CN103996303A - 一种基于rfid的公交车载终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于RFID的公交车载终端设备。设备包括MSP430单片机、RFID集成模块、GPRS/3G通讯模块、GPS模块及连接线路板；其中MSP430单片机控制设备运行，并完成RFID模块、通讯模块、GPS模块间的数据传输和处理；RFID集成模块负责与电子公交站牌RFID模块进行通讯，向电子公交站牌RFID模块发送到站信息，或接收电子公交站牌模块发送的到站记录信息并写入存储器；GPRS/3G通讯模块作为设备选件，通过GPRS或3G信号实现与远程数据服务器通讯获取到站信息；GPS模块作为设备选件，负责实时接收车辆GPS定位数据。本设备提供了RFID、GPRS、3G多种信息通讯手段，较传统电子站牌设备应用更灵活，并提供可编程接口可实现多种公交电子站牌实施方式，具有应用灵活、性价比高、运营成本低等优点。

Description

一种基于RFID的公交车载终端设备

技术领域

本发明涉及一种基于RFID的公交车载终端设备，特别是一种基于RFID通讯技术实现公交车辆与电子站牌数据通讯的电子设备。属公共交通管理设备和系统技术领域。

背景技术

近年来，新的信息科技在仿真、实时控制、通信网络等领域的长足发展，智能交通系统开始进入人们的视野。很多城市都开始着重进行公交系统信息化的建设，一些经济相对发达的地方已经在部分公交路线上使用了公交调度系统，其中车上装载具有GPS定位功能的终端设备，实现车辆的跟踪；站点处安装了电子站牌，用于显示预测车辆的到站时间，提高服务水平，这些以信息技术为基础的基础设施成为公交系统的关键组成部分。

但从已经实施完成的智能公交项目的实际运用情况来看，其总体效果差强人意，负面评价很多。主要体现为过于依赖GPS/GSM / GPRS网络；系统投资过高，投资/收益比例令人怀疑；系统运营成本高等等。显然成本问题已成为困扰智能公交发展的主要问题，对一些中小城市而言更是望而却步。

分析其原因，可以发现目前多数的公交车载终端设备采用“3G”模式（GIS/GPS/GPRS），这种模式下公交车辆无法直接与电子站牌通信，电子站牌要想显示到站信息必须具备GPRS网络通讯能力，这样电子站牌的建造成本和运营中必须支付的GPRS网络通讯费必然成为沉重的负担。同时“3G”技术固然可以实现车辆实时/准时定位，但对于公交系统，车辆主要运行在固定的公交线路上，这种精确定位功能并不能给整个系统带来更多好处，同时因为地形原因造成GPS信号缺失和通讯拥堵和中断问题也会为系统运行带来巨大麻烦。

射频识别(RFID)是利用射频频段实现非接触双向通信进行识别和交换数据的一种自动识别技术。射频卡又称为电子标签，根据电子标签的工作方式可分为主动式和被动式2种。主动式RFID系统由于其信息实时性强、数据容量大、读写速度快、读取距离远等优点适用于人员、物品跟踪定位系统等领域。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种基于RFID通讯技术实现公交车辆与电子站牌数据通讯并能够向候车乘客显示到站信息的电子设备。

本发明一种基于RFID的公交车载终端设备是通过以下技术方案完成的。

公交车载终端设备中的MSP430单片机通过连接线路板，分别连接车辆状态信息采集单元、语音提示模块、GPRS定位模块、被动读写RFID模块、LED显示、A/D及防盗开关接口、报警电话呼出按键、满员按键、工作指示灯；IC卡接口、RFID集成模块和GPS模块；

其中MSP430单片机控制公交车载终端设备运行，并完成RFID模块、通讯模块、GPS模块间的数据传输和处理；

公交车载终端设备中的RFID集成模块负责与电子公交站牌RFID模块进行通讯，向电子公交站牌RFID模块发送到站信息，或接收电子公交站牌模块发送的到站记录信息并写入存储器。

公交车载终端设备可以装GPRS/3G通讯模块和GPRS模块，作为设备选件，通过GPRS/3G通讯模块或3G信号，实现与远程数据服务器通讯获取到站信息；负责实时接收车辆GPS定位数据。

  RFID集成模块识别的接收信息格式一；

方式:站牌号，车号，线路，距离:预计时间；

       方式—1；一个字节0x01；

       站牌号—XXXX（4位数字）两个字节0~9999；

       车号-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999；

       线路-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999；

       距离—XXXXX（5位数字）三个字节0~99999；

       预计时间-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999。

RFID集成模块识别的接收信息格式二；

方式:车号，线路；

       方式—0；

       车号-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999；

       线路-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999。

RFID集成模块识别的发送信息格式二；

车号:站牌号，到站时间；

车号-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999,车号为3075,发送0x0C 0x03；

站牌号—XXXX（4位数字）两个字节0~9999,站牌号为6789,发送0x1A 0x85

到达时间-- XXXXXX（6位数字）；

时间存储用4个字节即32位来表示，年0～63占6位，月1～12占4位，日1～31占5位，时0～23占5位，分0～59占6位，秒0～59占6位。

GPRS/3G通讯模块采用Telit GL868-DUAL模块产品。

本设备能够实时接收车辆GPS数据，并能通过GPRS/3G模块从网络服务器获取车辆到站信息，通过单片机的数据处理后，通过RFID模块向电子公交站牌设备发送数据，亦可用作到站信息记录器，接收并存储电子公交站牌设备发送的到站记录信息，并在后继的电子站牌间传递到站记录。

附图说明

图1为本发明基于RFID的公交车载终端设备的模块结构示意图。

图2为本发明设备工作原理示意图。

图3为本发明设备在公交服务系统中的实施方式示意图。

具体实施方式

本设备主要用于城市智能公交服务系统，该设备能够以一种低成本和易实施的方式解决公交车辆与电子站牌间的通讯问题和公交到站信息的显示问题。

(1)设备组成

本设备包括MSP430单片机、RFID集成模块、GPRS/3G通讯模块、GPS模块及连接线路板；其中MSP430单片机控制设备运行，并完成RFID模块、通讯模块、GPS模块间的数据传输和处理；RFID集成模块负责与电子公交站牌RFID模块进行通讯，向电子公交站牌RFID模块发送到站信息，或接收电子公交站牌模块发送的到站记录信息并写入存储器；GPRS/3G通讯模块，作为设备选件，通过GPRS或3G信号实现与远程数据服务器通讯获取到站信息；GPS模块，作为设备选件，负责实时接收车辆GPS定位数据。本设备能够实时接收车辆GPS数据，并能通过GPRS/3G模块从网络服务器获取车辆到站信息，通过单片机的数据处理后，通过RFID模块向电子公交站牌设备发送数据，亦可用作到站信息记录器，接收并存储电子公交站牌设备发送的到站记录信息，并在后继的电子站牌间传递到站记录。

设备模块组成结构如附图1所示。

 (2)工作原理

工作原理图如附图2所示,车载终端中的GPS模块负责实时读取GPS数据，然后按照指定数据格式发送到服务端。GPRS模块主要是发送到站信息，然后将到站信息发送给服务端进行处理分析。这样实现了车载终端和服务端的数据传输过程。终端设备中的RFID模块，相当于电子标签，在公交车辆驶离起点站之前，可通过射频卡读写模块将后台中心系统中的天气预报、新闻、公共信息、灾害预警等公共信息和首末班时间信息写入RFID卡。当公交车驶进停车站时，电子站牌中的主动RFID读写模块读取车载终端上RFID卡中的信息，存入电子站牌存储器中，电子站牌系统再将信息显示在电子站牌的屏幕上。这样完成了车载终端和电子站牌的信息交互。通过RFID卡传输信息即可以降低网络传输量，避免网络传输错误，也可以降低运营成本。

车载终端相当于是服务端与电子站牌传输的“中介”，起着信息传输的作用，这也是实现电子站牌不连接网络的同时还能进行信息交互的关键部分。

       （3）车载终端RFID模块信息识别原理

本设备支持两种与电子公交站牌信息交互方式： GPS终端机通过RFID模块与电子站牌交互（方式1）、无GPS终端机RFID卡片直接与电子站牌交互（方式0）。

       ①方式1--车载终端与电子站牌通讯过程

车载终端定时向外发送如下格式消息。

方式:站牌号:车号:线路: 距离:预计时间

      方式—1；一个字节0x01

      站牌号—XXXX（4位数字）两个字节0~9999,站牌号为6789,发送0x1A 0x85

      车号-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999,车号为3075,发送0x0C 0x03

      线路-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999,线路为531,发送0x02 0x13

      距离—XXXXX（5位数字）三个字节0~99999,距离2000米,发送0x00 0x07 0xd0

      预计时间-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999,预计40分钟,发送0x00 0x28

*注：可能有多行记录

例如：0x01 0x1a 0x85 0x0c 0x03 0x02 0x13 0x00 0x07 0xd0 0x00 0x28,共12个字节

可识别距离范围内的电子站牌收到消息后，只识别本站牌号的数据。

识别方法：方式=1 and 本站代码=站牌号。

识别后，电子站牌向LED发送显示数据，同时向车载终端发送如下格式消息

车号:站牌号:到站时间

      车号-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999,车号为3075,发送0x0C 0x03

      站牌号—XXXX（4位数字）两个字节0~9999,站牌号为6789,发送0x1A 0x85

      到达时间-- XXXXXX（6位数字）

      （同时以队列形式记录在RFID卡上）

时间存储用4个字节即32位来表示，年0～63占6位，月1～12占4位，日1～31占5位，时0～23占5位，分0～59占6位，秒0～59占6位。13年5月25日16点25分40秒将表示为:001101 0101 11001 10000 011001 101000,即十六进制:0x35 0x73 0x06 0x68

本条记录整体为: 0x0C 0x03 0x1A 0x85 0x35 0x73 0x06 0x68

②方式0--RFID卡片与电子站牌通讯过程

车辆携带卡片定时向外发送如下格式消息发送。

方式:车号，线路；

      方式—0；

      车号-- XXXX（4位数字）；

      线路-- XXXX（4位数字）；

可识别距离范围内的电子站牌收到消息后，只识别本线路的数据。

识别方法：方式=0 and 线路号 in (本站支持线路)

识别后，电子站牌通过网络向调度服务器获取显示数据并发送给LED，同时向车辆携带卡片发送如下格式消息

车号:站牌号，到站时间；

      车号-- XXXX（4位数字）；

      站牌号—XXXX（4位数字）；

      到达时间-- XXXXXX（6位数字）；

      （同时以队列形式记录在RFID卡上）。

根据上述通讯过程RFID模块支持以下功能。

      电子站牌端RFID接口：能够支持上述（方式1和方式0）两种形式的消息接受和发送；

      GPS终端RFID接口：能够支持方式1的消息发送和接收；

      独立RFID卡片：能够支持方式0的消息发送和接收。

通过该设备的应用从而实现车、站牌和调度中心三者之间的“会话”，进而实现“车联网”、“站联网”，引导城市交通集约化发展，改善民众出行条件、提高交通信息服务的及时性、准确性、交互性、可监管性，降低智能化交通运营成本，提高市民对公共交通服务的满意度，使社会和企业实现双赢。

附图3 描述了该设备在公交服务系统中的实施方式示意。

本设备采用了2.4GRFID通讯技术，能够实现车载终端与电子站牌设备间的短距通讯，即使在隧道、山谷等GPS和GPRS信号盲区地形亦能正常传递信息。该设备应用于公交系统中，将大大降低系统建设和运营成本。

实施例1：

公交车安装GPS，终端电子站牌采用RFID通讯模式的实施方式。

该实施方式的特点是：公交车安装具有GPS、GPRS/3G和RFID模块的车载终端，本设备仅配置RFID模块（未安装GPRS/3G模块）采用RFID通讯模式。

该方式下车载终端具有GPS信号采集能力，能够实时获得车辆GPS数据，并能够通过GPRS/3G网络传送车辆实时GPS数据，网络服务器能够根据车辆当时位置计算出其周边RFID设备信号覆盖范围内所有电子站牌需要显示的线路车辆到站信息，信息处理后按以下格式通过其RFID模块向外界发送信号。以站牌编号6789车辆编号3075行驶线路531距离2000米预计40分钟到达为例，车载终端发送0x01 0x1a 0x85 0x0c 0x03 0x02 0x13 0x00 0x07 0xd0 0x00 0x28共12个字节，可识别距离范围内的电子站牌设备收到消息后，通过RFID模块，只接收本站牌号的数据，经过处理后将线路号、距离、预计时间等信息通过显示输出接口发送给LED显示设备或用于显示信息的工控计算机。

该方式下电子站牌设备使用无需依赖GPRS/3G网络，使用过程中无需支付站牌端的互联网通讯费用，具有运行成本低、到站信息预报精确的特点。用户可根据实际需要在枢纽站和人流密集车站配置该设备，但必须要求公交车辆安装具有GPS、GPRS/3G和RFID模块的车载终端。

实施例2：

公交车无需安装GPS，终端电子站牌采用RFID+GPRS/3G通讯模式的实施方式。

该实施方式的特点是：公交车无需安装GPS终端，只需随车携带特定的RFID卡片，本设备配置RFID模块和GPRS/3G模块，采用RFID+GPRS/3G通讯模式。

该方式下在沿途车站安装本设备，并标记本设备安装位置的GPS坐标，车辆携带卡片定时向外发送如下格式消息发送。以车辆编号3075行驶线路531为例，卡片发送0x00 0x0c 0x03 0x02 0x13共5个字节。可识别距离范围内的电子站牌收到消息后，只识别本线路的数据。

识别方法：方式=0 and 线路号 in (本站支持线路)；

识别后，本设备以本站点GPS数据与车辆及线路号组合成车辆GPS数据，通过GPRS/3G模块经互联网向调度服务器发送。同时设备定时通过GPRS/3G模块向服务器提出本站点到站信息查询，服务器根据车辆当前GPS记录，实时计算距离本站点最近的公交车的距离和预计到达时间。通过显示输出接口发送给LED显示设备或用于显示信息的工控计算机。

该方式下公交车辆无需安装GPS终端，能够大大减少系统建设成本，车辆经过站牌时，设备使用GPRS/3G网络向服务器传送车辆GPS数据，从而实现车辆定位和到站信息预报，使用过程中需支付站牌端的少量互联网通讯费用。该方式具有建设成本低的特点，到站信息预报精确到站，适合于中小城市低成本构建公交服务系统。

实施例3：

公交车无需安装GPS，终端电子站牌采用RFID通讯模式的实施方式。

作为方式2的补充，在满足车辆定位精度要求的前提下，可以在公交线路沿途安装部分仅配置RFID模块的设备。设备在此工作模式下主要实现车辆到站信息记录，信息将被记录在随车RFID卡片上。

该方式下在沿途车站安装本设备，并标记本设备安装位置的GPS坐标，车辆携带卡片定时向外发送如下格式消息发送。以车辆编号3075行驶线路531为例，卡片发送0x00 0x0c 0x03 0x02 0x13共5个字节。可识别距离范围内的电子站牌收到消息后，只识别本线路的数据。

识别方法：方式=0 and 线路号 in (本站支持线路)

识别后，本设备以本站点GPS数据与车辆及线路号组合成车辆GPS数据，向车辆携带卡片发送如下格式消息

车号、站牌号、到站时间；

车号-- XXXX（4位数字）；

站牌号—XXXX（4位数字）；

到达时间-- XXXXXX（6位数字）；

（同时以队列形式记录在RFID卡上）。

途经具有GPRS/3G网络通讯能力的站点时，由该站点读出记录列表，统一发送到网络服务器，实现车辆GPS定位。

该方式作为方式2的补充可以减少配置具有GPRS/3G模块的设备数量，从而进一步节约系统建设成本和运行成本。

本设备提供了RFID、GPRS、3G多种信息通讯手段，较传统电子站牌设备应用更灵活，并提供可编程接口可实现多种公交电子站牌实施方式，具有应用灵活、性价比高、运营成本低等优点。

Claims (6)

1.一种基于RFID的公交车载终端设备，其特征在于公交车载终端设备中的MSP430单片机通过连接线路板，分别连接车辆状态信息采集单元、语音提示模块、GPRS定位模块、被动读写RFID模块、LED显示、A/D及防盗开关接口、报警电话呼出按键、满员按键、工作指示灯；IC卡接口、RFID集成模块和GPS模块；

其中MSP430单片机控制公交车载终端设备运行，并完成RFID模块、通讯模块、GPS模块间的数据传输和处理；

公交车载终端设备中的RFID集成模块负责与电子公交站牌RFID模块进行通讯，向电子公交站牌RFID模块发送到站信息，或接收电子公交站牌模块发送的到站记录信息并写入存储器。

2.根据权利要求1所述的基于RFID的公交车载终端设备，其特征在于公交车载终端设备可以装GPRS/3G通讯模块和GPRS模块，作为设备选件，通过GPRS/3G通讯模块或3G信号，实现与远程数据服务器通讯获取到站信息；负责实时接收车辆GPS定位数据。

3.根据权利要求1所述的基于RFID的公交车载终端设备，其特征在于RFID集成模块识别的接收信息格式一；

方式:站牌号，车号，线路，距离:预计时间；

    方式—1；一个字节0x01；

    站牌号—XXXX（4位数字）两个字节0~9999；

    车号-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999；

    线路-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999；

    距离—XXXXX（5位数字）三个字节0~99999；

    预计时间-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999。

4.根据权利要求1所述的基于RFID的公交车载终端设备，其特征在于RFID集成模块识别的接收信息格式二；

方式:车号，线路；

    方式—0；

    车号-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999；

    线路-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999。

5.根据权利要求1所述的基于RFID的公交车载终端设备，其特征在于RFID集成模块识别的发送信息格式二；

车号:站牌号，到站时间；

车号-- XXXX（4位数字）两个字节0~9999,车号为3075,发送0x0C 0x03；

站牌号—XXXX（4位数字）两个字节0~9999,站牌号为6789,发送0x1A 0x85

到达时间-- XXXXXX（6位数字）；

时间存储用4个字节即32位来表示，年0～63占6位，月1～12占4位，日1～31占5位，时0～23占5位，分0～59占6位，秒0～59占6位。

6.根据权利要求1所述的基于RFID的公交车载终端设备，其特征在于GPRS/3G通讯模块采用Telit GL868-DUAL模块产品。