摘要：文章設計了基于太陽能供電的智能公交站牌系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由電子公交站牌，車載系統(tǒng)和公交監(jiān)控中心組成。該系統(tǒng)利甩Zigbee和GSM無線通信技術，通過具體軟硬件設計，實現(xiàn)車輛與站牌之間、站牌與站牌之間的無線連接。該系統(tǒng)可為乘客及公交管理人員提供各種服務，并在監(jiān)控中心上實時監(jiān)控各公交站及車輛運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)公交車智能管理。
關鍵詞：太陽能；智能公交；Zigbee

0 引言
    隨著時代的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，使得城市交通發(fā)展越來越快，因此對城市交通的管理提出了更高要求。目前國內公交系統(tǒng)在信息化建設方面取得了初步成效，己在部分公交線路上建成公交車輛跟蹤調度系統(tǒng)，安裝了電子站牌與車載GPS定位設備，實現(xiàn)了對車輛的跟蹤和定位，為乘客進行實時報站?？紤]到現(xiàn)行公交系統(tǒng)要求較高的技術支撐，而且工程龐大，安裝和運營費用高等因素，提出了太陽能智能公交系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有技術要求低、工程小、安裝方便、運營費用低等特點。在整個設計中，電子站牌是實現(xiàn)這些功能的關鍵環(huán)節(jié)，采用太陽能給站牌供電，并利甩Zigbee和GSM無線通信技術解決系統(tǒng)通信問題。

1 系統(tǒng)工作原理
    太陽能智能公交系統(tǒng)由電子公交站牌、車載系統(tǒng)和公交監(jiān)控中心組成，見圖1。系統(tǒng)采用Zigbee無線組網(wǎng)技術和GSM通信方式實現(xiàn)公交車與公交站臺、站牌與站牌之間、站牌與監(jiān)控中心之間的通信。

1．1 電子公交站牌
    負責通信的是Zigbee模塊和GSM模塊。其中，站牌上的Zigbee模塊作為協(xié)調器，即網(wǎng)絡的發(fā)起者，構建一個無線網(wǎng)絡，等待公交車上Zigbee模塊的加入，接收公交車發(fā)送信息，將信息處理，再通過顯示屏顯示，同時將信息通過GSM模塊發(fā)送到下一站牌和監(jiān)控中心。公交站上的GSM模塊還要接收其他站牌和監(jiān)控中心發(fā)送來的信息。
1．2 車載系統(tǒng)
    使用Zigbee模塊作為通信節(jié)點。將抵達一個車站時，就主動尋找并加入已經(jīng)由公交站布置的Zigbee網(wǎng)絡中，把本車的線路和車輛編號信息發(fā)出去，等待確認信號，任務完成后則退出本站網(wǎng)絡，并準備尋找下站網(wǎng)絡。
1．3 公交監(jiān)控中心
    使用GSM模塊進行通信。GSM模塊接收公交車到站信息，并發(fā)送公交車調度信息，實現(xiàn)智能監(jiān)控和調度。

2 電子公交站牌硬件電路設計
    電子公交站牌是智能公交系統(tǒng)重要的組成部分，主要完成兩個功能：站臺乘客可預知自己所乘的車輛的最新信息；完成站牌之間及站牌與監(jiān)控中心的通信連接，組成整個公交系統(tǒng)網(wǎng)絡。
    電子公交站牌由太陽能供電模塊，嵌入式微處理器，無線收發(fā)設備及顯示LED屏等模塊組成，見圖2。
2．1 嵌入式微處理
    本系統(tǒng)采用S3C2440，具有高的時鐘頻率(最高可達400MHz)、較大的存儲空間、方便靈活的指令系統(tǒng)和強大的I／O處決能力等優(yōu)點。此外，還可以嵌入實時多任務操作系統(tǒng)，方便對模塊控制。主要完成如下功能：
    (1)接收Zigbee模塊和GSM模塊上傳的信息，并對信息進行處理后送入電子站牌顯示屏，顯示車輛到站和車輛行車路況。
    (2)通過GSM無線模塊將相應的信息送到其他站牌和監(jiān)控中心。
    (3)對太陽能供電裝置進行管理，控制充電和放電并優(yōu)化其過程。
2．2 無線通信模塊
    系統(tǒng)中無線收發(fā)設備的可靠性和有效的通信距離是設計的關鍵。為此，電子站牌采用了Zigbee模塊和GSM模塊，完成公交車與站牌、站牌與站牌、以及站牌與控制中心之間的通信。
    Zigbee模塊由集成收發(fā)芯片CC2430及簡單外圍電路組成。CC2430集成符合IEEE802．15．4標準的2．4GHz的RF無線電收發(fā)機，具有優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性，因此具有很強的可靠性。其工作頻率范圍為2．400～2．4835GHz，數(shù)據(jù)速率可達250kb／s，可完成良好的無線數(shù)據(jù)傳輸。該模塊通過RS232串口方式與嵌入式微處理器之間進行通信。
    本系統(tǒng)采用型號為GTM900-C的GSM模塊，該模塊將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統(tǒng)并提供標準接口。在實際使用中，利用標準AT命令通過短信進行通信，實現(xiàn)站牌與監(jiān)控中心間的通信。
2．3 太陽能供電裝置
    電子公交站牌采用太陽能電源供電。太陽能供電系統(tǒng)由太陽能光伏板、太陽能控制器和蓄電池三部分組成，見圖3。太陽能電池板輸出的電壓經(jīng)過DC／DC變換后輸送給蓄電池充電，為最大化利用太陽能電池的性能，采用最大功率點跟蹤(MPPT)控制方法。A／D采樣電路將采集到的電壓與電流信號經(jīng)過變換送入微控制器進行分析計算。微控制器S3C2440通過驅動電路輸出PWM脈沖控制信號調節(jié)DC／DC轉換電路內部開關管的通斷，實現(xiàn)對轉換電路輸出電壓及電流的控制。此外，微控制器S3C2440還能實時測量蓄電池的端電壓，對蓄電池進行充放電保護，防止蓄電池過充或過放。

2．4 LED顯示模塊
    LED點陣顯示屏是一種簡單的漢字顯示器，具有價廉、易于控制、使用壽命長等特點，可廣泛應用于各種公共場合。本系統(tǒng)采用型號為P10及大小為16×64的LED顯示屏。系統(tǒng)中ARM通過動態(tài)掃描方式對LED進行控制，完成公交車位置顯示。

3 軟件設計
    軟件設計是建立在硬件設計的基礎上，電子公交站牌的軟件設計包括主控芯ARM9的軟件設計和無線通信模塊中的Zigbee模塊軟件設計兩部分。Zigbee模塊軟件設計主要包括協(xié)調器即站牌上的Zigbee和節(jié)點的設計，由于它們設計過程類似，故只介紹協(xié)調器，它負責組成一個網(wǎng)絡，等待公交車節(jié)點加入并接受公交車發(fā)送過來的信息。軟件流程如圖4所示。

    ARM9處理器除了接收公交車的信息和控制顯示刷新之外，還要負責公交車信息的處理、GSM模塊控制、公交站牌間和監(jiān)控中心通信，以及對太陽能智能管理。對于ARM9，采用ucos-ii操作系統(tǒng)進行開發(fā)。在系統(tǒng)中，設計了5個任務，見圖5。分別是：1)接收公交車和其他站牌信息任務完成接收Zigbee和GSM模塊上傳的信息；2)信息處理任務完成對接收信息處理；3)發(fā)送信息到其他站牌任務是通知余下站牌公交車已經(jīng)到本站；4)LED屏顯示任務將顯示公交車位置；5)太陽能管理任務負責太陽能監(jiān)控，對蓄電池合理充電與放電。由于以上任務之間存在共享數(shù)據(jù)和通訊，系統(tǒng)采用消息隊列實現(xiàn)任務之間數(shù)據(jù)的共享和通信。

4 測試與結束語
    本文最后測試公交車與站牌能通信時需要的通信距離和通信時間，因為通信距離與通信時間是影響電子站牌能否正確判斷公交車進出站情況和處理其他相關信息的關鍵。具體測試數(shù)據(jù)如表1所示。

    由測試數(shù)據(jù)可知，公交車與站牌通信距離平均86．9m，通信時間平均3．2s。根據(jù)距離和通信時間及公交車進站離站的速度可得出通過Zigbee方式能準確檢測到進站與出站的情況，并有充裕時間進行相關信息處理和發(fā)送。
    本文設計的太陽能電子公交站牌系統(tǒng)，使用Zigbee和GSM無線通信技術，用一種新的方式實現(xiàn)了智能公交系統(tǒng)中的信息傳遞。此外，電子站牌采用太陽能供電，節(jié)約了能源，并能在暫無市電供應的公交區(qū)路線上快速部署。