智能公交站台显示牌系统的设计*

李江坤，黄庆彩，李　阳

(太原科技大学 电子信息工程学院，山西 太原 030024)



智能公交站台显示牌系统的设计*

李江坤，黄庆彩，李阳

(太原科技大学 电子信息工程学院，山西 太原 030024)

摘要：考虑到公交车辆已成为人们出行不可或缺的一种交通工具，然而到目前为止仍没有一套有效的可提示等车乘客有关公交车辆运行信息的系统。据此提出一种基于STM32系列单片机处理信息、GPRS无线传输的智能公交站台显示牌系统的设计方案，此系统最终可在各站台显示某路公交车辆具体位置、通过红外传感器测量出的车上大致人数、通过温度传感器测量到的车内温度等信息。

关键词：STM32F103VC；GPRS；温度传感器；红外传感器

随着人们环保、低碳、节能意识的逐渐加强，出门乘坐公交车已经成为一种公认的节能方式。但是乘坐公交车面临的一个主要问题就是不清楚公交车具体会在什么时间到达站台。所以，我们设计了一个智能公交系统来方便人们合理安排出行时间并且优化出行的路线，同时它也有助于公交公司的管理。

1整体设计方案概述

本系统先由GPS定位系统获取公交车现在具体位置的信息，再由串口将相关信息传递给STM32单片机，STM32单片机将接收到的信息通过无线模块传递到调度中心，调度中心把信息经过处理后再传输到各个站台，最后由各站台的无线接收模块将接收到的信息传递给STM32单片机，单片机经过处理后显示在显示屏即可实现本系统的基本部分。再加上车内人数、车内温度等信息即可初步实现本系统设计。

本系统的关键一是如何将车辆上的相关信息传到不同位置的各个站台、关键二还应考虑如何将人数、温度等信息收集起来。

对于第一个问题考虑到了可以用基于ZigBee(紫蜂协议)的无线通信模块或基于GPRS的无线通信模块，尽管ZigBee通信不用通过网络，使用方便，价格低，然而它的传输距离短的缺点却导致了不适宜在公交系统中广泛应用，所以本次设计采纳基于GPRS的无线传输模块[1]。GPRS是在GSM系统的基础上建立起来的移动网络系统，GPRS适宜突发性、小流量的数据传输，具有实时在线，按流量收费，无传输距离限制等优点[2]。

对于第二个问题则考虑到了近年快速发展的单片机，在本系统中因要处理的数据偏多，且如考虑到节能的因素则一般的单片机难以胜任，本设计使用的是具有优良性价比的STM32系列的单片机，具体使用的是STM32F103VC。STM32系列单片机使用的是高性能的ARM 32位的Cortex-M3内核，最高工作频率可达72 MHz，内置高速存储器(高达256 k字节的闪存程序存储器和48 k字节的SRAM)，具有强大的信息处理能力、3～5个异步串行接口和丰富的I/O(80个)端口，这些性能指标足以完成本设计的要求[3]。

此外，人数统计模块本系统是通过车门收费处的对射式红外传感记录上、下车人数，再通过单片机处理得出车上剩余人数，本模块具体原理在下一小节会详细说明；温度测量模块用的是DS18B20，它具有体积小、抗干扰能力强、精度高等特点。

2设计原理

本设计大致可分为3大部分：(公交车辆上安装的)车载终端，调度、监控中心和(各站台的)站台显示。其系统工作原理图如图1所示。

图1　系统工作原理图

2.1车载终端

车载终端可以将车辆位置信息、车内人数、车内温度等信息通过STM32单片机处理后统一通过GPRS无线发送模块发送给调度/监控中心，是整个系统最基本的环节，主要需解决的问题是如何正确发送GPRS信息，重点考虑车载终端所在公交车辆的编码。

2.1.1到站情况处理

本系统中先由GPS定位模块确定公交车辆的位置信息,再由串口通信将相关信息传输给STM32单片机,单片机再经过相应的运算处理后将特定的位置信息通过GPRS无线模块发送给调度中心。本模块的关键技术是GPS定位，通过STM32单片机控制GPS模块进行相关操控、数据交换等即可获取公交车辆的位置信息，并将该信息进行处理后通过GPRS无线模块传送给调度中心。

2.1.2人数统计模块处理

该模块主要由对射式红外传感器组成，它的工作原理是：没有物体遮挡时，接收管可以接收到发射管发出的光线，接收管输出低电平；反之当有物体遮挡住接收管时，接收管输出高电平，单片机在此可通过记录上升沿的次数来记录上下车的人。如上车们两侧安装有发射传感器11和接收传感器10，单片机记录上升沿数为num1；下车门同样安装有传感器20和21，记录上升沿为num2；num1-num2即是车上剩余的人数[4]。

2.1.3温度处理模块

在此使用的是温度传感模块DS18B20，通过查询该芯片的使用手册即可学会它的使用方法，该模块较简单，直接与STM32单片机串口通信即可获取当下的温度情况。

2.1.4STM32传递数据给GPRS模块

本次设计中最关键、最复杂的就是GPRS模块了，在此选用的是SIMCom推出的新款紧凑型产品—SIM900A。它属于双频GSM/GPRS模块，完全采用SMT封装形式。在系统中STM32是通过串口实现对SIM900的数据传送和控制[5]。

GPRS具体工作步骤如下所示：GPRS终端通过接口取得数据，处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站。分组数据经SGSN封装后，SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet网络。

若分组数据是发送到另一个GPRS终端，则数据由GPRS骨干网发送到SGSN，再经BSS发送到GPRS终端。图2为GPRS与Internet连接原理图[6]。

图2　GPRS与Internet连接原理图

2.2调度/监控中心

该模块的主要功能是对各辆公交车传递回来的数据进

行统计、分析和转发给与该路公交车有关的站台。

接着GGSN对分组数据进行相应的处理后发送到目的网络后如Internet后，最终会有固定公网IP地址和端口好的数据中心服务器接收到数据，服务器将接收到的信息转发给相应的站台。

2.3站台显示模块

本部分是整个系统最可直观看出成果的部分，也是本设计的最后的显示、最终目的的部分。该部分主要是由STM32单片机通过GPRS无线模块接收并分析数据后控制发光二极管与LCD显示屏的，关键需解决的问题是如何正确接收GPRS信息，重点是如何正确解读收到的信息来源的公交车辆编码。

2.3.1车辆位置情况显示

在显示屏上标清各站台位置，每隔100 m左右用一个LED灯表示，但一定要注意往返两个方向的LED灯要用两排表示且灯的颜色最好不一样。这样的话经过公交车辆上自带的GPS定位模块获取地理位置信息后再经过调度中心的中转后，即可将位置信息发送到各个站台，各站台的STM32单片机经处理后即可控制相应的LED的亮灭。

2.3.2LCD显示屏显示模块

在该模块主要用来显示车内人数、车内温度等信息。该模块也主要通过STM32F103VB单片机来操控显示屏显示信息的。

3结束语

本智能公交站台显示系统可实时的将公交车运行情况显示在公交站台和调度中心，对市民的出行安排起到重要参考作用。且本系统造价较低，没有使用GPS全球定位系统，主要用GPRS进行无线传输，便于公交部门采纳，有较大的实用价值。

参考文献

[1]张辉宜，陶永.智能公交系统的设计与实现[J].中国仪器仪表，2007(11)：46-48.

[2]徐莉，王志刚，高玺广，等.GPRS在智能家居监控系统中的应用[J].电子设计工程，2011,19(16)：105-107.

[3]黄智伟，王兵，朱卫华.STMF 32位ARM微控制器应用设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

[4]张思远.基于GPRS的智能公交站牌系统设计[J].科技视界，2013(24):88.

[5]刘宾，陈占帅，褚志鹏，等.基于GPRS的智能公交站牌显示系统设计[J].电子设计工程,2014,22(11)：134-136.

[6]毛长明，张利宏.基于GPRS的智能公交站牌设计[J].内蒙古农业大学学报，2010,12(6)：92-94.

The Design of Intelligent Display System on Bus Station

Li Jiangkun, Huang Qingcai, Li Yang

(SchoolofElectronicandInformationEngineering,TaiyuanUniversityofScienceAndTechnology,TaiyuanShanxi030024,China)

Abstract:Considering that the bus has become an indispensible transport tool in the city, and there is no one effective system which can be able to provide the waiting information to the passengers until now. According to the above, the paper proposes an intelligent bus station monitoring system design based on processing information by a series of STM32 single chip and GPRS wireless transmission. This system can display the specific location of a certain bus, and the information of number of people by infrared sensor and the temperature in bus roughly through temperature sensor.

Key words:STM32F103VC; GPRS; temperature sensor; infrared sensor

中图分类号：TN91

文献标识码：A

文章编号：1674- 4578(2016)01- 0058- 02

通讯作者：黄庆彩(1976- )，女，山东日照人，太原科技大学电子信息工程学院，讲师，主要研究方向：电子技术。

作者简介：李江坤(1995- )，男，山西运城人，太原科技大学在校大学生，本科，主要研究探寻STM32系列单片机、现场可编程门阵列FPGA的使用。

基金项目：太原科技大学大学生创新创业计划项目(Xj2014055)

收稿日期：2015-11-12