基于Atmegal單片機設(shè)計的智能公交電子站牌系統(tǒng)，包括原理圖、流程圖

一、項目概述

1.1 引言

公交系統(tǒng)是當(dāng)今城市發(fā)展的必然產(chǎn)物，它作為城市動態(tài)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，是城市整體發(fā)展中不可缺少的物質(zhì)生活條件和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是聯(lián)系社會生產(chǎn)、人民生活的紐帶。但隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和人口流動規(guī)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(guī)模與有限的公交數(shù)量，現(xiàn)有公交系統(tǒng)調(diào)度的不靈活性等。

如何快速、準(zhǔn)確、及時的將公交車的行駛信息傳遞給乘客，避免乘客的長時間等待；如何自動記錄上下車乘客人數(shù)，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可以更加靈活的調(diào)動公交車輛，優(yōu)化公交系統(tǒng)的線路，合理設(shè)計公交線路所需公交班次是公交車服務(wù)質(zhì)量提升的一個重要方面。而在國內(nèi)市場上，此方面的技術(shù)的應(yīng)用并不廣泛，基于此，設(shè)計一種更加智能化的、保險系數(shù)更高的公交服務(wù)信息查詢系統(tǒng)，是當(dāng)務(wù)之急，也是大勢所趨。

本系統(tǒng)以Atmegal單片機為核心，通過其強大的微控處理功能與無線數(shù)據(jù)通信、自動語音提示、LCD顯示等技術(shù)的綜合運用，設(shè)計的一款智能公交信息發(fā)布系統(tǒng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)某個站點時，單片機控制語音系統(tǒng)會自動進(jìn)行到站報站、上車下車及超員提醒，并將下一站地點及用時預(yù)測等信息告知乘客；同時它通過主動式紅外對射檢測傳感器檢測本站上下車人數(shù)，并通過單片機將其以數(shù)據(jù)形式顯示給售票員、車內(nèi)乘客及下一站乘客，避免了售票員清點查詢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；為了避免等車乘客長時間的焦灼等待及及時換乘其他公交線路，我們還將即將到達(dá)本站的各路車的人數(shù)、所在位置、行車速度、到站時間等信息利用Zigbee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸军c顯示屏上，充分體現(xiàn)了信息服務(wù)的人性化，人機交互的智能化，具有較高的現(xiàn)實意義。

1.2 項目背景/選題動機

在公交站牌處等待乘車時時常出現(xiàn)這樣的情況：乘車者不知道要乘坐的公交車是否能在短時間內(nèi)到達(dá)，從而不能決斷是否該選擇轉(zhuǎn)乘別路公交或者轉(zhuǎn)乘出租車；長時間等待后發(fā)現(xiàn)要乘坐的車已滿而不得不繼續(xù)等待；諸如此類的事件不僅影響等車者心情有時甚至?xí)⒄`緊急事件。因此我們想在公交站牌處如果能有一個顯示屏，屏上清晰顯示站牌處各路公交車能夠到達(dá)本站的時間，以及車上現(xiàn)有人數(shù)，這樣便不會出現(xiàn)上述窘境。

乘車過程中，有時因為車上環(huán)境的嘈雜，乘車者時常因為聽不到報站而坐過站牌，影響乘車者正常行程。所以我們想到如果車上能夠安裝一個顯示屏，顯示當(dāng)前站牌和即將到達(dá)的站牌，這樣即便聽不到報站也能不錯站。

二、需求分析

2.1 功能要求

1.監(jiān)測每個公交站點上下車人數(shù)和當(dāng)前公交車上的人數(shù)，并將數(shù)據(jù)長期保存。

2.可以實時監(jiān)測公交車當(dāng)前車速和距下一站點之間的距離。

3.智能公交電子站牌系統(tǒng)的公交車載子系統(tǒng)要求到達(dá)每個站點時的自動報站，乘客上下車語音提醒，人數(shù)過多時自動語音提醒，預(yù)計下一站點到達(dá)時間語音報時等；可以顯示下一個站點為哪一個站點。

4.智能公交電子站牌系統(tǒng)的電子站牌子系統(tǒng)可以實現(xiàn)顯示將要到達(dá)本站的3量公交車信息，公交車到達(dá)本站剩余時間，及公交車上當(dāng)前人數(shù)。

5.當(dāng)公交車下班時可以自動切斷整個系統(tǒng)的供電，上班時可以自動恢復(fù)供電。

2.2 性能要求

1.要求準(zhǔn)確監(jiān)測公交車上下車人數(shù)和當(dāng)前公交車上人數(shù)。

2.要求準(zhǔn)確測量、監(jiān)測公交車到達(dá)下一站點所需時間。

3.要求將公交車上當(dāng)前信息準(zhǔn)確穩(wěn)定的傳送到下一公交站點的電子站牌子系統(tǒng)。

4.要求電子站牌準(zhǔn)確顯示將要到達(dá)此站點的3量公交車的人數(shù)信息，到達(dá)時間信息。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理（除圖片外需有文字介紹）

系統(tǒng)模擬圖:

本系統(tǒng)共分為3個子系統(tǒng)，分別為：公交車載子系統(tǒng)，公交電子站牌子系統(tǒng)，和無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其主要功能如下：

公交車載子系統(tǒng)：采集公交車上下人數(shù)，并保存：采集公交車的實時速度信息和位置信息，并保存；智能自動調(diào)度公交語音系統(tǒng)；智能顯示下一站點為哪一站點和實時顯示到達(dá)下一站點所需時間。無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：將公交車載子系統(tǒng)采集到的公交車上下人數(shù)，公交車實時速度和位置傳輸?shù)较乱徽军c的電子站牌。

電子站牌子系統(tǒng)：將通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送過來的公交車信息顯示在電子站牌上。

基本原理為：當(dāng)公交車到達(dá)某一站點時采集到的上下車人數(shù)，并將此時通過GPS接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)通過車載AVR單片機的計算得到的車速和公交位置傳送到當(dāng)前電子站牌的ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)點。然后通過無線中繼通訊結(jié)點的路由功能傳送到下一站電子站牌的ZigBee結(jié)點，接收到數(shù)據(jù)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(tǒng)原理圖如下：

1. ZigBee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理：采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)

公交車載子系統(tǒng)

其中公交車載子系統(tǒng)包括主動式紅外線對射監(jiān)測傳感器系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、GPS接收器模塊、顯示屏、電源管理系統(tǒng)模塊。

1. 主動式紅外對射監(jiān)測傳感器系統(tǒng)包括四組紅外發(fā)射器和接收器，其中兩組放于公交車的前門，兩組放于公交車的后門，用于監(jiān)測上下車的人數(shù)。由于現(xiàn)有的公交車無法保證嚴(yán)格的前門上車，后門下車，故于前門和后門分別放兩組紅外發(fā)射器和接收器，準(zhǔn)確監(jiān)測乘客上車還是下車。當(dāng)乘客上車時人數(shù)加1，下車時人數(shù)減1。

2. 語音系統(tǒng)包括到站語音報站、上下車語音提醒、人數(shù)過多語音提醒、到達(dá)下一站所需時間報時。當(dāng)達(dá)到所需條件時，AVR單片機控制語音系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的語音提示。

3. GPS接收器模塊用于測量當(dāng)前公交車的車速和位置，用于監(jiān)測到達(dá)下一站所需時間。

4. 顯示屏用于顯示當(dāng)前公交車上的人數(shù)，到站時上車人數(shù)和下車人數(shù)。

5. 電源管理系統(tǒng)用于相應(yīng)芯片的供電。

ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)用于將保存于公交車載子系統(tǒng)單片機上的公交車上乘客人數(shù)、到達(dá)下一站牌所需時間，哪一路公交車將要到達(dá)傳送到下一個站點的電子站牌子系統(tǒng)的單片機

電子站牌子系統(tǒng)用于顯示將要到達(dá)的公交車為幾路公交車，此時公交車上的人數(shù)，還有多長時間到達(dá)。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(guī)劃開辟出廣告區(qū)，用于廣告的投放，來將本系統(tǒng)架設(shè)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；語音系統(tǒng)芯片采用NV020S系列語音芯片；顯示屏采用LCD液晶顯示屏；采用主動式紅外線對射監(jiān)測傳感器（包括紅外發(fā)射器和接收器）;無線傳輸網(wǎng)絡(luò)用ATMEL ZigBee射頻芯片AT86RF231進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)。

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

軟件架構(gòu)可以分為兩個部分：一個為公交車載子系統(tǒng)部分的軟件架構(gòu)，另一個為電子站牌子系統(tǒng)軟件的架構(gòu)。將每個電子站牌抽象為一個個的數(shù)據(jù)結(jié)點，這些結(jié)點之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。將公交車載子系統(tǒng)視為一個個獨立的結(jié)點，這些獨立的結(jié)點和電子站牌的結(jié)點之間進(jìn)行通訊。

3.4 系統(tǒng)軟件流程（除圖片外需有文字介紹）

3.5 系統(tǒng)預(yù)計實現(xiàn)結(jié)果

1.電子站牌可以實時接收公交車上單片機發(fā)送的信號并準(zhǔn)確顯示。

2.公交車可以準(zhǔn)確進(jìn)行語音播報和顯示下一站。

3.可以準(zhǔn)確測量公交車上的人數(shù)。