????摘 要：為提高公共交通服務(wù)的質(zhì)量和城市形象，設(shè)計(jì)了一種基于收發(fā)芯片CC1020的電子公交站牌。它可為乘客提供公交車所處位置的實(shí)時(shí)信息，并使公交總站能夠通過(guò)無(wú)線收發(fā)" title="無(wú)線收發(fā)">無(wú)線收發(fā)電路收發(fā)各公交站臺(tái)上車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行公交車的運(yùn)行管理和車輛調(diào)度。結(jié)果表明，該電子站牌傳輸可靠性高，功耗低。數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)UHF專用通信網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸成本為零。
??? 關(guān)鍵詞：無(wú)線收發(fā)芯片CC1020? 電子站牌? 太陽(yáng)能供電
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??? 電子公交系統(tǒng)作為現(xiàn)代城市交通研究的一種主要方向，將先進(jìn)的信息技術(shù)(包括數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī))、傳感器技術(shù)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等綜合運(yùn)用于城市公交運(yùn)營(yíng)管理、動(dòng)態(tài)信息發(fā)布、手機(jī)交通信息查詢等系統(tǒng)之中。智能公交系統(tǒng)是我國(guó)“十五”期間重點(diǎn)支持的科技領(lǐng)域之一。而作為智能公交的核心技術(shù)支持——通信技術(shù),可以利用無(wú)線通訊專網(wǎng)超高頻段以低成本實(shí)現(xiàn)公交企業(yè)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、快速傳輸以及無(wú)線通訊系統(tǒng)車載智能設(shè)備及控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信，使公交企業(yè)能夠充分利用無(wú)線通訊系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代城市公交的客流管理、運(yùn)營(yíng)調(diào)度、車輛管理及信息查詢的智能化，從而為城市交通問(wèn)題提供一個(gè)良好的解決方案[1]。
1 系統(tǒng)方案
??? 電子公交站牌和公交車上的控制器由嵌入式微處理器和CC1020收發(fā)芯片[2]為核心的無(wú)線收發(fā)電路組成。
??? 公交車到達(dá)站臺(tái)時(shí)的固定動(dòng)作（如到站開(kāi)門、報(bào)站名等）使車載控制器通過(guò)收發(fā)電路發(fā)出信號(hào)，電子公交站牌會(huì)自動(dòng)獲取車輛的基本信息(車次、站號(hào)等)，并通過(guò)站牌上的顯示電路顯示出到站的車次和站名，再由站牌內(nèi)的收發(fā)電路將這一信息傳至該路車及行車線路站牌中其他站的電子公交站牌中，并在該線路上的其他電子站牌上顯示出該輛車的實(shí)時(shí)信息。在公交站（調(diào)度室）PC機(jī)通過(guò)無(wú)線收發(fā)電路收集各條線路終點(diǎn)站牌無(wú)線收發(fā)電路發(fā)出的實(shí)時(shí)信息，在顯示屏上顯示出各條線路上車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行圖[3]。系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1。
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??? 當(dāng)電子站牌接收信號(hào)時(shí)，如果附近有多輛公交車同時(shí)發(fā)送到站信號(hào)，就可能會(huì)發(fā)生通信碰撞。防止通信碰撞出現(xiàn)的常見(jiàn)方法是將信號(hào)的應(yīng)答在時(shí)間、頻率或相位上錯(cuò)開(kāi)，具體可通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)在參考 ALOHA 和IEEE802.3 CSMA/CD隨機(jī)訪問(wèn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用了一種基于時(shí)分的“隨機(jī)延時(shí)”防碰撞的方法[4]。車載收發(fā)設(shè)備發(fā)送詢問(wèn)命令，發(fā)送完之后等待一段時(shí)間接收電子站牌的應(yīng)答。這段等待時(shí)間將分為若干時(shí)隙" title="時(shí)隙">時(shí)隙，電子站牌以相等的概率隨機(jī)選取一個(gè)時(shí)隙應(yīng)答。如果某時(shí)隙只有一個(gè)信號(hào)被電子站牌選中，則該站牌的應(yīng)答將被車載收發(fā)設(shè)備收到，否則該時(shí)隙內(nèi)將發(fā)生沖突。圖2 給出了一輪詢問(wèn)過(guò)程的示意圖。本輪未應(yīng)答成功的車載收發(fā)設(shè)備，下一輪自動(dòng)繼續(xù)向電子站牌發(fā)送詢問(wèn)命令；已成功應(yīng)答的車載收發(fā)設(shè)備，下一輪則不再發(fā)送。
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2 電子站牌的電路設(shè)計(jì)
??? 電子站牌由太陽(yáng)能供電電源（或交流供電電源）、無(wú)線收發(fā)電路、高性能" title="高性能">高性能微處理器及外圍電路組成。整個(gè)站牌的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。
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2.1 CC1020無(wú)線收發(fā)電路設(shè)計(jì)
??? 在這個(gè)系統(tǒng)中無(wú)線收發(fā)電路的可靠性和有效的通信距離是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，該部分由集成收發(fā)芯片CC1020和低成本、高性能的ATmega8單片機(jī)及外圍電路組成，如圖4。
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??? CC1020是Chipcon公司用0.35μm CMOS工藝生產(chǎn)的單片無(wú)線數(shù)據(jù)傳送專用射頻芯片。與其他型號(hào)的無(wú)線數(shù)據(jù)通信芯片相比，其接收靈敏度較高，且芯片的發(fā)射端和接收端互相獨(dú)立，特別適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信。其頻率范圍為424MHz～470MHz，在12.5kHz帶寬的信道中，靈敏度可以達(dá)到-119dBm；數(shù)據(jù)速度達(dá)到153.6kBaud。CC1020有ASK、FSK和GFSK數(shù)據(jù)調(diào)制方式，設(shè)計(jì)中采用了抗干擾能力極強(qiáng)的窄帶GFSK調(diào)制技術(shù)和軟件糾錯(cuò)技術(shù)。
??? AtmegA8L是AVR系列的低功耗8位單片機(jī)，用它完成對(duì)CC1020工作參數(shù)配置的初始化以及發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的編碼打包和接收數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的解碼等工作，減輕控制器主CPU的工作負(fù)擔(dān)[5]，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。
??? HMC154S8是天線切換集成電路。發(fā)射狀態(tài)時(shí)接通CC1020射頻輸出端，接收狀態(tài)時(shí)接通CC1020射頻輸入端。其切換動(dòng)作受CC1020控制。
??? MAXR30為低噪聲、高頻放大管，電路增益可由20dB增大到28dB，通信距離在1Km～3Km，滿足相鄰電子公交站牌的通信要求。
2.2 高性能微處理器主控電路
??? 電子公交站牌的主控電路" title="主控電路">主控電路采用高速、高可靠、低功耗的STC89C52單片機(jī)。該單片機(jī)具有寬溫度、寬供電電壓范圍、超強(qiáng)抗干擾能力和內(nèi)置看門狗、EEROM等功能，滿足系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣及可任意設(shè)置公交線路和站臺(tái)號(hào)的要求。
2.3 人機(jī)接口和輸出電路
??? 人機(jī)接口板采用可編程鍵盤LED驅(qū)動(dòng)芯片ZLG7290。該芯片采用I2C串行接口，可接8位共陰極數(shù)碼管和64個(gè)按鍵。本系統(tǒng)中采用4位數(shù)碼管和6個(gè)按鍵組成人機(jī)交互接口，完成1～10條公交線路號(hào)和站臺(tái)號(hào)的設(shè)置。輸出電路" title="輸出電路">輸出電路采用74HC595級(jí)聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)N個(gè)發(fā)光二極管，完成每條公交線上任意一個(gè)站臺(tái)位置的顯示。
2.4 太陽(yáng)能供電裝備
??? 電子公交站牌采用太陽(yáng)能電源供電（也可以用交流電供電）。太陽(yáng)能供電裝置由太陽(yáng)能光伏板和太陽(yáng)能控制器、5Ah/6V蓄電池組成。太陽(yáng)能控制器具有蓄電池最優(yōu)充放電控制和設(shè)備保護(hù)等功能，即使連續(xù)五六天陰雨，供電裝置也能正常工作。
3 軟件設(shè)計(jì)
??? 電子公交站牌的軟件設(shè)計(jì)包括主控電路CPU控制軟件和發(fā)射電路中ATMEA8單片機(jī)工作軟件兩部分。發(fā)射電路中單片機(jī)軟件流程見(jiàn)圖5。
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??? 主控電路CPU控制軟件除了公交線路號(hào)、站號(hào)的設(shè)置和輸出電路的顯示刷新外，主要負(fù)責(zé)與公交車的通信及與相鄰電子公交站牌的通信聯(lián)絡(luò)。它們之間的通信采用如表1所示的通信格式。
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??? 其中：地址3字節(jié)，分別為2字節(jié)公交線路號(hào)和1字節(jié)站臺(tái)號(hào)。功能代碼1字節(jié)，表示是公交車發(fā)的信號(hào)或電子站臺(tái)發(fā)來(lái)的信號(hào)等。數(shù)據(jù)數(shù)量2字節(jié)，表明后面接收的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。
??? 控制軟件中，當(dāng)收到通信信息后，首先逐一比較地址是否和站內(nèi)的已存地址相同，如不同則退出；如果相同，再讀功能碼。若是公交車發(fā)來(lái)的到站信息，則送本站輸出電路顯示，并回發(fā)應(yīng)答信號(hào)給公交車，同時(shí)還要將這一信息發(fā)送到下一電子站牌。關(guān)于這一部分的流程就不再表述了。
4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
??? 進(jìn)行CC1020收發(fā)電路的傳輸距離測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。
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??? 經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試和試用表明，系統(tǒng)工作可靠，電子站牌上公交車到站顯示信息正確、直觀。公交調(diào)度室的計(jì)算機(jī)上也能正確反映出線路上車輛的運(yùn)行情況，有推廣應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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