李江坤，黃慶彩，李　陽

(太原科技大學 電子信息工程學院，山西 太原 030024)

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智能公交站臺顯示牌系統(tǒng)的設計*

李江坤，黃慶彩，李陽

(太原科技大學 電子信息工程學院，山西 太原 030024)

摘要：考慮到公交車輛已成為人們出行不可或缺的一種交通工具，然而到目前為止仍沒有一套有效的可提示等車乘客有關(guān)公交車輛運行信息的系統(tǒng)。據(jù)此提出一種基于STM32系列單片機處理信息、GPRS無線傳輸?shù)闹悄芄徽九_顯示牌系統(tǒng)的設計方案，此系統(tǒng)最終可在各站臺顯示某路公交車輛具體位置、通過紅外傳感器測量出的車上大致人數(shù)、通過溫度傳感器測量到的車內(nèi)溫度等信息。

關(guān)鍵詞：STM32F103VC；GPRS；溫度傳感器；紅外傳感器

隨著人們環(huán)保、低碳、節(jié)能意識的逐漸加強，出門乘坐公交車已經(jīng)成為一種公認的節(jié)能方式。但是乘坐公交車面臨的一個主要問題就是不清楚公交車具體會在什么時間到達站臺。所以，我們設計了一個智能公交系統(tǒng)來方便人們合理安排出行時間并且優(yōu)化出行的路線，同時它也有助于公交公司的管理。

1整體設計方案概述

本系統(tǒng)先由GPS定位系統(tǒng)獲取公交車現(xiàn)在具體位置的信息，再由串口將相關(guān)信息傳遞給STM32單片機，STM32單片機將接收到的信息通過無線模塊傳遞到調(diào)度中心，調(diào)度中心把信息經(jīng)過處理后再傳輸?shù)礁鱾€站臺，最后由各站臺的無線接收模塊將接收到的信息傳遞給STM32單片機，單片機經(jīng)過處理后顯示在顯示屏即可實現(xiàn)本系統(tǒng)的基本部分。再加上車內(nèi)人數(shù)、車內(nèi)溫度等信息即可初步實現(xiàn)本系統(tǒng)設計。

本系統(tǒng)的關(guān)鍵一是如何將車輛上的相關(guān)信息傳到不同位置的各個站臺、關(guān)鍵二還應考慮如何將人數(shù)、溫度等信息收集起來。

對于第一個問題考慮到了可以用基于ZigBee(紫蜂協(xié)議)的無線通信模塊或基于GPRS的無線通信模塊，盡管ZigBee通信不用通過網(wǎng)絡，使用方便，價格低，然而它的傳輸距離短的缺點卻導致了不適宜在公交系統(tǒng)中廣泛應用，所以本次設計采納基于GPRS的無線傳輸模塊[1]。GPRS是在GSM系統(tǒng)的基礎上建立起來的移動網(wǎng)絡系統(tǒng)，GPRS適宜突發(fā)性、小流量的數(shù)據(jù)傳輸，具有實時在線，按流量收費，無傳輸距離限制等優(yōu)點[2]。

對于第二個問題則考慮到了近年快速發(fā)展的單片機，在本系統(tǒng)中因要處理的數(shù)據(jù)偏多，且如考慮到節(jié)能的因素則一般的單片機難以勝任，本設計使用的是具有優(yōu)良性價比的STM32系列的單片機，具體使用的是STM32F103VC。STM32系列單片機使用的是高性能的ARM 32位的Cortex-M3內(nèi)核，最高工作頻率可達72 MHz，內(nèi)置高速存儲器(高達256 k字節(jié)的閃存程序存儲器和48 k字節(jié)的SRAM)，具有強大的信息處理能力、3～5個異步串行接口和豐富的I/O(80個)端口，這些性能指標足以完成本設計的要求[3]。

此外，人數(shù)統(tǒng)計模塊本系統(tǒng)是通過車門收費處的對射式紅外傳感記錄上、下車人數(shù)，再通過單片機處理得出車上剩余人數(shù)，本模塊具體原理在下一小節(jié)會詳細說明；溫度測量模塊用的是DS18B20，它具有體積小、抗干擾能力強、精度高等特點。

2設計原理

本設計大致可分為3大部分：(公交車輛上安裝的)車載終端，調(diào)度、監(jiān)控中心和(各站臺的)站臺顯示。其系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)工作原理圖

2.1車載終端

車載終端可以將車輛位置信息、車內(nèi)人數(shù)、車內(nèi)溫度等信息通過STM32單片機處理后統(tǒng)一通過GPRS無線發(fā)送模塊發(fā)送給調(diào)度/監(jiān)控中心，是整個系統(tǒng)最基本的環(huán)節(jié)，主要需解決的問題是如何正確發(fā)送GPRS信息，重點考慮車載終端所在公交車輛的編碼。

2.1.1到站情況處理

本系統(tǒng)中先由GPS定位模塊確定公交車輛的位置信息,再由串口通信將相關(guān)信息傳輸給STM32單片機,單片機再經(jīng)過相應的運算處理后將特定的位置信息通過GPRS無線模塊發(fā)送給調(diào)度中心。本模塊的關(guān)鍵技術(shù)是GPS定位，通過STM32單片機控制GPS模塊進行相關(guān)操控、數(shù)據(jù)交換等即可獲取公交車輛的位置信息，并將該信息進行處理后通過GPRS無線模塊傳送給調(diào)度中心。

2.1.2人數(shù)統(tǒng)計模塊處理

該模塊主要由對射式紅外傳感器組成，它的工作原理是：沒有物體遮擋時，接收管可以接收到發(fā)射管發(fā)出的光線，接收管輸出低電平；反之當有物體遮擋住接收管時，接收管輸出高電平，單片機在此可通過記錄上升沿的次數(shù)來記錄上下車的人。如上車們兩側(cè)安裝有發(fā)射傳感器11和接收傳感器10，單片機記錄上升沿數(shù)為num1；下車門同樣安裝有傳感器20和21，記錄上升沿為num2；num1-num2即是車上剩余的人數(shù)[4]。

2.1.3溫度處理模塊

在此使用的是溫度傳感模塊DS18B20，通過查詢該芯片的使用手冊即可學會它的使用方法，該模塊較簡單，直接與STM32單片機串口通信即可獲取當下的溫度情況。

2.1.4STM32傳遞數(shù)據(jù)給GPRS模塊

本次設計中最關(guān)鍵、最復雜的就是GPRS模塊了，在此選用的是SIMCom推出的新款緊湊型產(chǎn)品—SIM900A。它屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式。在系統(tǒng)中STM32是通過串口實現(xiàn)對SIM900的數(shù)據(jù)傳送和控制[5]。

GPRS具體工作步驟如下所示：GPRS終端通過接口取得數(shù)據(jù)，處理后的GPRS分組數(shù)據(jù)發(fā)送到GSM基站。分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，SGSN通過GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點GGSN進行通信。GGSN對分組數(shù)據(jù)進行相應的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡，如Internet網(wǎng)絡。

若分組數(shù)據(jù)是發(fā)送到另一個GPRS終端，則數(shù)據(jù)由GPRS骨干網(wǎng)發(fā)送到SGSN，再經(jīng)BSS發(fā)送到GPRS終端。圖2為GPRS與Internet連接原理圖[6]。

圖2　GPRS與Internet連接原理圖

2.2調(diào)度/監(jiān)控中心

該模塊的主要功能是對各輛公交車傳遞回來的數(shù)據(jù)進

行統(tǒng)計、分析和轉(zhuǎn)發(fā)給與該路公交車有關(guān)的站臺。

接著GGSN對分組數(shù)據(jù)進行相應的處理后發(fā)送到目的網(wǎng)絡后如Internet后，最終會有固定公網(wǎng)IP地址和端口好的數(shù)據(jù)中心服務器接收到數(shù)據(jù)，服務器將接收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)給相應的站臺。

2.3站臺顯示模塊

本部分是整個系統(tǒng)最可直觀看出成果的部分，也是本設計的最后的顯示、最終目的的部分。該部分主要是由STM32單片機通過GPRS無線模塊接收并分析數(shù)據(jù)后控制發(fā)光二極管與LCD顯示屏的，關(guān)鍵需解決的問題是如何正確接收GPRS信息，重點是如何正確解讀收到的信息來源的公交車輛編碼。

2.3.1車輛位置情況顯示

在顯示屏上標清各站臺位置，每隔100 m左右用一個LED燈表示，但一定要注意往返兩個方向的LED燈要用兩排表示且燈的顏色最好不一樣。這樣的話經(jīng)過公交車輛上自帶的GPS定位模塊獲取地理位置信息后再經(jīng)過調(diào)度中心的中轉(zhuǎn)后，即可將位置信息發(fā)送到各個站臺，各站臺的STM32單片機經(jīng)處理后即可控制相應的LED的亮滅。

2.3.2LCD顯示屏顯示模塊

在該模塊主要用來顯示車內(nèi)人數(shù)、車內(nèi)溫度等信息。該模塊也主要通過STM32F103VB單片機來操控顯示屏顯示信息的。

3結(jié)束語

本智能公交站臺顯示系統(tǒng)可實時的將公交車運行情況顯示在公交站臺和調(diào)度中心，對市民的出行安排起到重要參考作用。且本系統(tǒng)造價較低，沒有使用GPS全球定位系統(tǒng)，主要用GPRS進行無線傳輸，便于公交部門采納，有較大的實用價值。

參考文獻

[1]張輝宜，陶永.智能公交系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].中國儀器儀表，2007(11)：46-48.

[2]徐莉，王志剛，高璽廣，等.GPRS在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].電子設計工程，2011,19(16)：105-107.

[3]黃智偉，王兵，朱衛(wèi)華.STMF 32位ARM微控制器應用設計與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2012.

[4]張思遠.基于GPRS的智能公交站牌系統(tǒng)設計[J].科技視界，2013(24):88.

[5]劉賓，陳占帥，褚志鵬，等.基于GPRS的智能公交站牌顯示系統(tǒng)設計[J].電子設計工程,2014,22(11)：134-136.

[6]毛長明，張利宏.基于GPRS的智能公交站牌設計[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報，2010,12(6)：92-94.

The Design of Intelligent Display System on Bus Station

Li Jiangkun, Huang Qingcai, Li Yang

(SchoolofElectronicandInformationEngineering,TaiyuanUniversityofScienceAndTechnology,TaiyuanShanxi030024,China)

Abstract:Considering that the bus has become an indispensible transport tool in the city, and there is no one effective system which can be able to provide the waiting information to the passengers until now. According to the above, the paper proposes an intelligent bus station monitoring system design based on processing information by a series of STM32 single chip and GPRS wireless transmission. This system can display the specific location of a certain bus, and the information of number of people by infrared sensor and the temperature in bus roughly through temperature sensor.

Key words:STM32F103VC; GPRS; temperature sensor; infrared sensor

中圖分類號：TN91

文獻標識碼：A

文章編號：1674- 4578(2016)01- 0058- 02

通訊作者：黃慶彩(1976- )，女，山東日照人，太原科技大學電子信息工程學院，講師，主要研究方向：電子技術(shù)。

作者簡介：李江坤(1995- )，男，山西運城人，太原科技大學在校大學生，本科，主要研究探尋STM32系列單片機、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA的使用。

基金項目：太原科技大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目(Xj2014055)

收稿日期：2015-11-12