基于STM32單片機(jī)的智能公交設(shè)計

夏勝利 殷鳴

摘 要：為了有效解決在某些公交站臺或大型客運(yùn)站售票刷卡上車效率低的問題，以及客流信息和車內(nèi)信息獲取不便的缺陷，給予乘客更為舒適的乘坐體驗(yàn)并實(shí)現(xiàn)客流的統(tǒng)計和人車信息的交互，結(jié)合手機(jī)互聯(lián)網(wǎng)便捷快速的優(yōu)勢，利用STM32處理器作為單片機(jī)平臺，選用全球定位系統(tǒng)（GPS）模塊和無線傳輸模塊ESP8266及DHT11溫濕度傳感器設(shè)計了一種免去乘客排隊等待上車的系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過公交車上裝載的WiFi探針設(shè)備檢測乘客手機(jī)信號的有無，并結(jié)合GPS定位公交站點(diǎn)，按一定算法實(shí)現(xiàn)乘客的上下車自動扣費(fèi)，同時將車內(nèi)信息通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞給用戶以及公交公司，在方便乘客的同時實(shí)現(xiàn)了信息的多方交互。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);WiFi探針;自動扣費(fèi);公交;信號檢測;客流統(tǒng)計

中圖分類號：TP277文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2019）08-00-02

0 引 言

目前人們大多采用交通卡刷卡的形式乘坐公交，排隊上車刷卡或由檢票員人工詢問站點(diǎn)后刷卡[1]。這種方式存在如下缺點(diǎn)：

（1）無法獲取公交信息以及道路擁堵情況，人車互動性不強(qiáng);

（2）在購票遇上客流量大的情況時，需要長時間排隊。

互聯(lián)網(wǎng)具有更新速度快、互動性強(qiáng)、不受空間限制且數(shù)據(jù)存儲量大，高效快速等特點(diǎn)，使得其在傳遞行車信息及檢測車內(nèi)乘客數(shù)據(jù)信息時可以做到快速、高效、及時。

通過設(shè)置在公交車上的WiFi探針設(shè)備[2]獲取每位WiFi使用者的手機(jī)信號和MAC地址[3]，并通過算法實(shí)現(xiàn)對手機(jī)的定位，及時獲知乘客在哪一站上車以及在哪一站下車[4-5]，并基于此信息對乘客扣費(fèi)。本文將介紹一種基于STM32單片機(jī)作為處理芯片并通過WiFi探針實(shí)現(xiàn)對手機(jī)信號進(jìn)行檢測的裝置，由該裝置進(jìn)行自動扣費(fèi)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件部分主要基于STM32單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行開發(fā)，配合全球定位系統(tǒng)（GPS）模塊、ESP8266無線網(wǎng)絡(luò)模塊以及串口轉(zhuǎn)USB模塊使用。

1.1.1 STM32F103單片機(jī)

本設(shè)備采用意法半導(dǎo)體公司設(shè)計生產(chǎn)的STM32處理器作為單片機(jī)平臺，相比51單片機(jī)而言，STM32單片機(jī)具有更豐富的函數(shù)庫，更多的引腳，更強(qiáng)大的計算能力和多任務(wù)處理能力。它采用ARM構(gòu)架，性能高、成本低、功耗低且體系結(jié)構(gòu)超前。

1.1.2 DHT11溫濕度傳感器

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器與單片機(jī)相連，以確保反應(yīng)速度[6]。

1.1.3 NEO-6M GPS模塊

NEO-6M GPS模塊帶有外部天線，內(nèi)置E2PROM，其默認(rèn)的波特率為9 600 bps，支持標(biāo)準(zhǔn)的NMEA（美國國家海洋電子協(xié)會）。它有四個引腳，分別為VCC，RX，TX和GND。該模塊使用TX和RX引腳與STM32單片機(jī)通信，接線簡單，通過nmealib庫解碼就可以得到相應(yīng)的坐標(biāo)和速度信息。

1.1.4 ESP8266模塊

ESP8266是一款超低功耗的串口無線透傳模塊，具有小尺寸的封裝和超低能耗等特點(diǎn)。它能實(shí)現(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的交換，有如下兩種解決方案：

（1）使用內(nèi)部自帶處理器對芯片進(jìn)行二次開發(fā)，通過I/O口控制設(shè)備，節(jié)省成本但難度大;

（2）ESP8266模塊外接單片機(jī)，完成網(wǎng)絡(luò)相關(guān)任務(wù)，使用AT命令，通過串口和外接單片機(jī)通信，開發(fā)速度快，性能穩(wěn)定[7-8]。

1.2 算法核心

1.2.1 乘車判定

在公交車進(jìn)入公交站臺后，會利用車載WiFi探針設(shè)備來檢測用戶手機(jī)信號[9]，將檢測到的手機(jī)信號即MAC地址存儲到一個二維數(shù)組中。當(dāng)公交行駛了規(guī)定距離后，公交車的信號探測設(shè)備將繼續(xù)檢測，將第二次檢測到的手機(jī)信號再次存儲，并與第一次檢測到的數(shù)組進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在公交站附近檢測到部分MAC地址，待公交駛離過后一段時間無法再檢測到，則證明此人可能沒乘車，或者第二次掃描時無手機(jī)信號，則需多次檢測，存儲對比數(shù)據(jù)，若某MAC地址只在第一次檢測時出現(xiàn)，后面幾次檢測均未出現(xiàn)，則將此手機(jī)信號在數(shù)組內(nèi)刪除，同時判定此人未乘坐公交[10]。

1.2.2 乘坐站點(diǎn)判定

在公交車駛進(jìn)A站進(jìn)行信號檢測的同時，公交車GPS模塊檢測當(dāng)前公交車的位置并存儲。然后公交車到下一站臺B時將再次檢測手機(jī)信號與位置信息并存儲。行駛到C站，仍舊搜索手機(jī)信號與位置信息并存儲，之后與B站存儲的二維數(shù)組進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)手機(jī)信號在B站有而C站無，則可判定此手機(jī)信號擁有者從A站上車，B站下車。以此類推得出乘客的乘坐站點(diǎn)。

1.2.3 公交數(shù)據(jù)的統(tǒng)計

系統(tǒng)統(tǒng)計乘客上下車的情況可以通過組成一個站間到發(fā)客流表，見表1所列。實(shí)驗(yàn)中使用4個站（A～D），其中橫向表示下車，縱向表示上車。表中（C，A）為3，即表示有3位乘客在C站上車A站下車。通過計算即可獲得各站上下車人數(shù)、全日及高峰時段客流信息等。再根據(jù)這些信息可以制定相應(yīng)的車輛開行計劃，在減少乘客等待時間的同時避免資源的浪費(fèi)[11]。

2 結(jié) 語

本文采用手機(jī)代替公交卡，高效便捷，提高了乘客乘車的體驗(yàn)度。通過車載的WiFi探針設(shè)備不斷檢測乘客的實(shí)時位置，無需通過刷卡進(jìn)行上客判斷。通過溫濕度傳感器檢測車內(nèi)溫濕度并告知乘客，方便乘客選擇合適的出行公交。

但不足之處依舊存在：例如有的老年人未攜帶智能手機(jī)，或者不會使用智能手機(jī)導(dǎo)致扣費(fèi)失敗等。但我們相信，隨著智能手機(jī)的普及，本系統(tǒng)將得到更好的應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]吳慧蘭.上海市公交系統(tǒng)智能化的現(xiàn)狀與發(fā)展研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（2）：90-91.

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[11]汪林，張寧，邵家玉，等.基于歷史交易信息的城市軌道交通運(yùn)營調(diào)度優(yōu)化研究[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2018，15（10）：58-63.