基于STM32單片機的智能公交設計

夏勝利 殷鳴

摘 要：為了有效解決在某些公交站臺或大型客運站售票刷卡上車效率低的問題，以及客流信息和車內信息獲取不便的缺陷，給予乘客更為舒適的乘坐體驗并實現客流的統計和人車信息的交互，結合手機互聯網便捷快速的優勢，利用STM32處理器作為單片機平臺，選用全球定位系統（GPS）模塊和無線傳輸模塊ESP8266及DHT11溫濕度傳感器設計了一種免去乘客排隊等待上車的系統。此系統通過公交車上裝載的WiFi探針設備檢測乘客手機信號的有無，并結合GPS定位公交站點，按一定算法實現乘客的上下車自動扣費，同時將車內信息通過互聯網傳遞給用戶以及公交公司，在方便乘客的同時實現了信息的多方交互。

關鍵詞：單片機;WiFi探針;自動扣費;公交;信號檢測;客流統計

中圖分類號：TP277文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）08-00-02

0 引 言

目前人們大多采用交通卡刷卡的形式乘坐公交，排隊上車刷卡或由檢票員人工詢問站點后刷卡[1]。這種方式存在如下缺點：

（1）無法獲取公交信息以及道路擁堵情況，人車互動性不強;

（2）在購票遇上客流量大的情況時，需要長時間排隊。

互聯網具有更新速度快、互動性強、不受空間限制且數據存儲量大，高效快速等特點，使得其在傳遞行車信息及檢測車內乘客數據信息時可以做到快速、高效、及時。

通過設置在公交車上的WiFi探針設備[2]獲取每位WiFi使用者的手機信號和MAC地址[3]，并通過算法實現對手機的定位，及時獲知乘客在哪一站上車以及在哪一站下車[4-5]，并基于此信息對乘客扣費。本文將介紹一種基于STM32單片機作為處理芯片并通過WiFi探針實現對手機信號進行檢測的裝置，由該裝置進行自動扣費。

1 系統設計

1.1 硬件設計

本系統的硬件部分主要基于STM32單片機開發板進行開發，配合全球定位系統（GPS）模塊、ESP8266無線網絡模塊以及串口轉USB模塊使用。

1.1.1 STM32F103單片機

本設備采用意法半導體公司設計生產的STM32處理器作為單片機平臺，相比51單片機而言，STM32單片機具有更豐富的函數庫，更多的引腳，更強大的計算能力和多任務處理能力。它采用ARM構架，性能高、成本低、功耗低且體系結構超前。

1.1.2 DHT11溫濕度傳感器

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器與單片機相連，以確保反應速度[6]。

1.1.3 NEO-6M GPS模塊

NEO-6M GPS模塊帶有外部天線，內置E2PROM，其默認的波特率為9 600 bps，支持標準的NMEA（美國國家海洋電子協會）。它有四個引腳，分別為VCC，RX，TX和GND。該模塊使用TX和RX引腳與STM32單片機通信，接線簡單，通過nmealib庫解碼就可以得到相應的坐標和速度信息。

1.1.4 ESP8266模塊

ESP8266是一款超低功耗的串口無線透傳模塊，具有小尺寸的封裝和超低能耗等特點。它能實現用戶串口數據到無線網絡之間的交換，有如下兩種解決方案：

（1）使用內部自帶處理器對芯片進行二次開發，通過I/O口控制設備，節省成本但難度大;

（2）ESP8266模塊外接單片機，完成網絡相關任務，使用AT命令，通過串口和外接單片機通信，開發速度快，性能穩定[7-8]。

1.2 算法核心

1.2.1 乘車判定

在公交車進入公交站臺后，會利用車載WiFi探針設備來檢測用戶手機信號[9]，將檢測到的手機信號即MAC地址存儲到一個二維數組中。當公交行駛了規定距離后，公交車的信號探測設備將繼續檢測，將第二次檢測到的手機信號再次存儲，并與第一次檢測到的數組進行比較，發現在公交站附近檢測到部分MAC地址，待公交駛離過后一段時間無法再檢測到，則證明此人可能沒乘車，或者第二次掃描時無手機信號，則需多次檢測，存儲對比數據，若某MAC地址只在第一次檢測時出現，后面幾次檢測均未出現，則將此手機信號在數組內刪除，同時判定此人未乘坐公交[10]。

1.2.2 乘坐站點判定

在公交車駛進A站進行信號檢測的同時，公交車GPS模塊檢測當前公交車的位置并存儲。然后公交車到下一站臺B時將再次檢測手機信號與位置信息并存儲。行駛到C站，仍舊搜索手機信號與位置信息并存儲，之后與B站存儲的二維數組進行比較，若發現手機信號在B站有而C站無，則可判定此手機信號擁有者從A站上車，B站下車。以此類推得出乘客的乘坐站點。

1.2.3 公交數據的統計

系統統計乘客上下車的情況可以通過組成一個站間到發客流表，見表1所列。實驗中使用4個站（A～D），其中橫向表示下車，縱向表示上車。表中（C，A）為3，即表示有3位乘客在C站上車A站下車。通過計算即可獲得各站上下車人數、全日及高峰時段客流信息等。再根據這些信息可以制定相應的車輛開行計劃，在減少乘客等待時間的同時避免資源的浪費[11]。

2 結 語

本文采用手機代替公交卡，高效便捷，提高了乘客乘車的體驗度。通過車載的WiFi探針設備不斷檢測乘客的實時位置，無需通過刷卡進行上客判斷。通過溫濕度傳感器檢測車內溫濕度并告知乘客，方便乘客選擇合適的出行公交。

但不足之處依舊存在：例如有的老年人未攜帶智能手機，或者不會使用智能手機導致扣費失敗等。但我們相信，隨著智能手機的普及，本系統將得到更好的應用。

參 考 文 獻

[1]吳慧蘭.上海市公交系統智能化的現狀與發展研究[J].科技創新與應用，2019（2）：90-91.

[2]姚國志.基于WiFi探針的客流量檢測應用研究[J].計算機產品與流通，2018（2）：157-158.

[3]王烽，倪城林.移動設備MAC地址在高速公路道路擁堵檢測中的應用[J].中國交通信息化，2018（7）：101-103.

[4]何紫薇，池佳豪，陳夢陽，等.基于STM32的GPS導航儀的設計與實現[J].電腦迷，2018（6）：93.

[5]徐暢.基于WiFi的人流量監控系統的設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2017.

[6]李珍，夏經德，付斌.基于單片機的大棚溫濕度監測系統設計[J].國外電子測量技術，2018，37（7）：66-69.

[7]薛翔，王琰.基于ESP8266的智能開關控制系統設計[J].電子世界，2018（21）：147-148.

[8]羅章，賈程乾，于津瓔，等.基于ESP8266的信號采集終端設計[J].電子世界，2018（23）：149-150.

[9]黃欣.智能手機的信號采集[J].電子技術與軟件工程，2018（21）：19.

[10]王圓圓.基于GPS的計算機數據采集處理系統設計與研究[J].計算機產品與流通，2018（9）：108.

[11]汪林，張寧，邵家玉，等.基于歷史交易信息的城市軌道交通運營調度優化研究[J].鐵路通信信號工程技術，2018，15（10）：58-63.