每個(gè)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nRF905射頻通信模塊傳遞信息，公交線路利用電力線半波通信實(shí)現(xiàn)各公交站之間信息交換,乘客可利用手機(jī)APP登陸計(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)間長(zhǎng)，每一站都需要停留更長(zhǎng)時(shí)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(shí)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(kuò)展GPS功能，對(duì)公交車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)衛(wèi)星定位，雖然可以實(shí)時(shí)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(hào)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(shí)現(xiàn)要素：
：

本系統(tǒng)在公交終點(diǎn)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(jìn)行無線通信信息交換，系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低廉信號(hào)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(gè)采用滯回比較器的電壓比較器組成，二個(gè)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(diǎn)1和30％至45％處作為甄別點(diǎn)2，周波正半周下降段接近通信中斷INT1的斷點(diǎn)處，甄別點(diǎn)設(shè)置在通信中斷INT1的斷點(diǎn)附近，濾去了大部分干擾，并使通信在周波負(fù)半波的位置更準(zhǔn)確。每個(gè)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(hào)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(diǎn)0設(shè)置電壓過零檢測(cè)模塊，它采用周波正半波信號(hào)經(jīng)電阻分壓、二極管進(jìn)一步隔離負(fù)半周、信號(hào)調(diào)理后送入D觸發(fā)器的時(shí)鐘端CLK，D觸發(fā)器的Q端接單片機(jī)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(jī)I/O口，平時(shí)該I/O口置1。當(dāng)周波正半波信號(hào)到來時(shí)，緊接其后的CLK信號(hào)上升沿使D觸發(fā)器Q端為0，單片機(jī)外部中斷口INT0低電平，從而產(chǎn)生中斷，中斷時(shí)間為T0，從T0處開始計(jì)時(shí)，經(jīng)5MS延時(shí)，單片機(jī)掃描甄別點(diǎn)T1處電壓比較器﹙V1﹚的輸出電壓，當(dāng)周波電壓達(dá)到﹙V1﹚的閾值電壓時(shí)，輸出電壓產(chǎn)生跳變，掃描記錄其跳變時(shí)的計(jì)時(shí)時(shí)間t1；同樣掃描記錄甄別點(diǎn)T2處電壓比較器﹙V2﹚輸出電壓跳變的時(shí)間t2，將t1、t2分別與t1、t2相對(duì)應(yīng)的跳變時(shí)間設(shè)定值Ts1、Ts2作比較；如果在允許誤差范圍內(nèi)，則檢測(cè)到的該周波信號(hào)為真，否則為假。為假時(shí)關(guān)中斷INT1，執(zhí)行中斷返回，當(dāng)為真時(shí)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(shí)間采用對(duì)電網(wǎng)周波的累計(jì)計(jì)數(shù)值N與電網(wǎng)一個(gè)周波的平均時(shí)間T相乘的積，再加上計(jì)時(shí)時(shí)間點(diǎn)ti與電網(wǎng)周波整數(shù)值之間的計(jì)時(shí)值Ts得到同步時(shí)間TZ，其電網(wǎng)周波的平均時(shí)間是在電網(wǎng)周波計(jì)數(shù)過程將100個(gè)電網(wǎng)周波時(shí)間的測(cè)量值取其平均值得到。

系統(tǒng)是在約定的同步時(shí)間通信。在各站控制器和主控器的通信電路中各安裝一個(gè)通信電子開關(guān)、開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊。通信電子開關(guān)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊是從電力網(wǎng)線經(jīng)電阻降壓、信號(hào)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(jī)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(jī)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(hào)到來時(shí)，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(shí)后接通通信電子開關(guān)，開始計(jì)時(shí)，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(jìn)行通信，通信電子開關(guān)依所采用通信方式接于單片機(jī)相應(yīng)端口，并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，計(jì)時(shí)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(shí)現(xiàn)半波通信。本次通信結(jié)束時(shí)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(hào)源為安裝在變速器或車輪輪轂上的里程表傳感器，對(duì)里程表傳感器輸出脈沖信號(hào)計(jì)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(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路抗干擾后使輸出信號(hào)可由微控制器端口準(zhǔn)確捕捉識(shí)別，再送入微控制器端口。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(shí),公交站控制器如果在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)沒有公交車到站，之后與到站的第一輛公交車通信時(shí),另外發(fā)送標(biāo)記信號(hào)M,公交車的車載控制器將標(biāo)有M的到站實(shí)際測(cè)量里程與設(shè)定里程比較計(jì)算到站里程誤差,取5次以上的到站里程誤差值,按設(shè)定比例次數(shù)刪去數(shù)次最大到站誤差,其余取平均值作為補(bǔ)償值,用于糾正測(cè)量里程。所述設(shè)定的時(shí)間間隔需保證同時(shí)到站的公交車全部離開,使下一輛到站公交車在到站位置?？?。有的車輛其車速與里程信號(hào)采用總線信號(hào)輸出，則由其車速里程數(shù)據(jù)發(fā)送單元獲取車速、里程數(shù)據(jù)。

公交車與公交站之間采用射頻通信，射頻通信模塊由射頻模塊、微控制器和非易失存儲(chǔ)器構(gòu)成，為了說明方便這里的微控制器采用C8051F330芯片，射頻模塊采用nRF905。nRF905利用SPI口雙向通訊，微控制器C8051F330通過其SPI接口與nRF905通信，公交車?yán)锍梯敵鲂盘?hào)接于C8051F330的I/O口，由C8051F330讀取后保存在非易失存儲(chǔ)器中，車載控制器的通信數(shù)據(jù)也保存在非易失存儲(chǔ)器中。

nRF905數(shù)據(jù)接收：微控制器控制TRX_CE為高電平、TX_EN為低電平，nRF905進(jìn)入接收模式；650us后，nRF905監(jiān)測(cè)空中的信息，等待接收數(shù)據(jù)；當(dāng)nRF905檢測(cè)到與接收頻率相同的載波時(shí)，設(shè)置載波檢測(cè)管腳CD為高電平；當(dāng)nRF905接收到有效的地址時(shí)，設(shè)置地址匹配管腳AM為高電平；當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢后，nRF905自動(dòng)去掉數(shù)據(jù)包的字頭、地址和CRC校驗(yàn)碼，然后將數(shù)據(jù)接收完成管腳置為高電平；微控制器將TRX_CE設(shè)置為低電平并通過SPI接口以一定的速率提取數(shù)據(jù)包中的有效接收數(shù)據(jù)；當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)接收完畢，微控制器控制nRF905數(shù)據(jù)接收完成管腳DR和地址匹配管腳AM為低電平；nRF905進(jìn)入待機(jī)模式。接收過程主循環(huán)一直處于監(jiān)聽狀態(tài)，循環(huán)調(diào)用接收函數(shù)。如果收到數(shù)據(jù)包，則發(fā)送響應(yīng)包。

每個(gè)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(cè)信號(hào)，到站停車的公交車的車載控制器應(yīng)答后與公交站實(shí)現(xiàn)信息交換，同線路多輛公交車同時(shí)到站向信道發(fā)送應(yīng)答信號(hào)時(shí)，公交站控制器將會(huì)連續(xù)收到數(shù)個(gè)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包或監(jiān)聽到頻道信號(hào)疊加后的強(qiáng)度超限，說明當(dāng)前信道受到干擾，這時(shí)，各公交車按其停車位置與站點(diǎn)位置之間距離S，按公交車行駛方向，從向前超過站點(diǎn)位置6米開始，自動(dòng)依每隔6米范圍遞增編號(hào)往后至離站點(diǎn)18—60米，按S值落入所述的編號(hào)范圍來編號(hào)，上述設(shè)置時(shí)注意通常只有2至3輛車同時(shí)到站。公交站控制器對(duì)到站公交車干擾線路依所述編號(hào)順序再發(fā)送偵測(cè)信號(hào)，如再產(chǎn)生干擾則對(duì)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(hào)，重復(fù)上述過程至不產(chǎn)生干擾，其編號(hào)到下一站時(shí)失效。當(dāng)線路擁有公交車數(shù)量較少時(shí)采用固定不會(huì)失效的預(yù)置編號(hào)。

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(diǎn)通信信道錯(cuò)開使用,防止發(fā)生同頻干擾。公交車到達(dá)終點(diǎn)站后自動(dòng)改變通信信道和站點(diǎn)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。

公交終點(diǎn)站設(shè)置的主控器通過與其相連的計(jì)算機(jī)接入Internet網(wǎng)，乘客即可利用手機(jī)APP登陸該計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)端口獲得計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件中各路公交車到站信息里的數(shù)據(jù)。

(四)附圖說明：

圖1是周波甄別電路原理示意圖；

圖2是公交線路半波通信與智能顯示系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)方框圖。

(五)具體實(shí)施方式：

公交線路半波通信與智能顯示系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)方框圖如圖2所示,包含:

主控制器(1)、公交站控制器(3)、公交車的車載控制器(4)；其中車載控制器(4)由射頻通信模塊和里程表傳感器構(gòu)成,射頻通信模塊由射頻模塊nRF905、微控制器C8051F330和非易失存儲(chǔ)器AT24C32構(gòu)成,射頻模塊nRF905通過SPI接口與微控制器C8051F330通信,nRF905的其它功能管腳與C8051F330的I/O口相連,C8051F330通過I2C總線方式與AT24C32通信。

主控制器(1)和公交站控制器(3)均由射頻模塊、周波甄別電路、通信電子開關(guān)、開關(guān)驅(qū)動(dòng)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(jì)算機(jī)聯(lián)接到Internet網(wǎng)(2)。射頻模塊由射頻nRF905模塊、微控制器C8051F330和非易失存儲(chǔ)器AT24C64構(gòu)成,LCD顯示器與C8051F330微控制器的I/O口相連，公交車的到站信息保存在非易失存儲(chǔ)器AT24C64中。

周波甄別電路由輸入電路、單片機(jī)、電壓過零檢測(cè)模塊和電壓比較器構(gòu)成。其中單片機(jī)采用89C52用于控制通信電子開關(guān)、開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊和周波甄別電路，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(cè)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(dòng)模塊包含輸入電路和D觸發(fā)器。