基于RFID智能公交系統(tǒng)的設(shè)計

引 言

目前，絕大多數(shù)城市采用的公交系統(tǒng)仍然是“定點發(fā)車， 兩頭卡點”，在車載終端配置 GPS 定位系統(tǒng)，再通過GPRS 與服務(wù)端進(jìn)行實時通信，將自己的位置信息傳遞給服務(wù)端，服務(wù)端經(jīng)過分析數(shù)據(jù)，發(fā)出相應(yīng)的指令給電子站牌和車載終端，完成整個系統(tǒng)操作。但是，該公交系統(tǒng)的缺點是 ：GPS 定位系統(tǒng)初裝費用相當(dāng)昂貴，不適合于中小型城市；而且在碰到高架、高層建筑、隧道等障礙物時，GPS 信號會減弱甚至沒有信號， 不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。

針對以上問題，本文提出了一種基于 RFID 智能公交系統(tǒng)的設(shè)計，將 RFID 技術(shù)、單片機技術(shù)和無線通信技術(shù)等有機結(jié)合，建立一種實時準(zhǔn)確、高效的交通運輸綜合管理和控制系統(tǒng)。來解決 GPS 定位信號干擾及盲區(qū)的問題，改善公交運營和服務(wù)質(zhì)量，為市民提供更加人性化的服務(wù)。

1 射頻識別技術(shù)

1.1 射頻識別技術(shù)的基本原理

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)的基本原理是利用無線電射頻信號空間耦合（電磁感應(yīng)或電磁傳播）的傳輸特性來達(dá)到自動識別被標(biāo)識對象的目的。圖 1 所示就是一種非接觸式的自動識別技術(shù)的基本原理圖[2]。具體工作流程是 ：閱讀器（Reader），又稱讀寫器，經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)送無線載波信號 ；電子標(biāo)簽（Tag）進(jìn)入磁場后被激活， 并將自身信息經(jīng)標(biāo)簽天線發(fā)射出去 ；閱讀器接收信息并對其進(jìn)行解碼，然后傳送至后臺計算機進(jìn)行處理，從而完成整個信息處理過程。

1.2 射頻識別技術(shù)的優(yōu)勢

（1）讀取方便快捷 ：非接觸式自動識別，使得標(biāo)簽的讀取無需光源，甚至可以透過外包裝來進(jìn)行；

(2) 識別速度快 ：標(biāo)簽一進(jìn)入磁場，解讀器就可以即時讀取其中的信息，而且能夠同時處理多個標(biāo)簽，實現(xiàn)批量識別；

(3) 適應(yīng)性好 ：射頻識別設(shè)備可在惡劣的環(huán)境中工作。例如 ：用于沙漠溫度變化情況的信息 ；

(4) 識別距離多樣化 ：射頻識別設(shè)備的識別距離，可根據(jù)具體應(yīng)用而定，從幾厘米到一百米不等；

(5) 支持寫入數(shù)據(jù) ：若在開發(fā)中需要增加一些數(shù)據(jù)，無需重新制作標(biāo)簽，支持寫入數(shù)據(jù)即可。

2 設(shè)計方案

首先，給每輛公交車裝載一張電子標(biāo)簽卡，每張卡號是唯一的，也是每輛車的身份標(biāo)識。其次，每個站臺也需裝有相應(yīng)的讀寫器，公交車到站時，卡無需取出，讀寫器自動讀卡。并將獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過無線通信傳至公交總站，公交總站通過對數(shù)據(jù)分析處理即可實現(xiàn)車輛的身份識別，從而將相關(guān)信息（包括車次信息、站點信息、到站信息）發(fā)送到各個站臺電子屏上顯示，站臺上的乘客就可以及時了解到公交車的信息。同時在車載終端，利用射頻識別與單片機相結(jié)合的技術(shù)，接收到公交總站發(fā)送來的消息后，實現(xiàn)智能語音報站功能、LED 顯示功能和發(fā)光二極管提醒功能。圖 2 所示是射頻識別技術(shù)的使用過程例圖，整個系統(tǒng)可分為RFID 模塊、數(shù)據(jù)傳輸處理模塊、自動報站模塊和電子站牌顯示模塊。

2.1 硬件設(shè)計 

（1）RFID 模塊 

本文選用的是深圳市奧斯達(dá)電子有限公司 AOSID-1704 型號的 2.4 G 有源閱讀器。該閱讀器采用的是 2.4 G 全球開放 的 ISM 微波頻段，無須申請和付費，且功率極小，讀寫時間 極短，讀寫距離在 2 ～ 80 m 之間可根據(jù)不同應(yīng)用要求靈活調(diào) 整。采用圓極化天線，對卡片的放置角度沒有任何要求，不需 要貼在擋風(fēng)玻璃上，無論怎么擺放，都能可靠地讀取。采用 多種防沖突方案，可靠的頻分多址和時分多址設(shè)計，可同時識 別 200 個以上不同的射頻識別卡。另外還有高抗干擾性、高 度集成性和高安全性，為整個智能公交系統(tǒng)的高性能奠定一 定的基礎(chǔ)。 

RFID 閱讀器模塊是本系統(tǒng)的核心模塊。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn) 入閱讀器可識別范圍時，閱讀器自動讀取電子標(biāo)簽的信息，并 將卡號傳至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器對狀態(tài)信息進(jìn)行判別后，將相關(guān)的 數(shù)據(jù)信息傳送給公交總站的服務(wù)器，公交總站的服務(wù)器與存 儲在數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行匹配，并將相應(yīng)信息發(fā)送到各個站 臺的顯示屏上顯示，同時公交車接收到反饋信息后，也實現(xiàn)自 動報站功能，完成了整個 RFID 系統(tǒng)的運作。

（2）數(shù)據(jù)傳輸處理模塊 

本文的數(shù)據(jù)傳輸采用的是 2.4 G 無線通信協(xié)議，該協(xié)議 具有部署靈活，擴展方便等優(yōu)點。閱讀器將采集到的數(shù)值信 息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點上，經(jīng)過協(xié)調(diào)器處理 后，再將數(shù)據(jù)傳送給公交總站的服務(wù)器，并下發(fā)相應(yīng)的信息 給公交車和電子站臺。 

（3）自動報站模塊 

本文采用 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗 8 位是 AVRMUC 單片機新一代 8 位 megaAVR® MCU 系列，配備 4 KB 至 16 KB 閃存，除了具備傳統(tǒng)的一級流水線的預(yù)期指令功能，內(nèi)置 模擬比較器，A/D 轉(zhuǎn)換器等以外，提高了用于支持 UART 串 行通信的內(nèi)部振蕩器的精度；提高了內(nèi)部參考電壓的精度，從 而改進(jìn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。根據(jù)獲取電子標(biāo)簽的信息，通過 與預(yù)先 AVR 單片機編程的信息比對，來控制語音報站、LED 顯示以及發(fā)光二極管。 

（4）電子站牌顯示模塊 

如今，智能化的 LED 顯示屏公交站牌在部分城市已經(jīng)開 始使用，閱讀器將采集到的電子標(biāo)簽信息通過無線傳輸上傳 給服務(wù)器，服務(wù)器下發(fā)該公交車的相應(yīng)信息到電子站臺，顯示 公交車到站信息、狀態(tài)信息（正常、故障、載客量等）。增添 查詢信息，可以為人們提供好的乘車路線。附加電子站臺的語 音功能，為視覺障礙的乘客人員提供人性化的服務(wù)。

2.2 軟件設(shè)計 

整個系統(tǒng)的流程是 ：閱讀器讀取公交車裝載的電子標(biāo)簽 信息，上傳到協(xié)調(diào)器分析處理，再下發(fā)相應(yīng)信息給車載終端和 電子站臺。 

軟件中最重要的模塊是閱讀器對電子標(biāo)簽的解析。為了 避免在一個站點識別范圍內(nèi)，重復(fù)讀取數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)設(shè)置了一 個初始狀態(tài) Flag=0 的標(biāo)志信號，閱讀器解析成功一個新的電 子標(biāo)簽的信息標(biāo)志信號 Explain=1，若 Flag==Explain，則傳 輸處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行命令，執(zhí)行完命令后，F(xiàn)lag 置為 1，待電子 標(biāo)簽感應(yīng)不到閱讀器的發(fā)射信號時，F(xiàn)lag 自動清零。其它模 塊都是根據(jù)獲得的信息來執(zhí)行相應(yīng)的命令。還可根據(jù)用戶的實 際要求來動態(tài)調(diào)整執(zhí)行命令。圖 3 所示是其系統(tǒng)執(zhí)行程序圖。

整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計相對比較簡單，因而縮短了軟件系 統(tǒng)開發(fā)的時間周期，降低了軟件系統(tǒng)的開發(fā)成本，且運營效率 顯著增加。 

3 結(jié) 語

基于 RFID 的智能公交系統(tǒng)設(shè)計有效避免了傳統(tǒng)公交系 統(tǒng)帶來的弊端，改變落后的服務(wù)質(zhì)量和運營管理，提高公交 系統(tǒng)的自動化程度，提升公交系統(tǒng)的運行效率，增加市民公 交出行率，改善交通狀況，為智能化的交通管理系統(tǒng)提供一 個很好示范。