城鄉(xiāng)便捷巴士運營狀態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、居民生活水平和綜合素質(zhì)的日益提高，居民所追求的生活標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，健康的生活標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)是生活標(biāo)準(zhǔn)中的第一位，我國越來越多的居民為避免城市中喧鬧的、污染的環(huán)境而到離市區(qū)較遠(yuǎn)的郊區(qū)居住。除此之外，市區(qū)的房價日益攀升，具有市區(qū)購房能力的人也越來越少，因而有更多的人選擇了到郊區(qū)去居住。
同樣，政府部門為更好地、更科學(xué)地加快城市建設(shè)，減小城市污染，許多企業(yè)工廠搬到了市區(qū)周邊發(fā)展；同時國家重點推行的新農(nóng)村建設(shè)，支持城鎮(zhèn)布局調(diào)整和農(nóng)村城鎮(zhèn)建設(shè)以及農(nóng)村城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。這樣在中小城市市區(qū)、市區(qū)周邊工廠以及郊區(qū)（鄉(xiāng)鎮(zhèn)）就建立一條生活鏈。正是這條生活鏈的存在，使得城市公交到農(nóng)村，實現(xiàn)城鄉(xiāng)公交一體化交通勢在必行，這樣勢必產(chǎn)生一些新的問題：如收費問題，車輛的規(guī)范運行等。
1 問題提出
1.1 城鄉(xiāng)便巴運營特點
城市便捷巴士與城市公交有著許多差異，從而導(dǎo)致便捷巴士在管理方式上不能像城市公交一樣，城鄉(xiāng)便巴運營時特點包括：便巴為有人售票車；行車路程上，便巴在行車路程上遠(yuǎn)大于城市公交行車路程；便巴計費標(biāo)準(zhǔn)的多樣性，有按里程數(shù)計費和按途經(jīng)站臺數(shù)計費等；便巴運營性質(zhì)不同，有承包給司機(jī)和汽運公司自主運營；便巴乘客的多樣性和分時段高峰期；乘客不按照先下后上原則等等。
1.2 出現(xiàn)的問題
我們在對我國便捷巴士進(jìn)行多省市調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)我國便捷巴士在營運時，售票員上交費用與實際乘客買票費用存在巨大差異。汽運公司為防止這類事件發(fā)生，做了巨大的工作，一是汽運公司將便捷巴士承包給司機(jī)，司機(jī)定期上交給汽運公司一定的費用，其結(jié)果是司機(jī)為爭搶乘客而導(dǎo)致交通事故頻頻發(fā)生，目前采用該方法運營的城鄉(xiāng)便巴管理是交通部門重點管理的對象；二是汽運公司采取自行運營方式，要求售票員必須給每位乘客票據(jù)，并用攝像頭錄像監(jiān)督售票員是否給每一位乘客票據(jù)，汽運公司根據(jù)售票上交的票據(jù)存根進(jìn)行費用計算，并觀看實時的錄像，該方法務(wù)必增加汽運公司的工作人員，并且長時間觀看錄像將會對工作人員造成心里和生理上的傷害。
為此，我們利用單片機(jī)以及紅外光電技術(shù)實現(xiàn)對便捷巴士運行情況進(jìn)行實時監(jiān)控，包括乘客上下車、汽車載客數(shù)、汽車運行速度、汽車?？空?、汽車開門關(guān)門情況，并提供串行通信接口、IC卡數(shù)據(jù)讀取通信接口，配合計算機(jī)后臺分析軟件將快速的分析出汽車在運行中的情況，以及管理在一天中獲得的乘客乘車狀態(tài)信息，并給出上交費用的參考值，起著監(jiān)督作用。
2 系統(tǒng)的總體設(shè)計
為達(dá)到便捷巴士運營狀態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)的功能，提高運行可靠性和計費準(zhǔn)確度要求以及對乘客上下車信息進(jìn)行統(tǒng)計和分析，本系統(tǒng)設(shè)計總體上包括兩大部分：便巴運營狀態(tài)自動監(jiān)測記錄系統(tǒng)和PC機(jī)端的后臺數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)，系統(tǒng)總體設(shè)計方案設(shè)計框圖如圖1所示。
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圖1 總體設(shè)計方案結(jié)構(gòu)框圖
    該系統(tǒng)采用串行數(shù)據(jù)通信接口和IC卡數(shù)據(jù)通信接口兩種方式提供給后臺數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)。串行接口還用于設(shè)定車牌號（用于后臺分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的索引管理）和行車路線號，串行通信波特率為19200bps。PC機(jī)后臺分析系統(tǒng)從監(jiān)測記錄系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)包括：便巴?？空究偞螖?shù)，上下車總?cè)藬?shù)，車牌號，行車路線號各次?？空緯r的里程數(shù)，各次停靠站乘客上下車順序狀態(tài)，各次?？空镜臅r間和行車方向代碼。
3 自動監(jiān)測記錄系統(tǒng)的硬件設(shè)計
自動監(jiān)測記錄系統(tǒng)硬件由六部分組成：MCU系統(tǒng)，電源模塊，車速檢測模塊，乘客上下車動作識別模塊，行車方向識別模塊，時鐘顯示模塊和報警模塊。
3.1電源模塊
由于便捷巴士上提供的電源為24V，而MCU系統(tǒng)工作電壓5V左右，我們利用TI公司生產(chǎn)的DC－DC電源模塊PT3104A實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，該模塊輸入電壓18V～40V，輸出5V，最大功率達(dá)15W[1]。
3.2車速檢測模塊
不同類型便巴的車速檢測方法是不同的，檢測元用的器件也不同，主要分兩種：一種是裝有機(jī)械式里程表的車輛，另一種是電子式車速表的車輛。前一種是沒有電脈沖速度信號輸出，需要加裝車速傳感器，一般采用霍爾車速傳感器，后一種直接從車速表的數(shù)度信號輸入端取信號即可。這兩種連接方式如圖2和圖3所示。
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圖2 裝機(jī)械式里程表速度檢測連接示意圖    圖3 裝電子式車速表速度檢測連接示意圖
要注意的是圖2電源是由自動監(jiān)測記錄儀提供，而圖3中電源端由電子式里程表電源端提供。
3.3上下車動作識別模塊
     乘客上下車動作識別采用紅外光電開關(guān)來實現(xiàn)，由于便捷巴士本身的特性，各乘客上下車動作規(guī)范性及完成動作的時間差異，攜帶物品的不規(guī)則，都有可能導(dǎo)致動作的誤識別。因此，對紅外光電開關(guān)有一些特定的要求：反應(yīng)速度，抗汽車震動干擾，光控范圍，張角尺寸及其在車輛上的安裝位置。
     前后門各安裝兩對PNP型光電開關(guān)，要求一個是常開型，一個是常閉型，工作電壓為24V，動作時間<=2ms，檢測距離60～80cm，兩個安裝同一水平線上，間距k控制在10～15cm之內(nèi)（減少其他物體產(chǎn)生誤識別），如圖4所示。
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圖4 光電開關(guān)安裝示意圖                     圖5 系統(tǒng)與外圍檢測器件連接原理圖
假設(shè)1＃光電開關(guān)為常開（無動作輸出狀態(tài)為1），2＃為常閉（無動作輸出狀態(tài)為0），乘客在上車過程中產(chǎn)生狀態(tài)為依次為：10（初始態(tài)），00，01，11，10（返回初始態(tài)），下車狀態(tài)為依次為：10（初始態(tài)），11，01，00，10（返回初始態(tài)）。獲取的乘客上下車順序、?？空緯r間和本站上下車總?cè)藬?shù)記錄于MCU系統(tǒng)外部擴(kuò)展的NVRAM－DS1235Y存儲器中，采用二進(jìn)制存放，用于后臺分析軟件的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。
3.4行車方向識別模塊
行車方向識別模塊主要用于識別車輛是從起始站出發(fā)還是從終點站出發(fā)，主要是考慮到不同方向計費方式不同而設(shè)計的。該模塊主要利用DF無線收發(fā)模塊實現(xiàn)，利用SC2262和SC2272編碼和解碼芯片實現(xiàn)，發(fā)送模塊安裝在進(jìn)站或出站口，接收模塊安裝在監(jiān)測記錄系統(tǒng)端，接收到信號給MCU系統(tǒng)。
3.5時鐘及顯示模塊
便捷巴士?？空镜臅r間就是由該模塊提供，采用掉電保護(hù)的日歷時鐘芯片DS12887來實現(xiàn)，該芯片為24引腳，具有時鐘，鬧鐘及到2100年的日歷功能，可選擇12小時或24小時制計時，有AM和PM、星期及閏年自動補(bǔ)償功能[2][3]。顯示模塊用于顯示當(dāng)前時間和當(dāng)前汽車行駛狀態(tài)，使用LCD12864制作實現(xiàn)。
整個監(jiān)測記錄系統(tǒng)與光電開關(guān)和開關(guān)門檢測的部分電路原理圖如圖5所示。其中K1和K2用于檢測門開關(guān)的繼電器，繼電器電源由汽車24V電源供電，4個光隔離耦合用于接收前后門4個光電開關(guān)信號，2個用于接收門開關(guān)信號，1個用于接收車速脈沖信號，一個預(yù)留用。獲取的各個信號送到SN74HC244鎖存，MCU系統(tǒng)從讀取244獲得實時信號。
4 軟件設(shè)計
MCU系統(tǒng)核心器件使用SST89C58，該器件具有看門狗功能定時器[4]。開發(fā)環(huán)境使用KeilC51，該環(huán)境下具有強(qiáng)大的指針功能和子程序設(shè)計功能，使得整個設(shè)計周期縮短。圖6和圖7是系統(tǒng)的整個工作流程和串行中斷處理流程。與PC后臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信采用串行通信和IC卡（目前預(yù)留）。

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圖6 系統(tǒng)總程序流程圖                         圖7 串行中斷處理流程圖
前后門開否檢測基本上類似，下面程序是前門開否檢測程序：
void Forward_Door_Check(void)
{   if(FORWARD_DOOR == OPEN) // 門開檢測
    {   if(Forward_Door_Opened == FALSE)
        {   Delay_500Ms();
         if(FORWARD_DOOR == OPEN)
             Forward_Door_Opened = TRUE;
     }
}
else  // 門關(guān)檢測
    {    if(Forward_Door_Opened == TRUE)
     {   Delay_500Ms();
         if(FORWARD_DOOR == CLOSE)
             Forward_Door_Opened = FALSE;
     }
    }
}
當(dāng)便捷巴士?？空竞笤俅纹饎有旭倳r，這時需要將本站?？啃畔ⅲㄍ？繒r間、里程數(shù)和乘客上下車信息）添加到外部擴(kuò)展的NVRAM－DS1235Y數(shù)據(jù)記錄中，程序如下：
void ThisStation_Update(void)
{   byte xdata *ptr0;
ptr0 = START_ADDRESS + Total_Record_Length; // 添加記錄的起始地址
*ptr0++ = Mileage >>8; // MSB 里程
*ptr0++ = Mileage;     // LSB里程
*ptr0++ = UpDown_Number_This_Station; // 本站上下車總?cè)藬?shù)
………   // 停靠站時間更新
Total_Record_Length=Total_Record_Length+RECORD_HEAD_LENGTH+ UpDown_Number_This_Station/8;
if((UpDown_Number_This_Station%8)!=0)
  Total_Record_Length++;
UpDown_Number_This_Station = 0;
Current_Stop_Times = Current_Stop_Times+1;
Mileage = 0;
}
5結(jié)束語
本系統(tǒng)利用SST89C58單片機(jī)，光電開關(guān)，無線收發(fā)模塊研制了便捷巴士運營狀態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)，包括車輛行駛的速度，里程，乘客上下車的動作識別，并利用串行口與PC機(jī)通信，配合后臺分析軟件作數(shù)據(jù)統(tǒng)計。通過實際的隨車實驗，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高。
本文作者創(chuàng)新點是利用光電開關(guān)解決乘客的動作識別，并利用無線收發(fā)模塊解決車輛行駛路線識別，這對車輛運營管理和乘客計費管理有著重要的作用。