基于遠(yuǎn)距離射頻技術(shù)的公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)

摘要：采用遠(yuǎn)距離射頻技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)。當(dāng)射頻卡(公交車站)進(jìn)入發(fā)射天線(公交車)工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到單片機(jī)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；單片機(jī)通過判斷后識別出車站身份，然后將相應(yīng)的語音信息通過揚(yáng)聲器讀出，從而完成自動(dòng)報(bào)站。整個(gè)過程無需駕駛員參與，既減輕了駕駛員的工作強(qiáng)度，又確保了公交車的安全性和報(bào)站的準(zhǔn)確性，該設(shè)計(jì)具有很高的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)報(bào)站；射頻技術(shù)；單片機(jī)；語音

0 引言
    現(xiàn)階段，全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)日趨成熟，越來越多的公交公司利用這一技術(shù)來實(shí)現(xiàn)公交車的自動(dòng)報(bào)站。但該方式技術(shù)復(fù)雜，投資大，不易推廣。本文采用遠(yuǎn)程射頻技術(shù)，結(jié)合單片機(jī)工作原理，對現(xiàn)有公交車的手動(dòng)報(bào)站裝置進(jìn)行改造。我們以實(shí)用性，性價(jià)比及可操作性為主要出發(fā)點(diǎn)，以減輕公交車駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高公交系統(tǒng)的安全性和報(bào)站準(zhǔn)確性為最終目的，設(shè)計(jì)出了該公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)。

1 設(shè)備整體設(shè)計(jì)方案
    公交車自動(dòng)報(bào)站器主要由射頻閱讀器、射頻卡、主控制電路板、語音存儲模塊和鍵盤顯示模塊等部分組成，設(shè)計(jì)方案框圖如圖1所示。

    在公交車站臺處設(shè)置特定的射頻卡，當(dāng)公交車進(jìn)入工作范圍(站臺進(jìn)入公交車上的天線工作距離)時(shí)，站臺上的射頻卡接收到發(fā)射器的發(fā)出的信號，并將射頻卡的信息通過天線反射回閱讀器，接收后經(jīng)過單片機(jī)的驗(yàn)證，將信號發(fā)送給主控制電路進(jìn)行篩選，辨別車站的信息。辨別完成后，單片機(jī)啟動(dòng)語音存儲模塊，調(diào)用語音模塊中錄制好與車站相對應(yīng)的語音信息，再通過運(yùn)算放大電路后，用來驅(qū)動(dòng)公交車中的音響，提醒旅客車站信息，使旅客乘車更加方便，由于整個(gè)過程沒有駕駛員的參與，大大挺高了公交車的安全性。

2 設(shè)備各組成部分設(shè)計(jì)
2．1 射頻發(fā)射接收電路設(shè)計(jì)
    射頻發(fā)射部分采用DF發(fā)射模塊，其工作頻率為315MHz，采用聲表面波諧振器穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高。特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。DF數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓范圍3～12V，當(dāng)電壓變化時(shí)發(fā)射頻率基本不變，其發(fā)射距離隨著電壓的升高而變大。通過測試，遙控距離在離站臺30～50m為宜，因此將工作電壓設(shè)置為3V左右，根據(jù)不同站臺的地理位置和環(huán)境條件的不同還可以進(jìn)行調(diào)整。發(fā)射部分電路如圖2所示。

    射頻接收部分仍采用DF模塊，該模塊的輸入端天線有選頻網(wǎng)絡(luò)，輸出端具有波型處理電路，可以減少噪聲信號對該系統(tǒng)的干擾，該模塊自身輻射極小，模塊背面安裝網(wǎng)狀接地銅箔，減少了自身電磁信號泄漏和干擾信號的影響。接收部分電路如圖3所示。

2．2 控制電路設(shè)計(jì)
    本設(shè)計(jì)的控制核心采用凌陽公司的16位單片機(jī)SPcE061A，語音存儲采用凌陽公司的SPR4096芯片，鍵盤及顯示采用凌陽公司的鍵盤及顯示模塊?？刂齐娐吩砣鐖D4所示。

    射頻接收器接收到站臺反射回來的信號后，將信號送入單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)存儲好的站臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行站臺識別，識別結(jié)束后再調(diào)用語音存儲模塊事先錄制好的對應(yīng)報(bào)站語音信息。語音信息經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路后輸出模擬語音信號，再經(jīng)放大電路放大驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行語音播報(bào)，并調(diào)用相應(yīng)的信息在顯示屏上對到站信息進(jìn)行顯示。當(dāng)報(bào)站信息出現(xiàn)異常時(shí)，公交車司機(jī)可通過操作鍵盤上的按鍵，來對報(bào)站信息進(jìn)行調(diào)整。
2．3 程序設(shè)計(jì)流程
    程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示。首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，確定公交車的初始位置(默認(rèn)為從起始站出發(fā))。在公交車運(yùn)行過程中，不斷發(fā)射射頻信號，當(dāng)靠近某一站臺的射頻卡時(shí)，首先進(jìn)行識別檢驗(yàn)，檢驗(yàn)是否為干擾信號，若是干擾信號，則繼續(xù)發(fā)射射頻信號，若不是則對反射
回的射頻信號送入單片機(jī)進(jìn)行識別，單片機(jī)程序采用查詢模式，識別站臺出的身份后，調(diào)用語音模塊中相應(yīng)的語音信息和寄存器中的站臺文字信息分別送到音響和顯示屏進(jìn)行語音播報(bào)和顯示。系統(tǒng)安裝手動(dòng)控制電路，用以解決一些特殊和意外情況。

    接下來對反射回的射頻信號進(jìn)行編碼驗(yàn)證，將接收到的射頻信號編碼與存儲在單片機(jī)內(nèi)部存儲器中的編碼進(jìn)行比對，識別站臺的身份，以確定調(diào)用語音模塊中語音信息，保證不會發(fā)生錯(cuò)誤報(bào)站的情況，還可以很好地解決多路公交車?？客徽九_時(shí)的相互影響問題(不同路的公交車射頻閱讀器不同)。當(dāng)出現(xiàn)一些特殊和意外情況時(shí)，司機(jī)按下控制按鍵，可強(qiáng)制對報(bào)站程序進(jìn)行修正，或使公交車發(fā)出一些特定語音信息。意外情況解除后，公交車接收到新的站臺信號，通過編碼驗(yàn)證后，程序又可以恢復(fù)自動(dòng)運(yùn)行。
    此程序在設(shè)計(jì)過程中考慮了公交車在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，滿足系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的各項(xiàng)要求。

3 設(shè)計(jì)方案的實(shí)施
    在公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)中，可以利用原有的公交車手動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)，在原有的基礎(chǔ)上增加一套遠(yuǎn)距離射頻設(shè)備和一塊控制單片機(jī)。將單片機(jī)發(fā)出的控制信號通過光電傳感器加到手動(dòng)報(bào)站器的按鈕兩端，當(dāng)射頻接收器接收到射頻信號時(shí)，通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)光電傳感器導(dǎo)通，達(dá)到司機(jī)手動(dòng)按下按鈕的效果，從而降低自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的改造成本，具有更好的可行性。考慮到公交車運(yùn)行過程中的道路和上下車情況變化很大，因此仍然保留了司機(jī)的手動(dòng)控制電路。這樣，若在某些特殊情況下，司機(jī)可以對報(bào)站系統(tǒng)進(jìn)行修正。

4 結(jié)論
    通過在公交車和站臺上的實(shí)際測試，本公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)獲得了良好的傳輸效果。系統(tǒng)工作穩(wěn)定、性能優(yōu)良、成本低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值，完全可以用它來大規(guī)模地對現(xiàn)有公交車手動(dòng)報(bào)站器進(jìn)行改造。