公交车到站自动预报系统设计

摘要：设计了一套公交车到站自动预报系统，给出了该系统的总体设计方案，并对其组成及工作原理进行了阐述，着重介绍了系统硬件、软件架构及通信协议。最后，通过现场安装、调试、使用证明了该系统具有良好的工作性能和可靠性。

关键词：公交车;到站预报;软件架构;通信协议

引言

为了实现公交系统的智能信息化建设目标，本文设计了一套公交车到站自动预报系统，主要目的在于方便乘客在等待公交车时能直观地看到所要乘坐的公交车的行驶位置，让乘客能够更加合理地安排自己的乘车计划。此前，众多学者已经对公交车到站自动预报系统进行了广泛研究，并提出了多种方案，如参考文献提出利用 GPS定位信息实现站点检测，利用GSM网络实现站台数据分发;参考文献提出利用GPS定位信息实现站点检测，利用ZigBee实现站台数据分发;参考文献提出利用RFID卡实现车辆检测，利用GSM网络实现站台数据分发;参考文献提出利用GPS定位信息实现站点检测，利用交通通信专网(iDEN)实现站台数据分发;参考文献提出利用近距离无线数传模块实现车辆检测，利用远距离无线数传模块实现站台数据分发。

虽然上述方案均是可行的，但是，它们具有一定的局限性。参考文献采用GPS实现站点检测的局限性在于：价格昂贵;在城市环境中GPS信号易受建筑物、树木、隧道遮挡，从而导致某些区域无法定位;需要在车内走线，在车顶安装调试，安装困难;当站点或运行线路发生变化时，须重新采集站点坐标，过程繁琐，通用性差。参考文献采用GSM网络实现站台数据分发的局限性在于：该系统是一套集中式处理系统，当处理中心发生故障时，一条或多条线路均将无法正常工作，影响面大，站点正常工作时间急剧下降。参考文献采用近距离无线数传模块实现车辆检测的局限性在于：与ZigBee模块相比，无线数传模块的成本更高、功耗更大、体积更大、时延更长、可靠性更低、安全性更差。

基于上述原理，本文给出了公交车到站自动预报系统总体设计方案，并对系统的组成及工作原理进行了阐述，特别着重阐述了系统软件流程及通信协议设计。最后，通过现场安装、调试、使用证明了该系统具有良好的工作性能和可靠性。

1 系统总体设计

本文设计的公交车到站自动预报系统由车载模块、站台模块和中继模块三部分组成(如图1所示)。其中，车载模块安装在公交车上，负责把公交车位置信息发送给站台模块;站台模块安装在站牌处，负责接收、处理、显示公交车位置信息，同时把该信息发送给下一站台，实现信息的接力传递;中继模块安装在两站台间合适位置，负责通信中继，用于保障站台间隔超出通信距离时的正常通信。

由图1可知，公交车到站自动预报系统具体包括电源模块、控制模块、ZigBee模块、控制面板、状态指示灯、无线数传模块、LED面板。其中，电源模块的作用是把车载电瓶12 V直流电(车载模块)或220 V交流电(站台模块/中继模块)变换成5 V直流电，以便给控制模块(车载模块)和无线数传模块(站台模块/中继模块)供电;控制模块的作用是收发串口数据，控制LED灯亮灭，接收控制面板按键指令;ZigBee模块的作用是实现公交车与站台间无线通信;控制面板的作用是控制车载模块上电、重启和断电以及设置公交车运行方向，以便马路对面站台模块接收到车载模块信息时能够正确区分公交车运行方向;状态指示灯的作用是显示驾驶员当前操作指令，以便驾驶员能够直观判断出其操作的正确性;无线数传模块的作用是实现站台模块/中继模块问的无线通信;LED面板的作用是直观显示公交车当前位置信息，以便乘客合理安排出行计划。

2 系统硬件设计及选型

2.1 控制模块设计

由于控制模块需要控制LED灯亮灭，因此，它的I/O口个数必须大于站点个数。以长沙为例，目前，长沙公交车停站数最多的车次是501路，共经停81站，因此，控制模块需至少包含88个I/O口。其中，81个I/O口用于连接LED面板，5个I/O口用于配置成两路串口(232串口占用2个I/O 口，485串口占用3个I/O口)。另外，考虑到将来站点数以及控制模块功能的进一步丰富，控制模块的I/O口还应有所保留，不能完全占用。

综上所述，控制模块无论采用DSP还是采用单片机构建，芯片自身所提供的I/O口均无法满足应用需求，因此，需采用译码器扩展I/O口数量。最终，所设计的控制模块结构如图2所示。

2.2 ZigBee模块选型

为了实现公交车检测的高可靠性和有效性，ZigBee模块的通信距离应小于站台间最短距离的1/2。以长沙为例，目前，长沙公交车站台间最短距离约180 m，所以限定ZigBee模块的通信距离为不大于90 m。另外，一般公交车站台会有多辆公交