每個公交站均構(gòu)成公交車到站信息查詢系統(tǒng)，公交站與公交車之間采用CC2530射頻通信模塊傳遞信息，公交線路利用電力線半波通信實現(xiàn)各公交站之間信息交換,當(dāng)兩公交站之間距離較長時采用Wi-Fi方式通信，乘客可利用手機APP登陸計算機的網(wǎng)絡(luò)端口獲得各路公交車到站信息。

(二)

背景技術(shù)：
：

隨著公交事業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的人開始乘坐公交車出行，城市公交線路隨著公交事業(yè)的發(fā)展迅猛增多，因此道路也越來越擁擠，乘客等候乘車的時間變得很不確定，造成有的公交車很擁擠有的公交車乘客卻很少，由于擁擠的公交車上下車人數(shù)多時間長，每一站都需要停留更長時間，如果乘客能知道各線路公交車到站信息，避開擁堵線路就可以在一定程度上緩解公交線路擁堵情況，同時也方便乘客乘車。

現(xiàn)有基于GPS全球定位的智能公交站牌系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)提供的擴展GPS功能，對公交車輛進行實時衛(wèi)星定位，雖然可以實時掌握公交車輛目前的位置、行駛速度、方向等信息，但是基于GPS全球定位的系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜昂貴靈活性差，而且城市多高樓大廈，一些地區(qū)衛(wèi)星信號不暢，因此影響普及，目前只有超大城市才有試用。

(三)

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本系統(tǒng)在公交終點站設(shè)置有公交站的主控制器，在各公交站設(shè)置有公交站控制器，主控制器與各公交站控制器通過電力線半波通信組網(wǎng)。每輛公交車安裝有車載控制器用于與公交站控制器進行無線通信信息交換，系統(tǒng)架構(gòu)簡單造價低廉信號穩(wěn)定性好。

主控制器和各公交站控制器的周波甄別電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，由二個采用滯回比較器的電壓比較器組成，二個比較器分別設(shè)置在周波正半周下降段，峰值電壓的60％至80％處作為甄別點1和30％至45％處作為甄別點2，周波正半周下降段接近通信中斷INT1的斷點處，甄別點設(shè)置在通信中斷INT1的斷點附近，濾去了大部分干擾，并使通信在周波負半波的位置更準(zhǔn)確。每個電壓比較器中均包含濾波電路，其電壓比較器的基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓電路提供，從電力網(wǎng)線經(jīng)信號調(diào)理、電阻降壓、分壓、穩(wěn)壓后接比較器輸入端。

如圖1所示，在周波過零處，即甄別點0設(shè)置電壓過零檢測模塊，它采用周波正半波信號經(jīng)電阻分壓、二極管進一步隔離負半周、信號調(diào)理后送入D觸發(fā)器的時鐘端CLK，D觸發(fā)器的Q端接單片機外部中斷口INT0，該外部中斷口INT0設(shè)置成電平觸發(fā)，D觸發(fā)器的D端接地，S端接單片機I/O口，平時該I/O口置1。當(dāng)周波正半波信號到來時，緊接其后的CLK信號上升沿使D觸發(fā)器Q端為0，單片機外部中斷口INT0低電平，從而產(chǎn)生中斷，中斷時間為T0，從T0處開始計時，經(jīng)5MS延時，單片機掃描甄別點T1處電壓比較器﹙V1﹚的輸出電壓，當(dāng)周波電壓達到﹙V1﹚的閾值電壓時，輸出電壓產(chǎn)生跳變，掃描記錄其跳變時的計時時間t1；同樣掃描記錄甄別點T2處電壓比較器﹙V2﹚輸出電壓跳變的時間t2，將t1、t2分別與t1、t2相對應(yīng)的跳變時間設(shè)定值Ts1、Ts2作比較；如果在允許誤差范圍內(nèi)，則檢測到的該周波信號為真，否則為假。為假時關(guān)中斷INT1，執(zhí)行中斷返回，當(dāng)為真時D觸發(fā)器置0，執(zhí)行指令：開中斷INT1、所述I/O口置0、關(guān)中斷INT0、所述I/O口置1。

同步時間采用對電網(wǎng)周波的累計計數(shù)值N與電網(wǎng)一個周波的平均時間T相乘的積，再加上計時時間點ti與電網(wǎng)周波整數(shù)值之間的計時值Ts得到同步時間TZ，其電網(wǎng)周波的平均時間是在電網(wǎng)周波計數(shù)過程將100個電網(wǎng)周波時間的測量值取其平均值得到。

系統(tǒng)是在約定的同步時間通信。在各站控制器和主控器的通信電路中各安裝一個通信電子開關(guān)、開關(guān)驅(qū)動模塊。通信電子開關(guān)的開關(guān)驅(qū)動模塊是從電力網(wǎng)線經(jīng)電阻降壓、信號調(diào)理并反相后接D觸發(fā)器A的CLK端，D觸發(fā)器A的Q端接單片機的外部中斷口INT1，該中斷口設(shè)置為電平觸發(fā)。D觸發(fā)器A的D端接地，其S端與單片機的I/O口相接，初始狀態(tài)S端置1。當(dāng)CLK端的正方波信號到來時，其上升沿使D觸發(fā)器置0中斷口INT1低電平產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中先經(jīng)0.5MS延時后接通通信電子開關(guān)，開始計時，并使S端置0，D觸發(fā)器置1即Q端為1而關(guān)中斷INT1，然后進行通信，通信電子開關(guān)依所采用通信方式接于單片機相應(yīng)端口，并進行信號調(diào)理，計時9MS以內(nèi)這一周波的通信結(jié)束，關(guān)斷通信電子開關(guān)，S端置1使開中斷等待下一周波的通信，如此周而復(fù)始實現(xiàn)半波通信。本次通信結(jié)束時主控器向各站控制器發(fā)送關(guān)斷通信電子開關(guān)，關(guān)中斷INT1的指令。

公交車行駛里程的信號源為安裝在變速器或車輪輪轂上的里程表傳感器，對里程表傳感器輸出脈沖信號計數(shù)就可反映車輪轉(zhuǎn)數(shù)，獲取車速與行駛里程信息，該里程表傳感器輸出信號經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路抗干擾后使輸出信號可由微處理器端口準(zhǔn)確捕捉識別，再送入微處理器端口。各線路公交車的車載控制器均預(yù)置各站間里程數(shù)據(jù)，以獲得行駛中位置。公交車與公交站通信時,當(dāng)公交車的車載控制器計算設(shè)定到站時兩站間里程減去實際測量到站時兩站間里程的誤差值在+8米與－5米之間時,表示前面沒有?？康墓卉嚕摴卉嚍榈秸疚恢猛？浚瑒t所述誤差值作標(biāo)記M,公交車的車載控制器將標(biāo)有M的各次到站里程誤差值,取5次以上按設(shè)定比例次數(shù)刪去數(shù)次最大到站里程誤差值,其余取平均值作為補償值,用于糾正測量里程。所述設(shè)定的時間間隔需保證同時到站的公交車全部離開,使下一輛公交車在到站位置停靠。

公交車與公交站均設(shè)置射頻通信模塊，實現(xiàn)公交車與公交站之間的無線信息傳遞。射頻通信模塊采用CC2530模塊，也可以采用其它微處理器的Zigbee模塊。CC2530是TI公司生產(chǎn)的一款基于SOC(片上系統(tǒng))，支持IEEE802.15.4、ZigBee、ZigBee PRO標(biāo)準(zhǔn)，芯片集成了2.4GHZ直接序列擴頻RF收發(fā)器、工業(yè)級增強型8051單片機，ZigBee是低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee協(xié)議棧的絕大部分代碼都是公用的，這樣就大大增加了項目的可移植性，其應(yīng)用層特征信息均被保存在ZigBee.def文件中，作為應(yīng)用程序開發(fā)的一部分，要根據(jù)實際情況修改該文件設(shè)置。

ZigBee工作頻率為2.380GHz～2.500Ghz，共26個信道，支持跳頻擴頻，可有效的避免自身的頻段干擾，也可用其擴展頻段避開WI-FI的干擾，并支持沖突避免的載波多路偵聽技術(shù)(CSMA-CA)當(dāng)應(yīng)用程序需要將數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的一組設(shè)備時，可以使用組尋址方式還可以對模塊進行發(fā)射功率,信道等網(wǎng)絡(luò)拓撲參數(shù)的配置。通信時根據(jù)需要設(shè)置信道，并設(shè)置成發(fā)送器模式或接收器模式。

車載控制器由CC2530模塊構(gòu)成，公交車里程輸出信號接于CC2530模塊中8051單片機的I/O口，由8051單片機直接讀取后保存在其芯片內(nèi)的閃存中，車載控制器的通信數(shù)據(jù)也按閃存中數(shù)據(jù)的區(qū)塊更新方式，保存在其CC2530芯片的閃存中。

每個公交站均構(gòu)成公交車到站信息查詢系統(tǒng)，各公交站控制器依據(jù)該站公交車的線路地址循環(huán)發(fā)送偵測信號，到站停車的公交車的車載控制器應(yīng)答后與公交站實現(xiàn)信息交換，同線路多輛公交車同時到站向信道發(fā)送應(yīng)答信號時，公交站控制器將會連續(xù)收到數(shù)個錯誤數(shù)據(jù)包或監(jiān)聽到頻道信號疊加后的強度超限，說明當(dāng)前信道受到干擾，這時，各公交車按其停車位置與站點位置之間距離S，按公交車行駛方向，從向前超過站點位置6米開始，自動依每隔6米范圍遞增編號往后至離站點18—60米，按S值落入所述的編號范圍來編號，上述設(shè)置時注意通常只有2至3輛車同時到站。公交站控制器對到站公交車干擾線路依所述編號順序再發(fā)送偵測信號，如再產(chǎn)生干擾則對未成功通信的公交車,減少所述每隔6米范圍的值重新不重復(fù)編號，重復(fù)上述過程至不產(chǎn)生干擾，其編號到下一站時失效。當(dāng)線路擁有公交車數(shù)量較少時采用固定的不會失效的預(yù)置編號。

公交站與公交車通信也采用相鄰站的不同通信信道循環(huán)設(shè)置，上行線路與下行線路同名站點通信信道錯開使用,防止發(fā)生同頻干擾。公交車到達終點站后自動改變通信信道和站點順序設(shè)置，公交站控制器將到站信息處理后送顯示器顯示，便于乘客查看。

當(dāng)兩站之間距離超過700米的公交站，采用Wi-Fi方式通信，公交站設(shè)置公交站網(wǎng)關(guān)，它通過路由器AP無線接入Internet網(wǎng)，在服務(wù)器監(jiān)控軟件控制下完成公交站之間信息交換。在公交車行駛方向，位于后方的公交站定時將公交到站信息經(jīng)Internet網(wǎng)傳遞給前方公交站。

由于Wi-Fi模塊是筆記本、平板電腦和智能手機的標(biāo)準(zhǔn)配置，因此基于Wi-Fi技術(shù)的智能產(chǎn)品得到了推廣和應(yīng)用，Wi-Fi智能節(jié)點可以直接連接無線路由器，從而接入Internet網(wǎng)，節(jié)點還可以任意擴充。Wi-Fi模塊對外提供UART串口，因而可以通過串口和單片機連接，讓設(shè)備接入Internet網(wǎng)。各公交站網(wǎng)關(guān)由微控制器、Wi-Fi模塊、非易失存儲器、LCD顯示器和鍵盤構(gòu)成，裝在封閉的盒子中，由手機Wi-Fi與之直接無線連接經(jīng)密碼打開。其中微控制器采用C8051F341芯片，非易失存儲器采用AT24C32，其具體型號僅用于舉例說明。LCD顯示器和鍵盤用于人機交流。公交站控制器中Zigbee模塊通過UART連接C8051F341芯片，Wi-Fi模塊也通過UART連接C8051F341芯片，這樣Zigbee模塊發(fā)來的到站信息，通過公交站網(wǎng)關(guān)發(fā)送給其中Wi-Fi模塊，Wi-Fi模塊再將到站信息發(fā)送給無線路由器AP經(jīng)Internet網(wǎng)至上位機電腦。公交站控制器其上位機電腦的監(jiān)控軟件管理各路公交車到站信息。

(四)附圖說明：

圖1是周波甄別電路原理示意圖；

圖2是基于ZigBee和WI-FI的公交到站信息顯示系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)方框圖。

(五)具體實施方式：

基于ZigBee和WI-FI的公交到站信息顯示系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)方框圖如圖2所示,包含:

主控制器(1)、公交車的車載控制器(2)、公交站間控制器(3)、公交站網(wǎng)關(guān)(4)、公交站控制器(5)；其中車載控制器(1)由Zigbee射頻通信模塊和里程表傳感器構(gòu)成,Zigbee射頻通信模塊采用CC2530模塊，公交車里程表傳感器的里程輸出信號接于CC2530模塊中8051微處理器的I/O口，車載控制器(1)的收發(fā)數(shù)據(jù)保存在其CC2530芯片的閃存中。

主控制器(1)、公交站間控制器(3)和公交站控制器(5)均由Zigbee射頻通信模塊、周波甄別電路、通信電子開關(guān)、開關(guān)驅(qū)動模塊和LCD顯示器構(gòu)成，其中主控制器(1)通過與其相連的計算機聯(lián)接到Internet網(wǎng)(6)。Zigbee射頻通信模塊采用CC2530模塊，公交站中各公交線路的到站數(shù)據(jù)保存在其CC2530芯片的閃存中，LCD顯示器包含LCD驅(qū)動電路和LCD顯示器，LCD顯示器與CC2530模塊中8051單片機的I/O口相連。主控制器(1)、公交站間控制器(3)和公交站控制器(5)中CC2530模塊中8051單片機還用于控制周波甄別電路、通信電子開關(guān)、開關(guān)驅(qū)動模塊。

公交站網(wǎng)關(guān)(4)由微控制器、Wi-Fi模塊、非易失存儲器、LCD顯示器和鍵盤構(gòu)成。其中微控制器采用C8051F341芯片，非易失存儲器采用AT24C32，用于保存待發(fā)送的數(shù)據(jù)，LCD顯示器和鍵盤用于管理人員人機交流。公交站控制器中CC2530模塊通過UART連接C8051F341芯片，Wi-Fi模塊也通過UART連接C8051F341芯片，實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)送。

周波甄別電路由輸入電路、電壓過零檢測模塊和電壓比較器構(gòu)成。輸入電路用于將電力網(wǎng)交流電壓通過電阻和二極管的分壓，轉(zhuǎn)換為電壓比較器合適的穩(wěn)定的輸入電壓。電壓過零檢測模塊用D觸發(fā)器，電壓比較器均采用LM393，其基準(zhǔn)電壓采用穩(wěn)壓電路穩(wěn)定電壓比較器的閾值電壓。

通信電子開關(guān)采用可控硅開關(guān)，開關(guān)驅(qū)動模塊包含輸入電路和D觸發(fā)器，其單片機控制通信電子開關(guān)、開關(guān)驅(qū)動模塊和周波甄別電路。