基于單片機(jī)的智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 圖文-

收稿日期:2009205216基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(60844006作者簡(jiǎn)介:吳亮(19752,男,寧夏中衛(wèi)人,講師,工學(xué)碩士,E2mail:wlanx@126.com。第30卷第1期2010年1月長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版JournalofChangπanUniversity(NaturalScienceEditionVol.30No.1Jan.2010文章編號(hào):167128879(20100120083205基于單片機(jī)的智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)吳亮,毛建鑫,易先君,韓威(北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院,寧夏銀川750021摘要:為了提高公交系統(tǒng)運(yùn)行的智能化、信息化水平,在分析智能公交系統(tǒng)應(yīng)具有功能的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了采用無(wú)線(xiàn)跳頻通信的公交系統(tǒng),主要包括公交系統(tǒng)和站臺(tái)系統(tǒng),并提出了硬件和軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。研究結(jié)果表明:該系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)傳輸站臺(tái)信息,能完成自動(dòng)化公交車(chē)語(yǔ)音報(bào)站和公交車(chē)站臺(tái)預(yù)報(bào)車(chē)號(hào),并對(duì)公交車(chē)實(shí)行智能調(diào)度;該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確掌握車(chē)輛實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,乘客能及時(shí)了解車(chē)輛到站情況,提高了公交管理、調(diào)度的智能化和信息化水平。關(guān)鍵詞:交通工程;智能公交系統(tǒng);無(wú)線(xiàn)跳頻通信;智能化;單片機(jī)中圖分類(lèi)號(hào):U416;TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AIntelligenttransportationsystemdesignbasedonsingle2chipmicrocomputerWULiang,MAOJian2xing,YIXian2jun,HANWei(SchoolofElectricalandInformationEngineering,NorthernUniversityforNationalities,Yinchuan750021,Ningxia,ChinaAbstract:Inordertoimprovetheoperationofintelligenttransportationsystemandinformationlevel,theintelligenttransportationsystemwasdesignedbasedonwirelessfrequency2hoppingcommunication.Thesystemmainlyincludesthepublictransportationsystemsandbusstopsys2tems,andtherealizingsystemofhardwareandsoftwareisproposed.Theresultsshowthat:theuseofwirelesstransmissionplatformofinformationcommunicationtechnologiescancompleteavoiceautomatedofbusstopandbusnumber;thesystemcanachieveanaccuratelocationofreal2timevehicle,thepassengercanreceivetheinformationofthebusarrivingbusstop.8figs,7refs.Keywords:trafficengineering;intelligenttransportationsystem;wirelessfrequency2hoppingcommunication;intelligent;sigle2chipmcrocomputer0引言智能公交系統(tǒng)又稱(chēng)先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)(APTS,advancedpublictransportationsystems。APTS是ITS(智能交通系統(tǒng)重要的子系統(tǒng),也是近年來(lái)中國(guó)相關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,尤其是各種交通工具增長(zhǎng)迅速,導(dǎo)致城市交通需求與供給的矛盾日益突出,而單靠擴(kuò)大道路交通基礎(chǔ)設(shè)施緩解矛盾的做法難以為繼。公交作為城市運(yùn)輸?shù)闹黧w,在城市交通中發(fā)揮著重要作用。因此,提高現(xiàn)有公交設(shè)施和運(yùn)輸系統(tǒng)效率,實(shí)現(xiàn)公共交通調(diào)度、運(yùn)營(yíng)和管理的信息化、現(xiàn)代化和智能化,可以為出行者提供更加安全、舒適和便捷的公共交通服務(wù),從而吸引公交出行,緩解城市交通擁擠,有效地解決城市交通問(wèn)題。目前,中國(guó)此項(xiàng)研究還處在系統(tǒng)試運(yùn)行階段,現(xiàn)行的技術(shù)可分為:基于ZigBee技術(shù)的智能公交系統(tǒng);基于GSM短消息平臺(tái)的智能公交系統(tǒng);基于GPRS的智能公交系統(tǒng);基于紅外遙控技術(shù)的智能公交系統(tǒng)[126]?，F(xiàn)在投入使用的只有基于GPS的系統(tǒng)。由于GPS只具有定位測(cè)速等功能,不能完成數(shù)據(jù)通信,所以使用GPS定位后,還要增加GPRS或GSM等數(shù)據(jù)通信模塊,在硬件上加大了成本投入,限制其使用范圍。同時(shí),GPS智能公交車(chē)報(bào)站系統(tǒng)的工作原理也有局限性,只能使用在公交車(chē)等固定線(xiàn)路的終端上。除了以上問(wèn)題外,GPS還存在處理能力有限、后期費(fèi)用高等方面的不足;同時(shí),中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一和各城市公交車(chē)型號(hào)參差不齊等原因,都是本系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。為此,本文提出了采用無(wú)線(xiàn)跳頻通信的公交系統(tǒng),并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)。1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1智能公交系統(tǒng)的功能特征智能公交系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)公交車(chē)輛動(dòng)態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)調(diào)度和科學(xué)管理等,從而提高公交服務(wù)水平,因此應(yīng)具有如下功能特征。(1對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理和分析。主要包括操作型數(shù)據(jù)管理和分析型數(shù)據(jù)管理,其目的是保障日常運(yùn)營(yíng)的高效管理、規(guī)劃和調(diào)度的科學(xué)決策分析,對(duì)公眾提供高質(zhì)量的信息咨詢(xún)服務(wù);對(duì)管理者提供實(shí)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)查詢(xún)、歷史數(shù)據(jù)等;支持決策者制定交通發(fā)展政策及規(guī)劃提供宏觀信息等。(2具有公交運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集能力。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括:以公交站點(diǎn)上下乘客人數(shù)為主的交通需求數(shù)據(jù)、公交車(chē)輛運(yùn)行車(chē)速、站點(diǎn)?？繒r(shí)間數(shù)據(jù)和車(chē)輛駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)等?？紤]到公交運(yùn)行的特殊性,數(shù)據(jù)的采集主要由公交車(chē)輛車(chē)載子系統(tǒng)承擔(dān)。(3對(duì)用戶(hù)友好、高效的信息發(fā)布能力。主要包括為公眾提供公交信息服務(wù)(例如車(chē)輛到站時(shí)間預(yù)測(cè)、車(chē)輛滿(mǎn)載狀態(tài)情況通報(bào)、根據(jù)起迄位置和服務(wù)要求的出行路線(xiàn)查詢(xún)等,這一任務(wù)由電子站牌子系統(tǒng)完成。1.2系統(tǒng)方案構(gòu)成為了滿(mǎn)足智能公交系統(tǒng)的功能,本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)分為公交車(chē)系統(tǒng)和站臺(tái)系統(tǒng)。站臺(tái)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心,主要功能是分析終端請(qǐng)求信號(hào)、控制站臺(tái)各子功能狀態(tài)、存儲(chǔ)和發(fā)送語(yǔ)音數(shù)據(jù)流。站臺(tái)系統(tǒng)中存儲(chǔ)站臺(tái)語(yǔ)音數(shù)據(jù)流,在沒(méi)有終端請(qǐng)求信號(hào)時(shí),它監(jiān)測(cè)各子功能模塊工作狀態(tài);當(dāng)公交車(chē)在特定范圍內(nèi),通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信對(duì)站臺(tái)發(fā)出請(qǐng)求后,站臺(tái)系統(tǒng)接收無(wú)線(xiàn)信號(hào),分析判斷后給予回答。如果是被請(qǐng)求對(duì)象,站臺(tái)調(diào)用已存數(shù)據(jù)流,通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送出去。與此同時(shí),站臺(tái)顯示即將到站的公交車(chē),提醒候車(chē)乘客注意乘車(chē)。站臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)變換通信頻率與其他站臺(tái)互換信息,完成城市公交車(chē)站臺(tái)聯(lián)網(wǎng)。公交車(chē)系統(tǒng)主要功能是發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)、接收語(yǔ)音數(shù)據(jù)流播放語(yǔ)音和顯示即將到站站名。公交車(chē)系統(tǒng)在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)對(duì)空中無(wú)線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)達(dá)到請(qǐng)求信號(hào)要求范圍后,發(fā)送請(qǐng)求信號(hào),等到請(qǐng)求方回復(fù)后,控制顯示部分,顯示即將到站站名,同時(shí)接收數(shù)據(jù)流播放語(yǔ)音[7]。每個(gè)系統(tǒng)又可分為無(wú)線(xiàn)模塊、控制模塊和輸出模塊,工作原理如圖1所示。圖1公交車(chē)與站臺(tái)系統(tǒng)的工作原理2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1公交車(chē)終端設(shè)計(jì)公交車(chē)終端分為控制主機(jī)和控制從機(jī),控制主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào),等到請(qǐng)求端回答后,完成對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)流的接收,并通過(guò)輸入、輸出(I/O口把數(shù)據(jù)送給語(yǔ)音模塊,同時(shí)分析各種情況,完成對(duì)控制從機(jī)的控制。公交車(chē)控制主機(jī)電路如下頁(yè)圖2所示?？刂茝臋C(jī)是整個(gè)系統(tǒng)顯示輸出部分和功能擴(kuò)展部分,它完成對(duì)站臺(tái)站名、時(shí)間和即將到站車(chē)號(hào)的顯示,并通過(guò)INT0、INT1接受控制主機(jī)的控制?？刂茝臋C(jī)電路如下頁(yè)圖3所示。2.2站臺(tái)終端設(shè)計(jì)公交車(chē)站臺(tái)終端對(duì)接收到的請(qǐng)求信號(hào)給予分析、判斷,然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)與公交車(chē)控制主機(jī)系統(tǒng)48長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2010年圖2公交車(chē)控制主機(jī)電路圖3公交車(chē)控制從機(jī)電路通信,同時(shí)控制各輸出和子功能。在一定時(shí)間間隔內(nèi),站臺(tái)無(wú)線(xiàn)模塊自動(dòng)調(diào)頻到站臺(tái)聯(lián)網(wǎng)頻率,完成與臨近站臺(tái)的信息交換。2.3通信模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)中通信模塊是為語(yǔ)音數(shù)據(jù)和站臺(tái)聯(lián)網(wǎng)提供通信信道,根據(jù)系統(tǒng)通信協(xié)議和語(yǔ)音芯片要求,采用9位數(shù)據(jù)通信方式,每秒要處理16×50字節(jié)數(shù)據(jù),通信速率為9600bps。同時(shí),為了方便與電腦連接,其通信接口采用RS232接口,無(wú)線(xiàn)模塊通信頻率可以調(diào)節(jié),使公交車(chē)系統(tǒng)與站臺(tái)系統(tǒng)隨時(shí)建立通信網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)通信模塊與主控系統(tǒng)電路連接如下頁(yè)圖4所示。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中,從程序設(shè)計(jì)思路到代碼的編寫(xiě),多處使用了抗干擾軟件設(shè)計(jì)方法,使系統(tǒng)在復(fù)雜惡劣的自然環(huán)境下也能正常工作。3.1公交車(chē)控制主機(jī)流程公交車(chē)控制主機(jī)的主要功能是,完成對(duì)公交車(chē)控制主機(jī)的初始化、語(yǔ)音芯片的初始化和各種狀態(tài)的初始化。系統(tǒng)不停地監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)信號(hào),當(dāng)在無(wú)線(xiàn)信號(hào)作用范圍內(nèi)時(shí),系統(tǒng)將發(fā)送請(qǐng)求站臺(tái)信息和啟動(dòng)幀數(shù)據(jù),等待對(duì)方回復(fù)后,準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù);如果沒(méi)有收到回復(fù),系統(tǒng)則自動(dòng)重發(fā)地址和啟動(dòng)幀;如在一定58第1期吳亮,等:基于單片機(jī)的智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖4通信模塊接口電路時(shí)間間隔內(nèi),仍沒(méi)有收到回復(fù),則判斷為超時(shí)。公交車(chē)控制主機(jī)流程如圖5所示。其中,SBUF為數(shù)據(jù)緩沖寄存器。圖5公交車(chē)控制主機(jī)流程3.2站臺(tái)控制主機(jī)流程站臺(tái)控制主機(jī)是站臺(tái)系統(tǒng)中的核心,完成對(duì)通信初始化、存儲(chǔ)模塊初始化。當(dāng)收到請(qǐng)求信號(hào)后,系統(tǒng)分析判斷是否為對(duì)本站的請(qǐng)求,如不是,則繼續(xù)等待。當(dāng)系統(tǒng)判斷是對(duì)本站的請(qǐng)求時(shí),則發(fā)送存儲(chǔ)數(shù)據(jù),控制無(wú)線(xiàn)模塊跳頻,完成對(duì)站臺(tái)信息的交換。站臺(tái)控制主機(jī)流程如圖6所示。項(xiàng)目組通過(guò)對(duì)系統(tǒng)整體的試驗(yàn)和驗(yàn)證,結(jié)果表圖6站臺(tái)主流程明,系統(tǒng)能清楚顯示即將到站的公交車(chē)車(chē)號(hào)和到站時(shí)間,能準(zhǔn)確報(bào)站,提醒候車(chē)乘客注意乘車(chē),站臺(tái)同時(shí)顯示新聞、時(shí)間和天氣等最新信息,方便乘客出行;在系統(tǒng)站臺(tái)組網(wǎng)方面也能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。該系統(tǒng)良好的穩(wěn)定性和自適應(yīng)性保障了系統(tǒng)正常工作,在高溫、多車(chē)處理的情況下,系統(tǒng)也能正常工作。4實(shí)例分析本文對(duì)銀川市某路公交車(chē)進(jìn)行了智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),公交車(chē)系統(tǒng)主要包括地圖監(jiān)控、車(chē)載終端設(shè)備及通信等子系統(tǒng);站臺(tái)系統(tǒng)主要包括通信、調(diào)度和顯示等子系統(tǒng)。公交車(chē)系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心,當(dāng)安裝68長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2010年在公交車(chē)上時(shí),通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將公交車(chē)連接到站臺(tái)系統(tǒng)。其主要功能包括上行數(shù)據(jù)通信、下行數(shù)據(jù)通信、行車(chē)指揮信息顯示、車(chē)輛控制、實(shí)時(shí)拍照、旅客紅外感應(yīng)與統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)報(bào)站、設(shè)備設(shè)置和設(shè)備自檢等,實(shí)現(xiàn)信息化、智能化和人性化的公交管理。站臺(tái)系統(tǒng)負(fù)責(zé)公交車(chē)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理與儲(chǔ)存,也為該系統(tǒng)中其他子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)通信、轉(zhuǎn)發(fā)與儲(chǔ)存服務(wù)。站臺(tái)系統(tǒng)主要功能包括:智能調(diào)度、正點(diǎn)考核、日志報(bào)表和設(shè)備顯示等。系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)界面如圖7、圖8所示。圖7公交運(yùn)行監(jiān)控圖8公交智能報(bào)站通過(guò)運(yùn)行試驗(yàn)表明,本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確掌握車(chē)輛實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,乘客能及時(shí)了解車(chē)輛到站情況,提高了公交管理、調(diào)度的智能化和信息化水平。為使智能調(diào)度系統(tǒng)在城市中得到廣泛應(yīng)用,筆者認(rèn)為,對(duì)車(chē)輛到站預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性還需進(jìn)一步研究。5結(jié)語(yǔ)(1本文設(shè)計(jì)的智能公交系統(tǒng)分為公交車(chē)系統(tǒng)和站臺(tái)系統(tǒng),每個(gè)子系統(tǒng)又可分為無(wú)線(xiàn)模塊、中央控制模塊和輸出功能模塊。(2本文設(shè)計(jì)的智能公交系統(tǒng),通過(guò)通信協(xié)議,由無(wú)線(xiàn)信道組成城市公交站臺(tái)局域網(wǎng),具有傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)流、站臺(tái)信息交換和站臺(tái)監(jiān)控等功能,可實(shí)現(xiàn)城市公交完全可視化的管理,保證了交通的流暢。參考文獻(xiàn):References:[1]杜煥軍.基于ZigBee技術(shù)的智能公交系統(tǒng)監(jiān)控軟件研究與設(shè)計(jì)[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2008.[2]孫澤宇,王冰峰.基于GSMSMS的智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào):綜合版,2005,12(4:1342135.SUNZe2yu,WANGBing2feng.Intelligenttransporta2tionsystembaseonGSMSMS[J].JournalofChang2chunUniversity:ScienceandTechnology,2005,12(4:1342135.[3]梁松,梁艷,陳繼努.基于GPRS的智能公交系統(tǒng)通信平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù),2007,40(10:56258.LIANGSong,LIANGYan,CHENJi2nu.Implemen2tationofcommunicationplatformforintelligentpublictransportationsystembasedonGPRS[J].Communi2cationsTechnology,2007,40(10:56258.[4]葛亮,王煒,楊明,等.基于GIS的公交網(wǎng)絡(luò)配流新方法[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2004,4(3:54258.GELiang,WANGWei,YANGMing,etal.NewmethodofpublictransitnetworkassignmentbasedonGIS[J].JournalofTrafficandTransportationEngi2neering,2004,4(3:54258.[5]石琴,覃運(yùn)梅,黃志鵬.公交區(qū)域調(diào)度的最大同步換乘模型[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2007,20(6:90294.SH