一種粘貼式LED公交智能站牌

王藝蓉，賈志絢，賈志綱

(太原科技大學，太原 030024)

一種粘貼式LED公交智能站牌

王藝蓉，賈志絢，賈志綱

(太原科技大學，太原 030024)

設(shè)計了一種城市智能公交站牌，給出系統(tǒng)軟/硬件設(shè)計方案。該系統(tǒng)以STC12LE5A60S2芯片為控制核心，通過SIMCom有限公司的SIM900A芯片對公交信息服務(wù)器發(fā)送的GPRS數(shù)據(jù)進行接收，并通過站牌上LED燈的閃、亮、滅顯示此線路上游來車位置信息。LED燈通過粘貼方式粘貼在現(xiàn)有公交站牌的站點名稱上方或下方，可為乘客提供方便、直觀的公交實時位置信息，經(jīng)濟性好，易于改造施工。

公交站牌;LED;GPRS;GPS;單片機

公交站牌是城市交通的重要設(shè)備，給廣大乘客提供公交線路的基本信息。其中，電子公交站牌是公交系統(tǒng)智能化的風向標。近年來出現(xiàn)的公交電子站牌均以LED顯示屏的形式，動態(tài)顯示公交車實時運動信息，如線路上的車輛位置、車輛到達站的剩余時間、道路信息等。但其存在以下問題:(1)直觀性差，顯示周期長:顯示屏均采用LED顯示屏，每塊LED顯示屏滾動顯示相關(guān)信息。站臺上若有多條公交站路，則顯示信息周期長，且多為文字信息，直觀性差，需要近距離觀看，乘客大量聚集時，難以滿足乘客需求;(2)數(shù)學模型單一:現(xiàn)有電子系統(tǒng)的車輛到達時間計算模型是按照所在城市公交車輛的平均速度和平均車流量來計算的，不是實時的; (3)工程造價高:現(xiàn)有的電子站牌多為LED屏的形式，造價高，易損壞，維護費用高。

為此，本文設(shè)計一種簡易的、基于現(xiàn)有站牌的、粘貼式LED城市智能公交車站牌，來克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點。

1 整體方案設(shè)計

電子公交系統(tǒng)是基于定位技術(shù)、無線通信技術(shù)、地理信息技術(shù)、計算機技術(shù)等的綜合系統(tǒng)，可實現(xiàn)公交車輛運營調(diào)度的智能化，公交車輛運行的信息化和可視化，實現(xiàn)面向公眾乘客的完善信息服務(wù)。

本設(shè)計開發(fā)了一種新型的公交電子站牌。通過GPS對車輛的實時監(jiān)控，將監(jiān)控數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸給中心服務(wù)器，公交車系統(tǒng)中心服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行處理后再通過GPRS傳輸給終端設(shè)備[1]，在終端設(shè)備上的站牌上顯示，如圖1所示，顯示途徑此公交站點的所有公交線路上游的公交車實時位置區(qū)段。

本電子站牌可以通過LED指示燈顯示本站上游來車的位置區(qū)段，候車乘客以此判斷侯車時間，從而決定是否等候。本電子站牌可以在現(xiàn)有的公交站牌基礎(chǔ)上直接進行改造，粘貼LED燈，加裝控制單元，造價低廉，容易施工，后期維護簡單。

2 硬件設(shè)計

本設(shè)計以STC12LE5A60S2芯片為主控核心，復(fù)位電路、時鐘電路、電源電路為芯片工作的最小系統(tǒng)，使主控單片機芯片能正常進行工作。其外圍

圖1 電子公交站牌系統(tǒng)示意圖Fig.1 The diagram of electronic bus stop board system

設(shè)計有:(1)Flash模塊，用于存儲接收到的數(shù)據(jù)和確保數(shù)據(jù)不丟失;(2)SDRAM模塊，它讀取數(shù)據(jù)速度快，使數(shù)據(jù)能夠與系統(tǒng)數(shù)據(jù)保持同步;(3)USB模塊，易于擴展，支持即插即用;(4)太陽能電源模塊，用于給系統(tǒng)提供電源;(5)GPRS模塊，與中心服務(wù)器進行數(shù)據(jù)傳輸;(6)LED指示燈顯示模塊，為終端顯示模塊。

2.1 主控模塊

圖2 硬件總體框圖Fig.2 The general hardware system diagram

主控芯片是電子站牌系統(tǒng)的核心，采用STC12LE5A60S2芯片，STC12E5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度比它快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(25萬次/s)，針對強干擾場合，適用于干擾較多的公共場所。STC12LE5A60S2外圍電路包括復(fù)位電路、時鐘電路、電源電路。如圖3所示，其中圖(a)為主電路，圖(b)為電源去耦電路，圖(c)為芯片工作指示燈電路，電源去耦電路和芯片工作指示燈電路均與STC12LE5A60S2芯片的41引腳相連。

圖3MUC電路Fig.3 MUC circuit

2.1.1 復(fù)位電路

復(fù)位電路，是一種用來使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路設(shè)備，為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分。復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。由于單片機在運行過程中存在掉電的突發(fā)情況，當再次給單片機上電時，單片機內(nèi)部的一些數(shù)據(jù)會丟失，一些數(shù)據(jù)則保持不變，這就會造成程序運行混亂，因此需要復(fù)位電路。本設(shè)計為了使STC12LE5A60S2芯片能夠穩(wěn)定復(fù)位和可靠工作，設(shè)計復(fù)位電路。

復(fù)位電路與6引腳連接，當電源VCC上電時，因電容C兩端電壓不能突變，所以RES在上電時會有一段時間為高電平，復(fù)位有效。持續(xù)一段時間后，復(fù)位撤除，微機開始工作。

2.1.2 時鐘電路

時鐘電路就是產(chǎn)生像時鐘一樣準確的振蕩電路，單片機的運行需要時鐘電路的支持。換句話說，時鐘電路產(chǎn)生時鐘來驅(qū)動單片機工作，構(gòu)成時鐘電路最重要的部分是晶振，晶振類似于單片機的心臟，給單片機提供工作節(jié)拍。如果沒有時鐘電路，單片機就沒有辦法工作，也無法進行定時和執(zhí)行與實踐有關(guān)的操作。

由于震蕩電路中產(chǎn)生的諧波會降低電路時鐘振蕩器的穩(wěn)定性，為了電路的穩(wěn)定性起見，在晶振的兩引腳處接入兩個瓷片電容接地來削減諧波對電路的穩(wěn)定性的影響，圖 3中時鐘電路選用11.059 26 MHz的晶振和兩個30 pf的起振電容，

2.1.3 電源電路

電源電路是給單片機供電，使單片機可以正常工作。本設(shè)計采用MIC29302IC芯片，該芯片是高度精確的電壓調(diào)節(jié)器，具有450 mV壓降的電壓，這些是專門為低電壓應(yīng)用，需要一個低壓差電壓和快速瞬態(tài)響應(yīng)。有過電壓保護，以防止電池過電流，并積極和消極的電壓順變。電源電路圖如圖4所示。

圖4 電源電路Fig.4 Power circuit

圖5 GPRS通信電路Fig.5 GPRS communication circuit

2.2 無線通信模塊

本設(shè)計通信采用GPRS通信方式，選用SIM900A模塊，SIM900A是SIMCom有限公司生產(chǎn)開發(fā)，是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊[2]，具有標準AT命令接口，采用SMT封裝，基于STE的單芯片方案，采用ARM926EJ-S架構(gòu)，可以提供GPRS數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)，可以內(nèi)置客戶應(yīng)用程序，性能強大，操作簡便[3]。如圖5所示為通信模塊電路圖[4]。

2.3 顯示模塊

顯示模塊為LED指示燈，粘貼在現(xiàn)有公交站牌的站點名稱下方/上方，用以顯示上游來車位置信息，燈閃爍代表公交車即將到達此站，小燈亮代表公交車在此站臺處于?？繝顟B(tài)。本站牌的特點是顯示直觀，不存在顯示周期問題，改裝方便，改裝及運行成本低。如圖6所示。

2.4 數(shù)據(jù)存儲模塊

SDRAM模塊選用Samsung公司的 K4S 561632ETC75，工作電壓為3.3 V，存儲容量為32 M，具有單位空間存儲容量大、運行速度快、抗干擾性強及價格便宜等優(yōu)點。

2.5 電源模塊

在供電方面，可以選用兩種供電方式:(1)直接使用城市供電;(2)使用太陽能供電。

圖6 電子站牌顯示牌Fig.6 The electric bus-stop board

(1)采用城市電網(wǎng)供電。每個站牌都連接城市供電系統(tǒng)，供電穩(wěn)定。

(2)采用太陽能電池供電。本設(shè)計即是利用光耦器件實現(xiàn)節(jié)點的光電隔離輸入接口。光耦器件也稱為光電耦合器或者光電隔離器，它是一種以光為中間媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器件和光檢測器封裝在管殼內(nèi)。當輸入端加電信號時，發(fā)光器件發(fā)出光信號，光檢測器接收到光信號后就產(chǎn)生光電流，從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換[5]。光耦電路電路圖如7所示。

圖7 太陽能電源電路Fig.7 The solar power circuit

3 軟件設(shè)計

本設(shè)計采用C語言編程。它是一種結(jié)構(gòu)化開發(fā)語言，擁有完善的程序結(jié)構(gòu)模塊，可以采用模塊程序設(shè)計方法進行系統(tǒng)軟件開發(fā)。

電子公交站牌系統(tǒng)是各個站牌通過GPRS通信系統(tǒng)接收中心服務(wù)器發(fā)過來的信息，各個站牌處理并顯示相應(yīng)的信息。本設(shè)計重點是站牌系統(tǒng)的軟件設(shè)計，即站牌與中心服務(wù)器的通信及顯示。主程序是系統(tǒng)軟件的控制中心，能夠?qū)⑵渌绦蚝湍K結(jié)合在一起，系統(tǒng)初始化結(jié)束即進入后臺循環(huán)，站牌就進入了各自的工作模式[6]，站牌軟件主流程如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)主流程圖Fig.8 Main flow chart of the system

表1 智能電子站牌總預(yù)算Tab.1 General budget of electric bus-stop board

4 成本預(yù)算

本設(shè)計成本低廉，表1為本設(shè)計與現(xiàn)有LED屏電子站牌預(yù)算對比表。

本設(shè)計硬件芯片需用10個芯片，根據(jù)市場調(diào)研，各個芯片在淘寶上的價格，均價為30元/個;而現(xiàn)有LED屏的設(shè)計方案至少采用的芯片個數(shù)在15個以上，所用的ARM芯片STM32F103和LED屏驅(qū)動芯片SD16726，價位比較高，均價為50元/個[7]。

當一個城市有N個公交車站時，其價格差約為(11050-8630)×N =2420×N元。假設(shè)一個1 000個公交站牌，則他們的差額為242萬。這僅僅為技術(shù)上的差價，還存在裝置上的差別，LED燈不需要更換現(xiàn)有站牌，但LED屏站牌需要更換現(xiàn)有站牌。

5 結(jié)論

(1)智能公交電子站牌采用單片機控制，運用GPS+GPRS技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和傳輸，單片機芯片進行控制，技術(shù)成熟，容易實現(xiàn);

(2)粘貼式LED設(shè)計，利用現(xiàn)有站牌上改裝，工程量小，施工成本低;

(3)設(shè)計顯示直觀，不存在顯示周期問題，遠觀近看均可;

(4)與LED屏相比，設(shè)備簡單，故障率低，系統(tǒng)維護簡便，運營成本低。

(5)本設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試穩(wěn)定，適用性好。

[1]陳勝.公交電子站牌系統(tǒng)分析[J].交通科技與經(jīng)濟，2009，11(4):1-3.

[2]SIMcom公司.SIM900A中文資料手冊[EB/OL].http://www.docin.com/p-276736568.html.[2011-6-11].

[3]毛長明，張麗宏.基于GPRS的智能公交站牌設(shè)計[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報，2010，12(6):92-94.

[4]劉賓，陳占帥，褚志鵬，等.基于GPRS的智能公交站牌顯示系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2014，6(11):134-136.

[5]楊帥.基于神經(jīng)元芯片和單片機雙處理器結(jié)構(gòu)LON節(jié)點的研究[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學，2008.

[6]劉永紅，孫盡堯.基于ARM9的GPRS短消息數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[J].現(xiàn)代計算機:專業(yè)版，2008(5):21-27.

[7]周念，申金昌，高義奇.中型城市公交電子站牌系統(tǒng)對比研究與優(yōu)化設(shè)計[R].北京:清華大學，2011-5-28.

Intelligent Bus Stop Board of Bonded LED

WANG Yi-rong，JIA Zhi-xuan，JIA Zhi-gang
(Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China)

A intelligent bus stop board was studied，and the design schemes of software/hardware system were projected.The main content of this study uses STC12LE5A60S2 chip as control core，deals with the received information from SIM900A chip provided by SIMCom and controls the LED，which showed the vehicle's position message.The SIM900A clip，as the public transport information clip，receives and sends the bus's GPRS data.And the LEDs were stuck to the bus stop board，which was corresponding to each site name，and showed the real-time location information about the upper stream buses.The new board design can provide more convenient，more intuitive service for passengers，which has well economy and ease of reforming the construction.

bus stop board，LED(Light-emitting Diode)，GPRS，GPS single chip micyoco

U121

A

10.3969/j.issn.1673-2057.2015.04.013

1673-2057(2015)04-0304-05

2014-12-11

同洲電子科技創(chuàng)新基金(TZ201314)

王藝蓉(1989-)，女，碩士研究生，主要研究方向為交通信息工程及控制;通訊作者:賈志絢，教授，E-mail:jiazhixuan374@sohu.com