一種手持式公交車收費及信息統(tǒng)計裝置

葉鼎晟，張 凱

（南京信息工程大學(xué) 信息與控制學(xué)院，江蘇 南京 210044）

目前城市的交通擁堵現(xiàn)象比較嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)新聞報道:在我國，交通擁堵現(xiàn)象己經(jīng)從北京、上海、廣州等特大城市擴展到一些大中城市:由城市內(nèi)部局部的“點”擁堵，擴展成局部的“面”擁堵。在居民出行的早晚高峰時，擁堵現(xiàn)象更為明顯，城市道路處于明顯的飽和狀態(tài)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國因城市交通的不便，造成的經(jīng)濟損失每年都能達(dá)上千億元[1]。世界各國都非常重視公共交通的發(fā)展在解決城市交通擁擠問題上的作用，公交優(yōu)先的原則也已成為我國各城市管理部門的共識[2]。

然而在相同服務(wù)水平下，公共交通的人均動態(tài)占用路面面積相對較小，能夠極大地節(jié)省道路資源。公交車、自行車，以及非公交機動車的人均動態(tài)占用路面面積比例為1:4:12[3]。目前，在我國城市公共交通系統(tǒng)中，公共汽車和電車承擔(dān)了城市80%以上的客運量[4]。對于市區(qū)內(nèi)出行，乘用公交車的費用要遠(yuǎn)低于非公交車。所以說市內(nèi)較遠(yuǎn)距離的出行，公交出行的總成本最低[5]。我國城市人流、物流和機動車輛都在急劇的增加，從而使城市交通存在的問題暴露無遺[6]。

文中提出的這種公交車收費及信息統(tǒng)計裝置，能夠?qū)Τ俗煌烦痰某丝瓦M(jìn)行不同的收費，同時能夠?qū)囕v內(nèi)部的信息進(jìn)行統(tǒng)計、存儲、發(fā)送。

1 系統(tǒng)功能說明

文中主要針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種手持式公交車收費及信息統(tǒng)計裝置而設(shè)計一種新的收費裝置。該裝置的功能主要有：1）利用Zigbee技術(shù)將車內(nèi)人數(shù)信息及位置信息傳送到站臺進(jìn)行顯示。2）利用語音技術(shù)進(jìn)行報站及液晶界面數(shù)字顯示提醒每站的到站人數(shù)。3）利用數(shù)組對客流統(tǒng)計進(jìn)行信息存儲，利于分析客流特征，便于公交調(diào)度和線路規(guī)劃。4）自動統(tǒng)計售票金額，為公交運營后的賬目管理提供方便。這種手持式公交車收費及信息統(tǒng)計裝置，主要包括無線收發(fā)模塊、語音播報模塊、液晶顯示模塊、非接觸式IC卡讀寫模塊、微處理器和鍵盤輸入模塊。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 System structure diagram

各結(jié)構(gòu)功能如下：

1）無線模塊 無線模塊主要是將車內(nèi)的信息，發(fā)送給站臺上的乘客，可以讓乘客提前了解車內(nèi)信息，較好地選擇出行路線；從而避免某些車過分擁擠而造成出行不便。

2）語音模塊 主要用來提醒乘客和乘務(wù)員到站信息，讓乘客作好下車的準(zhǔn)備。

3）液晶模塊 提醒即將到站，顯示乘客和車內(nèi)信息，提供了良好的人機交換界面。

4）非接觸式IC卡讀寫模塊 集成了原有公交卡的功能，可以對公交卡進(jìn)行讀寫，方便持卡乘車的乘客。

5）單片機模塊 裝置的核心模塊，用來處理各種數(shù)據(jù)，處理各類信息，連接該裝置的各個模塊，使整個的裝置性良好地工作。

6）輸入模塊 錄入乘客的信息，提供了人機交換的渠道。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

這種手持式公交車收費及信息統(tǒng)計裝置，主要應(yīng)用在有人售票的長途公交車上，它包括非接觸式IC卡讀寫模塊、無線收發(fā)模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入、語音播報和微處理器。本文各裝置模塊采用串口連接通信，此種裝置其硬件模塊連接電路圖如圖2所示。

圖2 裝置電路圖Fig.2 Device circuit diagram

其中IC卡讀寫模塊采用射頻卡讀寫模塊，型號為wm_17tc，讀寫8 k及32 k mifare卡，使用ARM處理器，讀寫速度快，讀寫穩(wěn)定性好，有卡上傳卡號，不用輪詢，編程簡單，開發(fā)資料全，在線技術(shù)支持，使用量大，是單片機開發(fā)的最佳選擇。

無線收發(fā)模塊采用CC2430芯片來實現(xiàn)需要的功能。CC2430/CC2431芯片采用0.18μm CMOS工藝生產(chǎn)，在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430/CC2431的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。

液晶顯示模塊采用的型號為HG1286419，此芯片顯示顏色為單色，LCM液晶糢塊屏幕尺寸為3英寸，STN黃綠糢式對比度可調(diào)，分辨率為 128×64，點距 0.40×0.40（mm）響應(yīng)時間 500 ms，可視角度 50°，顯示尺寸為 60.0×32.6 mm2點大小：可使用單5 V/單3.3 V。

語音播報采用ISD4004芯片；此芯片工作電壓為3 V，單片錄放時間為8～16 min。芯片使用CMOS技術(shù)，內(nèi)含震蕩器、防混淆濾波器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。采樣頻率可為 4.0，5.3，6.4，8.0 kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年，反復(fù)錄音10萬次。

微處理器采用ATMEL公司的AT89S52單片機，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8 k在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用ATMEL公司非易失性存儲器技術(shù)制造，于工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許存儲器在系統(tǒng)可編程，也適用于常規(guī)編程器。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8 k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時器/計數(shù)器，1個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。

此種裝置的鍵盤設(shè)置為4×4矩陣鍵盤，分別為數(shù)字鍵0～9、更正、確認(rèn)、乘號、刷卡、播報以及發(fā)送。各鍵的功能設(shè)置如下：數(shù)字鍵0～9作為站臺輸入和人數(shù)輸入，清除鍵為清除上一次按鍵輸入的記錄。確認(rèn)鍵是輸入站臺數(shù)和人數(shù)之后的確認(rèn)，按確認(rèn)鍵后在液晶顯示上可以顯示具體金額。乘號鍵是輸入站臺和輸入人數(shù)之間的一個識別鍵，在按完站臺數(shù)后，再按乘號鍵，然后按人數(shù)，則表示有幾人在該上述站臺數(shù)的站臺下車。刷卡鍵的作用在于得到金額數(shù)之后利用裝置的非接觸式IC卡的讀寫模塊從IC卡上扣除具體的金額，實現(xiàn)對公交卡的讀寫。播報的功能是播報站臺，以及需要下車的人數(shù)。按“數(shù)字+發(fā)送”則表示在該站臺上車的人數(shù)，該人數(shù)就是售票員需要收費的人數(shù)。同時在按下“發(fā)送”鍵的同時也觸發(fā)了無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給站臺。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件程序主要包括鍵盤輸入軟件系統(tǒng)，單片機處理系統(tǒng)，無線收發(fā)軟件系統(tǒng)。鍵盤輸入系統(tǒng)通過信息的采集，將信息傳送到單片機處理系統(tǒng)，單片機通過對數(shù)據(jù)的處理，將需要的信息反應(yīng)在液晶顯示模塊，和語音播報模塊。同時也將鍵盤輸入的信息進(jìn)行處理，將有用的信息通過無線傳輸發(fā)送給站臺，站臺可通過接收到的信息發(fā)送給下一站臺。這樣可以對整個公交車運行的過程進(jìn)行信息的統(tǒng)計，以便公交公司對公交車進(jìn)行合理的調(diào)度。

整個程序采用C語言編寫，主要的程序過程如圖3所示。

此種裝置還具有長時間統(tǒng)計區(qū)間客流量的功能，根據(jù)每次乘客的上車站數(shù)以及下車站數(shù)信息，每次乘客的乘車區(qū)間信息都將被累加記錄在裝置內(nèi)。

這種裝置主要依靠鍵盤模塊輸入信息，鍵盤模塊的軟件程序如下：

//本人采用類式類似電話按鍵的編碼方式，方便以后設(shè)計

code unsigned char key_tab[17]

={0xed，0x7e，0x7d，0x7b， //1 2 3 a

圖3 裝置程序流程圖Fig.3 Device program flow diagram

0xbe，0xbd，0xbb，0xde，//4 5 6 b

0xdd，0xdb，0x77，0xb7，//7 8 9 e

0xee，0xd7，0xeb，0xe7，0XFF}// * 0 # f

//中斷口（INT0），利用中斷來掃描鍵盤矩陣，讀取數(shù)據(jù)

裝置的主程序如下，用來通過各個模塊的相連讀取按鍵中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)裝置的各項功能。

void main（void） //入口函數(shù)

{ LCD_welcome（）；

EA=1； //首先開啟總中斷

EX0=1； //開啟外部中斷 0

IT0=1； //設(shè)置成下降沿觸發(fā)方式

P0=0xf0； //P0口高位輸高電平，經(jīng)過與或電路，連接外中斷0，有鍵按下調(diào)用中斷函數(shù)1111 0000

while（1）{if（flag==1）

{ key_massage（l_key）；

flag=0；}}}

以下是對某次公交車出行進(jìn)行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖4、表1所示。

圖4 公交車乘客人數(shù)統(tǒng)計圖Fig.4 Bus passenger number statistical graph

通過表1可以清晰地了解公交車行車過程中車內(nèi)的狀況，公交車人流量最大的是在中間的幾站，而上車和下車人數(shù)最多的也在中間的幾站。通過接口將信息輸出到計算機內(nèi)進(jìn)行分析，長時間的乘客乘車區(qū)間統(tǒng)計有助于公交調(diào)度和公交線路規(guī)劃。同時對公交出行人數(shù)，狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，可以分析出各個站臺的上車人數(shù)，了解到各個站臺的需求。使用這些數(shù)據(jù)的記錄和統(tǒng)計，通過非線性算法分析，甚至可以分析出某天，某個時段的路況、擁擠程度和是否有交通事故的發(fā)生。

表1 車內(nèi)人數(shù)表Tab.1 Number of passengers in the bus

4 結(jié)束語

這種手持式的公交車收費裝置，很大程度上優(yōu)化了現(xiàn)在收費方式一刀切的不合理之處，對各種乘客特別是近距離出行的乘客提供了很大的便利。同時對車內(nèi)信息的統(tǒng)計和反饋，對在公交站臺上的乘客有很好的提醒和預(yù)報作用，公交公司也能合理的分析和處理數(shù)據(jù)。

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