新型智能城際公交到站提醒系統(tǒng)

陳炳飛

（廈門大學嘉庚學院，福建 漳州 363000）

0 引 言

近年來，國民經(jīng)濟水平不斷上升，交通道路鋪設遍布甚廣，隨著低碳出行和節(jié)能減排等綠色理念深入人心[1-2]，公交或地鐵出行成為人們重要的出行方式。然而，目前的公交或地鐵內(nèi)的到站提醒系統(tǒng)存在很多不足，無法滿足人們對智能化生活的要求。本文針對以往公交車報站系統(tǒng)的分析，探究其不足之處，設計了一套新型智能公交到站提醒系統(tǒng)，為未來的公交或地鐵報站系統(tǒng)提供一定的參考。

1 需求分析

1.1 研究背景

據(jù)報道，2018年10月28日，重慶市萬州區(qū)的一輛公交車在橋面上行駛時，乘客與司機因“坐過站”產(chǎn)生激烈爭執(zhí)，相互毆打，導致車輛失控墜入江中，致15人遇難[3]。近些年，乘客因坐過站而與司機發(fā)生沖突的事情屢見不鮮，嚴重危害了其他乘客的生命安全。

現(xiàn)階段的公交報站系統(tǒng)雖然造價低廉，但其提醒到站功能卻已無法滿足大眾的需求。目前國內(nèi)配備有電子線路圖的公交車數(shù)量極少，大多數(shù)公交車內(nèi)僅有紙質版線路圖，未配備智能化、互動性設施[4]。

1.2 存在問題分析

對乘客錯過目的站點的原因進行歸納總結，大概有以下3個因素：

（1）環(huán)境嘈雜，影響到站廣播提示音。高峰時期人流量大導致公交車內(nèi)擁擠、嘈雜[5]，與道路周圍汽車噪音形成一種封閉的環(huán)境，使乘客無法聽清車內(nèi)的到站提示音，也導致司機因噪音無法了解個別乘客到站下車的需求而提前關閉車門，且公交公司有明文規(guī)定，不在公交車站臺停車范圍內(nèi)，司機不能私自靠邊停車，大幅降低了乘客的出行效率和對所乘坐交通工具的滿意度。

（2）專注玩手機。根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)中心2020年4月發(fā)布的相關報告顯示，我國網(wǎng)民用手機上網(wǎng)達8.9億人，其中大學生是主力軍[6-7]。在生活中，手機成癮已是一種普遍現(xiàn)象。雖然手機給生活帶來很多便利，但很多人也有因為在乘坐公交車或地鐵等交通工具時低頭玩手機而錯過目的站的經(jīng)歷。

（3）勞累的工作者，瞌睡的老年人。工作忙碌的年輕人和行動遲緩的老年人，因為某些緣故，如長時間乘車等易犯困，對于到站提示音毫無差覺，從而錯過目的站點。

1.3 設計定位

本系統(tǒng)適用于專線跨市公交、長途大巴等一些無人站立的交通工具，配置智能公交到站提醒系統(tǒng)，解決因瞌睡、車廂內(nèi)噪音而導致乘客坐過站的問題。同時還可避免因下車擁擠而對乘客造成的身體傷害。

2 系統(tǒng)架構

系統(tǒng)主要分為乘客端的座位系統(tǒng)設計和司機端的軟件系統(tǒng)設計，系統(tǒng)架構如圖1所示。乘客可以通過座椅上的按鈕預約站點，并向司機端和本座椅系統(tǒng)提供目的站點信息；司機端將下一站點的到站信息通過ZigBee廣播給每個座椅；座椅接收到司機端的站點信息之后，判斷本座椅乘客預約的目的站點是否即將到達，如果本座椅乘客的目的站點即將到達，則通過座椅振動提醒乘客。

圖1 系統(tǒng)框架

3 座位系統(tǒng)設計

3.1 座位系統(tǒng)硬件模塊設計

座位系統(tǒng)的主控制器選用具有應用廣泛、價格低廉[8]、功耗低、接口多和開發(fā)容易等優(yōu)點的51系列單片機，型號為STC89C52。座位系統(tǒng)的硬件結構包含時鐘電路、復位電路、按鍵模塊、顯示模塊、壓力檢測模塊和振動模塊，如圖2所示。其中時鐘電路、復位電路和51單片機組成單片機最小系統(tǒng)；按鍵模塊使得乘客可以通過按鍵輸入預約車站點；顯示模塊選用LCD1602字符液晶屏顯示下一站將到達的站點和乘客預約的下車站點；壓力檢測模塊選用壓力傳感器檢測座位壓力，如果檢測到壓力達到一定值，則判斷該座位有乘客；振動模塊選用HX711，當車輛到達乘客預約的站點后，振動模塊開啟振動模式提醒乘客下車，防止乘客錯過目的站點；ZigBee模塊采用串口轉換方式，通過透傳模式與司機端的設備進行數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 座位系統(tǒng)硬件結構

3.2 座位系統(tǒng)軟件設計

座位系統(tǒng)的軟件設計包括按鍵掃描檢測程序設計、LCD1602顯示模塊數(shù)據(jù)顯示設計、壓力檢測程序設計、振動模塊振動程序設計和串口數(shù)據(jù)收發(fā)設計。座位系統(tǒng)軟件工作流程如圖3所示。首先對單片機各模塊進行初始化設置，如初始化和配置串口、初始化振動模塊和初始化顯示模塊LCD1602等。

圖3 座位系統(tǒng)軟件流程

串口接收數(shù)據(jù)使用中斷模式，首先判斷串口是否收到第一個字節(jié)，如果沒有收到，則說明司機端未廣播數(shù)據(jù)；如果收到第一個字節(jié)，則進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，每收到一個字節(jié)均需判斷一幀數(shù)據(jù)是否接收完成，如果一幀數(shù)據(jù)沒有接收完成，則繼續(xù)接收直到完整收到一幀數(shù)據(jù)。完整接收到一幀指令后，對幀數(shù)據(jù)進行解析。如果幀數(shù)據(jù)是更新下一站點信息，則更新顯示模塊中需顯示下一站點的信息；如果是司機端提醒該座位乘客下車的信息，則振動模塊開啟振動模式，提醒乘客下車；如果是司機端請求更新相關乘客信息，則組幀將座位是否有人和乘客預約的站點信息上傳；如果幀數(shù)據(jù)錯誤，則丟棄。最后，實時掃描按鍵，檢測乘客預約站點信息，同時，實時檢測并判斷乘客是否到達預約的目的站點，如果到達則開啟振動模式提醒乘客下車。

3.3 座椅系統(tǒng)各模塊安裝設計

將所需各元器件模塊用導線聯(lián)通，需要安裝的模塊主要包含顯示模塊、壓力檢測模塊、按鍵檢測模塊和振動模塊。振動模塊嵌入座椅靠背部位，壓力傳感模塊嵌入座椅坐墊中，兩邊扶手處分別安裝顯示模塊和按鍵檢測模塊，如圖4所示。與傳統(tǒng)座椅相比，從外觀上看，與日常長途大巴座椅無異，只是在扶手處增加了顯示模塊和按鍵檢測模塊，即本系統(tǒng)可在傳統(tǒng)座椅的基礎上進行簡單改造，使座椅更加智能。通過壓力傳感器判斷座位上是否有乘客，當座位上有乘客且乘客預約的站點即將到達時，靠背部位將發(fā)出振動提醒。

圖4 座椅系統(tǒng)各模塊安裝圖

4 司機端軟件設計

4.1 司機端軟件工作流程設計

司機端硬件采用工業(yè)觸摸平板顯示屏，系統(tǒng)安裝Windows10，使用C++語言進行軟件編程開發(fā)。軟件的工作邏輯流程如圖5所示。首先，對界面的所有控件進行初始化。接著，開辟接收緩沖區(qū)，存放從乘客系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)。司機端和乘客座位系統(tǒng)的通信模式采用主從模式，司機端為主機，乘客座位系統(tǒng)為從機。司機端逐個發(fā)送查詢座位乘客預約站點信息指令，然后等待接收乘客座位系統(tǒng)返回的反饋信息。解析接收的數(shù)據(jù)并更新界面座位信息。同時，統(tǒng)計和更新界面上的乘客人數(shù)信息，便于司機了解乘客到達目的站點的下車情況。司機還可以通過查看界面上的人數(shù)統(tǒng)計信息，主動發(fā)送提醒指令給相關座位的乘客。最后，司機端發(fā)送下一站點信息給所有座位。

圖5 司機端軟件工作流程

4.2 司機端軟件界面設計

司機端的操控界面中分布著多個座位按鈕和乘客人數(shù)統(tǒng)計信息，如圖6所示。已有乘客的座位會顯示該乘客的目的站點，且用顏色區(qū)分不同座位乘客與即將到站的站點關系。紅色的座位表示該座位的乘客即將下車；白色的座位表示該座位為空，暫無乘客；綠色表示該座位已有乘客。司機可通過座位的顏色和目的站點來判斷乘客是否離座，是否到站，如遇上到站未離開的乘客，司機可按下相應座位的按鈕，向該座位系統(tǒng)發(fā)出提醒指令，控制對應座椅振動提示，減少因乘客失誤而坐過站的狀況出現(xiàn)。

圖6 司機端操控界面

5 數(shù)據(jù)通信協(xié)議

對司機端和乘客端的通信采取自定義協(xié)議，為保證通信的準確性和協(xié)議拓展性，數(shù)據(jù)協(xié)議一般包括幀頭、長度、類型、數(shù)據(jù)和校驗部分。

司機端的指令格式見表1所列。司機端發(fā)送給乘客端的指令類型有3種：廣播數(shù)據(jù)，用來同步乘客端顯示下一站站點信息；發(fā)現(xiàn)乘客到達目的站點未下車后，司機端主動發(fā)送提醒命令給乘客端；將乘客端的預約站點信息同步到司機端。

表1 司機端指令格式

如果乘客端收到司機端的廣播數(shù)據(jù)，則乘客端顯示模塊更新下一站點的站點信息；如果接收到提醒乘客下車的指令，振動模塊進行相應的振動提醒；如果接收到需同步預約站點信息的指令，則乘客端回復一幀數(shù)據(jù)給司機端，回復的報文格式見表2所列。

表2 乘客端回復幀格式

6 結 語

本文通過對以往公交報站系統(tǒng)不足的分析，設計了一款新型智能公交到站提醒系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實用性強、電路簡單、操作容易等特點，且操作系統(tǒng)可復制，推廣性強。新型智能公交到站提醒系統(tǒng)的改進，從細微之處入手，增強了乘客乘車時的舒適感和滿足感，應用前景廣闊。