太陽(yáng)能電子公交站牌設計

摘要：文章設計了基于太陽(yáng)能供電的智能公交站牌系統，該系統主要由電子公交站牌，車(chē)載系統和公交監控中心組成。該系統利甩Zigbee和GSM無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，通過(guò)具體軟硬件設計，實(shí)現車(chē)輛與站牌之間、站牌與站牌之間的無(wú)線(xiàn)連接。該系統可為乘客及公交管理人員提供各種服務(wù)，并在監控中心上實(shí)時(shí)監控各公交站及車(chē)輛運行數據，實(shí)現公交車(chē)智能管理。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；智能公交；Zigbee

0 引言
隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，使得城市交通發(fā)展越來(lái)越快，因此對城市交通的管理提出了更高要求。目前國內公交系統在信息化建設方面取得了初步成效，己在部分公交線(xiàn)路上建成公交車(chē)輛跟蹤調度系統，安裝了電子站牌與車(chē)載GPS定位設備，實(shí)現了對車(chē)輛的跟蹤和定位，為乘客進(jìn)行實(shí)時(shí)報站?？紤]到現行公交系統要求較高的技術(shù)支撐，而且工程龐大，安裝和運營(yíng)費用高等因素，提出了太陽(yáng)能智能公交系統。該系統具有技術(shù)要求低、工程小、安裝方便、運營(yíng)費用低等特點(diǎn)。在整個(gè)設計中，電子站牌是實(shí)現這些功能的關(guān)鍵環(huán)節，采用太陽(yáng)能給站牌供電，并利甩Zigbee和GSM無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)解決系統通信問(wèn)題。

1 系統工作原理
太陽(yáng)能智能公交系統由電子公交站牌、車(chē)載系統和公交監控中心組成，見(jiàn)圖1。系統采用Zigbee無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)和GSM通信方式實(shí)現公交車(chē)與公交站臺、站牌與站牌之間、站牌與監控中心之間的通信。

1．1 電子公交站牌
負責通信的是Zigbee模塊和GSM模塊。其中，站牌上的Zigbee模塊作為協(xié)調器，即網(wǎng)絡(luò )的發(fā)起者，構建一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，等待公交車(chē)上Zigbee模塊的加入，接收公交車(chē)發(fā)送信息，將信息處理，再通過(guò)顯示屏顯示，同時(shí)將信息通過(guò)GSM模塊發(fā)送到下一站牌和監控中心。公交站上的GSM模塊還要接收其他站牌和監控中心發(fā)送來(lái)的信息。
1．2 車(chē)載系統
使用Zigbee模塊作為通信節點(diǎn)。將抵達一個(gè)車(chē)站時(shí)，就主動(dòng)尋找并加入已經(jīng)由公交站布置的Zigbee網(wǎng)絡(luò )中，把本車(chē)的線(xiàn)路和車(chē)輛編號信息發(fā)出去，等待確認信號，任務(wù)完成后則退出本站網(wǎng)絡(luò )，并準備尋找下站網(wǎng)絡(luò )。
1．3 公交監控中心
使用GSM模塊進(jìn)行通信。GSM模塊接收公交車(chē)到站信息，并發(fā)送公交車(chē)調度信息，實(shí)現智能監控和調度。

2 電子公交站牌硬件電路設計
電子公交站牌是智能公交系統重要的組成部分，主要完成兩個(gè)功能：站臺乘客可預知自己所乘的車(chē)輛的最新信息；完成站牌之間及站牌與監控中心的通信連接，組成整個(gè)公交系統網(wǎng)絡(luò )。
電子公交站牌由太陽(yáng)能供電模塊，嵌入式微處理器，無(wú)線(xiàn)收發(fā)設備及顯示LED屏等模塊組成，見(jiàn)圖2。
2．1 嵌入式微處理
本系統采用S3C2440，具有高的時(shí)鐘頻率(最高可達400MHz)、較大的存儲空間、方便靈活的指令系統和強大的I／O處決能力等優(yōu)點(diǎn)。此外，還可以嵌入實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，方便對模塊控制。主要完成如下功能：
(1)接收Z(yǔ)igbee模塊和GSM模塊上傳的信息，并對信息進(jìn)行處理后送入電子站牌顯示屏，顯示車(chē)輛到站和車(chē)輛行車(chē)路況。
(2)通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)模塊將相應的信息送到其他站牌和監控中心。
(3)對太陽(yáng)能供電裝置進(jìn)行管理，控制充電和放電并優(yōu)化其過(guò)程。
2．2 無(wú)線(xiàn)通信模塊
系統中無(wú)線(xiàn)收發(fā)設備的可靠性和有效的通信距離是設計的關(guān)鍵。為此，電子站牌采用了Zigbee模塊和GSM模塊，完成公交車(chē)與站牌、站牌與站牌、以及站牌與控制中心之間的通信。
Zigbee模塊由集成收發(fā)芯片CC2430及簡(jiǎn)單外圍電路組成。CC2430集成符合IEEE802．15．4標準的2．4GHz的RF無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機，具有優(yōu)良的無(wú)線(xiàn)接收靈敏度和強大的抗干擾性，因此具有很強的可靠性。其工作頻率范圍為2．400～2．4835GHz，數據速率可達250kb／s，可完成良好的無(wú)線(xiàn)數據傳輸。該模塊通過(guò)RS232串口方式與嵌入式微處理器之間進(jìn)行通信。
本系統采用型號為GTM900-C的GSM模塊，該模塊將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件集成在一塊線(xiàn)路板上，具有獨立的操作系統并提供標準接口。在實(shí)際使用中，利用標準AT命令通過(guò)短信進(jìn)行通信，實(shí)現站牌與監控中心間的通信。
2．3 太陽(yáng)能供電裝置
電子公交站牌采用太陽(yáng)能電源供電。太陽(yáng)能供電系統由太陽(yáng)能光伏板、太陽(yáng)能控制器和蓄電池三部分組成，見(jiàn)圖3。太陽(yáng)能電池板輸出的電壓經(jīng)過(guò)DC／DC變換后輸送給蓄電池充電，為最大化利用太陽(yáng)能電池的性能，采用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制方法。A／D采樣電路將采集到的電壓與電流信號經(jīng)過(guò)變換送入微控制器進(jìn)行分析計算。微控制器S3C2440通過(guò)驅動(dòng)電路輸出PWM脈沖控制信號調節DC／DC轉換電路內部開(kāi)關(guān)管的通斷，實(shí)現對轉換電路輸出電壓及電流的控制。此外，微控制器S3C2440還能實(shí)時(shí)測量蓄電池的端電壓，對蓄電池進(jìn)行充放電保護，防止蓄電池過(guò)充或過(guò)放。

2．4 LED顯示模塊
LED點(diǎn)陣顯示屏是一種簡(jiǎn)單的漢字顯示器，具有價(jià)廉、易于控制、使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)，可廣泛應用于各種公共場(chǎng)合。本系統采用型號為P10及大小為16×64的LED顯示屏。系統中ARM通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描方式對LED進(jìn)行控制，完成公交車(chē)位置顯示。