一种基于nRF9E5公交车预报及自动报站系统的设计与实现

作者/贺敏斌，长沙理工大学汽车与机械工程学院

一种基于nRF9E5公交车预报及自动报站系统的设计与实现

作者/贺敏斌，长沙理工大学汽车与机械工程学院

基于传统公交车报站系统是借助公交车司机的人工操作来完成的，因此，误报和漏报现象是不可避免的，而且候车人也不知道关于公交车的一些信息（XX路公交车什么时候到达XX站）。本文介绍一种公交车的预报及自动报站系统，可解决传统公交车报站系统的一系列问题。本系统综合运用计算机技术、无线数据通信技术和电子技术，它主要由车载通信子系统和站点通信子系统组成。车载通信子系统定时向外发射本车的车次等信息，当公交车到一定的距离时，站点通信子系统就会接收到信息，并将接收到信息以电子显示的方式预报给候车人；站点通信子系统也定时向外发射站点信息，当公交车快到某站台时，车载通信系统就会接收到信息将到达某站，然后它以语音的形式将信息告知车上的乘客。这两个通信系统借助无线收发电路，实现了公交车的预报及自动报站，提高了公交车的服务水平，将吸引更多人来乘坐公交车，有利于提升城市交通和公交的良好形象。

公交车预报；自动报站；nRF9E5；25AA320；DTR900S

1. 系统总体设计思想

在做系统设计方案的时候,比较了现行的公交车到站电子预报系统的设计方案，其中最值得一提的就是“GPS+GSM”模式的设计方案，同时它也是目前最为普遍的一种系统设计方案。现有“GPS+GSM”模式下的公交车到站电子预报系统是一项非常庞大的工程[1—3]。整个工程是包括GPS系统、GSM无线传输系统、相关调度中心管理系统、车站显示屏、自动语音报站、司机考勤、IC读写器连接和多媒体广告发布等多项功能集成的智能调度管理系统。它借助于将全球定位系统GPS、航位推算DR、电子地图匹配M M及GSM短消息服务SMS有机结合，准确地确定车辆行驶的实时位置，并借助目前已有的GSM通信系统实现车辆运行信息的无线传输，同时利用公交车站上新型的显示屏实时预报车辆到站时间，还可报告天气情况，介绍景点特色，实现乘客候车的“可视化”。综合考虑我国的国情以及地区间、城市间的发展不平衡，成本问题显然已经成为一个不容忽视的大问题。由于“GPS+GSM”模式系统的安装、运营费用很高，因此，它很难短时间内在全国范围内大面积的启用和推广。综上所述，为了克服传统“GPS+GSM”模块系统安装麻烦、运营复杂、成本高等缺点，我们设计价格低廉、安装简单、适合在我国大范围推广使用的公交车到站预报及自动报站系统。

本文所介绍的公交车到站预报及自动报站系统属于一种基于nRF9E5芯片的智能管理系统[4,5]，它由车载通信子系统和站点通信子系统组成。其中车载通信子系统安装在公交车上，站点通信子系统安装在各公交车站点，其系统结构示意图如图1所示。

车载通信系统由单片机、远距离无线发射电路、近距离无线接收电路、电源电路及语音电路构成，它负责定时向外发送本车的车次信息，同时等待接收各站点通信系统发出的信号。站点通信系统由单片机、远距离无线接收电路、近距离无线发射电路、LED显示屏和电源电路等构成，它也负责定时向外发送站点信息，同时也准备着接收各车载通信系统发出的信号。当有公交车行驶达到远距离无线收发电路通信的有效距离（例如2 km）时，站点通信系统就会接收到车载系统的发出的车次信号，接着它以LED显示的手段将公交车线路信息预报给候车人，随着时间的推移，当有公交车行驶达到近距离无线收发电路通信的有效距离（例如8 m）时，车载通信系统就会接收到站点系统的发出的站点信号，然后它将站点信息以语音的形式告知车上的乘客。站点通信系统中的LED显示屏除了可以显示下一辆公交车到达本站的时间外，还可以动态显示广告信息，增加系统运营的附加值。

图1 公交车到站预报及自动报站原理图

2. 硬件设计部分

2.1 远距离无线收发系统

远距离无线收发电路采用DTR900S，它采用单IC射频前段与Atmel的AVR单片机组成，可高速传输数据信号的微型收发信号机，可对无线传输的数据进行打包、检错和纠错处理。我们在设计中选择了具有2W输出功率的型号，通信距离可达1000～2000m，并在各公交车站的安装位置加配螺旋天线（高度为6cm），因此在通信距离上满足了信息收发的条件。DTR900S的外观图如图2所示。

2.2 近距离无线收发系统

近距离无线收发电路采用nRF9E5芯片，nRF9E5是真正的系统级无线射频收发芯片[6,7]，内嵌高性能8051MCU，4通道12位ADC，4K字节的ROM及256字节的RAM。内置nRF905收发器，包括所有nRF905芯片特性，可以工作在ShockBurstTM模式下（自动处理前缀，地址和CRC），最大程度地抑制了噪声，工作电压范围为1.9V～3.6V。nRF9E5符合FCC标准和ETSI EN300 200—1标准。

2.3 LED显示屏

图2 DTR900S外观图

图3 nRF9E5数据发送流程

图4 nRF9E5数据接收流程

随着LED显示技术的发展，LED显示屏已从原来的单纯文字显示发展到现在的文字、图像、动画和视频等各种多媒体应用。它具有高清晰度、色彩鲜艳、视角大、工作稳定、寿命长和功耗低等优点。由于采用单元模块化结构，屏体大小可按用户要求灵活拼制；它的超高亮度使它在户外显示中具有不可替代的作用。在公交车到站的预报及自动报站系统中我们采用了深圳艾比森实业有限公司的户外型LED阵列显示器，它是一种采用厚膜混合集成技术研制的矩阵式LED平板显示器，这种技术使内部混合电路的元器件与外界隔绝，免受机械损伤，同时防止外界潮湿气、腐蚀气体对电路的损害。由于该户外型LED显示器的每块单元板为64×32点阵，因此我们使用了3块单元板接成一个192×32点阵的LED显示屏，按16×16点阵一个字计算，那么该显示屏可显示两行，一行12个字。

3. 软件设计部分

系统的软件程序包括车载通信子系统软件和站点通信子系统软件[8]，车载子系统软件完成向站点发送被写入的车次、接收站点系统发送的站点信息并将信息以语音的形式告知各位乘客；站点通信系统软件完成接收车载系统发送的车次信息、向候车人显示车行信息以及向车载系统发送站点信息等。

4. 实验结果与讨论

在软件中设置了：当无线接收模块接收到不同的数据时，它的P00口输出不同频率的方波。具体如下：当接收到00 00 00 01数据包时，P00口输出频率为266.0Hz的方波；当接收到00 00 00 f数据包时，P00口输出频率为133.0Hz的方波；当接收到00 fe 00 00数据包时，P00口输出频率为88.7Hz的方波；当接收到00 02 00 00数据包时，P00口输出频率为66.5Hz的方波；当接收到01 00 00 00 00 00 00 00数据包时，P00口输出频率为53.2Hz的方波；当接收到02 00 00 00 00 00 00 00数据包时，P00口输出频率为44.3Hz的方波；图5是我们用示波器监测无线接收模块的P00口所得到的波形。

实验测得以上方波的频率分别为：265.9Hz，133.0Hz，88.1Hz，66.3Hz，53.1Hz，44.5Hz；幅度均为3V。

根据上述结果可知，发射模块与接收模块已经能正常通讯，并且由多次实验结果可知，系统通讯比较稳定及可靠。

5. 结论

本文所述的公交车到站预报及自动报站系统具有性能稳定、使用灵活、成本低廉等特点，可以满足现代化城市的公交运营需要。综上所述，公交车到站预报及自动报站系统具有较高的应用价值。

＊ [1]王东, 张海辉, 路艳巧. 基于GPS的公交车自动报站系统的设计[J]. 微型机与应用, 2010, 29(24):86—88.

＊ [2]肖煜, 叶邦彦. 基于GPS的公交智能报站系统设计[J]. 机电工程技术, 2009, 38(1):98—100.

山东省是中国的农业大省，农业增加值居全国第一。但是，近年来农产品市场相继出现“蒜你狠”“豆你玩”“姜你军”“向钱葱”“糖高宗”等现象，价格的暴涨给山东人民的生活水平造成极大冲击，进而影响了山东经济的可持续发展。因此，本文对山东省农产品价格和CPI之间的关系，特别是农产品价格变动对CPI的影响程度及持续性进行研究，以期对分析山东省的通货膨胀现象、稳定物价提供现实的参考价值。

＊ [3]陈勇兵, 王爱华, 何小卫. GPRS/GPS车载网络终端硬件与驱动程序设计[J]. 浙江师范大学学报(自然科学版), 2009, 32(1):86—90.

＊ [4]Nordic nRF9E5 Product Specification[Z]. Nordic corpora—tion, 2003.

＊ [5]马忠梅, 籍顺心, 张凯等. 单片机的C语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社, 2003.

＊ [6]刘泉. 通信电子线路[M]. 武汉理工大学出版社, 2002.

＊ [7]陈邦媛. 射频通信电路[M]. 科学出版社, 2003.

＊ [8]施蕴陵. 近代无线电实验系统[M]. 北京出版社, 1994.

图5 无线接收模块接收到不同的数据时，P00口输出的不同频率的方波