的公交車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)作為主通信公交車(chē)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(chē)，按此接續(xù)下去，公交站控制器向主通信公交車(chē)發(fā)送到站信息和車(chē)通信表,車(chē)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(chē)的線路地址、所述公交車(chē)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(chē)離開(kāi)本站后,按到達(dá)本站時(shí)間從遠(yuǎn)到近順序?qū)?chē)通信表中的各公交車(chē)發(fā)送偵測(cè)信號(hào),其應(yīng)答內(nèi)容包含公交車(chē)的編號(hào)和公交車(chē)離下一站的距離,主通信公交車(chē)的車(chē)載控制器收到各公交車(chē)應(yīng)答信號(hào)后,選擇離下一站最近的公交車(chē)向其發(fā)送到站信息和車(chē)通信表,該公交車(chē)的車(chē)載控制器收到到站信息和車(chē)通信表后更新到站信息,并被接力成為主通信公交車(chē)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(chē)即轉(zhuǎn)為從通信公交車(chē)。

主通信公交車(chē)為動(dòng)態(tài)分配,其余作為從通信公交車(chē),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(chē)在站間行駛中均處于接收狀態(tài),各公交車(chē)離下一站40米至80米的設(shè)定距離時(shí),該站間公交車(chē)與公交車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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。

公交線路終點(diǎn)站設(shè)置監(jiān)控器并通過(guò)與其連接的計(jì)算機(jī)與Internet網(wǎng)相聯(lián),計(jì)算機(jī)中安裝有監(jiān)控軟件,乘客即可利用手機(jī)APP登陸該計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)端口獲得監(jiān)控軟件中各路公交車(chē)到站信息里的數(shù)據(jù)。采用串口Wi-Fi方式通信中的公交站間控制器中串口Wi-Fi模塊經(jīng)路由器AP無(wú)線接入Internet網(wǎng),定時(shí)向監(jiān)控器交換到站信息。系統(tǒng)采用每2至4個(gè)公交站設(shè)置所述串口Wi-Fi通信的公交站間控制器,兩個(gè)設(shè)置公交站間控制器的公交站之間的其它公交站,通過(guò)行駛中公交車(chē)與公交車(chē)之間通信,完成到站信息傳遞,并在公交站控制器中進(jìn)行到站信息處理,使到站信息更準(zhǔn)確。

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。公交站間控制器中設(shè)置串口Wi-Fi模塊用于接入Internet網(wǎng)。串口Wi-Fi模塊選用Microchip的RN171通過(guò)UART接口直接與公交站間控制器中的微處理器相連,也可以選用其它Wi-Fi模塊。RN171模塊片上集成完整的TCP/IP協(xié)議棧,無(wú)需外部驅(qū)動(dòng),RN171模塊可以進(jìn)入低功耗休眠并且能自動(dòng)掃描和連接AP,因此是一款高集成度超低功耗Wi-Fi模塊,適用于電池供電的設(shè)備。模塊工作于2.4G頻段,核心芯片集成了32位處理器,發(fā)射功率可通過(guò)軟件調(diào)整,并支持外接天線。RN171模塊與公交站控制器中單片機(jī)連接時(shí)只要將RN171模塊的電源、地及TX和RX腳與單片機(jī)連接即可,其中TX和RX為交叉相接。

這樣由nRF905射頻模塊發(fā)來(lái)的到站信息,通過(guò)公交站間控制器中的串口Wi-Fi模塊將到站信息發(fā)送給無(wú)線路由器AP經(jīng)Internet網(wǎng)至服務(wù)器。

(四)附圖說(shuō)明:

圖1是基于nRF905和WIFI的公交站智能顯示牌的電路結(jié)構(gòu)方框圖。

(五)具體實(shí)施方式:

基于nRF905和WIFI的公交站智能顯示牌的電路結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示,包含:

公交車(chē)的車(chē)載控制器(1),公交站控制器(2),公交站間控制器(3)；其中車(chē)載控制器(1)由射頻通信模塊和里程表傳感器構(gòu)成,射頻通信模塊由射頻模塊nRF905、微控制器C8051F330和非易失存儲(chǔ)器AT24C32構(gòu)成,射頻模塊nRF905通過(guò)SPI接口與微控制器C8051F330通信,nRF905的其它功能管腳與C8051F330的I/O口相連,C8051F330通過(guò)I2C總線方式與AT24C32通信；公交站控制器(2)由射頻模塊和LCD顯示器構(gòu)成,其中射頻模塊由射頻模塊nRF905、微控制器C8051F330和非易失存儲(chǔ)器AT24C64構(gòu)成；射頻模塊nRF905通過(guò)SPI接口與微控制器C8051F330通信,nRF905的其它功能管腳與C8051F330的I/O口相連,C8051F330通過(guò)I2C總線方式與AT24C32通信。公交站間控制器(3),相對(duì)于公交站控制器(2),增加了串口Wi-Fi模塊,其中串口Wi-Fi模塊選用RN171模塊,它通過(guò)UART接口直接與公交站間控制器中的微處理器相連,即RN171模塊TX腳接微控制器C8051F330的RX腳,RN171模塊RX腳接微控制器C8051F330的TX腳，串口Wi-Fi模塊將到站信息經(jīng)無(wú)線路由器AP進(jìn)入Internet網(wǎng)(4)傳送給服務(wù)器，乘客利用手機(jī)或電腦登陸服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)端口即可查詢(xún)相關(guān)信息。