引言

????? 公共交通具有個體交通無法比擬的強大優勢，優先發展城市公共交通系統是解決大、中城市交通問題的最佳途徑。近年來， 城市公交系統的智能化已成為公共交通研究領域的主要方向。國內現有試運行的智能公交系統大部分都采用GPS全球定位系統進行定位， 同時采用GPRS網絡進行數據傳輸。車載GPS模塊可以實時獲取位置、方向、時間等導航定位數據， 然后通過車載GPRS模塊將數據傳至監控中心， 從而實現車輛的定位和監控。監控中心則可將車輛的實時信息或公告信息通過電子站牌的GPRS模塊發送給電子站牌，以估算到站時間和距離， 然后顯示在電子站牌上。盡管現有試運行的智能公交系統定位覆蓋面廣、精度高， 可以實現車輛的全范圍定位和監控。但在實際運行過程中， 仍然存在以下不足：

????? GPS信號在隧道和高架橋等環境下會存在盲點；

????? 運行中需將GPS信息通過GPRS發到監控中心， 再由監控中心通過GPRS發送顯示信息給電子站牌， 因此運營費用較高；

????? GPRS模塊價格昂貴， 公交車數量眾多且都必須安裝GPRS模塊， 硬件成本高；

????? 不能實現公交車與站牌的通信， 也不能實現提前報站等服務。

????? 1 系統總體方案

????? 由于西安城市面積較小， 道路集中， 公交線路密集， 電子站牌間距大多在500米左右， 因此，監控中心沒有必要對公交車進行實時全范圍的監控， 而只需知道公交車的站牌區間范圍便可大致定位。

????? 為吸取現有智能公交系統方案的優點， 克服其缺點， 并結合西安城市自身特點， 本文把ZigBee短距離無線通信技術引入到智能公交系統中， 對國內現有試運行的智能公交系統普遍采用的GPS定位、GPRS信息傳輸的方案進行了數據傳輸方式的改進， 改進后的智能公交系統方案的整體架構如圖1所示。

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圖1 智能公交系統的總體方案

????? 本系統主要由公交車終端、電子站牌終端和管理監控中心服務器三部分組成。

????? 公交車終端可根據車載GPS模塊實時定位公交車的位置信息， 并與各個站牌的位置信息進行對比， 當其到達某個站牌時， 公交車自動語音報站， 同時用LCD屏顯示到站信息。

????? 電子站牌終端和公交車終端可通過ZigBee短距離無線通信網絡進行通信。公交車可實現提前報站。當公交車到達某個站牌后， 便把自己的車輛信息、狀態信息等打包發送給站牌。電子站牌收到管理中心的信息后， 便將公交車的位置信息顯示在站牌的電子地圖上。

????? 管理中心服務器和電子站牌終端可通過GPRS無線通信網絡進行通信。電子站牌終端通過GPRS模塊的無線聯網， 以對收到的公交車信息進行處理并重新封裝， 然后發送到無線網絡中。服務器端一般是連接Internet的PC機， 可通過TCP/IP協議接收互聯網上的信息， 同時可向電子站牌終端發送運行線路上公交車的實時位置信息和公告信息。服務器可通過數據庫進行信息的管理和查詢， 以方便公交公司的管理和調度。

????? 2 系統硬件設計

????? 2.1 車載終端的硬件組成

????? 本系統中的車載終端硬件主要包括電源模塊或電源接入模塊、ARM處理器、RAM、FLASH、GPS定位模塊、ZigBee射頻傳輸模塊、視頻監控模塊、LCD顯示模塊、串口和調試模塊、車內人數統計模塊和語音模塊等。圖2所示是系統中車載終端的硬件組成框圖。

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圖2 車載終端硬件組成框圖

????? ARM嵌入式處理器是整個車載終端的核心，可通過各種接口與各功能模塊相連接。本車載終端選用韓國三星公司的一款基于ARM920T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器S3C2410.S3C2410的運行頻率可以達到203 MHz, 主要面向手持設備等高性價比、低功耗的應用。

????? 在智能公交系統中， 系統定位模塊一般采用GPS-OEM （ Original Equipment Manufacture） 板。

????? 在嵌入式車載終端系統中， 選用GPS模塊時， 通常應考慮定位精度、價格、功耗、體積、抗干擾能力等幾個因素。根據以上原則， 本設計選用LEADTEK公司的GPS三代SiRF star III7855模塊來實現定位。該模塊的主要性能指標如下：

　　有20個并行通道， 可同時接收20顆衛星；

　　定位時間： 重捕時間為0.1 s, 熱啟動<1s, 冷啟動<42 s, 自動搜索少于30 s;

　　輸出差分精度可達10米， 功耗小于1 W;

??? 可通過RS232接口輸出NEMA-0183協議的ASCII碼語句， 包括GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG、GPGLL等；

??? 采用5 V電源， 可通過TX、RX引腳連接一個DB9的接口來與嵌入式微處理器的串口進行通信。