一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

公交系統(tǒng)是當(dāng)今城市發(fā)展的必然產(chǎn)物，它作為城市動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，是城市整體發(fā)展中不可缺少的物質(zhì)生活條件和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是聯(lián)系社會(huì)生產(chǎn)、人民生活的紐帶。但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人口流動(dòng)規(guī)模的加大，交通運(yùn)輸需求也不斷擴(kuò)大，隨之而產(chǎn)生的弊端也越發(fā)明顯，如巨大的客流規(guī)模與有限的公交數(shù)量，現(xiàn)有公交系統(tǒng)調(diào)度的不靈活性等。

如何快速、準(zhǔn)確、及時(shí)的將公交車的行駛信息傳遞給乘客，避免乘客的長(zhǎng)時(shí)間等待；如何自動(dòng)記錄上下車乘客人數(shù)，減少售票員繁重的工作量并為下一站乘客提供客流信息；如何讓城市的公交部門可以更加靈活的調(diào)動(dòng)公交車輛，優(yōu)化公交系統(tǒng)的線路，合理設(shè)計(jì)公交線路所需公交班次是公交車服務(wù)質(zhì)量提升的一個(gè)重要方面。而在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，此方面的技術(shù)的應(yīng)用并不廣泛，基于此，設(shè)計(jì)一種更加智能化的、保險(xiǎn)系數(shù)更高的公交服務(wù)信息查詢系統(tǒng)，是當(dāng)務(wù)之急，也是大勢(shì)所趨。

本系統(tǒng)以Atmegal單片機(jī)為核心，通過(guò)其強(qiáng)大的微控處理功能與無(wú)線數(shù)據(jù)通信、自動(dòng)語(yǔ)音提示、LCD顯示等技術(shù)的綜合運(yùn)用，設(shè)計(jì)的一款智能公交信息發(fā)布系統(tǒng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)某個(gè)站點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)控制語(yǔ)音系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行到站報(bào)站、上車下車及超員提醒，并將下一站地點(diǎn)及用時(shí)預(yù)測(cè)等信息告知乘客；同時(shí)它通過(guò)主動(dòng)式紅外對(duì)射檢測(cè)傳感器檢測(cè)本站上下車人數(shù)，并通過(guò)單片機(jī)將其以數(shù)據(jù)形式顯示給售票員、車內(nèi)乘客及下一站乘客，避免了售票員清點(diǎn)查詢的麻煩和漏查錯(cuò)查的錯(cuò)誤，并為下一站乘客提供客流量信息；為了避免等車乘客長(zhǎng)時(shí)間的焦灼等待及及時(shí)換乘其他公交線路，我們還將即將到達(dá)本站的各路車的人數(shù)、所在位置、行車速度、到站時(shí)間等信息利用Zigbee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸军c(diǎn)顯示屏上，充分體現(xiàn)了信息服務(wù)的人性化，人機(jī)交互的智能化，具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

在公交站牌處等待乘車時(shí)時(shí)常出現(xiàn)這樣的情況：乘車者不知道要乘坐的公交車是否能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)，從而不能決斷是否該選擇轉(zhuǎn)乘別路公交或者轉(zhuǎn)乘出租車；長(zhǎng)時(shí)間等待后發(fā)現(xiàn)要乘坐的車已滿而不得不繼續(xù)等待；諸如此類的事件不僅影響等車者心情有時(shí)甚至?xí)⒄`緊急事件。因此我們想在公交站牌處如果能有一個(gè)顯示屏，屏上清晰顯示站牌處各路公交車能夠到達(dá)本站的時(shí)間，以及車上現(xiàn)有人數(shù)，這樣便不會(huì)出現(xiàn)上述窘境。

乘車過(guò)程中，有時(shí)因?yàn)檐嚿檄h(huán)境的嘈雜，乘車者時(shí)常因?yàn)槁?tīng)不到報(bào)站而坐過(guò)站牌，影響乘車者正常行程。所以我們想到如果車上能夠安裝一個(gè)顯示屏，顯示當(dāng)前站牌和即將到達(dá)的站牌，這樣即便聽(tīng)不到報(bào)站也能不錯(cuò)站。

二、需求分析

2.1 功能要求

1.監(jiān)測(cè)每個(gè)公交站點(diǎn)上下車人數(shù)和當(dāng)前公交車上的人數(shù)，并將數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存。

2.可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公交車當(dāng)前車速和距下一站點(diǎn)之間的距離。

3.智能公交電子站牌系統(tǒng)的公交車載子系統(tǒng)要求到達(dá)每個(gè)站點(diǎn)時(shí)的自動(dòng)報(bào)站，乘客上下車語(yǔ)音提醒，人數(shù)過(guò)多時(shí)自動(dòng)語(yǔ)音提醒，預(yù)計(jì)下一站點(diǎn)到達(dá)時(shí)間語(yǔ)音報(bào)時(shí)等；可以顯示下一個(gè)站點(diǎn)為哪一個(gè)站點(diǎn)。

4.智能公交電子站牌系統(tǒng)的電子站牌子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)顯示將要到達(dá)本站的3量公交車信息，公交車到達(dá)本站剩余時(shí)間，及公交車上當(dāng)前人數(shù)。

5.當(dāng)公交車下班時(shí)可以自動(dòng)切斷整個(gè)系統(tǒng)的供電，上班時(shí)可以自動(dòng)恢復(fù)供電。

2.2 性能要求

1.要求準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)公交車上下車人數(shù)和當(dāng)前公交車上人數(shù)。

2.要求準(zhǔn)確測(cè)量、監(jiān)測(cè)公交車到達(dá)下一站點(diǎn)所需時(shí)間。

3.要求將公交車上當(dāng)前信息準(zhǔn)確穩(wěn)定的傳送到下一公交站點(diǎn)的電子站牌子系統(tǒng)。

4.要求電子站牌準(zhǔn)確顯示將要到達(dá)此站點(diǎn)的3量公交車的人數(shù)信息，到達(dá)時(shí)間信息。

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理（除圖片外需有文字介紹）

系統(tǒng)模擬圖:

本系統(tǒng)共分為3個(gè)子系統(tǒng)，分別為：公交車載子系統(tǒng)，公交電子站牌子系統(tǒng)，和無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其主要功能如下：

公交車載子系統(tǒng)：采集公交車上下人數(shù)，并保存：采集公交車的實(shí)時(shí)速度信息和位置信息，并保存；智能自動(dòng)調(diào)度公交語(yǔ)音系統(tǒng)；智能顯示下一站點(diǎn)為哪一站點(diǎn)和實(shí)時(shí)顯示到達(dá)下一站點(diǎn)所需時(shí)間。無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：將公交車載子系統(tǒng)采集到的公交車上下人數(shù)，公交車實(shí)時(shí)速度和位置傳輸?shù)较乱徽军c(diǎn)的電子站牌。

電子站牌子系統(tǒng)：將通過(guò)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送過(guò)來(lái)的公交車信息顯示在電子站牌上。

基本原理為：當(dāng)公交車到達(dá)某一站點(diǎn)時(shí)采集到的上下車人數(shù)，并將此時(shí)通過(guò)GPS接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)通過(guò)車載AVR單片機(jī)的計(jì)算得到的車速和公交位置傳送到當(dāng)前電子站牌的ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。然后通過(guò)無(wú)線中繼通訊結(jié)點(diǎn)的路由功能傳送到下一站電子站牌的ZigBee結(jié)點(diǎn)，接收到數(shù)據(jù)后經(jīng)本站電子站牌處AVR單片機(jī)處理后顯示公交信息。

各子系統(tǒng)原理圖如下：

1. ZigBee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理：采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)

公交車載子系統(tǒng)

其中公交車載子系統(tǒng)包括主動(dòng)式紅外線對(duì)射監(jiān)測(cè)傳感器系統(tǒng)、語(yǔ)音系統(tǒng)、GPS接收器模塊、顯示屏、電源管理系統(tǒng)模塊。

1. 主動(dòng)式紅外對(duì)射監(jiān)測(cè)傳感器系統(tǒng)包括四組紅外發(fā)射器和接收器，其中兩組放于公交車的前門，兩組放于公交車的后門，用于監(jiān)測(cè)上下車的人數(shù)。由于現(xiàn)有的公交車無(wú)法保證嚴(yán)格的前門上車，后門下車，故于前門和后門分別放兩組紅外發(fā)射器和接收器，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)乘客上車還是下車。當(dāng)乘客上車時(shí)人數(shù)加1，下車時(shí)人數(shù)減1。

2. 語(yǔ)音系統(tǒng)包括到站語(yǔ)音報(bào)站、上下車語(yǔ)音提醒、人數(shù)過(guò)多語(yǔ)音提醒、到達(dá)下一站所需時(shí)間報(bào)時(shí)。當(dāng)達(dá)到所需條件時(shí)，AVR單片機(jī)控制語(yǔ)音系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的語(yǔ)音提示。

3. GPS接收器模塊用于測(cè)量當(dāng)前公交車的車速和位置，用于監(jiān)測(cè)到達(dá)下一站所需時(shí)間。

4. 顯示屏用于顯示當(dāng)前公交車上的人數(shù)，到站時(shí)上車人數(shù)和下車人數(shù)。

5. 電源管理系統(tǒng)用于相應(yīng)芯片的供電。

ZigBee無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)用于將保存于公交車載子系統(tǒng)單片機(jī)上的公交車上乘客人數(shù)、到達(dá)下一站牌所需時(shí)間，哪一路公交車將要到達(dá)傳送到下一個(gè)站點(diǎn)的電子站牌子系統(tǒng)的單片機(jī)

電子站牌子系統(tǒng)用于顯示將要到達(dá)的公交車為幾路公交車，此時(shí)公交車上的人數(shù)，還有多長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)。如若顯示屏采用大屏液晶顯示器可以對(duì)顯示屏進(jìn)行合理的規(guī)劃開(kāi)辟出廣告區(qū)，用于廣告的投放，來(lái)將本系統(tǒng)架設(shè)費(fèi)用降到最低。

電子站牌顯示屏顯示信息（例）

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

主控芯片采用ATMEL公司的AVR32 AT32UC3A單片機(jī)；語(yǔ)音系統(tǒng)芯片采用NV020S系列語(yǔ)音芯片；顯示屏采用LCD液晶顯示屏；采用主動(dòng)式紅外線對(duì)射監(jiān)測(cè)傳感器（包括紅外發(fā)射器和接收器）;無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)用ATMEL ZigBee射頻芯片AT86RF231進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)。

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

軟件架構(gòu)可以分為兩個(gè)部分：一個(gè)為公交車載子系統(tǒng)部分的軟件架構(gòu)，另一個(gè)為電子站牌子系統(tǒng)軟件的架構(gòu)。將每個(gè)電子站牌抽象為一個(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)，這些結(jié)點(diǎn)之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。將公交車載子系統(tǒng)視為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)，這些獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)和電子站牌的結(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通訊。

3.4 系統(tǒng)軟件流程（除圖片外需有文字介紹）

3.5 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

1.電子站牌可以實(shí)時(shí)接收公交車上單片機(jī)發(fā)送的信號(hào)并準(zhǔn)確顯示。

2.公交車可以準(zhǔn)確進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)和顯示下一站。

3.可以準(zhǔn)確測(cè)量公交車上的人數(shù)。