李江坤，黃慶彩，李　陽

(太原科技大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，山西 太原 030024)

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智能公交站臺(tái)顯示牌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

李江坤，黃慶彩，李陽

(太原科技大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，山西 太原 030024)

摘要：考慮到公交車輛已成為人們出行不可或缺的一種交通工具，然而到目前為止仍沒有一套有效的可提示等車乘客有關(guān)公交車輛運(yùn)行信息的系統(tǒng)。據(jù)此提出一種基于STM32系列單片機(jī)處理信息、GPRS無線傳輸?shù)闹悄芄徽九_(tái)顯示牌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，此系統(tǒng)最終可在各站臺(tái)顯示某路公交車輛具體位置、通過紅外傳感器測(cè)量出的車上大致人數(shù)、通過溫度傳感器測(cè)量到的車內(nèi)溫度等信息。

關(guān)鍵詞：STM32F103VC；GPRS；溫度傳感器；紅外傳感器

隨著人們環(huán)保、低碳、節(jié)能意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，出門乘坐公交車已經(jīng)成為一種公認(rèn)的節(jié)能方式。但是乘坐公交車面臨的一個(gè)主要問題就是不清楚公交車具體會(huì)在什么時(shí)間到達(dá)站臺(tái)。所以，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)智能公交系統(tǒng)來方便人們合理安排出行時(shí)間并且優(yōu)化出行的路線，同時(shí)它也有助于公交公司的管理。

1整體設(shè)計(jì)方案概述

本系統(tǒng)先由GPS定位系統(tǒng)獲取公交車現(xiàn)在具體位置的信息，再由串口將相關(guān)信息傳遞給STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)將接收到的信息通過無線模塊傳遞到調(diào)度中心，調(diào)度中心把信息經(jīng)過處理后再傳輸?shù)礁鱾€(gè)站臺(tái)，最后由各站臺(tái)的無線接收模塊將接收到的信息傳遞給STM32單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過處理后顯示在顯示屏即可實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的基本部分。再加上車內(nèi)人數(shù)、車內(nèi)溫度等信息即可初步實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)的關(guān)鍵一是如何將車輛上的相關(guān)信息傳到不同位置的各個(gè)站臺(tái)、關(guān)鍵二還應(yīng)考慮如何將人數(shù)、溫度等信息收集起來。

對(duì)于第一個(gè)問題考慮到了可以用基于ZigBee(紫蜂協(xié)議)的無線通信模塊或基于GPRS的無線通信模塊，盡管ZigBee通信不用通過網(wǎng)絡(luò)，使用方便，價(jià)格低，然而它的傳輸距離短的缺點(diǎn)卻導(dǎo)致了不適宜在公交系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，所以本次設(shè)計(jì)采納基于GPRS的無線傳輸模塊[1]。GPRS是在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，GPRS適宜突發(fā)性、小流量的數(shù)據(jù)傳輸，具有實(shí)時(shí)在線，按流量收費(fèi)，無傳輸距離限制等優(yōu)點(diǎn)[2]。

對(duì)于第二個(gè)問題則考慮到了近年快速發(fā)展的單片機(jī)，在本系統(tǒng)中因要處理的數(shù)據(jù)偏多，且如考慮到節(jié)能的因素則一般的單片機(jī)難以勝任，本設(shè)計(jì)使用的是具有優(yōu)良性價(jià)比的STM32系列的單片機(jī)，具體使用的是STM32F103VC。STM32系列單片機(jī)使用的是高性能的ARM 32位的Cortex-M3內(nèi)核，最高工作頻率可達(dá)72 MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)256 k字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器和48 k字節(jié)的SRAM)，具有強(qiáng)大的信息處理能力、3～5個(gè)異步串行接口和豐富的I/O(80個(gè))端口，這些性能指標(biāo)足以完成本設(shè)計(jì)的要求[3]。

此外，人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊本系統(tǒng)是通過車門收費(fèi)處的對(duì)射式紅外傳感記錄上、下車人數(shù)，再通過單片機(jī)處理得出車上剩余人數(shù)，本模塊具體原理在下一小節(jié)會(huì)詳細(xì)說明；溫度測(cè)量模塊用的是DS18B20，它具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)。

2設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)大致可分為3大部分：(公交車輛上安裝的)車載終端，調(diào)度、監(jiān)控中心和(各站臺(tái)的)站臺(tái)顯示。其系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)工作原理圖

2.1車載終端

車載終端可以將車輛位置信息、車內(nèi)人數(shù)、車內(nèi)溫度等信息通過STM32單片機(jī)處理后統(tǒng)一通過GPRS無線發(fā)送模塊發(fā)送給調(diào)度/監(jiān)控中心，是整個(gè)系統(tǒng)最基本的環(huán)節(jié)，主要需解決的問題是如何正確發(fā)送GPRS信息，重點(diǎn)考慮車載終端所在公交車輛的編碼。

2.1.1到站情況處理

本系統(tǒng)中先由GPS定位模塊確定公交車輛的位置信息,再由串口通信將相關(guān)信息傳輸給STM32單片機(jī),單片機(jī)再經(jīng)過相應(yīng)的運(yùn)算處理后將特定的位置信息通過GPRS無線模塊發(fā)送給調(diào)度中心。本模塊的關(guān)鍵技術(shù)是GPS定位，通過STM32單片機(jī)控制GPS模塊進(jìn)行相關(guān)操控、數(shù)據(jù)交換等即可獲取公交車輛的位置信息，并將該信息進(jìn)行處理后通過GPRS無線模塊傳送給調(diào)度中心。

2.1.2人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊處理

該模塊主要由對(duì)射式紅外傳感器組成，它的工作原理是：沒有物體遮擋時(shí)，接收管可以接收到發(fā)射管發(fā)出的光線，接收管輸出低電平；反之當(dāng)有物體遮擋住接收管時(shí)，接收管輸出高電平，單片機(jī)在此可通過記錄上升沿的次數(shù)來記錄上下車的人。如上車們兩側(cè)安裝有發(fā)射傳感器11和接收傳感器10，單片機(jī)記錄上升沿?cái)?shù)為num1；下車門同樣安裝有傳感器20和21，記錄上升沿為num2；num1-num2即是車上剩余的人數(shù)[4]。

2.1.3溫度處理模塊

在此使用的是溫度傳感模塊DS18B20，通過查詢?cè)撔酒氖褂檬謨?cè)即可學(xué)會(huì)它的使用方法，該模塊較簡(jiǎn)單，直接與STM32單片機(jī)串口通信即可獲取當(dāng)下的溫度情況。

2.1.4STM32傳遞數(shù)據(jù)給GPRS模塊

本次設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的就是GPRS模塊了，在此選用的是SIMCom推出的新款緊湊型產(chǎn)品—SIM900A。它屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式。在系統(tǒng)中STM32是通過串口實(shí)現(xiàn)對(duì)SIM900的數(shù)據(jù)傳送和控制[5]。

GPRS具體工作步驟如下所示：GPRS終端通過接口取得數(shù)據(jù)，處理后的GPRS分組數(shù)據(jù)發(fā)送到GSM基站。分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，SGSN通過GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn)GGSN進(jìn)行通信。GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet網(wǎng)絡(luò)。

若分組數(shù)據(jù)是發(fā)送到另一個(gè)GPRS終端，則數(shù)據(jù)由GPRS骨干網(wǎng)發(fā)送到SGSN，再經(jīng)BSS發(fā)送到GPRS終端。圖2為GPRS與Internet連接原理圖[6]。

圖2　GPRS與Internet連接原理圖

2.2調(diào)度/監(jiān)控中心

該模塊的主要功能是對(duì)各輛公交車傳遞回來的數(shù)據(jù)進(jìn)

行統(tǒng)計(jì)、分析和轉(zhuǎn)發(fā)給與該路公交車有關(guān)的站臺(tái)。

接著GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)后如Internet后，最終會(huì)有固定公網(wǎng)IP地址和端口好的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)，服務(wù)器將接收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的站臺(tái)。

2.3站臺(tái)顯示模塊

本部分是整個(gè)系統(tǒng)最可直觀看出成果的部分，也是本設(shè)計(jì)的最后的顯示、最終目的的部分。該部分主要是由STM32單片機(jī)通過GPRS無線模塊接收并分析數(shù)據(jù)后控制發(fā)光二極管與LCD顯示屏的，關(guān)鍵需解決的問題是如何正確接收GPRS信息，重點(diǎn)是如何正確解讀收到的信息來源的公交車輛編碼。

2.3.1車輛位置情況顯示

在顯示屏上標(biāo)清各站臺(tái)位置，每隔100 m左右用一個(gè)LED燈表示，但一定要注意往返兩個(gè)方向的LED燈要用兩排表示且燈的顏色最好不一樣。這樣的話經(jīng)過公交車輛上自帶的GPS定位模塊獲取地理位置信息后再經(jīng)過調(diào)度中心的中轉(zhuǎn)后，即可將位置信息發(fā)送到各個(gè)站臺(tái)，各站臺(tái)的STM32單片機(jī)經(jīng)處理后即可控制相應(yīng)的LED的亮滅。

2.3.2LCD顯示屏顯示模塊

在該模塊主要用來顯示車內(nèi)人數(shù)、車內(nèi)溫度等信息。該模塊也主要通過STM32F103VB單片機(jī)來操控顯示屏顯示信息的。

3結(jié)束語

本智能公交站臺(tái)顯示系統(tǒng)可實(shí)時(shí)的將公交車運(yùn)行情況顯示在公交站臺(tái)和調(diào)度中心，對(duì)市民的出行安排起到重要參考作用。且本系統(tǒng)造價(jià)較低，沒有使用GPS全球定位系統(tǒng)，主要用GPRS進(jìn)行無線傳輸，便于公交部門采納，有較大的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]張輝宜，陶永.智能公交系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國儀器儀表，2007(11)：46-48.

[2]徐莉，王志剛，高璽廣，等.GPRS在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011,19(16)：105-107.

[3]黃智偉，王兵，朱衛(wèi)華.STMF 32位ARM微控制器應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[4]張思遠(yuǎn).基于GPRS的智能公交站牌系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技視界，2013(24):88.

[5]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,2014,22(11)：134-136.

[6]毛長(zhǎng)明，張利宏.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.

The Design of Intelligent Display System on Bus Station

Li Jiangkun, Huang Qingcai, Li Yang

(SchoolofElectronicandInformationEngineering,TaiyuanUniversityofScienceAndTechnology,TaiyuanShanxi030024,China)

Abstract:Considering that the bus has become an indispensible transport tool in the city, and there is no one effective system which can be able to provide the waiting information to the passengers until now. According to the above, the paper proposes an intelligent bus station monitoring system design based on processing information by a series of STM32 single chip and GPRS wireless transmission. This system can display the specific location of a certain bus, and the information of number of people by infrared sensor and the temperature in bus roughly through temperature sensor.

Key words:STM32F103VC; GPRS; temperature sensor; infrared sensor

中圖分類號(hào)：TN91

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674- 4578(2016)01- 0058- 02

通訊作者：黃慶彩(1976- )，女，山東日照人，太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院，講師，主要研究方向：電子技術(shù)。

作者簡(jiǎn)介：李江坤(1995- )，男，山西運(yùn)城人，太原科技大學(xué)在校大學(xué)生，本科，主要研究探尋STM32系列單片機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA的使用。

基金項(xiàng)目：太原科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目(Xj2014055)

收稿日期：2015-11-12