基于物联网的智能公共汽车系统设计

姚慧雄，翟丰鋆，唐鹏程，胡 力

(吉首大学信息科学与工程学院，湖南吉首 416000)

城市公共汽车交通系统绿色环保，乘坐方便，价格经济，是市民出行交通工具的首选.但是，随着我国城市规模快速发展和人口不断增加，公共汽车系统面临着严峻的考验.公共汽车一般在人员密集区域，保持良好的乘车环境和高度的乘车安全非常重要；公共汽车数量的剧增，也给公共汽车公司的管理增加了难度：所以，积极开发智能公共汽车系统是完善公交出行的有效途径.笔者拟基于物联网技术设计一套智能公共汽车系统，以达到有效地改善乘坐体验、提高运行安全的目的.

1 系统总体结构设计

基于物联网的智能公共汽车系统采用3层式结构[1-3]，即感知层、网络层和应用层，如图1所示.

图1 基于物联网的智能公共汽车系统结构Fig. 1 Intelligent Bus System Structure Based on Internet of Things

感知层中通过ZigBee组建无线自组织网络并结合先进的传感技术，采集公共汽车的内部温湿度、人数和危险气体等信息，再通过GPS模块实时采集公共汽车的位置信息；网络层中使用cortex A9芯片作为车载终端的处理器对信息进行处理，并设计了ZigBee和3G网络的网关系统，将信息通过3G网络上传至云平台；应用层中乘客通过手机APP实时查询公共汽车信息，公共汽车公司利用管理系统监控公交线路的运营，电子站牌通过STM32单片机和网卡读取服务器数据并实时显现在站台上.

2 系统硬件设计

2.1 感知层硬件设计

感知层硬件主要包括ZigBee节点电路和传感器电路.基于ZigBee协议的无线网络具备使用灵活、安装方便和无需布线等优点，非常适合公共汽车上小数据量的无线通信[4].ZigBee节点和协调器选用TI公司的CC2530芯片，自带增强型的C51单片机，拥有A/D采样通道，可以接受模拟和数字信号，能完全满足数据采集的要求；RF模块拥有101dB的链路质量和强大的抗干扰能力，可以在公共汽车这样的复杂环境中保证无线通信的质量；采用超低功耗设计，使用5号电池供电，寿命可达2～4 a.CC2530节点通过I/O口与传感器电路相连，数据通过无线网络汇聚到协调器节点，协调器节点与车载终端通过串口进行数据传输，电平转换通过MAX3232芯片实现.

系统所使用的传感器模块包括人数检测模块、烟雾检测模块和温湿度检测模块等.人数检测模块使用人体红外传感器和压力传感器，分别放置在公共汽车的前后门处，对上下车人数进行统计.因为公共汽车上主要的安全隐患是火灾，所以选用MC14467型离子感烟式传感器，其响应快，对各种烟都能均衡响应.温湿度检测模块采用DHT11一体式温湿度传感器，湿度测量量程为20%～90%RH，精度为±5%RH，温度测量量程为0～50 ℃，精度为±2 ℃.

2.2 车载终端硬件设计

系统车载终端的核心基于三星S5P4418芯片的嵌入式系统.S5P4418采用Cortex A9架构的四核处理器，其功耗低，性能强大，除了完成本系统的任务外，还能为公共汽车系统实现多媒体、移动支付和人脸识别等功能.3G模块采用飞凌FIT-3G-MF210，通过USB接口与S5P4418连接.GPS模块采用飞凌FIT-GPS-VK1613，通过串口与S5P4418连接.摄像头采用OV5460，通过MIPI接口与S5P4418连接.S5P4418接收到ZigBee协调器、GPS模块和摄像头传输的数据后，经过初步处理，通过3G模块发送到云平台，供应用层查询、计算和处理.

3 系统软件设计

3.1 ZigBee节点和协调器软件设计

ZigBee节点和协调器的开发使用Z-Statk软件.该软件可以从TI公司网站下载，安装以后在f8wCoord.cfg文件中配置终端节点和协调器.Z-Statk通过OSAL管理任务[5-6].任务管理机制是根据任务id号来判断是否有任务发生，一旦有则跳转到相应的任务处理程序中处理，若有任务同时发生则根据id号判断任务优先级.OSAL任务管理流程如图2所示.

图2 OSAL任务管理流程Fig. 2 OSAL Task Management Process

3.2 车载终端软件设计

图3 车载终端软件界面Fig. 3 Software Interface of Vehicle Terminal

在S5P4418嵌入式系统中移植android操作系统并进行跨平台软件开发.车载终端主要实现的功能包括[7]：到站自动播报到站提示音，出站自动播报出站提示音；定时向数据中心发送车辆位置信息，实现中心对车辆的监控；设置车辆运行的最大速度，并在超速时报警；液晶屏幕实时显示时间、车辆运行速度和当前停靠站点等信息；按键控制特殊语音播报和背景音乐播放；按键控制紧急情况报警短消息发送；驱动车载LCD液晶屏，实现站点名称和广告语的显示，并在后台实时上传车辆信息至云平台.车载终端软件界面如图3所示.

3.3 手机端软件设计

手机端软件设计基于百度地图的API接口，实现百度地图的调用[8].先下载百度地图移动开发包并申请API Key，再在Android工程中加入百度地图控件，读取云平台中公交车辆的实时经纬度信息后导入百度地图，就可以在地图上找到车辆所在位置，并根据经纬度找到行车轨迹.利用APP读取云平台中的其他各项数据，可以查询某车次的信息(如剩余站数、速度、乘客人数和票价等)，从而最大程度地方便乘客.手机APP界面如图4所示.

图4 手机APP界面Fig. 4 APP Interface

4 结语

针对目前公共汽车系统存在的问题，设计了一套基于物联网技术的智能公共汽车系统.利用该系统能够实时采集公共汽车的各种信息；信息通过无线通信技术发送至云平台，公共汽车公司根据信息来及时调配车辆，保障行车安全；乘客可以通过个人电脑或智能终端实时查询车辆的乘车环境和位置，选择合适的乘坐车辆；公交站点会实时显示相关信息，以供乘客查询.