一種基于nRF9E5公交車預報及自動報站系統的設計與實現

作者/賀敏斌，長沙理工大學汽車與機械工程學院

一種基于nRF9E5公交車預報及自動報站系統的設計與實現

作者/賀敏斌，長沙理工大學汽車與機械工程學院

基于傳統公交車報站系統是借助公交車司機的人工操作來完成的，因此，誤報和漏報現象是不可避免的，而且候車人也不知道關于公交車的一些信息（XX路公交車什么時候到達XX站）。本文介紹一種公交車的預報及自動報站系統，可解決傳統公交車報站系統的一系列問題。本系統綜合運用計算機技術、無線數據通信技術和電子技術，它主要由車載通信子系統和站點通信子系統組成。車載通信子系統定時向外發射本車的車次等信息，當公交車到一定的距離時，站點通信子系統就會接收到信息，并將接收到信息以電子顯示的方式預報給候車人；站點通信子系統也定時向外發射站點信息，當公交車快到某站臺時，車載通信系統就會接收到信息將到達某站，然后它以語音的形式將信息告知車上的乘客。這兩個通信系統借助無線收發電路，實現了公交車的預報及自動報站，提高了公交車的服務水平，將吸引更多人來乘坐公交車，有利于提升城市交通和公交的良好形象。

公交車預報；自動報站；nRF9E5；25AA320；DTR900S

1. 系統總體設計思想

在做系統設計方案的時候,比較了現行的公交車到站電子預報系統的設計方案，其中最值得一提的就是“GPS+GSM”模式的設計方案，同時它也是目前最為普遍的一種系統設計方案。現有“GPS+GSM”模式下的公交車到站電子預報系統是一項非常龐大的工程[1—3]。整個工程是包括GPS系統、GSM無線傳輸系統、相關調度中心管理系統、車站顯示屏、自動語音報站、司機考勤、IC讀寫器連接和多媒體廣告發布等多項功能集成的智能調度管理系統。它借助于將全球定位系統GPS、航位推算DR、電子地圖匹配M M及GSM短消息服務SMS有機結合，準確地確定車輛行駛的實時位置，并借助目前已有的GSM通信系統實現車輛運行信息的無線傳輸，同時利用公交車站上新型的顯示屏實時預報車輛到站時間，還可報告天氣情況，介紹景點特色，實現乘客候車的“可視化”。綜合考慮我國的國情以及地區間、城市間的發展不平衡，成本問題顯然已經成為一個不容忽視的大問題。由于“GPS+GSM”模式系統的安裝、運營費用很高，因此，它很難短時間內在全國范圍內大面積的啟用和推廣。綜上所述，為了克服傳統“GPS+GSM”模塊系統安裝麻煩、運營復雜、成本高等缺點，我們設計價格低廉、安裝簡單、適合在我國大范圍推廣使用的公交車到站預報及自動報站系統。

本文所介紹的公交車到站預報及自動報站系統屬于一種基于nRF9E5芯片的智能管理系統[4,5]，它由車載通信子系統和站點通信子系統組成。其中車載通信子系統安裝在公交車上，站點通信子系統安裝在各公交車站點，其系統結構示意圖如圖1所示。

車載通信系統由單片機、遠距離無線發射電路、近距離無線接收電路、電源電路及語音電路構成，它負責定時向外發送本車的車次信息，同時等待接收各站點通信系統發出的信號。站點通信系統由單片機、遠距離無線接收電路、近距離無線發射電路、LED顯示屏和電源電路等構成，它也負責定時向外發送站點信息，同時也準備著接收各車載通信系統發出的信號。當有公交車行駛達到遠距離無線收發電路通信的有效距離（例如2 km）時，站點通信系統就會接收到車載系統的發出的車次信號，接著它以LED顯示的手段將公交車線路信息預報給候車人，隨著時間的推移，當有公交車行駛達到近距離無線收發電路通信的有效距離（例如8 m）時，車載通信系統就會接收到站點系統的發出的站點信號，然后它將站點信息以語音的形式告知車上的乘客。站點通信系統中的LED顯示屏除了可以顯示下一輛公交車到達本站的時間外，還可以動態顯示廣告信息，增加系統運營的附加值。

圖1 公交車到站預報及自動報站原理圖

2. 硬件設計部分

2.1 遠距離無線收發系統

遠距離無線收發電路采用DTR900S，它采用單IC射頻前段與Atmel的AVR單片機組成，可高速傳輸數據信號的微型收發信號機，可對無線傳輸的數據進行打包、檢錯和糾錯處理。我們在設計中選擇了具有2W輸出功率的型號，通信距離可達1000～2000m，并在各公交車站的安裝位置加配螺旋天線（高度為6cm），因此在通信距離上滿足了信息收發的條件。DTR900S的外觀圖如圖2所示。

2.2 近距離無線收發系統

近距離無線收發電路采用nRF9E5芯片，nRF9E5是真正的系統級無線射頻收發芯片[6,7]，內嵌高性能8051MCU，4通道12位ADC，4K字節的ROM及256字節的RAM。內置nRF905收發器，包括所有nRF905芯片特性，可以工作在ShockBurstTM模式下（自動處理前綴，地址和CRC），最大程度地抑制了噪聲，工作電壓范圍為1.9V～3.6V。nRF9E5符合FCC標準和ETSI EN300 200—1標準。

2.3 LED顯示屏

圖2 DTR900S外觀圖

圖3 nRF9E5數據發送流程

圖4 nRF9E5數據接收流程

隨著LED顯示技術的發展，LED顯示屏已從原來的單純文字顯示發展到現在的文字、圖像、動畫和視頻等各種多媒體應用。它具有高清晰度、色彩鮮艷、視角大、工作穩定、壽命長和功耗低等優點。由于采用單元模塊化結構，屏體大小可按用戶要求靈活拼制；它的超高亮度使它在戶外顯示中具有不可替代的作用。在公交車到站的預報及自動報站系統中我們采用了深圳艾比森實業有限公司的戶外型LED陣列顯示器，它是一種采用厚膜混合集成技術研制的矩陣式LED平板顯示器，這種技術使內部混合電路的元器件與外界隔絕，免受機械損傷，同時防止外界潮濕氣、腐蝕氣體對電路的損害。由于該戶外型LED顯示器的每塊單元板為64×32點陣，因此我們使用了3塊單元板接成一個192×32點陣的LED顯示屏，按16×16點陣一個字計算，那么該顯示屏可顯示兩行，一行12個字。

3. 軟件設計部分

系統的軟件程序包括車載通信子系統軟件和站點通信子系統軟件[8]，車載子系統軟件完成向站點發送被寫入的車次、接收站點系統發送的站點信息并將信息以語音的形式告知各位乘客；站點通信系統軟件完成接收車載系統發送的車次信息、向候車人顯示車行信息以及向車載系統發送站點信息等。

4. 實驗結果與討論

在軟件中設置了：當無線接收模塊接收到不同的數據時，它的P00口輸出不同頻率的方波。具體如下：當接收到00 00 00 01數據包時，P00口輸出頻率為266.0Hz的方波；當接收到00 00 00 f數據包時，P00口輸出頻率為133.0Hz的方波；當接收到00 fe 00 00數據包時，P00口輸出頻率為88.7Hz的方波；當接收到00 02 00 00數據包時，P00口輸出頻率為66.5Hz的方波；當接收到01 00 00 00 00 00 00 00數據包時，P00口輸出頻率為53.2Hz的方波；當接收到02 00 00 00 00 00 00 00數據包時，P00口輸出頻率為44.3Hz的方波；圖5是我們用示波器監測無線接收模塊的P00口所得到的波形。

實驗測得以上方波的頻率分別為：265.9Hz，133.0Hz，88.1Hz，66.3Hz，53.1Hz，44.5Hz；幅度均為3V。

根據上述結果可知，發射模塊與接收模塊已經能正常通訊，并且由多次實驗結果可知，系統通訊比較穩定及可靠。

5. 結論

本文所述的公交車到站預報及自動報站系統具有性能穩定、使用靈活、成本低廉等特點，可以滿足現代化城市的公交運營需要。綜上所述，公交車到站預報及自動報站系統具有較高的應用價值。

＊ [1]王東, 張海輝, 路艷巧. 基于GPS的公交車自動報站系統的設計[J]. 微型機與應用, 2010, 29(24):86—88.

＊ [2]肖煜, 葉邦彥. 基于GPS的公交智能報站系統設計[J]. 機電工程技術, 2009, 38(1):98—100.

山東省是中國的農業大省，農業增加值居全國第一。但是，近年來農產品市場相繼出現“蒜你狠”“豆你玩”“姜你軍”“向錢蔥”“糖高宗”等現象，價格的暴漲給山東人民的生活水平造成極大沖擊，進而影響了山東經濟的可持續發展。因此，本文對山東省農產品價格和CPI之間的關系，特別是農產品價格變動對CPI的影響程度及持續性進行研究，以期對分析山東省的通貨膨脹現象、穩定物價提供現實的參考價值。

＊ [3]陳勇兵, 王愛華, 何小衛. GPRS/GPS車載網絡終端硬件與驅動程序設計[J]. 浙江師范大學學報(自然科學版), 2009, 32(1):86—90.

＊ [4]Nordic nRF9E5 Product Specification[Z]. Nordic corpora—tion, 2003.

＊ [5]馬忠梅, 籍順心, 張凱等. 單片機的C語言應用程序設計[M].北京航空航天大學出版社, 2003.

＊ [6]劉泉. 通信電子線路[M]. 武漢理工大學出版社, 2002.

＊ [7]陳邦媛. 射頻通信電路[M]. 科學出版社, 2003.

＊ [8]施蘊陵. 近代無線電實驗系統[M]. 北京出版社, 1994.

圖5 無線接收模塊接收到不同的數據時，P00口輸出的不同頻率的方波