【摘 要】本文介紹了一種基于GPS定位、紅外線人數統計以及Zigbee無線通信的智能公交車載終端的設計，可實現公交車的實時定位、運行狀態(tài)監(jiān)控、到站時間預測、車廂擁擠程度播報以及道路擁堵情況反饋等功能。

【關鍵字】智能公交、GPS、Zigbee、紅外傳感技術

引言

隨著我國的城市發(fā)展速度越來越快，城市人口密度和道路車輛的密度逐年上升，導致城市交通壓力變大，交通擁堵成為同時困擾政府和市民的問題。在解決這個問題的諸多手段中，智能公交系統無疑成為了一種環(huán)保、便捷的解決方案。

在智能公交系統中必不可少的就是公交車和站臺部署的智能公交終端。作為用來實時檢測和發(fā)送公交車的位置，速度，和車內狀況的信息的智能終端，該終端需要保證信息采集的完整性和實時性，又要集成度高，功能全面，成本低。本文提供了一種由GPS定位模塊，基于紅外傳感器的擁擠測量模塊和Zigbee無線通信模塊組成的智能終端設計方案。

一、結構設計

若要實現智能公交系統對于該終端的要求，模塊之間的關系應當緊密可靠，分工明確。本文所述終端主要分為三個模塊：GPS定位模塊負責采集車輛的位置、速度等信息，作為中央管理系統更新公交位置數據庫，分析路況的原始數據；擁擠測量模塊負責采集上下車的人流情況，作為中央管理系統分析車上擁擠情況的數據；無線通信模塊負責將數據發(fā)送給中央管理系統。三個系統之間采用UART互相連接，可以保證數據傳送的可靠和實時。三個模塊的關系如圖。

此處處理整合采集到的信息所用到的單片機可以采用AT89C51，它屬于51單片機，輔以8MHz晶體振蕩器。

二、定位模塊

（一）定位方案。對公交車的實時定位不僅可以方便公交公司的監(jiān)控管理、為實時公交提供數據，還可以成為基于動態(tài)交通狀態(tài)信息的交通誘導系統建設的重要環(huán)節(jié)，進而可以防止或減輕交通阻塞，最終實現交通流在各個路段上的合理分配。由車載GPS獲得的車輛運行狀態(tài)數據具有數據量大、覆蓋的道路面積廣，以及可以反映實際道路交通狀況等特點，這些特點使得公交車車載GPS模塊成為了實現實時定位、采集車輛和路況等數據以便進一步分析利用的理想選擇。

（二）車載GPS技術。應用公交車車載GPS設備采集道路交通數據的優(yōu)點在于：1無須新增道路設施，不會對環(huán)境產生負面影響；2監(jiān)控數據能實時動態(tài)地體現道路上交通流的運動；3定位精度較高，定位數據中包含行駛公交車在定位時刻的瞬時速度，可體現該道路車流的變化特征。我國交通擁堵問題十分嚴重，交通監(jiān)控設施不完善在很大程度上制約了交通管理水平的提高。而隨著車載GPS應用的日益普及，充分利用現有車載GPS所獲得的車輛運行狀態(tài)數據服務于道路交通信息檢測、節(jié)約交通檢測設備投資和發(fā)揮已有投資的效益，對改善我國交通管理水平有重要的實際價值和現實意義。

（三）模塊設計

1.通信設計。針對公交車車載GPS定位這一解決方案所需的原材料和元器件有：GPS接收模塊 （C3-370C， 采用SiRFstar III代芯片，喘口輸出NMEA協議數據）通信方面，GPS模塊通過串口與MCU通信。

2.供電設計。供電方面，采用鋰電池（自帶過充過放保護電路）供電，由于GPS內置了LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器），所以直接與電池相連接。

三、擁擠測量模塊

（一）模塊設計。該模塊采用紅外光電傳感器采集原始數據，由于不能直接從原始數據得出車內的乘客情況，因此需要對原始數據進行處理，在本文所述終端中，數據可以直接在整合用的單片機中進行簡單處理，也可以由無線通信模塊傳送給中央管理系統進行處理。

1.數據采集。數據采集部分主要負責紅外原始數據的采集，這一子模塊的核心是紅外光電傳感器。根據實際需要，系統可以同時采用多個紅外光電傳感器同時采集數據。目前，紅外光電檢測技術是較為成熟的技術。通過紅外遮擋進行計數的方法使用較為廣泛。紅外采集技術可以分為主動式、被動式兩種。主動式紅外計數技術又分為對射式、反射式兩種。主動紅外線對射式由發(fā)射頭和接收頭正對安裝組成。它的原理是一旦有物體經過該區(qū)域時，就會遮擋發(fā)射頭與接收頭間的紅外線，這時接收端指示燈點亮并輸出一個高電平的脈沖；如果沒有物體經過該區(qū)域時，發(fā)射頭與接收頭間的紅外線就不會被遮擋，此時接收端指示燈不亮并輸出一個低電平的脈沖。

2.分析處理。紅外傳感器收集到的數據一般為開關信號，需要經過一定的分析和處理才可以轉化為公交車上人數情況。數據的分析處理有多種辦法，本文采用比較簡單的單片機電路接收開關信號，整理出車上人流數量，可以直接顯示該數據，也可以通過通信系統傳輸給任意的中央處理系統以便得出更加準確的數字。這樣的系統結構使得硬件部分比較簡單，成本較低，且擴展性好，可以數據在中央管理系統的計算機上實現任意的以紅外光電傳感器數據為基礎的人流統計算法，如人工神經網絡算法等。

四、通信模塊

（一）通信方案。通信模塊是本文所述的終端中必不可少的一環(huán)，它的作用是把GPS定位模塊和擁擠測量模塊采集到的信息傳輸給智能公交系統的信息處理中心，以幫助信息處理中心確定各公交車的位置，道路擁堵情況和公交車上乘客的擁擠情況。本文的硬件設計方案采用Zigbee通信模塊，能夠保證通信的可靠性和實時性。

（二）Zigbee技術。Zigbee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，是為了滿足小型廉價設備的無線聯網和控制而制定的。該技術的核心協議由 2000 年 12月成立的IEEE 802.15.4工作組制定，高層應用、互聯互通測試和市場推廣由2002年8月組建的Zigbee聯盟負責。該技術具有功耗低、成本低、時延短、網絡容量大、安全性好等優(yōu)點。

（三）模塊設計。與Zigbee模塊配合的智能公交通信系統應在站臺、公交線路上以500m-600m作為間隔部署Zigbee節(jié)點，公交車終端上的Zigbee模塊在經過其他Zigbee節(jié)點時與之進行通信，把信息通過Zigbee網絡傳遞給Sink節(jié)點，再由Sink節(jié)點傳輸到信息中心。

Zigbee模塊與其他模塊的互聯可以采用UART，以保證其他模塊的信息的準確實時的傳遞到Zigbee模塊。

參考文獻：

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[2]王權平，王莉.ZigBee技術及其應用[J].現代電信科技，2004，01：33-37.