一種手持式公交車收費及信息統計裝置

葉鼎晟，張 凱

（南京信息工程大學 信息與控制學院，江蘇 南京 210044）

目前城市的交通擁堵現象比較嚴重。據有關新聞報道:在我國，交通擁堵現象己經從北京、上海、廣州等特大城市擴展到一些大中城市:由城市內部局部的“點”擁堵，擴展成局部的“面”擁堵。在居民出行的早晚高峰時，擁堵現象更為明顯，城市道路處于明顯的飽和狀態。據有關部門統計，我國因城市交通的不便，造成的經濟損失每年都能達上千億元[1]。世界各國都非常重視公共交通的發展在解決城市交通擁擠問題上的作用，公交優先的原則也已成為我國各城市管理部門的共識[2]。

然而在相同服務水平下，公共交通的人均動態占用路面面積相對較小，能夠極大地節省道路資源。公交車、自行車，以及非公交機動車的人均動態占用路面面積比例為1:4:12[3]。目前，在我國城市公共交通系統中，公共汽車和電車承擔了城市80%以上的客運量[4]。對于市區內出行，乘用公交車的費用要遠低于非公交車。所以說市內較遠距離的出行，公交出行的總成本最低[5]。我國城市人流、物流和機動車輛都在急劇的增加，從而使城市交通存在的問題暴露無遺[6]。

文中提出的這種公交車收費及信息統計裝置，能夠對乘坐不同路程的乘客進行不同的收費，同時能夠對車輛內部的信息進行統計、存儲、發送。

1 系統功能說明

文中主要針對現有技術存在的缺陷提供一種手持式公交車收費及信息統計裝置而設計一種新的收費裝置。該裝置的功能主要有：1）利用Zigbee技術將車內人數信息及位置信息傳送到站臺進行顯示。2）利用語音技術進行報站及液晶界面數字顯示提醒每站的到站人數。3）利用數組對客流統計進行信息存儲，利于分析客流特征，便于公交調度和線路規劃。4）自動統計售票金額，為公交運營后的賬目管理提供方便。這種手持式公交車收費及信息統計裝置，主要包括無線收發模塊、語音播報模塊、液晶顯示模塊、非接觸式IC卡讀寫模塊、微處理器和鍵盤輸入模塊。其結構框圖如圖1所示。

圖1 裝置的總體結構框圖Fig.1 System structure diagram

各結構功能如下：

1）無線模塊 無線模塊主要是將車內的信息，發送給站臺上的乘客，可以讓乘客提前了解車內信息，較好地選擇出行路線；從而避免某些車過分擁擠而造成出行不便。

2）語音模塊 主要用來提醒乘客和乘務員到站信息，讓乘客作好下車的準備。

3）液晶模塊 提醒即將到站，顯示乘客和車內信息，提供了良好的人機交換界面。

4）非接觸式IC卡讀寫模塊 集成了原有公交卡的功能，可以對公交卡進行讀寫，方便持卡乘車的乘客。

5）單片機模塊 裝置的核心模塊，用來處理各種數據，處理各類信息，連接該裝置的各個模塊，使整個的裝置性良好地工作。

6）輸入模塊 錄入乘客的信息，提供了人機交換的渠道。

2 系統硬件設計

這種手持式公交車收費及信息統計裝置，主要應用在有人售票的長途公交車上，它包括非接觸式IC卡讀寫模塊、無線收發模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入、語音播報和微處理器。本文各裝置模塊采用串口連接通信，此種裝置其硬件模塊連接電路圖如圖2所示。

圖2 裝置電路圖Fig.2 Device circuit diagram

其中IC卡讀寫模塊采用射頻卡讀寫模塊，型號為wm_17tc，讀寫8 k及32 k mifare卡，使用ARM處理器，讀寫速度快，讀寫穩定性好，有卡上傳卡號，不用輪詢，編程簡單，開發資料全，在線技術支持，使用量大，是單片機開發的最佳選擇。

無線收發模塊采用CC2430芯片來實現需要的功能。CC2430/CC2431芯片采用0.18μm CMOS工藝生產，在接收和發射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430/CC2431的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。

液晶顯示模塊采用的型號為HG1286419，此芯片顯示顏色為單色，LCM液晶糢塊屏幕尺寸為3英寸，STN黃綠糢式對比度可調，分辨率為 128×64，點距 0.40×0.40（mm）響應時間 500 ms，可視角度 50°，顯示尺寸為 60.0×32.6 mm2點大小：可使用單5 V/單3.3 V。

語音播報采用ISD4004芯片；此芯片工作電壓為3 V，單片錄放時間為8～16 min。芯片使用CMOS技術，內含震蕩器、防混淆濾波器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。采樣頻率可為 4.0，5.3，6.4，8.0 kHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質則有所下降，片內信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年，反復錄音10萬次。

微處理器采用ATMEL公司的AT89S52單片機，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8 k在系統可編程Flash存儲器。使用ATMEL公司非易失性存儲器技術制造，于工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許存儲器在系統可編程，也適用于常規編程器。AT89S52具有以下標準功能：8 k字節Flash，256字節RAM，32位I/O口線，定時器，2個數據指針，3個16位定時器/計數器，1個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。

此種裝置的鍵盤設置為4×4矩陣鍵盤，分別為數字鍵0～9、更正、確認、乘號、刷卡、播報以及發送。各鍵的功能設置如下：數字鍵0～9作為站臺輸入和人數輸入，清除鍵為清除上一次按鍵輸入的記錄。確認鍵是輸入站臺數和人數之后的確認，按確認鍵后在液晶顯示上可以顯示具體金額。乘號鍵是輸入站臺和輸入人數之間的一個識別鍵，在按完站臺數后，再按乘號鍵，然后按人數，則表示有幾人在該上述站臺數的站臺下車。刷卡鍵的作用在于得到金額數之后利用裝置的非接觸式IC卡的讀寫模塊從IC卡上扣除具體的金額，實現對公交卡的讀寫。播報的功能是播報站臺，以及需要下車的人數。按“數字+發送”則表示在該站臺上車的人數，該人數就是售票員需要收費的人數。同時在按下“發送”鍵的同時也觸發了無線數據收發模塊將數據發送給站臺。

3 系統軟件設計

系統的軟件程序主要包括鍵盤輸入軟件系統，單片機處理系統，無線收發軟件系統。鍵盤輸入系統通過信息的采集，將信息傳送到單片機處理系統，單片機通過對數據的處理，將需要的信息反應在液晶顯示模塊，和語音播報模塊。同時也將鍵盤輸入的信息進行處理，將有用的信息通過無線傳輸發送給站臺，站臺可通過接收到的信息發送給下一站臺。這樣可以對整個公交車運行的過程進行信息的統計，以便公交公司對公交車進行合理的調度。

整個程序采用C語言編寫，主要的程序過程如圖3所示。

此種裝置還具有長時間統計區間客流量的功能，根據每次乘客的上車站數以及下車站數信息，每次乘客的乘車區間信息都將被累加記錄在裝置內。

這種裝置主要依靠鍵盤模塊輸入信息，鍵盤模塊的軟件程序如下：

//本人采用類式類似電話按鍵的編碼方式，方便以后設計

code unsigned char key_tab[17]

={0xed，0x7e，0x7d，0x7b， //1 2 3 a

圖3 裝置程序流程圖Fig.3 Device program flow diagram

0xbe，0xbd，0xbb，0xde，//4 5 6 b

0xdd，0xdb，0x77，0xb7，//7 8 9 e

0xee，0xd7，0xeb，0xe7，0XFF}// * 0 # f

//中斷口（INT0），利用中斷來掃描鍵盤矩陣，讀取數據

裝置的主程序如下，用來通過各個模塊的相連讀取按鍵中的數據，實現裝置的各項功能。

void main（void） //入口函數

{ LCD_welcome（）；

EA=1； //首先開啟總中斷

EX0=1； //開啟外部中斷 0

IT0=1； //設置成下降沿觸發方式

P0=0xf0； //P0口高位輸高電平，經過與或電路，連接外中斷0，有鍵按下調用中斷函數1111 0000

while（1）{if（flag==1）

{ key_massage（l_key）；

flag=0；}}}

以下是對某次公交車出行進行的數據統計如圖4、表1所示。

圖4 公交車乘客人數統計圖Fig.4 Bus passenger number statistical graph

通過表1可以清晰地了解公交車行車過程中車內的狀況，公交車人流量最大的是在中間的幾站，而上車和下車人數最多的也在中間的幾站。通過接口將信息輸出到計算機內進行分析，長時間的乘客乘車區間統計有助于公交調度和公交線路規劃。同時對公交出行人數，狀況進行數據的采集，可以分析出各個站臺的上車人數，了解到各個站臺的需求。使用這些數據的記錄和統計，通過非線性算法分析，甚至可以分析出某天，某個時段的路況、擁擠程度和是否有交通事故的發生。

表1 車內人數表Tab.1 Number of passengers in the bus

4 結束語

這種手持式的公交車收費裝置，很大程度上優化了現在收費方式一刀切的不合理之處，對各種乘客特別是近距離出行的乘客提供了很大的便利。同時對車內信息的統計和反饋，對在公交站臺上的乘客有很好的提醒和預報作用，公交公司也能合理的分析和處理數據。

[1]何顯慈.區域交通網絡規劃[M].湖南：湖南科學技術出版社，1992.

[2]孫文.IC卡公交乘車數據庫OD矩陣的構造研究[D].山東：山東大學，2007.

[3]楊琪，王煒.OD出行矩陣的容量限制推算方法[J].公路交通科技，2002（2）：10-13.YANG Qi，WANG Wei.OD matrix capacity limit calculation method[J].Technology of Highway and Transport，2002（2）：10-13.

[4]孫斌.深圳公交IC卡收費管理系統 [J].城市公共交通，2000（6）：31-32.SUN Bin.The public transit IC card charging management system of Shenzhen[J].Urban Public Transport，2000（6）：31-32.

[5]楊兆升.交通運輸系統規劃[M].北京：人民交通出版社，1997.

[6]朱媛玲.我國城市交通發展現狀與優化[J].長春大學學報2009（3）：21-23.ZHU Yuan-ling.The development status and its optimization of urban transport[J].Journal of Changchun University，2009（3）:21-23.