一種基于nRF9E5公交車(chē)預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者/賀敏斌，長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車(chē)與機(jī)械工程學(xué)院

一種基于nRF9E5公交車(chē)預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者/賀敏斌，長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車(chē)與機(jī)械工程學(xué)院

基于傳統(tǒng)公交車(chē)報(bào)站系統(tǒng)是借助公交車(chē)司機(jī)的人工操作來(lái)完成的，因此，誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象是不可避免的，而且候車(chē)人也不知道關(guān)于公交車(chē)的一些信息（XX路公交車(chē)什么時(shí)候到達(dá)XX站）。本文介紹一種公交車(chē)的預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，可解決傳統(tǒng)公交車(chē)報(bào)站系統(tǒng)的一系列問(wèn)題。本系統(tǒng)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)和電子技術(shù)，它主要由車(chē)載通信子系統(tǒng)和站點(diǎn)通信子系統(tǒng)組成。車(chē)載通信子系統(tǒng)定時(shí)向外發(fā)射本車(chē)的車(chē)次等信息，當(dāng)公交車(chē)到一定的距離時(shí)，站點(diǎn)通信子系統(tǒng)就會(huì)接收到信息，并將接收到信息以電子顯示的方式預(yù)報(bào)給候車(chē)人；站點(diǎn)通信子系統(tǒng)也定時(shí)向外發(fā)射站點(diǎn)信息，當(dāng)公交車(chē)快到某站臺(tái)時(shí)，車(chē)載通信系統(tǒng)就會(huì)接收到信息將到達(dá)某站，然后它以語(yǔ)音的形式將信息告知車(chē)上的乘客。這兩個(gè)通信系統(tǒng)借助無(wú)線收發(fā)電路，實(shí)現(xiàn)了公交車(chē)的預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站，提高了公交車(chē)的服務(wù)水平，將吸引更多人來(lái)乘坐公交車(chē)，有利于提升城市交通和公交的良好形象。

公交車(chē)預(yù)報(bào)；自動(dòng)報(bào)站；nRF9E5；25AA320；DTR900S

1. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想

在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的時(shí)候,比較了現(xiàn)行的公交車(chē)到站電子預(yù)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，其中最值得一提的就是“GPS+GSM”模式的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)它也是目前最為普遍的一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。現(xiàn)有“GPS+GSM”模式下的公交車(chē)到站電子預(yù)報(bào)系統(tǒng)是一項(xiàng)非常龐大的工程[1—3]。整個(gè)工程是包括GPS系統(tǒng)、GSM無(wú)線傳輸系統(tǒng)、相關(guān)調(diào)度中心管理系統(tǒng)、車(chē)站顯示屏、自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站、司機(jī)考勤、IC讀寫(xiě)器連接和多媒體廣告發(fā)布等多項(xiàng)功能集成的智能調(diào)度管理系統(tǒng)。它借助于將全球定位系統(tǒng)GPS、航位推算DR、電子地圖匹配M M及GSM短消息服務(wù)SMS有機(jī)結(jié)合，準(zhǔn)確地確定車(chē)輛行駛的實(shí)時(shí)位置，并借助目前已有的GSM通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行信息的無(wú)線傳輸，同時(shí)利用公交車(chē)站上新型的顯示屏實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)車(chē)輛到站時(shí)間，還可報(bào)告天氣情況，介紹景點(diǎn)特色，實(shí)現(xiàn)乘客候車(chē)的“可視化”。綜合考慮我國(guó)的國(guó)情以及地區(qū)間、城市間的發(fā)展不平衡，成本問(wèn)題顯然已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的大問(wèn)題。由于“GPS+GSM”模式系統(tǒng)的安裝、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用很高，因此，它很難短時(shí)間內(nèi)在全國(guó)范圍內(nèi)大面積的啟用和推廣。綜上所述，為了克服傳統(tǒng)“GPS+GSM”模塊系統(tǒng)安裝麻煩、運(yùn)營(yíng)復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)價(jià)格低廉、安裝簡(jiǎn)單、適合在我國(guó)大范圍推廣使用的公交車(chē)到站預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)。

本文所介紹的公交車(chē)到站預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)屬于一種基于nRF9E5芯片的智能管理系統(tǒng)[4,5]，它由車(chē)載通信子系統(tǒng)和站點(diǎn)通信子系統(tǒng)組成。其中車(chē)載通信子系統(tǒng)安裝在公交車(chē)上，站點(diǎn)通信子系統(tǒng)安裝在各公交車(chē)站點(diǎn)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

車(chē)載通信系統(tǒng)由單片機(jī)、遠(yuǎn)距離無(wú)線發(fā)射電路、近距離無(wú)線接收電路、電源電路及語(yǔ)音電路構(gòu)成，它負(fù)責(zé)定時(shí)向外發(fā)送本車(chē)的車(chē)次信息，同時(shí)等待接收各站點(diǎn)通信系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)。站點(diǎn)通信系統(tǒng)由單片機(jī)、遠(yuǎn)距離無(wú)線接收電路、近距離無(wú)線發(fā)射電路、LED顯示屏和電源電路等構(gòu)成，它也負(fù)責(zé)定時(shí)向外發(fā)送站點(diǎn)信息，同時(shí)也準(zhǔn)備著接收各車(chē)載通信系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)。當(dāng)有公交車(chē)行駛達(dá)到遠(yuǎn)距離無(wú)線收發(fā)電路通信的有效距離（例如2 km）時(shí)，站點(diǎn)通信系統(tǒng)就會(huì)接收到車(chē)載系統(tǒng)的發(fā)出的車(chē)次信號(hào)，接著它以LED顯示的手段將公交車(chē)線路信息預(yù)報(bào)給候車(chē)人，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)有公交車(chē)行駛達(dá)到近距離無(wú)線收發(fā)電路通信的有效距離（例如8 m）時(shí)，車(chē)載通信系統(tǒng)就會(huì)接收到站點(diǎn)系統(tǒng)的發(fā)出的站點(diǎn)信號(hào)，然后它將站點(diǎn)信息以語(yǔ)音的形式告知車(chē)上的乘客。站點(diǎn)通信系統(tǒng)中的LED顯示屏除了可以顯示下一輛公交車(chē)到達(dá)本站的時(shí)間外，還可以動(dòng)態(tài)顯示廣告信息，增加系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的附加值。

圖1 公交車(chē)到站預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站原理圖

2. 硬件設(shè)計(jì)部分

2.1 遠(yuǎn)距離無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)

遠(yuǎn)距離無(wú)線收發(fā)電路采用DTR900S，它采用單IC射頻前段與Atmel的AVR單片機(jī)組成，可高速傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的微型收發(fā)信號(hào)機(jī)，可對(duì)無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行打包、檢錯(cuò)和糾錯(cuò)處理。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中選擇了具有2W輸出功率的型號(hào)，通信距離可達(dá)1000～2000m，并在各公交車(chē)站的安裝位置加配螺旋天線（高度為6cm），因此在通信距離上滿(mǎn)足了信息收發(fā)的條件。DTR900S的外觀圖如圖2所示。

2.2 近距離無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)

近距離無(wú)線收發(fā)電路采用nRF9E5芯片，nRF9E5是真正的系統(tǒng)級(jí)無(wú)線射頻收發(fā)芯片[6,7]，內(nèi)嵌高性能8051MCU，4通道12位ADC，4K字節(jié)的ROM及256字節(jié)的RAM。內(nèi)置nRF905收發(fā)器，包括所有nRF905芯片特性，可以工作在ShockBurstTM模式下（自動(dòng)處理前綴，地址和CRC），最大程度地抑制了噪聲，工作電壓范圍為1.9V～3.6V。nRF9E5符合FCC標(biāo)準(zhǔn)和ETSI EN300 200—1標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 LED顯示屏

圖2 DTR900S外觀圖

圖3 nRF9E5數(shù)據(jù)發(fā)送流程

圖4 nRF9E5數(shù)據(jù)接收流程

隨著LED顯示技術(shù)的發(fā)展，LED顯示屏已從原來(lái)的單純文字顯示發(fā)展到現(xiàn)在的文字、圖像、動(dòng)畫(huà)和視頻等各種多媒體應(yīng)用。它具有高清晰度、色彩鮮艷、視角大、工作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)和功耗低等優(yōu)點(diǎn)。由于采用單元模塊化結(jié)構(gòu)，屏體大小可按用戶(hù)要求靈活拼制；它的超高亮度使它在戶(hù)外顯示中具有不可替代的作用。在公交車(chē)到站的預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)中我們采用了深圳艾比森實(shí)業(yè)有限公司的戶(hù)外型LED陣列顯示器，它是一種采用厚膜混合集成技術(shù)研制的矩陣式LED平板顯示器，這種技術(shù)使內(nèi)部混合電路的元器件與外界隔絕，免受機(jī)械損傷，同時(shí)防止外界潮濕氣、腐蝕氣體對(duì)電路的損害。由于該戶(hù)外型LED顯示器的每塊單元板為64×32點(diǎn)陣，因此我們使用了3塊單元板接成一個(gè)192×32點(diǎn)陣的LED顯示屏，按16×16點(diǎn)陣一個(gè)字計(jì)算，那么該顯示屏可顯示兩行，一行12個(gè)字。

3. 軟件設(shè)計(jì)部分

系統(tǒng)的軟件程序包括車(chē)載通信子系統(tǒng)軟件和站點(diǎn)通信子系統(tǒng)軟件[8]，車(chē)載子系統(tǒng)軟件完成向站點(diǎn)發(fā)送被寫(xiě)入的車(chē)次、接收站點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)送的站點(diǎn)信息并將信息以語(yǔ)音的形式告知各位乘客；站點(diǎn)通信系統(tǒng)軟件完成接收車(chē)載系統(tǒng)發(fā)送的車(chē)次信息、向候車(chē)人顯示車(chē)行信息以及向車(chē)載系統(tǒng)發(fā)送站點(diǎn)信息等。

4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

在軟件中設(shè)置了：當(dāng)無(wú)線接收模塊接收到不同的數(shù)據(jù)時(shí)，它的P00口輸出不同頻率的方波。具體如下：當(dāng)接收到00 00 00 01數(shù)據(jù)包時(shí)，P00口輸出頻率為266.0Hz的方波；當(dāng)接收到00 00 00 f數(shù)據(jù)包時(shí)，P00口輸出頻率為133.0Hz的方波；當(dāng)接收到00 fe 00 00數(shù)據(jù)包時(shí)，P00口輸出頻率為88.7Hz的方波；當(dāng)接收到00 02 00 00數(shù)據(jù)包時(shí)，P00口輸出頻率為66.5Hz的方波；當(dāng)接收到01 00 00 00 00 00 00 00數(shù)據(jù)包時(shí)，P00口輸出頻率為53.2Hz的方波；當(dāng)接收到02 00 00 00 00 00 00 00數(shù)據(jù)包時(shí)，P00口輸出頻率為44.3Hz的方波；圖5是我們用示波器監(jiān)測(cè)無(wú)線接收模塊的P00口所得到的波形。

實(shí)驗(yàn)測(cè)得以上方波的頻率分別為：265.9Hz，133.0Hz，88.1Hz，66.3Hz，53.1Hz，44.5Hz；幅度均為3V。

根據(jù)上述結(jié)果可知，發(fā)射模塊與接收模塊已經(jīng)能正常通訊，并且由多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，系統(tǒng)通訊比較穩(wěn)定及可靠。

5. 結(jié)論

本文所述的公交車(chē)到站預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、使用靈活、成本低廉等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足現(xiàn)代化城市的公交運(yùn)營(yíng)需要。綜上所述，公交車(chē)到站預(yù)報(bào)及自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

＊ [1]王東, 張海輝, 路艷巧. 基于GPS的公交車(chē)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用, 2010, 29(24):86—88.

＊ [2]肖煜, 葉邦彥. 基于GPS的公交智能報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電工程技術(shù), 2009, 38(1):98—100.

山東省是中國(guó)的農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)增加值居全國(guó)第一。但是，近年來(lái)農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)相繼出現(xiàn)“蒜你狠”“豆你玩”“姜你軍”“向錢(qián)蔥”“糖高宗”等現(xiàn)象，價(jià)格的暴漲給山東人民的生活水平造成極大沖擊，進(jìn)而影響了山東經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，本文對(duì)山東省農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格和CPI之間的關(guān)系，特別是農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格變動(dòng)對(duì)CPI的影響程度及持續(xù)性進(jìn)行研究，以期對(duì)分析山東省的通貨膨脹現(xiàn)象、穩(wěn)定物價(jià)提供現(xiàn)實(shí)的參考價(jià)值。

＊ [3]陳勇兵, 王愛(ài)華, 何小衛(wèi). GPRS/GPS車(chē)載網(wǎng)絡(luò)終端硬件與驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)[J]. 浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 32(1):86—90.

＊ [4]Nordic nRF9E5 Product Specification[Z]. Nordic corpora—tion, 2003.

＊ [5]馬忠梅, 籍順心, 張凱等. 單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)出版社, 2003.

＊ [6]劉泉. 通信電子線路[M]. 武漢理工大學(xué)出版社, 2002.

＊ [7]陳邦媛. 射頻通信電路[M]. 科學(xué)出版社, 2003.

＊ [8]施蘊(yùn)陵. 近代無(wú)線電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[M]. 北京出版社, 1994.

圖5 無(wú)線接收模塊接收到不同的數(shù)據(jù)時(shí)，P00口輸出的不同頻率的方波