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(guò)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(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)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(guò)判斷后識(shí)別出車站身份，然后將相應(yīng)的語(yǔ)音信息通過(guò)揚(yáng)聲器讀出，從而完成自動(dòng)報(bào)站。整個(gè)過(guò)程無(wú)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(yǔ)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(lái)越多的公交公司利用這一技術(shù)來(lái)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(duì)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(yǔ)音存儲(chǔ)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(tái)處設(shè)置特定的射頻卡，當(dāng)公交車進(jìn)入工作范圍(站臺(tái)進(jìn)入公交車上的天線工作距離)時(shí)，站臺(tái)上的射頻卡接收到發(fā)射器的發(fā)出的信號(hào)，并將射頻卡的信息通過(guò)天線反射回閱讀器，接收后經(jīng)過(guò)單片機(jī)的驗(yàn)證，將信號(hào)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(yǔ)音存儲(chǔ)模塊，調(diào)用語(yǔ)音模塊中錄制好與車站相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息，再通過(guò)運(yùn)算放大電路后，用來(lái)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(guò)程沒(méi)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(wú)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(guò)測(cè)試，遙控距離在離站臺(tái)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(tái)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(hào)對(duì)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(hào)泄漏和干擾信號(hào)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(yáng)公司的16位單片機(jī)SPcE061A，語(yǔ)音存儲(chǔ)采用凌陽(yáng)公司的SPR4096芯片，鍵盤及顯示采用凌陽(yáng)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(tái)反射回來(lái)的信號(hào)后，將信號(hào)送入單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)好的站臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行站臺(tái)識(shí)別，識(shí)別結(jié)束后再調(diào)用語(yǔ)音存儲(chǔ)模塊事先錄制好的對(duì)應(yīng)報(bào)站語(yǔ)音信息。語(yǔ)音信息經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路后輸出模擬語(yǔ)音信號(hào)，再經(jīng)放大電路放大驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，并調(diào)用相應(yīng)的信息在顯示屏上對(duì)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(guò)操作鍵盤上的按鍵，來(lái)對(duì)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(duì)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(guò)程中，不斷發(fā)射射頻信號(hào)，當(dāng)靠近某一站臺(tái)的射頻卡時(shí)，首先進(jìn)行識(shí)別檢驗(yàn)，檢驗(yàn)是否為干擾信號(hào)，若是干擾信號(hào)，則繼續(xù)發(fā)射射頻信號(hào)，若不是則對(duì)反射
回的射頻信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別，單片機(jī)程序采用查詢模式，識(shí)別站臺(tái)出的身份后，調(diào)用語(yǔ)音模塊中相應(yīng)的語(yǔ)音信息和寄存器中的站臺(tái)文字信息分別送到音響和顯示屏進(jìn)行語(yǔ)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(lái)對(duì)反射回的射頻信號(hào)進(jìn)行編碼驗(yàn)證，將接收到的射頻信號(hào)編碼與存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器中的編碼進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別站臺(tái)的身份，以確定調(diào)用語(yǔ)音模塊中語(yǔ)音信息，保證不會(huì)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_(tái)時(shí)的相互影響問(wèn)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(duì)報(bào)站程序進(jìn)行修正，或使公交車發(fā)出一些特定語(yǔ)音信息。意外情況解除后，公交車接收到新的站臺(tái)信號(hào)，通過(guò)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(guò)程中考慮了公交車在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)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(hào)通過(guò)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(hào)時(shí)，通過(guò)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?？紤]到公交車運(yùn)行過(guò)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(duì)報(bào)站系統(tǒng)進(jìn)行修正。

4 結(jié)論
    通過(guò)在公交車和站臺(tái)上的實(shí)際測(cè)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(lái)大規(guī)模地對(duì)現(xiàn)有公交車手動(dòng)報(bào)站器進(jìn)行改造。