CN106910361A - 基于nRF905无线通信的公交智能站牌 - Google Patents

基于nRF905无线通信的公交智能站牌 Download PDF

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Abstract

每个公交站均构成公交车到站信息查询系统，对行驶中公交车之间和公交站与公交车之间，采用nRF905射频通信模块将信息传递到前方公交站，当两站之间车辆较少，难于完成车与车通信时，则利用GSM网络实现公交线路站与站之间用互发短信方式交换到站信息。

Description

基于nRF905无线通信的公交智能站牌
(一)技术领域:
每个公交站均构成公交车到站信息查询系统,对行驶中公交车之间和公交站与公交车之间,选用nRF905射频通信模块将信息传递到前方公交站,当两站之间车辆较少,难于完成车与车通信时,则利用GSM网络实现公交线路站与站之间用互发短信方式交换到站信息。
(二)背景技术:
随着公交事业的蓬勃发展,越来越多的人开始乘坐公交车出行,城市公交线路随着公交事业的发展迅猛增多,因此道路也越来越拥挤,乘客等候乘车的时间变得很不确定,造成有的公交车很拥挤有的公交车乘客却很少,由于拥挤的公交车上下车人数多时间长,每一站都需要停留更长时间,如果乘客能知道各线路公交车到站信息,避开拥堵线路就可以在一定程度上缓解公交线路拥堵情况,同时也方便乘客乘车。
现有基于GPS全球定位的智能公交站牌系统,通过该系统提供的扩展GPS功能,对公交车辆进行实时卫星定位,虽然可以实时掌握公交车辆目前的位置、行驶速度、方向等信息,但是基于GPS全球定位的系统架构复杂昂贵灵活性差,而且城市多高楼大厦,一些地区卫星信号不畅,因此影响普及,目前只有超大城市才有试用。
(三)发明内容:
由于公交车经过各站时的上下车乘客人数不同,到站时的停留时间不同,通过红绿灯控制的十字路口时,前方排队等候通过十字路口的车辆数量不同,造成等候红绿灯变换次数不同,等候时间不同,以及公交车行驶中路况不同、车速不同、驾驶员使用的技巧不同、影响行驶的各种机遇不同,从而造成同时出站的同线路或不同线路的公交车逐渐拉开不同的距离形成了信息传递通道,采用行驶中公交车之间通信,就可以将信息传递到前方公交站,无需通过GPS全球定位系统获得公交车到站信息,使系统结构简单运用灵活,大大降低成本。
公交车行驶里程的信号源为安装在变速器或车轮轮毂上的里程表传感器,对里程表传感器输出脉冲信号计数就可反映车轮转数,获取车速与行驶里程信息,该里程表传感器输出信号经电平转换电路、低通滤波电路抗干扰后使输出信号可由微控制器端口准确捕捉识别,再送入微控制器端口。各线路公交车的车载控制器均预置各站间里程数据,以获得行驶中位置。公交车与公交站通信时,当公交车的车载控制器计算设定到站时两站间里程减去实际测量到站时两站间里程的误差值在+8米与-5米之间时,表示前面没有停靠的公交车,该公交车为到站位置停靠,则所述误差值作标记M,公交车的车载控制器将标有M的各次到站里程误差值,取5次以上按设定比例次数删去数次最大到站里程误差值,其余取平均值作为补偿值,用于纠正测量里程。所述设定的时间间隔需保证同时到站的公交车全部离开,使下一辆公交车在到站位置停靠。
公交车之间及公交车与公交站之间采用射频通信,射频通信由射频的模块、微控制器和非易失存储器构成,为了说明方便这里的微控制器选用C8051F330芯片,射频的模块选用nRF905。nRF905利用SPI口双向通讯,微控制器C8051F330通过其SPI接口与nRF905通信,公交车里程输出信号接于C8051F330的I/O口,由C8051F330读取后保存在非易失存储器中,车载控制器的通信数据也保存在非易失存储器中。
车载控制器的射频通信模块中的nRF905提供了强大的跳频机制以及大量的频道支持,可以用在许多特殊的场合,在公交车与公交车之间的通信发生干扰时,可以采用跳频方式解决。它即使利用无增益的PCB天线其传输距离也可达200m,如果需要更远距离的传输,也可以改成带增益的天线,传输距离即可扩大到1千米以上,可满足不同用处的需求,
nRF905数据接收:微控制器控制TRX_CE为高电平、TX_EN为低电平,nRF905进入接收模式；650us后,nRF905监测空中的信息,等待接收数据；当nRF905检测到与接收频率相同的载波时,设置载波检测管脚CD为高电平；当nRF905接收到有效的地址时,设置地址匹配管脚AM为高电平；当一个正确的数据包接收完毕后,nRF905自动去掉数据包的字头、地址和CRC校验码,然后将数据接收完成管脚置为高电平；微控制器将TRX_CE设置为低电平并通过SPI接口以一定的速率提取数据包中的有效接收数据；当所有的有效数据接收完毕,微控制器控制nRF905数据接收完成管脚DR和地址匹配管脚AM为低电平；nRF905进入待机模式。接收过程主循环一直处于监听状态,循环调用接收函数。如果收到数据包,则发送响应包。
每个公交站均构成公交车到站信息查询系统,各公交站控制器依据该站公交车的线路地址循环发送侦测信号,到站停车的公交车的车载控制器应答后与公交站实现信息交换,同线路多辆公交车同时到站向信道发送应答信号时,公交站控制器将会连续收到数个错误数据包或监听到频道信号叠加后的强度超限,说明当前信道受到干扰,这时各公交车按其停车位置与站点位置之间距离S,按公交车行驶方向,从向前超过站点位置6米开始,自动依每隔6米范围递增编号往后至离站点18—60米,按S值落入所述的编号范围来编号,上述设置时注意通常只有2至3辆车同时到站。公交站控制器对到站公交车干扰线路依所述编号顺序再发送侦测信号,如再产生干扰则对未成功通信的公交车,减少所述每隔6米范围的值重新不重复编号,重复上述过程至不产生干扰,其编号到下一站时失效。当线路拥有公交车数量较少时采用固定的不会失效的公交车预置编号。
公交站控制器和到站停车的公交车的车载控制器通信时,交换各线路公交车包含该站和先前4-6站的公交车的到站信息,其到站信息由各公交站控制器产生,到站信息包含公交站地址、各线路公交车最后到站的线路地址及其到站时间和当前时间,并按本站行驶方向至下一站所需行驶时间平均值的0.2-0.6作为时间段，来分配站间通信信道发送侦测信号的时间，所述时间段以本公交站控制器提供的当前时钟时间为基准，所分配的时间段的时间不重叠，其时间段具体占用时间长短，由前一时间段中经过本站至下一站的行驶车辆密度确定，密度大的取时间段短，然后选择一辆经过本站和下一站的公交车作为主通信公交车来分配一个所述时间段,在略早于该时间段的结束时间选择下一辆主通信公交车，按此接续下去，公交站控制器向主通信公交车发送到站信息和车通信表,车通信表提供预置时间间隔内经过本站至下一站的各线路公交车的线路地址、所述公交车的编号、到达本站时间和所述时间段,该预置时间间隔由站间平均行驶时间确定，主通信公交车离开本站后,按到达本站时间从远到近顺序对车通信表中的各公交车发送侦测信号,其应答内容包含公交车的编号和公交车离下一站的距离,主通信公交车的车载控制器收到各公交车应答信号后,选择离下一站最近的公交车向其发送到站信息和车通信表,该公交车的车载控制器收到到站信息和车通信表后更新到站信息,并被接力成为主通信公交车接续所述时间段中未用完的时间按上述方法通信,所述时间段结束，主通信公交车即转为从通信公交车。
主通信公交车为动态分配,其余作为从通信公交车,在本站与下一站间使用约定的站间通信信道,从通信公交车在站间行驶中均处于接收状态,各公交车离下一站40米至80米的设定距离时,该站间公交车与公交车通信结束,准备与下一公交站的通信。所述到站信息只记录每路公交车最后到站时间,删去之前记录内容,所述站间通信信道是依其通信覆盖范围设置相邻站的不同站间通信信道,但经2站至3站后重复循环使用,站与公交车通信也采用相邻站的不同通信信道循环设置,上行线路与下行线路同名站点通信信道错开使用,防止发生同频干扰。公交车到达终点站后自动改变通信信道设置和站点顺序设置,公交站控制器将到站信息处理后送显示器显示,便于乘客查看。
当两个公交站之间距离较短障碍物较少,行驶的公交车数量较少无法实现公交车之间通信时,可以由两个公交站分别设置的射频模块nRF905实现无线通信,公交站控制器中射频模块nRF905定时以设定的站间无线通信信道实现到站信息传递,这时按公交车行驶方向,前方公交站在设定的时间保持无线通信的接收状态,由后方公交站nRF905加大发射功率进行定时单向信息传输。
(四)附图说明:
图1是基于nRF905无线通信的公交智能站牌的电路结构方框图。
(五)具体实施方式:
基于nRF905无线通信的公交智能站牌的电路结构方框图如图1所示,包含:
公交车的车载控制器(1),公交站间控制器(2),公交站控制器(3),；其中车载控制器(1)由射频通信模块和里程表传感器构成,射频通信模块由射频模块nRF905、微控制器C8051F330和非易失存储器AT24C32构成,射频模块nRF905通过SPI接口与微控制器C8051F330通信,nRF905的其它功能管脚与C8051F330的I/O口相连,C8051F330通过I2C总线方式与AT24C32通信；公交站间控制器(2)和公交站控制器(3)均由射频模块和LCD显示器构成,其中射频模块结构同车载控制器(1)中的射频通信模块,但非易失存储器选用AT24C64；LCD显示器与微控制器C8051F330的I/O口相连,公交车到站信息保存在AT24C64中。

Claims (2)

1.基于nRF905无线通信的公交智能站牌,其特征是利用公交车经过各站时的上下车乘客人数不同,到站时的停留时间不同,通过红绿灯控制的十字路口时等候时间不同,行驶中路况不同,车速不同,驾驶员使用的技巧不同造成同时出站的同线路或不同线路的公交车逐渐拉开不同的距离形成了信息传递通道,利用行驶中公交车之间通信,将信息传递到前方公交站；
公交车行驶里程的信号源为安装在变速器或车轮轮毂上的里程表传感器,里程表传感器输出信号经电平转换电路、低通滤波电路抗干扰后送入微控制器端口,公交车的车载控制器均预置各站间里程数据,以获得行驶中位置；公交车与公交站通信时,当公交车的车载控制器计算设定两站间里程减去实际测量两站间里程的误差值在+8米与-5米之间时,表示前面没有停靠的公交车,该公交车为到站位置停靠,则所述误差值作标记M,公交车的车载控制器将标有M的各次到站里程误差值,取5次以上按设定比例次数删去数次最大到站里程误差值,其余取平均值作为补偿值,用于纠正测量里程；
公交车之间及公交车与公交站之间采用射频通信,射频通信由射频模块、微控制器和非易失存储器构成,微控制器选用C8051F330芯片,射频模块选用nRF905,微控制器C8051F330通过其SPI接口与nRF905通信,公交车里程输出信号接于C8051F330的I/O口,由C8051F330读取后保存在非易失存储器中,车载控制器的通信数据也保存在非易失存储器中；
每个公交站均构成公交车到站信息查询系统,各公交站控制器依据该站公交车的线路地址循环发送侦测信号,到站停车的公交车的车载控制器应答后与公交站实现信息交换,同线路多辆公交车同时到站向信道发送应答信号时,公交站控制器将会连续收到数个错误数据包或监听到频道信号叠加后的强度超限,说明当前信道受到干扰,这时各公交车按其停车位置与站点位置之间距离S,按公交车行驶方向,从向前超过站点位置6米开始,自动依每隔6米范围递增编号往后至离站点18—60米,按S值落入所述的编号范围来编号,上述设置时注意通常只有2至3辆车同时到站,公交站控制器对到站公交车干扰线路依所述编号顺序再发送侦测信号,如再产生干扰则对未成功通信的公交车,减少所述每隔6米范围的值重新不重复编号,重复上述过程至不产生干扰,其编号到下一站时失效,当线路拥有公交车数量较少时采用固定的不会失效的公交车预置编号；
公交站控制器和到站停车的公交车的车载控制器通信时,交换各线路公交车包含该站和先前4-6站的公交车的到站信息,其到站信息由各公交站控制器产生,到站信息包含公交站地址、各线路公交车最后到站的线路地址及其到站时间和当前时间,并按本站行驶方向至下一站所需行驶时间平均值的0.2-0.6作为时间段，来分配站间通信信道发送侦测信号的时间，所述时间段以本公交站控制器提供的当前时钟时间为基准，所分配的时间段的时间不重叠，其时间段具体占用时间长短，由前一时间段中经过本站至下一站的行驶车辆密度确定，密度大的取时间段短，然后选择一辆经过本站和下一站的公交车作为主通信公交车来分配一个所述时间段,在略早于该时间段的结束时间选择下一辆主通信公交车，按此接续下去，公交站控制器向主通信公交车发送到站信息和车通信表,车通信表提供预置时间间隔内经过本站至下一站的各线路公交车的线路地址、所述公交车的编号、到达本站时间和所述时间段,该预置时间间隔由站间平均行驶时间确定，主通信公交车离开本站后,按到达本站时间从远到近顺序对车通信表中的各公交车发送侦测信号,其应答内容包含公交车的编号和公交车离下一站的距离,主通信公交车的车载控制器收到各公交车应答信号后,选择离下一站最近的公交车向其发送到站信息和车通信表,该公交车的车载控制器收到到站信息和车通信表后更新到站信息,并被接力成为主通信公交车接续所述时间段中未用完的时间按上述方法通信,所述时间段结束，主通信公交车即转为从通信公交车；
主通信公交车为动态分配,其余作为从通信公交车,在本站与下一站间使用约定的站间通信信道,从通信公交车在站间行驶中均处于接收状态,各公交车离下一站40米至80米的设定距离时,该站间公交车与公交车通信结束,准备与下一公交站的通信,所述到站信息只记录每路公交车最后到站时间,删去之前记录内容,所述站间通信信道是依其通信覆盖范围设置相邻站的不同站间通信信道,防止发生同频干扰；
当两个公交站之间距离较短障碍物较少,行驶的公交车数量较少无法实现公交车之间通信时,可以由两个公交站分别设置的射频模块nRF905实现无线通信,公交站控制器中射频模块nRF905定时以设定的站间无线通信信道实现到站信息传递,这时按公交车行驶方向,前方公交站在设定的时间保持无线通信的接收状态,由后方公交站nRF905加大发射功率进行定时单向信息传输。
2.根据权利要求1所述的基于nRF905无线通信的公交智能站牌,其特征在于包含:
公交车的车载控制器(1),公交站间控制器(2),公交站控制器(3)；其中车载控制器(1)由射频通信模块和里程表传感器构成,射频通信模块由射频模块nRF905、微控制器C8051F330和非易失存储器AT24C32构成,射频模块nRF905通过SPI接口与微控制器C8051F330通信,nRF905的其它功能管脚与C8051F330的I/O口相连,C8051F330通过I2C总线方式与AT24C32通信；公交站间控制器(2)和公交站控制器(3)均由射频模块和LCD显示器构成,其中射频模块由nRF905模块、微控制器C8051F330和非易失存储器AT24C64构成；LCD显示器与微控制器C8051F330的I/O口相连,公交车到站信息保存在AT24C64中。
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