摘要：文章設(shè)計(jì)了基于太陽(yáng)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(chē)載系統(tǒng)和公交監(jiān)控中心組成。該系統(tǒng)利甩Zigbee和GSM無(wú)線通信技術(shù)，通過(guò)具體軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與站牌之間、站牌與站牌之間的無(wú)線連接。該系統(tǒng)可為乘客及公交管理人員提供各種服務(wù)，并在監(jiān)控中心上實(shí)時(shí)監(jiān)控各公交站及車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)公交車(chē)智能管理。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；智能公交；Zigbee

0 引言
    隨著時(shí)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(lái)越快，因此對(duì)城市交通的管理提出了更高要求。目前國(guó)內(nèi)公交系統(tǒng)在信息化建設(shè)方面取得了初步成效，己在部分公交線路上建成公交車(chē)輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)，安裝了電子站牌與車(chē)載GPS定位設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)輛的跟蹤和定位，為乘客進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)站?？紤]到現(xiàn)行公交系統(tǒng)要求較高的技術(shù)支撐，而且工程龐大，安裝和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高等因素，提出了太陽(yáng)能智能公交系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有技術(shù)要求低、工程小、安裝方便、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低等特點(diǎn)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，電子站牌是實(shí)現(xiàn)這些功能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用太陽(yáng)能給站牌供電，并利甩Zigbee和GSM無(wú)線通信技術(shù)解決系統(tǒng)通信問(wèn)題。

1 系統(tǒng)工作原理
    太陽(yáng)能智能公交系統(tǒng)由電子公交站牌、車(chē)載系統(tǒng)和公交監(jiān)控中心組成，見(jiàn)圖1。系統(tǒng)采用Zigbee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)和GSM通信方式實(shí)現(xiàn)公交車(chē)與公交站臺(tái)、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(fù)責(zé)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(diào)器，即網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起者，構(gòu)建一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，等待公交車(chē)上Zigbee模塊的加入，接收公交車(chē)發(fā)送信息，將信息處理，再通過(guò)顯示屏顯示，同時(shí)將信息通過(guò)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(lái)的信息。
1．2 車(chē)載系統(tǒng)
    使用Zigbee模塊作為通信節(jié)點(diǎn)。將抵達(dá)一個(gè)車(chē)站時(shí)，就主動(dòng)尋找并加入已經(jīng)由公交站布置的Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，把本車(chē)的線路和車(chē)輛編號(hào)信息發(fā)出去，等待確認(rèn)信號(hào)，任務(wù)完成后則退出本站網(wǎng)絡(luò)，并準(zhǔn)備尋找下站網(wǎng)絡(luò)。
1．3 公交監(jiān)控中心
    使用GSM模塊進(jìn)行通信。GSM模塊接收公交車(chē)到站信息，并發(fā)送公交車(chē)調(diào)度信息，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控和調(diào)度。

2 電子公交站牌硬件電路設(shè)計(jì)
    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(gè)功能：站臺(tái)乘客可預(yù)知自己所乘的車(chē)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(gè)公交系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
    電子公交站牌由太陽(yáng)能供電模塊，嵌入式微處理器，無(wú)線收發(fā)設(shè)備及顯示LED屏等模塊組成，見(jiàn)圖2。
2．1 嵌入式微處理
    本系統(tǒng)采用S3C2440，具有高的時(shí)鐘頻率(最高可達(dá)400MHz)、較大的存儲(chǔ)空間、方便靈活的指令系統(tǒng)和強(qiáng)大的I／O處決能力等優(yōu)點(diǎn)。此外，還可以嵌入實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，方便對(duì)模塊控制。主要完成如下功能：
    (1)接收Z(yǔ)igbee模塊和GSM模塊上傳的信息，并對(duì)信息進(jìn)行處理后送入電子站牌顯示屏，顯示車(chē)輛到站和車(chē)輛行車(chē)路況。
    (2)通過(guò)GSM無(wú)線模塊將相應(yīng)的信息送到其他站牌和監(jiān)控中心。
    (3)對(duì)太陽(yáng)能供電裝置進(jìn)行管理，控制充電和放電并優(yōu)化其過(guò)程。
2．2 無(wú)線通信模塊
    系統(tǒng)中無(wú)線收發(fā)設(shè)備的可靠性和有效的通信距離是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為此，電子站牌采用了Zigbee模塊和GSM模塊，完成公交車(chē)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(jiǎn)單外圍電路組成。CC2430集成符合IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的2．4GHz的RF無(wú)線電收發(fā)機(jī)，具有優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性，因此具有很強(qiáng)的可靠性。其工作頻率范圍為2．400～2．4835GHz，數(shù)據(jù)速率可達(dá)250kb／s，可完成良好的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。該模塊通過(guò)RS232串口方式與嵌入式微處理器之間進(jìn)行通信。
    本系統(tǒng)采用型號(hào)為GTM900-C的GSM模塊，該模塊將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件集成在一塊線路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)并提供標(biāo)準(zhǔn)接口。在實(shí)際使用中，利用標(biāo)準(zhǔn)AT命令通過(guò)短信進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)站牌與監(jiān)控中心間的通信。
2．3 太陽(yáng)能供電裝置
    電子公交站牌采用太陽(yáng)能電源供電。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏板、太陽(yáng)能控制器和蓄電池三部分組成，見(jiàn)圖3。太陽(yáng)能電池板輸出的電壓經(jīng)過(guò)DC／DC變換后輸送給蓄電池充電，為最大化利用太陽(yáng)能電池的性能，采用最大功率點(diǎn)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(hào)經(jīng)過(guò)變換送入微控制器進(jìn)行分析計(jì)算。微控制器S3C2440通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路輸出PWM脈沖控制信號(hào)調(diào)節(jié)DC／DC轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換電路輸出電壓及電流的控制。此外，微控制器S3C2440還能實(shí)時(shí)測(cè)量蓄電池的端電壓，對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電保護(hù)，防止蓄電池過(guò)充或過(guò)放。

2．4 LED顯示模塊
    LED點(diǎn)陣顯示屏是一種簡(jiǎn)單的漢字顯示器，具有價(jià)廉、易于控制、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種公共場(chǎng)合。本系統(tǒng)采用型號(hào)為P10及大小為16×64的LED顯示屏。系統(tǒng)中ARM通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描方式對(duì)LED進(jìn)行控制，完成公交車(chē)位置顯示。

3 軟件設(shè)計(jì)
    軟件設(shè)計(jì)是建立在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，電子公交站牌的軟件設(shè)計(jì)包括主控芯ARM9的軟件設(shè)計(jì)和無(wú)線通信模塊中的Zigbee模塊軟件設(shè)計(jì)兩部分。Zigbee模塊軟件設(shè)計(jì)主要包括協(xié)調(diào)器即站牌上的Zigbee和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，由于它們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程類(lèi)似，故只介紹協(xié)調(diào)器，它負(fù)責(zé)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，等待公交車(chē)節(jié)點(diǎn)加入并接受公交車(chē)發(fā)送過(guò)來(lái)的信息。軟件流程如圖4所示。

    ARM9處理器除了接收公交車(chē)的信息和控制顯示刷新之外，還要負(fù)責(zé)公交車(chē)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(duì)太陽(yáng)能智能管理。對(duì)于ARM9，采用ucos-ii操作系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了5個(gè)任務(wù)，見(jiàn)圖5。分別是：1)接收公交車(chē)和其他站牌信息任務(wù)完成接收Z(yǔ)igbee和GSM模塊上傳的信息；2)信息處理任務(wù)完成對(duì)接收信息處理；3)發(fā)送信息到其他站牌任務(wù)是通知余下站牌公交車(chē)已經(jīng)到本站；4)LED屏顯示任務(wù)將顯示公交車(chē)位置；5)太陽(yáng)能管理任務(wù)負(fù)責(zé)太陽(yáng)能監(jiān)控，對(duì)蓄電池合理充電與放電。由于以上任務(wù)之間存在共享數(shù)據(jù)和通訊，系統(tǒng)采用消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間數(shù)據(jù)的共享和通信。

4 測(cè)試與結(jié)束語(yǔ)
    本文最后測(cè)試公交車(chē)與站牌能通信時(shí)需要的通信距離和通信時(shí)間，因?yàn)橥ㄐ啪嚯x與通信時(shí)間是影響電子站牌能否正確判斷公交車(chē)進(jìn)出站情況和處理其他相關(guān)信息的關(guān)鍵。具體測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

    由測(cè)試數(shù)據(jù)可知，公交車(chē)與站牌通信距離平均86．9m，通信時(shí)間平均3．2s。根據(jù)距離和通信時(shí)間及公交車(chē)進(jìn)站離站的速度可得出通過(guò)Zigbee方式能準(zhǔn)確檢測(cè)到進(jìn)站與出站的情況，并有充裕時(shí)間進(jìn)行相關(guān)信息處理和發(fā)送。
    本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電子公交站牌系統(tǒng)，使用Zigbee和GSM無(wú)線通信技術(shù)，用一種新的方式實(shí)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(yáng)能供電，節(jié)約了能源，并能在暫無(wú)市電供應(yīng)的公交區(qū)路線上快速部署。