????摘 要：為提高公共交通服務的質量和城市形象，設計了一種基于收發(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時信息，并使公交總站能夠通過無線收發(fā)" title="無線收發(fā)">無線收發(fā)電路收發(fā)各公交站臺上車輛運行數據，進行公交車的運行管理和車輛調度。結果表明，該電子站牌傳輸可靠性高，功耗低。數據傳輸通過UHF專用通信網，數據傳輸成本為零。
??? 關鍵詞：無線收發(fā)芯片CC1020? 電子站牌? 太陽能供電
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??? 電子公交系統(tǒng)作為現代城市交通研究的一種主要方向，將先進的信息技術(包括數據通信、計算機)、傳感器技術、運籌學、人工智能等綜合運用于城市公交運營管理、動態(tài)信息發(fā)布、手機交通信息查詢等系統(tǒng)之中。智能公交系統(tǒng)是我國“十五”期間重點支持的科技領域之一。而作為智能公交的核心技術支持——通信技術,可以利用無線通訊專網超高頻段以低成本實現公交企業(yè)運營數據的實時采集、快速傳輸以及無線通訊系統(tǒng)車載智能設備及控制系統(tǒng)的實時通信，使公交企業(yè)能夠充分利用無線通訊系統(tǒng)真正實現現代城市公交的客流管理、運營調度、車輛管理及信息查詢的智能化，從而為城市交通問題提供一個良好的解決方案[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]為核心的無線收發(fā)電路組成。
??? 公交車到達站臺時的固定動作（如到站開門、報站名等）使車載控制器通過收發(fā)電路發(fā)出信號，電子公交站牌會自動獲取車輛的基本信息(車次、站號等)，并通過站牌上的顯示電路顯示出到站的車次和站名，再由站牌內的收發(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時信息。在公交站（調度室）PC機通過無線收發(fā)電路收集各條線路終點站牌無線收發(fā)電路發(fā)出的實時信息，在顯示屏上顯示出各條線路上車輛實時運行圖[3]。系統(tǒng)組成見圖1。
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??? 當電子站牌接收信號時，如果附近有多輛公交車同時發(fā)送到站信號，就可能會發(fā)生通信碰撞。防止通信碰撞出現的常見方法是將信號的應答在時間、頻率或相位上錯開，具體可通過軟件實現。本系統(tǒng)在參考 ALOHA 和IEEE802.3 CSMA/CD隨機訪問技術的基礎上，采用了一種基于時分的“隨機延時”防碰撞的方法[4]。車載收發(fā)設備發(fā)送詢問命令，發(fā)送完之后等待一段時間接收電子站牌的應答。這段等待時間將分為若干時隙" title="時隙">時隙，電子站牌以相等的概率隨機選取一個時隙應答。如果某時隙只有一個信號被電子站牌選中，則該站牌的應答將被車載收發(fā)設備收到，否則該時隙內將發(fā)生沖突。圖2 給出了一輪詢問過程的示意圖。本輪未應答成功的車載收發(fā)設備，下一輪自動繼續(xù)向電子站牌發(fā)送詢問命令；已成功應答的車載收發(fā)設備，下一輪則不再發(fā)送。
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2 電子站牌的電路設計
??? 電子站牌由太陽能供電電源（或交流供電電源）、無線收發(fā)電路、高性能" title="高性能">高性能微處理器及外圍電路組成。整個站牌的電路結構如圖3所示。
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2.1 CC1020無線收發(fā)電路設計
??? 在這個系統(tǒng)中無線收發(fā)電路的可靠性和有效的通信距離是設計的關鍵，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工藝生產的單片無線數據傳送專用射頻芯片。與其他型號的無線數據通信芯片相比，其接收靈敏度較高，且芯片的發(fā)射端和接收端互相獨立，特別適合遠距離數據通信。其頻率范圍為424MHz～470MHz，在12.5kHz帶寬的信道中，靈敏度可以達到-119dBm；數據速度達到153.6kBaud。CC1020有ASK、FSK和GFSK數據調制方式，設計中采用了抗干擾能力極強的窄帶GFSK調制技術和軟件糾錯技術。
??? AtmegA8L是AVR系列的低功耗8位單片機，用它完成對CC1020工作參數配置的初始化以及發(fā)射數據時對數據的編碼打包和接收數據時對數據的解碼等工作，減輕控制器主CPU的工作負擔[5]，增強系統(tǒng)的可靠性和實時性。
??? HMC154S8是天線切換集成電路。發(fā)射狀態(tài)時接通CC1020射頻輸出端，接收狀態(tài)時接通CC1020射頻輸入端。其切換動作受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。該單片機具有寬溫度、寬供電電壓范圍、超強抗干擾能力和內置看門狗、EEROM等功能，滿足系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣及可任意設置公交線路和站臺號的要求。
2.3 人機接口和輸出電路
??? 人機接口板采用可編程鍵盤LED驅動芯片ZLG7290。該芯片采用I2C串行接口，可接8位共陰極數碼管和64個按鍵。本系統(tǒng)中采用4位數碼管和6個按鍵組成人機交互接口，完成1～10條公交線路號和站臺號的設置。輸出電路" title="輸出電路">輸出電路采用74HC595級聯(lián)方式驅動N個發(fā)光二極管，完成每條公交線上任意一個站臺位置的顯示。
2.4 太陽能供電裝備
??? 電子公交站牌采用太陽能電源供電（也可以用交流電供電）。太陽能供電裝置由太陽能光伏板和太陽能控制器、5Ah/6V蓄電池組成。太陽能控制器具有蓄電池最優(yōu)充放電控制和設備保護等功能，即使連續(xù)五六天陰雨，供電裝置也能正常工作。
3 軟件設計
??? 電子公交站牌的軟件設計包括主控電路CPU控制軟件和發(fā)射電路中ATMEA8單片機工作軟件兩部分。發(fā)射電路中單片機軟件流程見圖5。
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??? 主控電路CPU控制軟件除了公交線路號、站號的設置和輸出電路的顯示刷新外，主要負責與公交車的通信及與相鄰電子公交站牌的通信聯(lián)絡。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)公交線路號和1字節(jié)站臺號。功能代碼1字節(jié)，表示是公交車發(fā)的信號或電子站臺發(fā)來的信號等。數據數量2字節(jié)，表明后面接收的數據字節(jié)數。
??? 控制軟件中，當收到通信信息后，首先逐一比較地址是否和站內的已存地址相同，如不同則退出；如果相同，再讀功能碼。若是公交車發(fā)來的到站信息，則送本站輸出電路顯示，并回發(fā)應答信號給公交車，同時還要將這一信息發(fā)送到下一電子站牌。關于這一部分的流程就不再表述了。
4 實驗測試
??? 進行CC1020收發(fā)電路的傳輸距離測試，結果見表2。
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??? 經過實際測試和試用表明，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。公交調度室的計算機上也能正確反映出線路上車輛的運行情況，有推廣應用前景。
參考文獻
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