基于射頻技術(shù)和單片機技術(shù)的公交車(chē)自動(dòng)報站系統設計

　　引 言

　　現階段，全球定位系統（GPS）技術(shù)日趨成熟，越來(lái)越多的公交公司利用這一技術(shù)來(lái)實(shí)現公交車(chē)的自動(dòng)報站。但該方式技術(shù)復雜，投資大，不易推廣。本文采用遠程射頻技術(shù)，結合單片機工作原理，對現有公交車(chē)的手動(dòng)報站裝置進(jìn)行改造。我們以實(shí)用性，性?xún)r(jià)比及可操作性為主要出發(fā)點(diǎn)，以減輕公交車(chē)駕駛員的勞動(dòng)強度，提高公交系統的安全性和報站準確性為最終目的，設計出了該公交車(chē)自動(dòng)報站系統。

　　1 設備整體設計方案

　　公交車(chē)自動(dòng)報站器主要由射頻閱讀器、射頻卡、主控制電路板、語(yǔ)音存儲模塊和鍵盤(pán)顯示模塊等部分組成，設計方案框圖如圖1所示。

　　在公交車(chē)站臺處設置特定的射頻卡，當公交車(chē)進(jìn)入工作范圍（站臺進(jìn)入公交車(chē)上的天線(xiàn)工作距離）時(shí)，站臺上的射頻卡接收到發(fā)射器的發(fā)出的信號，并將射頻卡的信息通過(guò)天線(xiàn)反射回閱讀器，接收后經(jīng)過(guò)單片機的驗證，將信號發(fā)送給主控制電路進(jìn)行篩選，辨別車(chē)站的信息。辨別完成后，單片機啟動(dòng)語(yǔ)音存儲模塊，調用語(yǔ)音模塊中錄制好與車(chē)站相對應的語(yǔ)音信息，再通過(guò)運算放大電路后，用來(lái)驅動(dòng)公交車(chē)中的音響，提醒旅客車(chē)站信息，使旅客乘車(chē)更加方便，由于整個(gè)過(guò)程沒(méi)有駕駛員的參與，大大挺高了公交車(chē)的安全性。

　　2 設備各組成部分設計

　　2.1 射頻發(fā)射接收電路設計

　　射頻發(fā)射部分采用DF發(fā)射模塊，其工作頻率為315MHz，采用聲表面波諧振器穩頻，頻率穩定度極高。特別適合多發(fā)一收無(wú)線(xiàn)遙控及數據傳輸系統。DF數據模塊具有較寬的工作電壓范圍3～12V，當電壓變化時(shí)發(fā)射頻率基本不變，其發(fā)射距離隨著(zhù)電壓的升高而變大。通過(guò)測試，遙控距離在離站臺 30～50m為宜，因此將工作電壓設置為3V左右，根據不同站臺的地理位置和環(huán)境條件的不同還可以進(jìn)行調整。發(fā)射部分電路如圖2所示。

　　射頻接收部分仍采用DF模塊，該模塊的輸入端天線(xiàn)有選頻網(wǎng)絡(luò )，輸出端具有波型處理電路，可以減少噪聲信號對該系統的干擾，該模塊自身輻射極小，模塊背面安裝網(wǎng)狀接地銅箔，減少了自身電磁信號泄漏和干擾信號的影響。接收部分電路如圖3所示。

　　2.2 控制電路設計

　　本設計的控制核心采用凌陽(yáng)公司的16位單片機SPcE061A，語(yǔ)音存儲采用凌陽(yáng)公司的SPR4096芯片，鍵盤(pán)及顯示采用凌陽(yáng)公司的鍵盤(pán)及顯示模塊?？刂齐娐吩砣鐖D4所示。

　　射頻接收器接收到站臺反射回來(lái)的信號后，將信號送入單片機。單片機根據存儲好的站臺數據庫進(jìn)行站臺識別，識別結束后再調用語(yǔ)音存儲模塊事先錄制好的對應報站語(yǔ)音信息。語(yǔ)音信息經(jīng)數模轉換電路后輸出模擬語(yǔ)音信號，再經(jīng)放大電路放大驅動(dòng)揚聲器進(jìn)行語(yǔ)音播報，并調用相應的信息在顯示屏上對到站信息進(jìn)行顯示。當報站信息出現異常時(shí)，公交車(chē)司機可通過(guò)操作鍵盤(pán)上的按鍵，來(lái)對報站信息進(jìn)行調整。

　　2.3 程序設計流程

　　程序設計流程如圖5所示。首先對系統進(jìn)行初始化，確定公交車(chē)的初始位置（默認為從起始站出發(fā)）。在公交車(chē)運行過(guò)程中，不斷發(fā)射射頻信號，當靠近某一站臺的射頻卡時(shí)，首先進(jìn)行識別檢驗，檢驗是否為干擾信號，若是干擾信號，則繼續發(fā)射射頻信號，若不是則對反射回的射頻信號送入單片機進(jìn)行識別，單片機程序采用查詢(xún)模式，識別站臺出的身份后，調用語(yǔ)音模塊中相應的語(yǔ)音信息和寄存器中的站臺文字信息分別送到音響和顯示屏進(jìn)行語(yǔ)音播報和顯示。系統安裝手動(dòng)控制電路，用以解決一些特殊和意外情況。

　　接下來(lái)對反射回的射頻信號進(jìn)行編碼驗證，將接收到的射頻信號編碼與存儲在單片機內部存儲器中的編碼進(jìn)行比對，識別站臺的身份，以確定調用語(yǔ)音模塊中語(yǔ)音信息，保證不會(huì )發(fā)生錯誤報站的情況，還可以很好地解決多路公交車(chē)?？客徽九_時(shí)的相互影響問(wèn)題（不同路的公交車(chē)射頻閱讀器不同）。當出現一些特殊和意外情況時(shí)，司機按下控制按鍵，可強制對報站程序進(jìn)行修正，或使公交車(chē)發(fā)出一些特定語(yǔ)音信息。意外情況解除后，公交車(chē)接收到新的站臺信號，通過(guò)編碼驗證后，程序又可以恢復自動(dòng)運行。

　　此程序在設計過(guò)程中考慮了公交車(chē)在實(shí)際運行中可能出現的問(wèn)題，滿(mǎn)足系統在實(shí)際運行中的各項要求。

　　3 設計方案的實(shí)施

　　在公交車(chē)自動(dòng)報站系統中，可以利用原有的公交車(chē)手動(dòng)報站系統，在原有的基礎上增加一套遠距離射頻設備和一塊控制單片機。將單片機發(fā)出的控制信號通過(guò)光電傳感器加到手動(dòng)報站器的按鈕兩端，當射頻接收器接收到射頻信號時(shí)，通過(guò)單片機驅動(dòng)光電傳感器導通，達到司機手動(dòng)按下按鈕的效果，從而降低自動(dòng)報站系統的改造成本，具有更好的可行性?？紤]到公交車(chē)運行過(guò)程中的道路和上下車(chē)情況變化很大，因此仍然保留了司機的手動(dòng)控制電路。這樣，若在某些特殊情況下，司機可以對報站系統進(jìn)行修正。

　　4 結論

　　通過(guò)在公交車(chē)和站臺上的實(shí)際測試，本公交車(chē)自動(dòng)報站系統獲得了良好的傳輸效果。系統工作穩定、性能優(yōu)良、成本低，具有很強的實(shí)用性和推廣價(jià)值，完全可以用它來(lái)大規模地對現有公交車(chē)手動(dòng)報站器進(jìn)行改造。