周富麗+劉紅
摘 要:隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和科技的不斷進步,城市公交系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)出智能化的發(fā)展趨勢,已成為現(xiàn)在各領(lǐng)域的工作者研究的熱點。傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)已不能適應(yīng)現(xiàn)代人的需求,文中提出了一種基于RFID智能公交系統(tǒng)的設(shè)計方案,以改善公交運營和服務(wù)質(zhì)量,為市民提供更加人性化的服務(wù)。
關(guān)鍵詞:RFID;電子標簽;閱讀器;智能公交
中圖分類號:TP391 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2015)07-00-02
0 引 言
目前,絕大多數(shù)城市采用的公交系統(tǒng)仍然是“定點發(fā)車,兩頭卡點”,在車載終端配置GPS定位系統(tǒng),再通過GPRS與服務(wù)端進行實時通信,將自己的位置信息傳遞給服務(wù)端,服務(wù)端經(jīng)過分析數(shù)據(jù),發(fā)出相應(yīng)的指令給電子站牌和車載終端,完成整個系統(tǒng)操作。但是,該公交系統(tǒng)的缺點是:GPS定位系統(tǒng)初裝費用相當昂貴,不適合于中小型城市;而且在碰到高架、高層建筑、隧道等障礙物時,GPS信號會減弱甚至沒有信號,不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。
針對以上問題,本文提出了一種基于RFID智能公交系統(tǒng)的設(shè)計,將RFID技術(shù)、單片機技術(shù)和無線通信技術(shù)等有機結(jié)合,建立一種實時準確、高效的交通運輸綜合管理和控制系統(tǒng)。來解決GPS定位信號干擾及盲區(qū)的問題,改善公交運營和服務(wù)質(zhì)量,為市民提供更加人性化的服務(wù)。
1 射頻識別技術(shù)
1.1 射頻識別技術(shù)的基本原理
射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)技術(shù)的基本原理是利用無線電射頻信號空間耦合(電磁感應(yīng)或電磁傳播)的傳輸特性來達到自動識別被標識對象的目的。圖1所示就是一種非接觸式的自動識別技術(shù)的基本原理圖[2]。具體工作流程是:閱讀器(Reader),又稱讀寫器,經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)送無線載波信號;電子標簽(Tag)進入磁場后被激活,并將自身信息經(jīng)標簽天線發(fā)射出去;閱讀器接收信息并對其進行解碼,然后傳送至后臺計算機進行處理,從而完成整個信息處理過程。
1.2 射頻識別技術(shù)的優(yōu)勢
(1)讀取方便快捷:非接觸式自動識別,使得標簽的讀取無需光源,甚至可以透過外包裝來進行;
圖1 非接觸式自動識別的基本原理圖
(2)識別速度快:標簽一進入磁場,解讀器就可以即時讀取其中的信息,而且能夠同時處理多個標簽,實現(xiàn)批量識別;
(3)適應(yīng)性好:射頻識別設(shè)備可在惡劣的環(huán)境中工作。例如:用于沙漠溫度變化情況的信息;
(4)識別距離多樣化:射頻識別設(shè)備的識別距離,可根據(jù)具體應(yīng)用而定,從幾厘米到一百米不等;
(5)支持寫入數(shù)據(jù):若在開發(fā)中需要增加一些數(shù)據(jù),無需重新制作標簽,支持寫入數(shù)據(jù)即可。
2 設(shè)計方案
首先,給每輛公交車裝載一張電子標簽卡,每張卡號是唯一的,也是每輛車的身份標識。其次,每個站臺也需裝有相應(yīng)的讀寫器,公交車到站時,卡無需取出,讀寫器自動讀卡。并將獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過無線通信傳至公交總站,公交總站通過對數(shù)據(jù)分析處理即可實現(xiàn)車輛的身份識別,從而將相關(guān)信息(包括車次信息、站點信息、到站信息)發(fā)送到各個站臺電子屏上顯示,站臺上的乘客就可以及時了解到公交車的信息。同時在車載終端,利用射頻識別與單片機相結(jié)合的技術(shù),接收到公交總站發(fā)送來的消息后,實現(xiàn)智能語音報站功能、LED顯示功能和發(fā)光二極管提醒功能。圖2所示是射頻識別技術(shù)的使用過程例圖,整個系統(tǒng)可分為RFID模塊、數(shù)據(jù)傳輸處理模塊、自動報站模塊和電子站牌顯示模塊。
圖2 射頻識別技術(shù)的使用
2.1 硬件設(shè)計
(1)RFID模塊
本文選用的是深圳市奧斯達電子有限公司AOSID-1704型號的2.4 G有源閱讀器。該閱讀器采用的是2.4 G全球開放的ISM微波頻段,無須申請和付費,且功率極小,讀寫時間極短,讀寫距離在2~80 m之間可根據(jù)不同應(yīng)用要求靈活調(diào)整。采用圓極化天線,對卡片的放置角度沒有任何要求,不需要貼在擋風玻璃上,無論怎么擺放,都能可靠地讀取。采用多種防沖突方案,可靠的頻分多址和時分多址設(shè)計,可同時識別200個以上不同的射頻識別卡。另外還有高抗干擾性、高度集成性和高安全性,為整個智能公交系統(tǒng)的高性能奠定一定的基礎(chǔ)。
RFID閱讀器模塊是本系統(tǒng)的核心模塊。當電子標簽進入閱讀器可識別范圍時,閱讀器自動讀取電子標簽的信息,并將卡號傳至協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器對狀態(tài)信息進行判別后,將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳送給公交總站的服務(wù)器,公交總站的服務(wù)器與存儲在數(shù)據(jù)庫中的信息進行匹配,并將相應(yīng)信息發(fā)送到各個站臺的顯示屏上顯示,同時公交車接收到反饋信息后,也實現(xiàn)自動報站功能,完成了整個RFID系統(tǒng)的運作。
(2)數(shù)據(jù)傳輸處理模塊
本文的數(shù)據(jù)傳輸采用的是2.4 G無線通信協(xié)議,該協(xié)議具有部署靈活,擴展方便等優(yōu)點。閱讀器將采集到的數(shù)值信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點上,經(jīng)過協(xié)調(diào)器處理后,再將數(shù)據(jù)傳送給公交總站的服務(wù)器,并下發(fā)相應(yīng)的信息給公交車和電子站臺。
(3)自動報站模塊
本文采用ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗8位是AVRMUC單片機新一代8位megaAVR? MCU系列,配備4 KB至16 KB閃存,除了具備傳統(tǒng)的一級流水線的預(yù)期指令功能,內(nèi)置模擬比較器,A/D轉(zhuǎn)換器等以外,提高了用于支持UART串行通信的內(nèi)部振蕩器的精度;提高了內(nèi)部參考電壓的精度,從而改進了模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。根據(jù)獲取電子標簽的信息,通過與預(yù)先AVR單片機編程的信息比對,來控制語音報站、LED顯示以及發(fā)光二極管。
(4)電子站牌顯示模塊
如今,智能化的LED顯示屏公交站牌在部分城市已經(jīng)開始使用,閱讀器將采集到的電子標簽信息通過無線傳輸上傳給服務(wù)器,服務(wù)器下發(fā)該公交車的相應(yīng)信息到電子站臺,顯示公交車到站信息、狀態(tài)信息(正常、故障、載客量等)。增添查詢信息,可以為人們提供好的乘車路線。附加電子站臺的語音功能,為視覺障礙的乘客人員提供人性化的服務(wù)。
2.2 軟件設(shè)計
整個系統(tǒng)的流程是:閱讀器讀取公交車裝載的電子標簽信息,上傳到協(xié)調(diào)器分析處理,再下發(fā)相應(yīng)信息給車載終端和電子站臺。
軟件中最重要的模塊是閱讀器對電子標簽的解析。為了避免在一個站點識別范圍內(nèi),重復(fù)讀取數(shù)據(jù),該系統(tǒng)設(shè)置了一個初始狀態(tài)Flag=0的標志信號,閱讀器解析成功一個新的電子標簽的信息標志信號Explain=1,若Flag==Explain,則傳輸處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行命令,執(zhí)行完命令后,F(xiàn)lag置為1,待電子標簽感應(yīng)不到閱讀器的發(fā)射信號時,F(xiàn)lag自動清零。其它模塊都是根據(jù)獲得的信息來執(zhí)行相應(yīng)的命令。還可根據(jù)用戶的實際要求來動態(tài)調(diào)整執(zhí)行命令。圖3所示是其系統(tǒng)執(zhí)行程序圖。
圖3 系統(tǒng)執(zhí)行程序圖
整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計相對比較簡單,因而縮短了軟件系統(tǒng)開發(fā)的時間周期,降低了軟件系統(tǒng)的開發(fā)成本,且運營效率顯著增加。
3 結(jié) 語
基于RFID的智能公交系統(tǒng)設(shè)計有效避免了傳統(tǒng)公交系統(tǒng)帶來的弊端,改變落后的服務(wù)質(zhì)量和運營管理,提高公交系統(tǒng)的自動化程度,提升公交系統(tǒng)的運行效率,增加市民公交出行率,改善交通狀況,為智能化的交通管理系統(tǒng)提供一個很好示范。
參考文獻
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