基于無線射頻的公交預報站系統

朱一多

（武漢交通職業學院，湖北武漢 430065）

0 引言

隨著我國城市化的不斷擴大，人口不斷增多，城市公共交通的壓力也隨之增大。公交運營調度是公交企業管理業務的核心，長期以來我國大部分城市的公交企業制定公交運營計劃主要依靠管理人員的經驗和直覺，公交運營技術含量低，效率低。社會公眾、政府部門對公共交通的服務質量、科技水平、監控指揮等提出了信息化、智能化、實時化、現場化的要求。建立公交智能調度平臺可以明顯改善城市公共交通體系的管理水平，提高城市公共交通的社會效益。隨著無線技術的成熟應用，基于無線技術的公交預報站系統成為公交智能調度平臺的重要組成部分。

1 系統總體結構

市場上現有的公交預報站系統主要是基于GPS和GPRS技術，設備成本和運營成本都比較高，本系統在綜合了這些系統優點的同時，也有自己的特點：

（1） 創造性的提出了基于STC12C5A單片機和433MHz無線射頻模塊的高性價比的公交預報站系統，即滿足了系統的性能要求和可靠性，也促進了成本的大幅下降，與市場上GPS和GPRS預報站系統相比，成本至少下降了2/3。

（2） 創造性的在LED顯示的基礎上增加了語音報站的功能。目前，語音模塊普遍應用與公交車內，LED顯示普遍應用于公交站臺，本系統將兩者有機的結合起來。

（3） 切實實現了低功耗、低成本，保證了系統的實用性和可推廣性。系統的功耗約3W。

系統由車載通信節點、站臺節點、中繼節點和數據控制中心幾部分組成。公交車停靠報站時，一方面通過車載節點將到站信息通過中繼節點發送到下行站牌節點，站牌上的顯示屏將會顯示即將到站的車次，語音模塊也會進行播報；另一方面將車輛的位置信息傳送到數據控制中心以便查詢和調度。其中車載通信節點由信號采集、單片機、無線射頻發送3部分組成；站臺節點由無線射頻接收、單片機、語音模塊、LED顯示4部分組成，可根據實際需求顯示和播報若干站以內公交車車次和距離信息，方便市民等車。該系統的物理結構如圖1所示。

圖1 公交預報站系統總體結構圖

車載通信節點和站臺節點系統結構如圖2所示。

圖2 車載通信節點和站臺節點系統結構

2 系統硬件設計

2.1 信號采集

信號采集電路主要采集公交車前后門的開門信號。公交車到站時，前后門同時打開，將這兩個開關量信號進行邏輯與的運算后，連接到單片機外部中斷引腳即可，單片機就能及時響應。僅開前門或后門時單片機不響應，有效的保證了信息的可靠性。

2.2 STC12C5A單片機

STC12C5A系列單片機采用增強型8051內核，速度比普通8051 快8～12 倍，功能更強、速度更快、壽命更長、價格更低。此外，STC12C5A單片機比普通單片機多了一個串口，這就意味著它可以同時和兩個設備進行串行通信，在本系統中，STC12C5A可以同時與無線模塊和語音模塊進行串行通信。

2.3 無線射頻模塊

XL02-232API 是 UART接口半雙工無線傳輸模塊，具有無線收發功能，可以工作在433MHz 公用頻段，符合歐洲 ETSI（EN300-220-1和 EN301-439-3），滿足無線管制要求，無需申請頻率使用許可證。XL02-232API 的各項參數如：輸出功率、串口速率、工作頻率、產品 ID等相關參數可以通過軟件設置，默認串口速率為9600。只有相同的 ID的無線模塊才可以互通，從而保證了無線傳輸的安全性。

XL02與單片機通過串口連接，即XL02的RXD腳、TXD腳分別接單片機的TXD腳、RXD腳，如圖3所示，需要設置參數時將SET引腳對地短接即可。

圖3 XL02模塊及引腳連接圖

2.4 語音模塊

語音模塊自帶微處理器和語音芯片，可以方便的進行語音的錄制、存儲和播放。該模塊支持BCD碼，二進制碼方式控制播放，提供單獨的RXD腳、TXD腳與單片機相連，極大地方便了單片機編程。模塊支持端子音頻輸出和3.5音頻輸出口，可外接無源喇叭和音箱，本系統選擇前者。實際使用時，用音頻合成軟件將文字合成為聲音，再用音頻處理軟件將音頻轉換為特定格式(本模塊僅支持11.025kHz，4位單聲道wav文件)，最后用錄音軟件燒寫進模塊即可。

3 系統軟件設計

軟件設計中主要考慮的是通信協議的問題，各節點如何聯系，如何把不同公交車次區分開來，如何設置接收和發送標記，如何校驗以及將采用什么方式接收命令和發送數據等，都是通訊協議需要解決的問題，這樣才能保證系統的可靠性。本系統數據通信格式如下：

4 實驗與結論

本系統選擇了某公交站臺進行了15 h實驗(工作日，正常天氣)，測試對象為某路公交車，該公交車運行時間為6：00～21：00，高峰時段5 min一班，其他時段15 min一班，到站公交共計85臺次。經測試，出現誤差共計5臺次，誤差率為5.8%，大多出現在高峰時段，其中3次經查為司機未按規定操作所致，故實際誤差率為2.3%，且誤差均為一站，基本滿足實際需求。系統還可以繼續改進，可以增強無線發射的功率從而減少節點數；可以增加查詢功能，以便乘客可以在站臺上通過手動方式查詢公交；可以與GPRS技術結合，通過移動運營商提供短信查詢服務，方便市民在出門前就能了解公交車相關情況。

當前，國家正大力發展公共交通，如何提升公交服務水平，是我國各大城市當前的頭等大事。公交預報站系統的研究，是推動智能公交的發展，提升城市公交服務水平的重要手段，對提升城市居民出行質量，提高城市品位具有重要意義。相信在不久的將來在尚未建立公交預報站系統的中小城市，本系統可以得到普及并有更廣闊的應用前景。

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