基于物联网的公交信息发布系统

蔡雪东　朱一峰

摘 要：本文致力研究基于物联网的智能公交信息发布系统，物联网是具有整合感知识别，传输互联和计算处理功能，是新一代信息技术的高度集成。本文以ZigBee为无线通信框架，主要由主控中心，站点终端，车载终端组成。以公交到站时间预测为出发点，对其预算进行深度分析，以物联网技术为基础，实现路况的实时预测和显示，这样会解决城市存在的诸多交通问题。

关键词：物联网；ZigBee；公交信息发布；智能交通系统；系统设计

1 引言

21世纪将是公路交通智能化的世纪，人们为了解决社会生活中的各种交通不便将要采用智能交通系统，智能交通的发展将解决一个严重的的交通堵塞问题。所谓的物联网技术，通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。在“十二五”规划之后，物联网成熟之时，使用物联网构成智能交通网络，也必是解决交通问题的最佳途径，也必然给我们生活带来巨大变化。

2 系统的总体设计

优先发展城市的公共交通系统对缓解城市道路交通压力有着不可或缺的作用，通过对公交系统的信息化和智能化可以有效提高整个系统的运行效率和服务水平。公交车辆到站时间作为乘客最为关心的公交信息之一，可以有效减少乘客候车时间，极少出行过程中浪费的时间，同时也加强了公交服务水平，很大程度上提高了人们在出行时选择公交的概率。

在日常生活中，我们经常可以看到有地铁报时，轻轨报时，但是为什么很少有公交报时呢？在此总结几下几点原因：（1）道路状况复杂，点对点检测不易；（2）不一样的时间段道路拥堵情况不一样；（3）公路突发状况多；（4）实时性很难把握。在文中，我们提出了可行性办法，由于堵车之后无法对公交车进行测速，换个角度，我们把注意力转移到了道路的通堵情况的检测，对路况和距离进行检测。这是公交信息发布系统的可实现关键之处。因此设计了如下方案：

本文采用mega128[2]及飞思卡尔xs128[3]单片机为系统核心，以红外对管为采集手段，以12864液晶屏为显示装置，无线模块则采用ZigBee和蓝牙，外加其他系统模块为一体作为系统模型。在每辆交通车辆上安装由红外发射管和两片555定时器构成的车载终端。当行驶车辆依次通过接收管时，接收管将接收到的每辆车所特有的编码信号转变为与之对应模拟信号，模拟信号经过滤波放大电路无线传递给CPU（xs128），此处的CPU（xs128）也就相当于系统的主控中心，在主控中心中，由于要对众多的道路信息进行采集、计算、分析任务繁重，计算量大，因此对于此部分的CPU要求很高，普通的8位机难以达到要求，而32位性能高，可靠性好，但成本高，功耗也相对较大，因此我们采用16位的单片机。CPU（xs128）应用AD、输入捕捉等功能对接收到的信号进行处理，然后计算分析进而得出每辆车的行驶速度、到达时间以及道路的交通状况，这就起到了交通信息中心的作用，CPU（xs128）把这些得到数据通过无线传输模块传递给CPU（mega128）即站点终端。CPU（meag128）通过控制12864液晶显示屏、无线发送模块（蓝牙、ZigBee等）对所接收到的信息进行发布。总设计图如下：

3 模块化设计

3.1 红外通信检测模块

为了更加方便、快速的掌握车辆信息和道路交通拥堵状况，对各个车辆实时准确定位和跟踪，并且及时、高效的处理各种突发事件，这就要求我们能够找到一种可以区分各个车辆信息状况的装置，以此来了解各项信息。对此我们选择在可视范围内遥控设备、无线传输信息最廉价的方式红外线传输。所以我们选择红外对管和红外接收管[4]。

将接收管安装在每一汽车上，并通过两片555芯片对其所发射的红外信号进行编码，构成车载终端。其中一片555产生频率为38K的载波，另一片555芯片产生频率远低于38K且唯一的信号作为调制信号，调制好形成每一辆汽车所独有的红外信号。当接收管接收到汽车发射的红外信号时经过滤波放大传递给CPU（xs128）。由于每辆车所编码出的信号不同，故CPU（xs128）可据此判别出每辆车行驶情况，且可以对车辆进行定位跟踪。

3.2 ZigBee无线通信模块

ZigBee网络含3种类型的节点，即协调器、路由器和终端设备，支持星状、树状和网状3种网络拓扑结构。从ZigBee协议特点可以看出，将ZigBee无线传感网络用于智能交通[6]控制系统具有以下特点：短距离、小范围传输，具有成本优势，并且组网简单可靠；经过合理布局，在一个市区内能做到无任何通讯盲区，利用其地理定位的功能，便于对城市交通进行管理监督[5]。在整个系统控制中，ZigBee网络的数据通信速率可达到250Kpbs，完全能够满足我们数据传送的要求。

在论文中站点终端将采集到的车辆信息，采用译站式网络传输方式通过站点终端ZigBee从节点发送给位于主控中心的ZigBee主节点。本文采用ZigBee自组织网络，可以不断地对其网络进行刷新，其中定位引擎是根据无线网络中临近红外信号强度，计算公交车位置，根据实际应用环境合理布局，组成网状拓扑网络[6]。具有卓越的物理性能，整个网络是免费的频段，传输方式采用广播的数据传输方式，它是网络的一个节点向其它节点发送的过程，一个节点接收到一个广播帧时首先检查帧中的目的地址和自己的设备类型是否相符。不相符则丢弃；相符的话设备从本地广播事务表中查找相应的广播事务记录，若存在，则对其进行更新；若不存在，则检查广播事务表中是否有空的或者过期的广播事务记录项。如果没有，则丢弃广播帧；若有则添加新的广播事务记录项并将广播帧提交到高层进行处理。具体算法如下：本文采用ZigBee自组织网络，可以不断地对其网络进行刷新，其中定位引擎是根据无线网络中临近红外信号强度，计算公交车位置，根据实际应用环境合理布局，组成网状拓扑网络。在每隔一段距离设立ZigBee主节点，在道路周边设立大量的从节点，而每个主节点最多能控制254个从节点，每254个中心节点又可以管理254个主节点，这样在各层之间组成了级网，以无线的方式从低到高传输的ZigBee主节点，再由主节点传输到中心节点，将所得得到的数据送入数据控制中心经过处理，然后通过同样的网络传输方式将此数据通过ZigBee主节点返回到ZigBee从节点，站点终端对接收到的数据通过液晶显示屏进行发布。

3.3 Bluetooth无线模块

我们在站点终端同样安装蓝牙装置，这样人们就可以通过蓝牙连接来获取各种交通信息。互联网发展迅速，已经与人们的生活密切相关，人们可以在互联网上查到所需的各种信息，蓝牙都是他们所必不可少的功能。

在本文中，每一个站点终端都会实时的通过12864液晶显示屏、蓝牙传输模块不断的发布主控中心传来的各种交通信息，人们只需要在手机上下载一个专用软件就可在蓝牙的传输范围内查看各种交通信息，且不需支付任何费用。我们采用微微网来实现蓝牙无线通信。每个微微网只有一个主设备，一个主设备最多可以同时与七个从设备同时进行通信，多个蓝牙设备组成微微网，散射网是多个微微网相互连接所形成的比微微网覆盖范围更大的蓝牙网络，其特点是不同的微微网之间有互联的蓝牙设备。采取基于BER模式的数据传输算法，在蓝牙应用的数据传输中采用比特误码率（Bit Error Rate ，BER）进行描述传输的质量，BER值越大表示通讯过程中误码率越高。当前蓝牙应用中采用的数据传输算法，为简化蓝牙网的连接管理，未考虑具体通讯链路中BER的变化，在整个传输过程中均采用单一链路帧方式，导致传输效率不高。因此，我们采用BER参数描述当外界环境变化，并根据BER参数动态选用不同类型的数据包，可改善在环境变化剧烈时造成数据传输大幅下降的情况。

4 智能公交信息系统的组成

5 系统制作与调试结果

为了实现系统功能验证试验，本课题搭建了一个1：150的道路交通沙盘模型，完成了设计与制作。由于条件所限，本论文主要通过沙盘模型的方式来进行演示。

5.1 道路通堵状况显示

在道路大量车辆长时间停止不前时，液晶显示目前道路拥挤，在道路畅通时，液晶显示道路畅通。通过无线通信发布公交信息和道路通堵状况。

5.2 蓝牙显示

手机蓝牙演示在站点终端的蓝牙覆盖范围内，人们可通过手机蓝牙与站点终端蓝牙建立连接，获取最新的各项公交信息。

[参考文献]

[1]张莉莉，史鹏飞，陈剑.物联网在智能交通中的应用研究.中国科技博览，2010（25）.

[2]AVR单片机数据手册.

[3]飞思卡尔9x12xs128单片机数据手册.

[4]唐文彦.传感器.（第四版）.机械工业出版社.2007.

[5]zigbee详细技术解析.互联网，2012-02-13.

[6]Commision of the European Communities.（internet of things）An Action Plan for Europe. 1stEdition[M].Brussels： COM（2009）278.2009：1-12.

3.3 Bluetooth无线模块

我们在站点终端同样安装蓝牙装置，这样人们就可以通过蓝牙连接来获取各种交通信息。互联网发展迅速，已经与人们的生活密切相关，人们可以在互联网上查到所需的各种信息，蓝牙都是他们所必不可少的功能。

在本文中，每一个站点终端都会实时的通过12864液晶显示屏、蓝牙传输模块不断的发布主控中心传来的各种交通信息，人们只需要在手机上下载一个专用软件就可在蓝牙的传输范围内查看各种交通信息，且不需支付任何费用。我们采用微微网来实现蓝牙无线通信。每个微微网只有一个主设备，一个主设备最多可以同时与七个从设备同时进行通信，多个蓝牙设备组成微微网，散射网是多个微微网相互连接所形成的比微微网覆盖范围更大的蓝牙网络，其特点是不同的微微网之间有互联的蓝牙设备。采取基于BER模式的数据传输算法，在蓝牙应用的数据传输中采用比特误码率（Bit Error Rate ，BER）进行描述传输的质量，BER值越大表示通讯过程中误码率越高。当前蓝牙应用中采用的数据传输算法，为简化蓝牙网的连接管理，未考虑具体通讯链路中BER的变化，在整个传输过程中均采用单一链路帧方式，导致传输效率不高。因此，我们采用BER参数描述当外界环境变化，并根据BER参数动态选用不同类型的数据包，可改善在环境变化剧烈时造成数据传输大幅下降的情况。

4 智能公交信息系统的组成

5 系统制作与调试结果

为了实现系统功能验证试验，本课题搭建了一个1：150的道路交通沙盘模型，完成了设计与制作。由于条件所限，本论文主要通过沙盘模型的方式来进行演示。

5.1 道路通堵状况显示

在道路大量车辆长时间停止不前时，液晶显示目前道路拥挤，在道路畅通时，液晶显示道路畅通。通过无线通信发布公交信息和道路通堵状况。

5.2 蓝牙显示

手机蓝牙演示在站点终端的蓝牙覆盖范围内，人们可通过手机蓝牙与站点终端蓝牙建立连接，获取最新的各项公交信息。

[参考文献]

[1]张莉莉，史鹏飞，陈剑.物联网在智能交通中的应用研究.中国科技博览，2010（25）.

[2]AVR单片机数据手册.

[3]飞思卡尔9x12xs128单片机数据手册.

[4]唐文彦.传感器.（第四版）.机械工业出版社.2007.

[5]zigbee详细技术解析.互联网，2012-02-13.

[6]Commision of the European Communities.（internet of things）An Action Plan for Europe. 1stEdition[M].Brussels： COM（2009）278.2009：1-12.

3.3 Bluetooth无线模块

我们在站点终端同样安装蓝牙装置，这样人们就可以通过蓝牙连接来获取各种交通信息。互联网发展迅速，已经与人们的生活密切相关，人们可以在互联网上查到所需的各种信息，蓝牙都是他们所必不可少的功能。

在本文中，每一个站点终端都会实时的通过12864液晶显示屏、蓝牙传输模块不断的发布主控中心传来的各种交通信息，人们只需要在手机上下载一个专用软件就可在蓝牙的传输范围内查看各种交通信息，且不需支付任何费用。我们采用微微网来实现蓝牙无线通信。每个微微网只有一个主设备，一个主设备最多可以同时与七个从设备同时进行通信，多个蓝牙设备组成微微网，散射网是多个微微网相互连接所形成的比微微网覆盖范围更大的蓝牙网络，其特点是不同的微微网之间有互联的蓝牙设备。采取基于BER模式的数据传输算法，在蓝牙应用的数据传输中采用比特误码率（Bit Error Rate ，BER）进行描述传输的质量，BER值越大表示通讯过程中误码率越高。当前蓝牙应用中采用的数据传输算法，为简化蓝牙网的连接管理，未考虑具体通讯链路中BER的变化，在整个传输过程中均采用单一链路帧方式，导致传输效率不高。因此，我们采用BER参数描述当外界环境变化，并根据BER参数动态选用不同类型的数据包，可改善在环境变化剧烈时造成数据传输大幅下降的情况。

4 智能公交信息系统的组成

5 系统制作与调试结果

为了实现系统功能验证试验，本课题搭建了一个1：150的道路交通沙盘模型，完成了设计与制作。由于条件所限，本论文主要通过沙盘模型的方式来进行演示。

5.1 道路通堵状况显示

在道路大量车辆长时间停止不前时，液晶显示目前道路拥挤，在道路畅通时，液晶显示道路畅通。通过无线通信发布公交信息和道路通堵状况。

5.2 蓝牙显示

手机蓝牙演示在站点终端的蓝牙覆盖范围内，人们可通过手机蓝牙与站点终端蓝牙建立连接，获取最新的各项公交信息。

[参考文献]

[1]张莉莉，史鹏飞，陈剑.物联网在智能交通中的应用研究.中国科技博览，2010（25）.

[2]AVR单片机数据手册.

[3]飞思卡尔9x12xs128单片机数据手册.

[4]唐文彦.传感器.（第四版）.机械工业出版社.2007.

[5]zigbee详细技术解析.互联网，2012-02-13.

[6]Commision of the European Communities.（internet of things）An Action Plan for Europe. 1stEdition[M].Brussels： COM（2009）278.2009：1-12.