王藝蓉，賈志絢，賈志綱

(太原科技大學(xué)，太原 030024)

一種粘貼式LED公交智能站牌

王藝蓉，賈志絢，賈志綱

(太原科技大學(xué)，太原 030024)

設(shè)計(jì)了一種城市智能公交站牌，給出系統(tǒng)軟/硬件設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)以STC12LE5A60S2芯片為控制核心，通過SIMCom有限公司的SIM900A芯片對(duì)公交信息服務(wù)器發(fā)送的GPRS數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并通過站牌上LED燈的閃、亮、滅顯示此線路上游來車位置信息。LED燈通過粘貼方式粘貼在現(xiàn)有公交站牌的站點(diǎn)名稱上方或下方，可為乘客提供方便、直觀的公交實(shí)時(shí)位置信息，經(jīng)濟(jì)性好，易于改造施工。

公交站牌;LED;GPRS;GPS;單片機(jī)

公交站牌是城市交通的重要設(shè)備，給廣大乘客提供公交線路的基本信息。其中，電子公交站牌是公交系統(tǒng)智能化的風(fēng)向標(biāo)。近年來出現(xiàn)的公交電子站牌均以LED顯示屏的形式，動(dòng)態(tài)顯示公交車實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息，如線路上的車輛位置、車輛到達(dá)站的剩余時(shí)間、道路信息等。但其存在以下問題:(1)直觀性差，顯示周期長(zhǎng):顯示屏均采用LED顯示屏，每塊LED顯示屏滾動(dòng)顯示相關(guān)信息。站臺(tái)上若有多條公交站路，則顯示信息周期長(zhǎng)，且多為文字信息，直觀性差，需要近距離觀看，乘客大量聚集時(shí)，難以滿足乘客需求;(2)數(shù)學(xué)模型單一:現(xiàn)有電子系統(tǒng)的車輛到達(dá)時(shí)間計(jì)算模型是按照所在城市公交車輛的平均速度和平均車流量來計(jì)算的，不是實(shí)時(shí)的; (3)工程造價(jià)高:現(xiàn)有的電子站牌多為L(zhǎng)ED屏的形式，造價(jià)高，易損壞，維護(hù)費(fèi)用高。

為此，本文設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易的、基于現(xiàn)有站牌的、粘貼式LED城市智能公交車站牌，來克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)。

1 整體方案設(shè)計(jì)

電子公交系統(tǒng)是基于定位技術(shù)、無線通信技術(shù)、地理信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的綜合系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)公交車輛運(yùn)營(yíng)調(diào)度的智能化，公交車輛運(yùn)行的信息化和可視化，實(shí)現(xiàn)面向公眾乘客的完善信息服務(wù)。

本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型的公交電子站牌。通過GPS對(duì)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過GPRS傳輸給中心服務(wù)器，公交車系統(tǒng)中心服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后再通過GPRS傳輸給終端設(shè)備[1]，在終端設(shè)備上的站牌上顯示，如圖1所示，顯示途徑此公交站點(diǎn)的所有公交線路上游的公交車實(shí)時(shí)位置區(qū)段。

本電子站牌可以通過LED指示燈顯示本站上游來車的位置區(qū)段，候車乘客以此判斷侯車時(shí)間，從而決定是否等候。本電子站牌可以在現(xiàn)有的公交站牌基礎(chǔ)上直接進(jìn)行改造，粘貼LED燈，加裝控制單元，造價(jià)低廉，容易施工，后期維護(hù)簡(jiǎn)單。

2 硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以STC12LE5A60S2芯片為主控核心，復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源電路為芯片工作的最小系統(tǒng)，使主控單片機(jī)芯片能正常進(jìn)行工作。其外圍

圖1 電子公交站牌系統(tǒng)示意圖Fig.1 The diagram of electronic bus stop board system

設(shè)計(jì)有:(1)Flash模塊，用于存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)和確保數(shù)據(jù)不丟失;(2)SDRAM模塊，它讀取數(shù)據(jù)速度快，使數(shù)據(jù)能夠與系統(tǒng)數(shù)據(jù)保持同步;(3)USB模塊，易于擴(kuò)展，支持即插即用;(4)太陽(yáng)能電源模塊，用于給系統(tǒng)提供電源;(5)GPRS模塊，與中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;(6)LED指示燈顯示模塊，為終端顯示模塊。

2.1 主控模塊

圖2 硬件總體框圖Fig.2 The general hardware system diagram

主控芯片是電子站牌系統(tǒng)的核心，采用STC12LE5A60S2芯片，STC12E5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度比它快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(25萬次/s)，針對(duì)強(qiáng)干擾場(chǎng)合，適用于干擾較多的公共場(chǎng)所。STC12LE5A60S2外圍電路包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源電路。如圖3所示，其中圖(a)為主電路，圖(b)為電源去耦電路，圖(c)為芯片工作指示燈電路，電源去耦電路和芯片工作指示燈電路均與STC12LE5A60S2芯片的41引腳相連。

圖3MUC電路Fig.3 MUC circuit

2.1.1 復(fù)位電路

復(fù)位電路，是一種用來使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路設(shè)備，為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分。復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。由于單片機(jī)在運(yùn)行過程中存在掉電的突發(fā)情況，當(dāng)再次給單片機(jī)上電時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的一些數(shù)據(jù)會(huì)丟失，一些數(shù)據(jù)則保持不變，這就會(huì)造成程序運(yùn)行混亂，因此需要復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)為了使STC12LE5A60S2芯片能夠穩(wěn)定復(fù)位和可靠工作，設(shè)計(jì)復(fù)位電路。

復(fù)位電路與6引腳連接，當(dāng)電源VCC上電時(shí)，因電容C兩端電壓不能突變，所以RES在上電時(shí)會(huì)有一段時(shí)間為高電平，復(fù)位有效。持續(xù)一段時(shí)間后，復(fù)位撤除，微機(jī)開始工作。

2.1.2 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路就是產(chǎn)生像時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路，單片機(jī)的運(yùn)行需要時(shí)鐘電路的支持。換句話說，時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘來驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作，構(gòu)成時(shí)鐘電路最重要的部分是晶振，晶振類似于單片機(jī)的心臟，給單片機(jī)提供工作節(jié)拍。如果沒有時(shí)鐘電路，單片機(jī)就沒有辦法工作，也無法進(jìn)行定時(shí)和執(zhí)行與實(shí)踐有關(guān)的操作。

由于震蕩電路中產(chǎn)生的諧波會(huì)降低電路時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定性，為了電路的穩(wěn)定性起見，在晶振的兩引腳處接入兩個(gè)瓷片電容接地來削減諧波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響，圖 3中時(shí)鐘電路選用11.059 26 MHz的晶振和兩個(gè)30 pf的起振電容，

2.1.3 電源電路

電源電路是給單片機(jī)供電，使單片機(jī)可以正常工作。本設(shè)計(jì)采用MIC29302IC芯片，該芯片是高度精確的電壓調(diào)節(jié)器，具有450 mV壓降的電壓，這些是專門為低電壓應(yīng)用，需要一個(gè)低壓差電壓和快速瞬態(tài)響應(yīng)。有過電壓保護(hù)，以防止電池過電流，并積極和消極的電壓順變。電源電路圖如圖4所示。

圖4 電源電路Fig.4 Power circuit

圖5 GPRS通信電路Fig.5 GPRS communication circuit

2.2 無線通信模塊

本設(shè)計(jì)通信采用GPRS通信方式，選用SIM900A模塊，SIM900A是SIMCom有限公司生產(chǎn)開發(fā)，是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊[2]，具有標(biāo)準(zhǔn)AT命令接口，采用SMT封裝，基于STE的單芯片方案，采用ARM926EJ-S架構(gòu)，可以提供GPRS數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)，可以內(nèi)置客戶應(yīng)用程序，性能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)便[3]。如圖5所示為通信模塊電路圖[4]。

2.3 顯示模塊

顯示模塊為L(zhǎng)ED指示燈，粘貼在現(xiàn)有公交站牌的站點(diǎn)名稱下方/上方，用以顯示上游來車位置信息，燈閃爍代表公交車即將到達(dá)此站，小燈亮代表公交車在此站臺(tái)處于停靠狀態(tài)。本站牌的特點(diǎn)是顯示直觀，不存在顯示周期問題，改裝方便，改裝及運(yùn)行成本低。如圖6所示。

2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

SDRAM模塊選用Samsung公司的 K4S 561632ETC75，工作電壓為3.3 V，存儲(chǔ)容量為32 M，具有單位空間存儲(chǔ)容量大、運(yùn)行速度快、抗干擾性強(qiáng)及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。

2.5 電源模塊

在供電方面，可以選用兩種供電方式:(1)直接使用城市供電;(2)使用太陽(yáng)能供電。

圖6 電子站牌顯示牌Fig.6 The electric bus-stop board

(1)采用城市電網(wǎng)供電。每個(gè)站牌都連接城市供電系統(tǒng)，供電穩(wěn)定。

(2)采用太陽(yáng)能電池供電。本設(shè)計(jì)即是利用光耦器件實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的光電隔離輸入接口。光耦器件也稱為光電耦合器或者光電隔離器，它是一種以光為中間媒介來傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器件和光檢測(cè)器封裝在管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器件發(fā)出光信號(hào)，光檢測(cè)器接收到光信號(hào)后就產(chǎn)生光電流，從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換[5]。光耦電路電路圖如7所示。

圖7 太陽(yáng)能電源電路Fig.7 The solar power circuit

3 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程。它是一種結(jié)構(gòu)化開發(fā)語(yǔ)言，擁有完善的程序結(jié)構(gòu)模塊，可以采用模塊程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)軟件開發(fā)。

電子公交站牌系統(tǒng)是各個(gè)站牌通過GPRS通信系統(tǒng)接收中心服務(wù)器發(fā)過來的信息，各個(gè)站牌處理并顯示相應(yīng)的信息。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)是站牌系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，即站牌與中心服務(wù)器的通信及顯示。主程序是系統(tǒng)軟件的控制中心，能夠?qū)⑵渌绦蚝湍K結(jié)合在一起，系統(tǒng)初始化結(jié)束即進(jìn)入后臺(tái)循環(huán)，站牌就進(jìn)入了各自的工作模式[6]，站牌軟件主流程如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)主流程圖Fig.8 Main flow chart of the system

表1 智能電子站牌總預(yù)算Tab.1 General budget of electric bus-stop board

4 成本預(yù)算

本設(shè)計(jì)成本低廉，表1為本設(shè)計(jì)與現(xiàn)有LED屏電子站牌預(yù)算對(duì)比表。

本設(shè)計(jì)硬件芯片需用10個(gè)芯片，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，各個(gè)芯片在淘寶上的價(jià)格，均價(jià)為30元/個(gè);而現(xiàn)有LED屏的設(shè)計(jì)方案至少采用的芯片個(gè)數(shù)在15個(gè)以上，所用的ARM芯片STM32F103和LED屏驅(qū)動(dòng)芯片SD16726，價(jià)位比較高，均價(jià)為50元/個(gè)[7]。

當(dāng)一個(gè)城市有N個(gè)公交車站時(shí)，其價(jià)格差約為(11050-8630)×N =2420×N元。假設(shè)一個(gè)1 000個(gè)公交站牌，則他們的差額為242萬。這僅僅為技術(shù)上的差價(jià)，還存在裝置上的差別，LED燈不需要更換現(xiàn)有站牌，但LED屏站牌需要更換現(xiàn)有站牌。

5 結(jié)論

(1)智能公交電子站牌采用單片機(jī)控制，運(yùn)用GPS+GPRS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和傳輸，單片機(jī)芯片進(jìn)行控制，技術(shù)成熟，容易實(shí)現(xiàn);

(2)粘貼式LED設(shè)計(jì)，利用現(xiàn)有站牌上改裝，工程量小，施工成本低;

(3)設(shè)計(jì)顯示直觀，不存在顯示周期問題，遠(yuǎn)觀近看均可;

(4)與LED屏相比，設(shè)備簡(jiǎn)單，故障率低，系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)便，運(yùn)營(yíng)成本低。

(5)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試穩(wěn)定，適用性好。

[1]陳勝.公交電子站牌系統(tǒng)分析[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2009，11(4):1-3.

[2]SIMcom公司.SIM900A中文資料手冊(cè)[EB/OL].http://www.docin.com/p-276736568.html.[2011-6-11].

[3]毛長(zhǎng)明，張麗宏.基于GPRS的智能公交站牌設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，12(6):92-94.

[4]劉賓，陳占帥，褚志鵬，等.基于GPRS的智能公交站牌顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2014，6(11):134-136.

[5]楊帥.基于神經(jīng)元芯片和單片機(jī)雙處理器結(jié)構(gòu)LON節(jié)點(diǎn)的研究[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學(xué)，2008.

[6]劉永紅，孫盡堯.基于ARM9的GPRS短消息數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī):專業(yè)版，2008(5):21-27.

[7]周念，申金昌，高義奇.中型城市公交電子站牌系統(tǒng)對(duì)比研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)[R].北京:清華大學(xué)，2011-5-28.

Intelligent Bus Stop Board of Bonded LED

WANG Yi-rong，JIA Zhi-xuan，JIA Zhi-gang
(Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China)

A intelligent bus stop board was studied，and the design schemes of software/hardware system were projected.The main content of this study uses STC12LE5A60S2 chip as control core，deals with the received information from SIM900A chip provided by SIMCom and controls the LED，which showed the vehicle's position message.The SIM900A clip，as the public transport information clip，receives and sends the bus's GPRS data.And the LEDs were stuck to the bus stop board，which was corresponding to each site name，and showed the real-time location information about the upper stream buses.The new board design can provide more convenient，more intuitive service for passengers，which has well economy and ease of reforming the construction.

bus stop board，LED(Light-emitting Diode)，GPRS，GPS single chip micyoco

U121

A

10.3969/j.issn.1673-2057.2015.04.013

1673-2057(2015)04-0304-05

2014-12-11

同洲電子科技創(chuàng)新基金(TZ201314)

王藝蓉(1989-)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榻煌ㄐ畔⒐こ碳翱刂?通訊作者:賈志絢，教授，E-mail:jiazhixuan374@sohu.com