新型智能公交系統(tǒng)設(shè)計

周鵬凱 葛穎 馮康瑋 牛旭峰 衛(wèi)嘉馨

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 天津市 030222）

隨著社會的發(fā)展，我國老齡化程度進(jìn)一步增加。截至 2019年末，我國 60 歲及以上人口占總?cè)丝诘?8.1%，其中 26%老年人會采取公交出行的方式，如何讓老年人的出行變得更加方便已成為一個值得考慮的問題。同時，我國中小學(xué)在校人數(shù)達(dá)到了2.08 億，高等院校在校生達(dá)到了3833 萬人，在這些人群中，公交出行是一種較為常見的出行方式。除此之外，我國的旅游業(yè)也已經(jīng)十分發(fā)達(dá)，如何讓游客在乘坐公交 時能有更好的體驗也是一個值得思考的問題。

現(xiàn)在市面上的公交路牌分為兩種，一種是傳統(tǒng)的公交路牌，只能單純地顯示公交路線，無其他功能。另一種是新型地公交站牌，可以動態(tài)顯示公交車的位置，進(jìn)行語音播報。但是這兩種路牌并不能很好地解決用戶的出行問題，因此，我提出了一種基于 STM32單片機，結(jié)合傳感器和 GSM 等模塊的車載終端和站牌客戶端，配合后臺控制端和客戶端，共同起作用的公交系統(tǒng)。

1 智能交通系統(tǒng)整體設(shè)計

如圖1 所示，此智能公交系統(tǒng)主要由4 部分組成，分別是車載終端，站牌終端，后臺控制端以及客戶端。

車載終端由 GPS 定位模塊，4G 模塊、傳感器和語音播報模塊組成，主要負(fù)責(zé)向后臺提供車輛的行駛軌 跡、速度和位置以及車內(nèi)的溫濕度，接受后臺傳回的 信息，向車內(nèi)的人播報其他用戶傳達(dá)的信息。

站牌終端主要由顯示屏幕，RFID 射頻 IC 感應(yīng)模塊，語音模塊，GSM 模塊，攝像頭以及各類傳感器組成，是系統(tǒng)中用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交互的直接方式。負(fù)責(zé)顯示公交車的位置、速度、到達(dá)時間等信息，為用戶提供自助公交卡充值服務(wù)；接收客戶端發(fā)來的信息， 在公交車用戶刷卡后進(jìn)行顯示；通過語音助手，在用戶遇到問題時進(jìn)行解決或連線后臺客服；顯示最近幾周內(nèi)評價最高，離公交站牌最近的景點，為游客進(jìn)行攻略推薦，并在游客同意后，將資料通過無線網(wǎng)模塊傳至游客手機。

后臺控制端通過收集公交車的位置，以及公交上的人數(shù)，結(jié)合公交站牌等待人數(shù)來調(diào)度公交車；分析收集到的景區(qū)人數(shù)及評價，按照距離，推送得到不同 的公交站牌；接收用戶的留言，并通過公交站牌顯示 給指定人群；接收用戶收集客戶端的反饋，為用戶提供更好的體驗。

客戶端是人們與系統(tǒng)交互的最方便的方式，用來 收集反饋意見，使用戶知道公交運行情況；提出自己的出行要求，提供合適的公交出行方案；接受父母給 孩子的留言，并設(shè)置什么時候推送到公交站牌，以及顯示方式。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 智能公交站牌硬件設(shè)計

如圖2 所示。

圖1：智能公交系統(tǒng)整體設(shè)計

圖2：智能公交站牌硬件整體設(shè)計

圖3：車載終端硬件整體設(shè)計

2.1.1 主控芯片本公交站牌采用 STM32F429 作為主控芯片，主頻168M，擁有16MB FLASH 的空間，可以迅速地接收傳感器的數(shù)據(jù)，并處理傳回后臺。可以引出 110 余個 IO 口，可以接豐富的外設(shè)。

2.1.2 語音模塊

本公交站牌采用的語音模塊是 HLK-V20 芯片，該芯片相較于傳統(tǒng)語音模塊，采用了 32bit RSIC 架構(gòu)內(nèi)核，加入了相應(yīng)的 DSP指令集，可通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對音頻信號進(jìn)行學(xué)習(xí)，有效提高聲音識別的準(zhǔn)確度。除此以外，該模塊還支持多條本地指令的離線識別，在網(wǎng)絡(luò)信號不好時，仍然可以為用戶提供簡單的服務(wù)； 同時該模塊還可以定制喚醒詞和命令詞，實現(xiàn)不同年齡用戶與公交站牌的交互。

2.1.3 傳感器模塊

本公交站站牌采用了多個傳感器包括DHT11 溫濕度傳感器、12SD 紫外線傳感器、GP2Y1014AU 粉塵傳感器、HLK-LD303-24G測距雷達(dá)模塊和 OV5640 攝像頭模塊。這些模塊共同構(gòu)成了一個環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。這些傳感器都具有抗干擾能力強，性價比高等優(yōu)點，其中測距雷達(dá)模塊可以用于探測公交站牌前的人數(shù)，為預(yù)測等待公交車的人數(shù)提供數(shù)據(jù)支持；而攝像頭模塊可以在用戶觸摸顯示屏幕時，根據(jù)使用者的年齡特征， 分別提供不同的快捷服務(wù)，在使用公交卡充值服務(wù)和讀取預(yù)定信息時，可以作為驗證的途徑之一。同時，該模塊還可以用于和后臺客服連線，為用戶解決提供幫助。

2.1.4 通訊模塊

本公交站牌采用了 RFID 模塊、SIM-800A 模塊和ESP8266 模塊進(jìn)行通訊。RFID 模塊是高度集成的非接觸式讀寫芯片，該模塊用于公交卡的刷取，可以配合 其他模塊實現(xiàn)預(yù)定信息的讀取和公交卡的充值，同時 還可以實現(xiàn)刷卡測溫，免去了上車時司機一一測溫的 過程。SIM800A 模塊可以低功耗地實現(xiàn)語音、短信和移動數(shù)據(jù)的傳輸，為用戶提供簡單的通訊服務(wù)。ESP8226 是一個成熟且簡單的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)解決方案，可以實現(xiàn)本地與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互，實時更新顯示 內(nèi)容。

2.1.5 顯示模塊

本系統(tǒng) LCD 顯示屏應(yīng)用的 GT9911，它擁有多達(dá)26 個驅(qū)動通道和 14 個感應(yīng)通道，可同時識別 5 個觸摸點位的實時準(zhǔn)確位置，移動軌跡及觸摸面積。該模 塊內(nèi)置電容檢測電路及高性能 MPU，可實現(xiàn)觸摸點坐標(biāo)實時輸出。該模塊反應(yīng)靈敏，可以及時顯示用戶所需信息，同時該模塊還有低功耗模式，在一段時間無人觸摸后即可自動熄滅。

2.2 車載終端

如圖3 所示。

2.2.1 主控芯片

本終端采用 STM32F103 作為主控芯片，主頻 72M，擁有512KB FLASH 的空間，可以迅速地接收傳感器的數(shù)據(jù)，并處理傳回后臺?？梢砸?110 個 IO 口，可以接豐富的外設(shè)。

2.2.2 定位模塊

本終端采用 AT6558 模塊作為定位芯片，該模塊是一款高性能BDS/GNSS 多模衛(wèi)星導(dǎo)航接收機 SOC 單芯片，采用 55nmCMOS 工藝，支持多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，美國的 GPS 系統(tǒng)等等。該模塊與主控芯片連接簡單，只需要簡單 的兩根數(shù)據(jù)線，利用該模塊提供的位置信息，可用于 優(yōu)化公交車的調(diào)度。

2.2.3 通訊模塊

本終端采用 DL-20ZIGBEE 模塊進(jìn)行組網(wǎng)，是一款基于 UART接口的無線傳輸模塊，該模塊采用 TI 的CC2530 芯片，符合IEEE802.15.4 協(xié)議。相比傳統(tǒng)的ZIGBEE 模塊，無需了解復(fù)雜的協(xié)議棧，更簡單、更穩(wěn)定。同時支持 Mesh 組網(wǎng)，在兩個公交車相遇時，也可進(jìn)行組網(wǎng)，接收并儲存信息到下一次與公交站牌相遇時發(fā)送信息，提高準(zhǔn)確率。

2.2.4 語音模塊

本終端語音模塊使用的是 WT588D 芯片，自帶多個 I/O 口、FLASH 芯片和控制端，便于與主控芯片連接。在經(jīng)濟方面上講，它的價格親民，成本低廉?？梢园惭b多個在公交車上，降低乘客聽不到語音播報的可能性。

2.2.5 傳感器模塊

本終端的傳感器主要包括速度傳感器和紅外感應(yīng)傳感器。速度傳感器為簡單的霍爾速度傳感器，成本低廉，精度較高。該傳感器安裝于車底，檢測車輛 行駛速度。紅外人體感應(yīng)模塊是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，具有全自動感應(yīng)，光敏控制，工作電壓范圍寬等優(yōu)點。該模塊主要用于檢測公交車乘客的 下車情況，上傳相應(yīng)數(shù)據(jù)到后臺，推測公交車實時的 載客量。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要分為后臺端和用戶端，后臺端用于實時接收公交站牌反饋信息和公交車的運行信息，綜 合天氣以及實際情況，結(jié)合所接收的到的信息，給出 用戶出行建議以及調(diào)度公交車。用戶端主要用于顯示 當(dāng)前公交車的運行路線，接收用戶的反饋；在用戶輸 入出行要求后，給出合適的出行建議；儲存監(jiān)護人要 發(fā)送的信息，并傳輸?shù)秸九平K端。

4 結(jié)束語

本設(shè)計使用了STM32F407 和STM32f103 微控制器，設(shè)計的智能公交系統(tǒng)由后臺端、用戶端、車載終端和智能站牌終端四個部分組成。本系統(tǒng)將 GSM 無線通訊、GPS/北斗定位系統(tǒng)，結(jié)合ESP8266 芯片和 ZIGBEE 芯片的靈活組網(wǎng)功能，輔以 RFID 標(biāo)簽的識別和信息讀取功能，實現(xiàn)了方便乘客出行的目的。本文所設(shè)計的系統(tǒng)若可實際應(yīng)用于城市交通管理中，可以有效改善用戶出行體驗和緩解公共交通壓力。與此同時，本系統(tǒng)的設(shè)計也為城市公交系統(tǒng)的智能化提高一種新的解決方案，具有一定的參考價值。