基于A(yíng)tmegal單片機設計的智能公交電子站牌系統，包括原理圖、流程圖

一、項目概述

1.1 引言

公交系統是當今城市發(fā)展的必然產(chǎn)物，它作為城市動(dòng)態(tài)系統中的一個(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(zhù)我國經(jīng)濟的持續發(fā)展和人口流動(dòng)規模的加大，交通運輸需求也不斷擴大，隨之而產(chǎn)生的弊端也越發(fā)明顯，如巨大的客流規模與有限的公交數量，現有公交系統調度的不靈活性等。

如何快速、準確、及時(shí)的將公交車(chē)的行駛信息傳遞給乘客，避免乘客的長(cháng)時(shí)間等待；如何自動(dòng)記錄上下車(chē)乘客人數，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(mén)可以更加靈活的調動(dòng)公交車(chē)輛，優(yōu)化公交系統的線(xiàn)路，合理設計公交線(xiàn)路所需公交班次是公交車(chē)服務(wù)質(zhì)量提升的一個(gè)重要方面。而在國內市場(chǎng)上，此方面的技術(shù)的應用并不廣泛，基于此，設計一種更加智能化的、保險系數更高的公交服務(wù)信息查詢(xún)系統，是當務(wù)之急，也是大勢所趨。

本系統以Atmegal單片機為核心，通過(guò)其強大的微控處理功能與無(wú)線(xiàn)數據通信、自動(dòng)語(yǔ)音提示、LCD顯示等技術(shù)的綜合運用，設計的一款智能公交信息發(fā)布系統。當到達某個(gè)站點(diǎn)時(shí)，單片機控制語(yǔ)音系統會(huì )自動(dòng)進(jìn)行到站報站、上車(chē)下車(chē)及超員提醒，并將下一站地點(diǎn)及用時(shí)預測等信息告知乘客；同時(shí)它通過(guò)主動(dòng)式紅外對射檢測傳感器檢測本站上下車(chē)人數，并通過(guò)單片機將其以數據形式顯示給售票員、車(chē)內乘客及下一站乘客，避免了售票員清點(diǎn)查詢(xún)的麻煩和漏查錯查的錯誤，并為下一站乘客提供客流量信息；為了避免等車(chē)乘客長(cháng)時(shí)間的焦灼等待及及時(shí)換乘其他公交線(xiàn)路，我們還將即將到達本站的各路車(chē)的人數、所在位置、行車(chē)速度、到站時(shí)間等信息利用Zigbee無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )傳輸到站點(diǎn)顯示屏上，充分體現了信息服務(wù)的人性化，人機交互的智能化，具有較高的現實(shí)意義。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

在公交站牌處等待乘車(chē)時(shí)時(shí)常出現這樣的情況：乘車(chē)者不知道要乘坐的公交車(chē)是否能在短時(shí)間內到達，從而不能決斷是否該選擇轉乘別路公交或者轉乘出租車(chē)；長(cháng)時(shí)間等待后發(fā)現要乘坐的車(chē)已滿(mǎn)而不得不繼續等待；諸如此類(lèi)的事件不僅影響等車(chē)者心情有時(shí)甚至會(huì )耽誤緊急事件。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(chē)能夠到達本站的時(shí)間，以及車(chē)上現有人數，這樣便不會(huì )出現上述窘境。

乘車(chē)過(guò)程中，有時(shí)因為車(chē)上環(huán)境的嘈雜，乘車(chē)者時(shí)常因為聽(tīng)不到報站而坐過(guò)站牌，影響乘車(chē)者正常行程。所以我們想到如果車(chē)上能夠安裝一個(gè)顯示屏，顯示當前站牌和即將到達的站牌，這樣即便聽(tīng)不到報站也能不錯站。

二、需求分析

2.1 功能要求

1.監測每個(gè)公交站點(diǎn)上下車(chē)人數和當前公交車(chē)上的人數，并將數據長(cháng)期保存。

2.可以實(shí)時(shí)監測公交車(chē)當前車(chē)速和距下一站點(diǎn)之間的距離。

3.智能公交電子站牌系統的公交車(chē)載子系統要求到達每個(gè)站點(diǎn)時(shí)的自動(dòng)報站，乘客上下車(chē)語(yǔ)音提醒，人數過(guò)多時(shí)自動(dòng)語(yǔ)音提醒，預計下一站點(diǎn)到達時(shí)間語(yǔ)音報時(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的電子站牌子系統可以實(shí)現顯示將要到達本站的3量公交車(chē)信息，公交車(chē)到達本站剩余時(shí)間，及公交車(chē)上當前人數。

5.當公交車(chē)下班時(shí)可以自動(dòng)切斷整個(gè)系統的供電，上班時(shí)可以自動(dòng)恢復供電。

2.2 性能要求

1.要求準確監測公交車(chē)上下車(chē)人數和當前公交車(chē)上人數。

2.要求準確測量、監測公交車(chē)到達下一站點(diǎn)所需時(shí)間。

3.要求將公交車(chē)上當前信息準確穩定的傳送到下一公交站點(diǎn)的電子站牌子系統。

4.要求電子站牌準確顯示將要到達此站點(diǎn)的3量公交車(chē)的人數信息，到達時(shí)間信息。

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理（除圖片外需有文字介紹）

系統模擬圖:

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

公交車(chē)載子系統：采集公交車(chē)上下人數，并保存：采集公交車(chē)的實(shí)時(shí)速度信息和位置信息，并保存；智能自動(dòng)調度公交語(yǔ)音系統；智能顯示下一站點(diǎn)為哪一站點(diǎn)和實(shí)時(shí)顯示到達下一站點(diǎn)所需時(shí)間。無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )系統：將公交車(chē)載子系統采集到的公交車(chē)上下人數，公交車(chē)實(shí)時(shí)速度和位置傳輸到下一站點(diǎn)的電子站牌。

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

基本原理為：當公交車(chē)到達某一站點(diǎn)時(shí)采集到的上下車(chē)人數，并將此時(shí)通過(guò)GPS接收到的衛星數據通過(guò)車(chē)載AVR單片機的計算得到的車(chē)速和公交位置傳送到當前電子站牌的ZigBee網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)。然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)中繼通訊結點(diǎn)的路由功能傳送到下一站電子站牌的ZigBee結點(diǎn)，接收到數據后經(jīng)本站電子站牌處AVR單片機處理后顯示公交信息。

各子系統原理圖如下：

1. ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )系統原理：采用網(wǎng)狀結構進(jìn)行組網(wǎng)

公交車(chē)載子系統

其中公交車(chē)載子系統包括主動(dòng)式紅外線(xiàn)對射監測傳感器系統、語(yǔ)音系統、GPS接收器模塊、顯示屏、電源管理系統模塊。

1. 主動(dòng)式紅外對射監測傳感器系統包括四組紅外發(fā)射器和接收器，其中兩組放于公交車(chē)的前門(mén)，兩組放于公交車(chē)的后門(mén)，用于監測上下車(chē)的人數。由于現有的公交車(chē)無(wú)法保證嚴格的前門(mén)上車(chē)，后門(mén)下車(chē)，故于前門(mén)和后門(mén)分別放兩組紅外發(fā)射器和接收器，準確監測乘客上車(chē)還是下車(chē)。當乘客上車(chē)時(shí)人數加1，下車(chē)時(shí)人數減1。

2. 語(yǔ)音系統包括到站語(yǔ)音報站、上下車(chē)語(yǔ)音提醒、人數過(guò)多語(yǔ)音提醒、到達下一站所需時(shí)間報時(shí)。當達到所需條件時(shí)，AVR單片機控制語(yǔ)音系統發(fā)出相應的語(yǔ)音提示。

3. GPS接收器模塊用于測量當前公交車(chē)的車(chē)速和位置，用于監測到達下一站所需時(shí)間。

4. 顯示屏用于顯示當前公交車(chē)上的人數，到站時(shí)上車(chē)人數和下車(chē)人數。

5. 電源管理系統用于相應芯片的供電。

ZigBee無(wú)線(xiàn)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )用于將保存于公交車(chē)載子系統單片機上的公交車(chē)上乘客人數、到達下一站牌所需時(shí)間，哪一路公交車(chē)將要到達傳送到下一個(gè)站點(diǎn)的電子站牌子系統的單片機

電子站牌子系統用于顯示將要到達的公交車(chē)為幾路公交車(chē)，此時(shí)公交車(chē)上的人數，還有多長(cháng)時(shí)間到達。如若顯示屏采用大屏液晶顯示器可以對顯示屏進(jìn)行合理的規劃開(kāi)辟出廣告區，用于廣告的投放，來(lái)將本系統架設費用降到最低。

電子站牌顯示屏顯示信息（例）

3.2 硬件平臺選用及資源配置

主控芯片采用ATMEL公司的AVR32 AT32UC3A單片機；語(yǔ)音系統芯片采用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(xiàn)對射監測傳感器（包括紅外發(fā)射器和接收器）;無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )用ATMEL ZigBee射頻芯片AT86RF231進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的組網(wǎng)。

3.3系統軟件架構

軟件架構可以分為兩個(gè)部分：一個(gè)為公交車(chē)載子系統部分的軟件架構，另一個(gè)為電子站牌子系統軟件的架構。將每個(gè)電子站牌抽象為一個(gè)個(gè)的數據結點(diǎn)，這些結點(diǎn)之間可以進(jìn)行數據的傳遞。將公交車(chē)載子系統視為一個(gè)個(gè)獨立的結點(diǎn)，這些獨立的結點(diǎn)和電子站牌的結點(diǎn)之間進(jìn)行通訊。

3.4 系統軟件流程（除圖片外需有文字介紹）

3.5 系統預計實(shí)現結果

1.電子站牌可以實(shí)時(shí)接收公交車(chē)上單片機發(fā)送的信號并準確顯示。

2.公交車(chē)可以準確進(jìn)行語(yǔ)音播報和顯示下一站。

3.可以準確測量公交車(chē)上的人數。