基于电力载波和RFID的电子站牌系统设计

电子站牌即指电子站牌系统，包括车辆位置信息获取、信息通信及显示三个主要部分。目前一些大中城市正在进行试点的公交电子站牌[1-3]，均通过GPS获取车辆位置信息，通过GSM短消息方式进行通信，通过LCD或LED进行显示。工作时车载GPS接收机通过接收卫星信号获得车辆位置坐标信息，并将其通过短消息方式发送到移动运营商的GSM短消息收发中心，短消息收发中心通过专线将其传输到车辆调度中心进行处理，得到车辆的距站信息（距下游站的距离及所需时间等），距站信息再由调度中心回传到GSM短消息收发中心，最后由GSM短消息收发中心发往下游站的电子站牌，通过液晶显示器进行显示。现有的这种电子站牌主要有以下两个弊端：(1)前期建设成本高。车载GPS接收机虽然价格不算高，但如果在全市的公交车上全面推广应用，将需要投入巨额资金；(2)后期运营成本高。高运营成本主要是由GSM短消息通信造成的，为提高定位精度，车辆每隔几秒至数十秒钟就需要进行一次定位（接收一次卫星信号），并发送一条短消息到GSM收发中心，GSM收发中心必须将每辆车的距站信息发送到电子站牌，即每辆车每进行一次定位就需要发送两条短消息（一条由车辆发到GSM中心，另一条由GSM中心发到下游站电子站牌），故短消息的数量非常巨大。虽然每条短消息的单价不高，但如此巨量的短消息造成的通信费用是公交公司所不能承受的，若转嫁到消费者身上，消费者也不会接受。故这种电子站牌目前只在某些线路上作试点，而难以推广应用。本文提出了一种新的电子站牌解决方案，该方案通过使用车载电子标签（RFID）取代车载GPS接收机降低了前期建设成本，通过使用电力线传输车辆位置信息取代GSM短消息，降低了通信费用。

1 系统组成

本文所述电子站牌系统框图如图1所示，主要由位于车站的站装置、安装或贴于车上的电子标签、电力线及调度中心组成。

站装置是电子站牌系统的核心部分，如图2所示，主要由标签阅读器、电力载波发射机、电力载波接收机、主控制器（MCU）及LED车位指示屏等部分组成。电子标签装/贴于公交车上，车辆编码信息（某某路某某号车的编码表示）预先存储于电子标签中。

标签阅读器用于读取到站车辆电子标签所携带的车辆编码信息。电力载波发射机将需要传往下一站的数字信号进行载波调制后耦合进电力线传输，电力载波接收机将收到的调制信号（来自上游站）解调，恢复为数字信号。

主控制器(MCU)主要完成车辆编码信息处理、存储、传输与控制。主控制器从标签阅读器获得到站车辆的编码信息，进行处理后得到其编号(即某某路某某号车)，一方面通过本站的LED车位指示屏进行显示，同时加上本站的站编码后交由发射机发往下一站。主控制器同时亦从电力载波接收机获得上游站发来的站编码与车编码信息，从而知道某某路某某号车到了某某站，除在本站的显示器上进行显示外，交由电力载波发射机传往下一站。

LED车位指示屏如图3所示，包括LED灯组和屏基板。屏基板上印有站名、刻度线、公里数与时间分钟数等。站名与某一刻度线对齐，在刻度线的上方标出该站距始发站的公里数与公交车的行车时间。公交线路的长度、站位置、车辆运行所需时间均固定（正常情况），故可将沿线各站距离始发站的公里数及所需行车时间标示在刻度线上。在每一条刻度线上安装一个LED，两条刻度线间设置数个LED。当公交车到达某站时，点亮与该站对应的刻度线上的LED，离站时则关闭对应刻度线上的LED，同时根据历史行车时间相继点亮本站刻度线与下一个最近站对应刻度线之间的LED。

通过LED车位指示屏，乘客可随时了解公交车在沿线的位置分布、离本站的距离以及到达本站的时间。如果在预定的时间内不能到达，一定是发生了阻车，而且还可以知道阻车的位置。调度中心从收到的车编码及站编码信息，可知道某路某号车当前位于某站或哪两个站间什么位置，下一时刻应该到达何处，如果在预期的时间内不能到达，便知道发生了阻车，视情况进行调度安排。这些信息可以通过LED车位指示屏或PC机进行直观显示。

为避免过站车辆间电子标签所发信息的冲突，使用具有防冲突算法的电子标签[4]。用6~8 bit（视实际需要定）分别对公交车的路数与号数（即某路某号车）进行编码，得到各种车的编码信息，将编码信息存储于电子标签中，电子标签装或贴于相应的公交车上。

2 算法设计

如图1所示，当装或贴有电子标签的车辆到达站i时，将收到站装置中的标签阅读器发出的射频信号，从而激活车载电子标签，激活后的电子标签便将预先存储于其中的本车编码信