(一)技術(shù)領(lǐng)域:

每個(gè)公交站均構(gòu)成公交車到站信息查詢系統(tǒng),每條公交線路每隔2至3站設(shè)置手機(jī)短信收發(fā)裝置,利用gsm網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)公交線路到站信息交換。公交車之間和公交站與公交車之間,均采用cc2530通信模塊將信息傳遞到前方公交站,乘客可利用手機(jī)app通過gsm網(wǎng),獲得公交到站信息短信,或登陸該計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)端口獲得監(jiān)控軟件中各路公交車到站信息里的數(shù)據(jù)。

(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(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,通過紅綠燈控制的十字路口時(shí),前方排隊(duì)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(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(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),當(dāng)公交車的車載控制器計(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),表示前面沒有停靠的公交車,該公交車為到站位置?？?則所述誤差值作標(biāo)記m,公交車的車載控制器將標(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。

公交車之間及公交車與公交站之間采用射頻通信,射頻通信采用cc2530模塊,也可以采用其它微處理器的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、zigbeepro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wifi的干擾,并支持沖突避免的載波多路偵聽技術(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)采用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,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)聽到頻道信號(hào)疊加后的強(qiáng)度超限,說明當(dāng)前信道受到干擾,這時(shí),各公交車按其停車位置與站點(diǎn)位置之間距離s,按公交車行駛方向,從向前超過站點(diǎn)位置6米開始,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)范圍來編號(hào),上述設(shè)置時(shí)注意通常只有2至3輛車同時(shí)到站。公交站控制器對(duì)到站公交車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,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)過本站和下一站的公交車作為主通信公交車來分配一個(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。

一條公交線路按站間距離和行駛的公交車繁忙狀況選擇每隔2至3站設(shè)置一個(gè)采用短信通信的手機(jī)短信收發(fā)裝置,各公交線路共用站點(diǎn)手機(jī)短信收發(fā)裝置共用。手機(jī)短信收發(fā)裝置向終端控制器交換到站信息,各公交站的到站信息短信發(fā)送,是在收到終端控制器指令后發(fā)送與接收,終端控制器按設(shè)定的到站信息更新時(shí)間內(nèi),依序完成一次收發(fā)任務(wù),以節(jié)省各手機(jī)短信收發(fā)裝置使用的電話號(hào)碼數(shù)量。平時(shí)各公交站的手機(jī)短信收發(fā)裝置處于接收狀態(tài)。所述采用短信息通信的兩個(gè)公交站之間的其它公交站,通過行駛中公交車與公交車之間通信,完成到站信息傳遞,并在所述進(jìn)行短信息通信的公交站間控制器中進(jìn)行到站信息處理,使到站信息更準(zhǔn)確。

公交線路終點(diǎn)站設(shè)置終端控制器和手機(jī)短信收發(fā)裝置,終端控制器通過與其相連的安裝有計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件的計(jì)算機(jī)與internet網(wǎng)相聯(lián),乘客即可利用手機(jī)app通過gsm網(wǎng),獲得公交到站信息短信,或登陸該計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)端口獲得監(jiān)控軟件中各路公交車到站信息里的數(shù)據(jù)。手機(jī)短信收發(fā)裝置包括gsm模塊、sim卡、單片機(jī)和eeprom存儲(chǔ)器,利用單片機(jī)對(duì)gsm模塊進(jìn)行控制,以sms短信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸。單片機(jī)的串行口與gsm模塊直接相聯(lián),完成對(duì)gsm模塊的初始化,實(shí)現(xiàn)短信息的收發(fā)功能,eepram存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)和短信息的編譯碼。另外,單片機(jī)還通過擴(kuò)展串口與所屬公交站終端控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

(四)附圖說明:

圖1是基于zigbee和gsm的公交站信息顯示系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)方框圖。

(五)具體實(shí)施方式:

基于zigbee和gsm的公交站信息顯示系統(tǒng)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),公交站控制器(2),公交站間控制器(3)；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)采用ti公司設(shè)計(jì)的2.4ghz倒f型天線以增加通信距離。公交站控制器(2)由射頻通信cc2530模塊和lcd顯示器構(gòu)成,lcd顯示器與cc2530模塊中的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(3),相對(duì)于公交站控制器(2),增加了手機(jī)短信收發(fā)裝置,手機(jī)短信收發(fā)裝置中g(shù)sm模塊采用芯片tc35i、單片機(jī)采用89c51、eeprom存儲(chǔ)器采用at24c32。89c51通過擴(kuò)展i2c總線與所屬公交站控制器連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,tc35i是rs232數(shù)據(jù)口,89c51通過串行接口集成電路和電平轉(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(gè)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(duì)sms的控制,單片機(jī)通過向tc35i發(fā)送一系列at指令,完成對(duì)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(jī)上對(duì)sim卡進(jìn)行必要的設(shè)置使能以及設(shè)置好短信息中心服務(wù)號(hào)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(jìn)行類似設(shè)置。因?yàn)橹皇瞻l(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。

公交線路終點(diǎn)站設(shè)置終端控制器和手機(jī)短信收發(fā)裝置,終端控制器通過與其相連的計(jì)算機(jī)與internet網(wǎng)相聯(lián)。