基于单片机的智能公交系统设计

收稿日期 :2009205216 基金项目 :国家自然科学基金项目 (60844006) 作者简介 :吴　亮 (19752) ,男 ,宁夏中卫人 ,讲师 ,工学硕士 ,E2mail :wlanx @126. com。 第 30 卷 　第 1 期 2010 年 1 月 长安大学学报 (自然科学版) 　Journal of Changpian U niversity (Nat ural Science Edition) Vol. 30 　No. 1J an. 2010 文章编号 :167128879 (2010) 0120083205 基于单片机的智能公交系统设计 吴　亮 ,毛建鑫 ,易先君 ,韩　威 (北方民族大学 电气信息工程学院 ,宁夏 银川 750021) 摘　要 :为了提高公交系统运行的智能化、信息化水平 ,在分析智能公交系统应具有功能的基础上 , 设计了采用无线跳频通信的公交系统 ,主要包括公交系统和站台系统 ,并提出了硬件和软件实现系 统。研究结果表明 :该系统采用无线通信技术传输站台信息 ,能完成自动化公交车语音报站和公交 车站台预报车号 ,并对公交车实行智能调度 ;该系统实现了准确掌握车辆实时运行情况 ,乘客能及 时了解车辆到站情况 ,提高了公交管理、调度的智能化和信息化水平。 关键词 :交通工程 ;智能公交系统 ;无线跳频通信 ;智能化 ;单片机 中图分类号 :U416 ; TP391 　　　文献标志码 :A 　 Intell igent transportation system design based on single2chip microcomputer WU Liang , MAO Jian2xing , YI Xian2jun , HAN Wei (School of Elect rical and Information Engineering , Northern University for Nationalities , Yinchuan 750021 , Ningxia , China) Abstract : In order to improve t he operation of intelligent t ransportation system and information level , t he intelligent t ransportation system was designed based on wireless f requency2hopping communication. The system mainly includes the p ublic t ransportation systems and bus stop sys2 tems , and t he realizing system of hardware and sof tware is p roposed. The result s show t hat : t he use of wireless t ransmission platform of information communication technologies can complete a voice automated of bus stop and bus number ; t he system can achieve an accurate location of real2 time vehicle , t he passenger can receive the information of t he bus arriving bus stop . 8 figs , 7 ref s. Key words : t raffic engineering ; intelligent t ransportation system ; wireless f requency2hopping communication ; intelligent ; sigle2chip mcrocomp uter 0 　引　言 智能公交系统又称先进的公共交通系统 (A P TS , advanced p ublict ransportation systems) 。 A P TS 是 ITS(智能交通系统) 重要的子系统 ,也是 近年来中国相关学者研究的热点。随着经济的高速 发展 ,城市规模不断扩大 ,尤其是各种交通工具增长 迅速 ,导致城市交通需求与供给的矛盾日益突出 ,而 单靠扩大道路交通基础设施缓解矛盾的做法难以为 继。公交作为城市运输的主体 ,在城市交通中发挥 着重要作用。因此 ,提高现有公交设施和运输系统 效率 ,实现公共交通调度、运营和管理的信息化、现 代化和智能化 ,可以为出行者提供更加安全、舒适和 便捷的公共交通服务 ,从而吸引公交出行 ,缓解城市 交通拥挤 ,有效地解决城市交通问题。目前 ,中国此 项研究还处在系统试运行阶段 ,现行的技术可分为 : 基于 ZigBee 技术的智能公交系统 ;基于 GSM 短消 息平台的智能公交系统 ;基于 GPRS 的智能公交系 统 ;基于红外遥控技术的智能公交系统[126 ] 。现在投 入使用的只有基于 GPS 的系统。由于 GPS 只具有 定位测速等功能 ,不能完成数据通信 ,所以使用 GPS 定位后 ,还要增加 GPRS 或 GSM 等数据通信 模块 ,在硬件上加大了成本投入 ,限制其使用范围。 同时 , GPS 智能公交车报站系统的工作原理也有局 限性 ,只能使用在公交车等固定线路的终端上。除 了以上问题外 , GPS 还存在处理能力有限、后期费 用高等方面的不足 ;同时 ,中国的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 不统一和各城 市公交车型号参差不齐等原因 ,都是本系统发展的 瓶颈。为此 ,本文提出了采用无线跳频通信的公交 系统 ,并设计了系统的硬件和软件系统。 1 　系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 1 . 1 　智能公交系统的功能特征 智能公交系统可实现对公交车辆动态监控、实 时调度和科学管理等 ,从而提高公交服务水平 ,因此 应具有如下功能特征。 (1)对实时数据进行有效管理和分析。主要包 括操作型数据管理和分析型数据管理 ,其目的是保 障日常运营的高效管理、规划和调度的科学决策分 析 ,对公众提供高质量的信息咨询服务 ;对管理者提 供实时系统状态查询、历史数据等 ;支持决策者制定 交通发展政策及规划提供宏观信息等。 (2)具有公交运行基础数据的采集能力。这些 基础数据包括 :以公交站点上下乘客人数为主的交 通需求数据、公交车辆运行车速、站点停靠时间数据 和车辆驾驶状态数据等。考虑到公交运行的特殊 性 , 数据的采集主要由公交车辆车载子系统承担。 (3)对用户友好、高效的信息发布能力。主要包 括为公众提供公交信息服务 (例如车辆到站时间预 测、车辆满载状态情况通报、根据起迄位置和服务要 求的出行路线查询等) ,这一任务由电子站牌子系统 完成。 1 . 2 　系统方案构成 为了满足智能公交系统的功能 ,本文设计的系 统分为公交车系统和站台系统。站台系统是整个系 统的核心 ,主要功能是分析终端请求信号、控制站台 各子功能状态、存储和发送语音数据流。站台系统 中存储站台语音数据流 ,在没有终端请求信号时 ,它 监测各子功能模块工作状态 ;当公交车在特定范围 内 ,通过无线通信对站台发出请求后 ,站台系统接收 无线信号 ,分析判断后给予回答。如果是被请求对 象 ,站台调用已存数据流 ,通过无线发送出去。与此 同时 ,站台显示即将到站的公交车 ,提醒候车乘客注 意乘车。站台系统通过变换通信频率与其他站台互 换信息 ,完成城市公交车站台联网。公交车系统主 要功能是发送请求信号、接收语音数据流播放语音 和显示即将到站站名。公交车系统在车辆运行时对 空中无线信号进行检测 ,当达到请求信号要求范围 后 ,发送请求信号 ,等到请求方回复后 ,控制显示部 分 ,显示即将到站站名 ,同时接收数据流播放语 音[7 ] 。每个系统又可分为无线模块、控制模块和输 出模块 ,工作原理如图 1 所示。 图 1 　公交车与站台系统的工作原理 2 　系统硬件设计与实现 2 . 1 　公交车终端设计 公交车终端分为控制主机和控制从机 ,控制主 机发送请求信号 ,等到请求端回答后 ,完成对语音数 据流的接收 ,并通过输入、输出 ( I/ O) 口把数据送给 语音模块 ,同时分析各种情况 ,完成对控制从机的控 制。公交车控制主机电路如下页图 2 所示。 控制从机是整个系统显示输出部分和功能扩展 部分 ,它完成对站台站名、时间和即将到站车号的显 示 ,并通过 IN T0、IN T1 接受控制主机的控制。控 制从机电路如下页图 3 所示。 2 . 2 　站台终端设计 公交车站台终端对接收到的请求信号给予分 析、判断 ,然后通过无线信号与公交车控制主机系统 48 长安大学学报 (自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　2010 年 图 2 　公交车控制主机电路 图 3 　公交车控制从机电路 通信 ,同时控制各输出和子功能。在一定时间间隔 内 ,站台无线模块自动调频到站台联网频率 ,完成与 临近站台的信息交换。 2 . 3 　通信模块设计 系统中通信模块是为语音数据和站台联网提供 通信信道 ,根据系统通信协议和语音芯片要求 ,采用 9 位数据通信方式 ,每秒要处理 16 ×50 字节数据 , 通信速率为 9 600 bp s。同时 ,为了方便与电脑连 接 ,其通信接口采用 RS232 接口 ,无线模块通信频 率可以调节 ,使公交车系统与站台系统随时建立通 信网络。无线通信模块与主控系统电路连接如下页 图 4 所示。 3 　系统软件设计与实现 在软件设计过程中 ,从程序设计思路到代码的 编写 ,多处使用了抗干扰软件设计方法 ,使系统在复 杂恶劣的自然环境下也能正常工作。 3 . 1 　公交车控制主机 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 公交车控制主机的主要功能是 ,完成对公交车 控制主机的初始化、语音芯片的初始化和各种状态 的初始化。系统不停地监测无线信号 ,当在无线信 号作用范围内时 ,系统将发送请求站台信息和启动 帧数据 ,等待对方回复后 ,准备接收数据 ;如果没有 收到回复 ,系统则自动重发地址和启动帧 ;如在一定 58第 1 期　　　　　　　　　　吴 　亮 ,等 :基于单片机的智能公交系统设计 图 4 　通信模块接口电路 时间间隔内 ,仍没有收到回复 ,则判断为超时。公交 车控制主机流程如图 5 所示。其中 ,SBU F 为数据 缓冲寄存器。 图 5 　公交车控制主机流程 3 . 2 　站台控制主机流程 站台控制主机是站台系统中的核心 ,完成对通 信初始化、存储模块初始化。当收到请求信号后 ,系 统分析判断是否为对本站的请求 ,如不是 ,则继续等 待。当系统判断是对本站的请求时 ,则发送存储数 据 ,控制无线模块跳频 ,完成对站台信息的交换。站 台控制主机流程如图 6 所示。 项目组通过对系统整体的试验和验证 ,结果表 图 6 　站台主流程 明 ,系统能清楚显示即将到站的公交车车号和到站 时间 ,能准确报站 ,提醒候车乘客注意乘车 ,站台同 时显示新闻、时间和天气等最新信息 ,方便乘客出 行 ;在系统站台组网方面也能满足设计要求。该系 统良好的稳定性和自适应性保障了系统正常工作 , 在高温、多车处理的情况下 ,系统也能正常工作。 4 　实例分析 本文对银川市某路公交车进行了智能控制系统 设计 ,公交车系统主要包括地图监控、车载终端设备 及通信等子系统 ;站台系统主要包括通信、调度和显 示等子系统。公交车系统是本系统的核心 ,当安装 68 长安大学学报 (自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　2010 年 在公交车上时 ,通过无线网络将公交车连接到站台 系统。其主要功能包括上行数据通信、下行数据通 信、行车指挥信息显示、车辆控制、实时拍照、旅客红 外感应与统计、自动报站、设备设置和设备自检等 , 实现信息化、智能化和人性化的公交管理。站台系 统负责公交车的实时数据采集、处理与储存 ,也为该 系统中其他子系统提供数据通信、转发与储存服务。 站台系统主要功能包括 :智能调度、正点考核、日志 报表和设备显示等。系统软件实现界面如图 7、图 8 所示。 图 7 　公交运行监控 图 8 　公交智能报站 通过运行试验表明 ,本系统实现了准确掌握车 辆实时运行情况 ,乘客能及时了解车辆到站情况 ,提 高了公交管理、调度的智能化和信息化水平。为使 智能调度系统在城市中得到广泛应用 ,笔者认为 ,对 车辆到站预报的准确性还需进一步研究。 5 　结　语 (1)本文设计的智能公交系统分为公交车系统 和站台系统 ,每个子系统又可分为无线模块、中央控 制模块和输出功能模块。 (2)本文设计的智能公交系统 ,通过通信协议 , 由无线信道组成城市公交站台局域网 ,具有传输语 音数据流、站台信息交换和站台监控等功能 ,可实现 城市公交完全可视化的管理 ,保证了交通的流畅。 参考文献 : References : [ 1 ] 　杜焕军. 基于 ZigBee 技术的智能公交系统监控软件 研究与设计[D ] . 合肥 :合肥工业大学 ,2008. 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