基于RFID公交车自动报站系统的设计与实现.doc

基于RFID公交车自动报站系统的设计与实现基于RFID公交车自动报站系统的设计与实现电子信息工程专业 彭丽光摘要 在我国各行业推行信息化的浪潮中，作为城市一个重要文明窗口的公共交通行业自然成为公众衡量城市文明程度及信息化的参照点，公交事业的发达程度不仅体现着城市的形象，也和每一位出行的市民息息相关，公交报站系统则更多体现着公交行业对乘客的贴心服务与人文关怀!当前公交车上安装使用的报站器还属于人工按键式操作，给行车带来一定安全隐患：为了加强车辆调度管理，规范车辆行驶速度，公交公司不得不安排专人在指定站点对每一辆公交车到站时间进行登记；每条线路公交车上的车载电视播放的节目内容都一样，造成节目没有分众性，乘客满意度不高，同时致使广告成本居高不下。本文在充分调研当前公交行业报站系统状况的基础上，利用ARM技术并结合RFID独有的特点，提出了基于RFID技术的公交多功能自动报站系统。RFID技术是非接触式自动识别的一种，它通过射频信号自动识别目标并获取相应数据。该系统不仅能实现自动报站的基本功能，而且在此基础上做到对公交车各到站时间进行考勤，同时实现了车载电视广告播放的新模式一实地广告播放模式，从而提升了公交行业的信息化水平，减少了管理成本，增强了车载电视广告的分众效应，提高了公交及车载电视行业的服务及运营水平，更为城市增添新的魅力。关键词：RFID，自动报站，多功能，实地广告播放The design and realization of the automatic broadcastingsystem for bus based on RFIDElectronic Information Engineering Specialty PENG Li - guangAbstract：In the process of informationization in China，a cityS public transportation industry becomes the measuring level and a reference point of urban civilization for informationization as an important windowThe developing level of public transportation not only represents the image of a city，but also relates with everyone in the cityThe Broadcasting System for Bus well embodies services and careness for passengersAt present，the Broadcasting System installed on the bus is still operated manually with pushbutton，which may have potential safety hazardIn order to control the speed of each bus，Public Transport Company has to send a worker to record the time when the buses in the same 1ine arrive at the stationThe television installed on each bus transmits the same programmer all day，which hardly satisfies every passengerSo the cost of advertisements broadcasted on the TV cant drop Based on the studies on present public transportation system，the dissertation aims to design the multifunction automatic broadcasting system for bus，which technologically combines ARM with RFID RFID is a kind of noncontactautomatic identification technology: it identifies and obtains the corresponding data automatically through the RF signalThis system can not only realize the basic function of automatic broadcasting but also do attendance checking for busesarrival time as wellAt the same time，it has realized Play AD at RealSpace-a new kind of advertising on the bus，thus enhancing the informationization level of public transportation industry，reducing management costs，satisfying most passengers favors，improving the serving and operating level of automatic broadcasting and then makes the city more beautifulKeywords：RFID；Automatic Broadcasting：Multifunction：Play AD at Real-Space目 录1 绪论11.1 论文研究背景和意义11.2 论文研究内容51.3 论文的组织结构.52 系统相关理论62.1 RFID技术工作原理6 2.1.1 RFID技术简介和应用.7 2.1.2 RFID系统的基本组成及工作原理.7 2.1.3 RFID系统的工作频率.8 2.1.4 RFID技术特点及优势.82.2 ARM技术及应用选型93 系统总体设计框架103.1 系统需求分析11 3.3.1 系统的总体目标.11 3.1.2 公交自动报站系统 .113.2 通信转发站硬件设计153.3 电子站牌信息显示系统153.3.1电子站牌车辆位置信息显示系统153.3.2电子站牌站点显示系统163.4 电子站牌语音播报系统184 系统的具体实现194.1 工作频段的选择194.2 射频收发系统硬件组成194.2.1 概述194.2.2 无线遥控原理204.2.3 HX2262/2272编码解码集成电路215 总结与展望276.1 本系统研究工作总结276.2 测试结果与分析286.3 有待进一步研究的工作286.4 经济效益预测28结 论30谢 辞31参考文献32附 录34附录1：嵌入式总控程序附件34附录2: 嵌入式智能报站PCB版图37附录3: 公交车报站示意图38外文资料翻译39261 绪论当前，我国各行各业都在不失时机地借助信息化浪潮来推动或改进本行业的竞争能力与服务质量，在出行方面，公共交通作为城市居民主要的代步工具承载了重要的角色，但现今公交车上普遍采用的手动按键的报站方式给行车带来了一定安全隐患，不报站、报错站的情况时有发生；公交公司为了加强车辆调度管理，规范车辆行驶速度，不得不安排专人在指定站点对公交车到站时间进行登记，费时间又费人力；与此同时，近几年来在公交车上普遍安装的车载电视让乘客能在乘车之余有个娱乐放松的方式，但天天面对同样而自己几乎几年都不会去购买该产品的商业广告却又让乘客对车载电视评价大打折扣。因此，借助信息化手段并应用新技术，改进我们的公交报站系统和车载电视广告播放的方式，就成为提高公交服务质量的一个重要突破口和亟待解决的问题。1.1 论文研究背景和意义在我国各行业推行信息化的浪潮中，做为城市一个重要文明窗口的公共交通行业自然成为公众衡量城市文明程度及信息化的参照点，公交事业的发达程度不仅体现着城市的形象，也和每一位出行的市民息息相关，公交报站系统则更多体现着公交行业对乘客的贴心服务与人文关怀!报站作为公交事业中不可缺少的环节，自身的服务性质决定了要伴随公交事业的始终。由于技术条件所限，目前大部分公交车上使用的按键式报站器，报站工作由司机在各个报站时刻点通过按报站器的各个按钮来实现语音报站，就是我们现在在公交车上常见的报站方式，它通常的工作过程是：车辆进站前预报一次车站，车停稳开门时报一次车站，车辆起步后，报一次站，车辆离开车站再预报下一个车站，如此循环。实质还都属于人工控制的播音系统，车站站名的识别、语音的播放及行车中各种提示信息的播放还要靠司机来控制，归纳起来存在如下弊端：1报站不准确：由于司机在操作报站系统时有时会按错键或忘记按键，而且在调整系统时会连续报出几个站点，让不熟悉路线站点的乘客不知所措。2存在安全隐患：每次报站时都需要由驾驶员对报站器进行操作，而在车辆起动与进站时，往往是路面情况最复杂的时候，驾驶员既要对行驶中的汽车进行起动或制动等操作，同时还要兼顾报站系统的操作，这对驾驶员的各项操作技能要求较高，给行驶中的车辆带来一定的安全隐患。3大部分公交车上只有报站的语音信息，没有文字信息。对有听力障碍的乘客来说，这种方式是没有效果的。总之，当前广泛使用的人工按键方式报站器没有从根本上实现自动报站的目的。针对存在的这些问题，有人设计了一种基于车辆运行状态的自动报站系统，该系统用车辆的行驶特征，如起步后行驶的距离、开关门的信号、起步和进站打转向灯的方式综合起来判断车辆的起步、行驶、进站状态口1。这种方法做到了一定程度上的自动报站，但这种方法要求驾驶员一定要按驾驶规范操作，如果驾驶员操作不规范或者遇到特殊情况时紧急处理，例如中途临时停车，就有可能引起报站错误。同时，对行驶距离的判断需要加装额外的传感器或连接汽车原有的计程电路，技术安装比较复杂。为改进当前现状，现今出现了利用GPS定位系统来实现自动报站，该系统根据GPS提供的车的具体位置来决定是否需要报站、报那个站等，从而实现公交车的自动报站，这种方法确实能实现公交的自动报站，减轻司机的劳动量，但系统配套软件设计复杂、强烈依赖实时卫星通讯，且初装成本昂贵，后期使用费用不菲，并不适合含有强烈公益色彩的公交行业的资金实际，故基于GPS定位技术的公交报站系统仅在某些大城市的部分线路的公交车上有所应用，所以难以推广普及。本论文结合我们对公交运营现状与射频通信系统的相关研究，建立一个基于嵌入式无线射频传输的公共交通全自动报站系统，为公交系统提供可靠且成本可控的公交多功能自动报站系统，并从根本上解决费用高、错报站的问题，为公交公司提供省时省力的车辆各站点考勤数据，避免了人为因素的影响，使公交管理部门对公交车辆速度监控工作变得简单且可靠，为车载电视运营商提供电视广告的实地播放模式，降低公司商家广告成本及门槛，提升公交系统在人们心目中的印象，真正实现“公交优先、“和谐交通”“大公交等发展战略模式，这也是本文立项研究的根据。主要研究的原因是该方案具有很好的推广前景和现实意义，同时给社会带来可观的经济效益。1.2 论文研究内容本文在充分调研公交报站系统和车辆调度管理方式的现状、特点、效果及现行车载电视广告播放模式及广告效果的基础上，提出了基于RFID技术的公交多功能自动报站系统，不仅能实现自动报站的基本功能，而且在此基础上实现对公交车辆在各站点的考勤和车载电视广告播放的新模式一实地广告播放模式。该系统应用RFID技术、ARM技术、电子线路、数据库以及软件工程等技术，旨在实现公交车辆的完全自动报站、各站点考勤、车载电视广告在不同站点的个性播放等功能。本文通过系统的需求分析、相关技术研究，并结合各中小城市公交公司车载电视运营商的实际需要，在保证基本报站、考勤功能实现的前提下，对车载电视增加新的信号输入及控制，使其能够播放统一的转播节目和个性化的沿途商家广告，同时该系统可在出租车行使路线记录，给外地车辆自动报站等方面进一步拓展应用，而这些都公用一个公共基础资源，只需更改软件的流程即可实现。本文还对该RFID系统在实际应用中遇到的问题进行描述，提出自己的解决思路与方法。1.3 论文组织结构本文针对基于RFID技术的公交多功能自动报站系统的设计和实现，共分为五章进行讨论，内容安排如下：第一章是绪论。主要介绍了当前公交报站系统、车辆调度管理方式和车载电视广告播放的现状，介绍了论文的背景、研究目的和内容，说明了论文的研究意义和内容安排。第二章是系统相关理论。深入学习和研究了系统相关的理论及技术知识，对RFID技术和ARM技术进行了全面深入的介绍和研究，并对车载电视广告发展现状作深入探讨。第三章是系统总设计框架。针对公交报站系统、车辆调度管理方式和车载电视广告播放的存在问题，确定系统要实现的目标，归纳总结了公交多功能自动报站系统的工作流程和车载电视自主播放个性广告的逻辑流程，设计相关的系统图例，完成系统的需求分析和功能设计。第四章是系统的具体实现。完成各相关工具的介绍和实现硬件总体框架搭建，设计相关数据库，并对关键环节的软件实现附加了代码和说明，重点介绍了相关功能模块的原理与构成。第五章是总结与展望。总结了本文所论述系统的实现过程及主要工作，并就当前系统指出存在的不足与下一步改进的方向。2 系统相关理论2.1 RFID技术工作原理2.1.1 RFID技术的简介和应用自动识别(IDAutomatic Identification Systems)，是一种自动识别特定载体上信息的技术，射频识别技术是自动识别技术的一种，也代表自动识别技术发展的一个阶段。自动识别在许多领域得到了快速普及和推广，它经历了条形码、光学符号识别、生物记数测量法(例如指纹识别、语音识别等)、IC卡识别系统、无线射频识别几个发展阶段。射频识别技术RFID就是自动识别技术的一种，它通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。与传统的识别方式相比，RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，且操作方便快捷。能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域。2.1.2 RFID系统的基本组成及工作原理射频识别系统通常由电子标签、读写器、计算机通信网络三部分组成。电源时钟天线射频模块读写模块计算机通信网络天线射频模块控制模块存储器1.电子标签(Tag，即射频卡)：电子标签存储着需要被识别物品的相关信息，通常被放置在需要识别的物品上，它所存储的信息通常可被读写器通过非接触方式读写。它由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。电子标签可分为有源电子标签和无源电子标签。无源电子标签在读写器的响应范围之外是处于无源状态，没有自己的供电电源，只是在读写器的响应范围之内，这类电子标签才会从读写器的射频场中获取能量供数字电路部分使用，电子标签工作所需要的能量是通过电磁耦合单元或天线以非接触的方式传送给电子标签的。有源电子标签具有自己的供电电源，其它电路与无源电子标签基本相同。有源电子标签通常有部分电路处于工作状态，有时被称为处于“睡眠”状态。当耦合的能量超过某一值时，有源电子标签才真正开始工作，这一过程又被称为“唤醒”。在睡眠状态有源电子标签的功耗一般很小，故一个拇指大小的钮扣电池可以保持很长的工作时间。2读写器：读写器是无线射频识别系统的主要组成部分之一。读写器也称为阅读器，是可以利用射频技术读写电子标签信息的设备。它读出的标签信息通过计算机及网络系统进行管理和信息传输，也可以把处理完的数据写入标签，因此在无线射频识别系统中有举足轻重的作用。首先，读写器的功率直接影响射频识别的距离，其次，读写器的频率决定了射频识别系统的工作频段。读写器支持的电子标签类型不同与完成的功能不同，读写的复杂程度也是显著不同的。总的来说，读写器主要由控制模块，RF模块和外围电路组成。控制单元协调读写器各功能模块的工作；RF模块和天线实现了和电子标签之间的通信；外围电路由电源电路、时钟产生电路、EEPROM、时间电路、LCD显示、RS232接口、SAM卡接口等功能模块组成。EEPROM作为MCU的扩展存储器，用于存放指令和数据，电源电路、时钟产生电路供给系统正常工作所需的电压和时钟信号：时间电路向系统提供时间信息；LCD是系统的可视接口；RS232实现系统和PC机之间的通信：SAM卡接口使系统可以在对安全性要求高的应用中使用SAM卡。RF模块是RFID系统的核心单元，主要由射频电路和射频芯片构成，可完成与电子标签各种交互功能，包括调制解调、加密解密、读写、鉴权、加减等，并具有同MCU的接口。天线的主要参数有：工作频率、方向性增益、频带宽度、波瓣宽、极化方式等。3计算机通信网络：常用于对数据进行管理，完成通信传输功能，读写器可以通过标准接口与计算机通信网络连接，以便实现通信和数据传输功能。一般可通过读写器的RS232或RS485接口与外部计算机(上位机主系统)连接，进行数据交换。发生在读写器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种：1电感耦合。采取的变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据电磁感应定律。电感耦合方式一般适用于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz和13.56MHz，识别作用距离小1m，典型作用距离为10-20cm。2电磁反向散射耦合。采取的是雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标消息，依据的是电磁波的空间传播规律。电磁反向散射耦合方式一般适用于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz、945MHz、2.45GHz和5.8Gl-lz。识别距离大于1m，典型作用距离为310m。系统的基本工作流程是：1读写器通过发射天线发送一定频率的无线电载波信号；2当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，电子标签获得能量被激活，并把自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；3系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和解码然后通过计算机通信网络送到后台主系统进行相关处理；4主系统根据逻辑运算判断该电子标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，并发出指令信号控制执行机构动作；5执行机构按照电脑的指令动作；6通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，根据不同的项目可以设计不同的软件来完成要达到的功能。2.1.3 RFID系统的工作频率射频识别系统属于无线电的应用范畴，因此，其使用不能干扰到其他系统的正常工作，通常情况下，无线射频使用的频段也是ISM(Industrial Scientific and Medical)频段。射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理和识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。射频识别应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分，典型的工作频率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz，433MHz、902928删z、2.45GHz和5.8GHz等。低频段射频标签的工作频率范围为30kHz300kHz。典型工作频率有：125KHz和133KHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场区中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内，低频标签的阅读距离一般情况下小于1米。低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)等。中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz-30MHz。典型工作频率为：1356MHz。该频段的射频标签采用电感耦合方式工作。中频标签一般也以无源为主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场区中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。中频标签的阅读距离一般情况下也小于1米。典型应用包括：电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗等。中频标准的基本特点与低频标准相似，由于其工作频率的提高，可以选用较高的数据传输速率。超高频与微波频段的射频标签，简称为微波射频标签，其典型工作频率为433.92MHz、862(902)928MHz、2.45GHz和5.8GHz。相应的射频识别系统阅读距离一般大于lm，典型情况为46m，最大可达10m以上。以目前技术水平来说，无源微波射频标签比较成功产品相对集中在902928MHz工作频段上，2.45GHz和5.8GHz射频识别系统多以半无源微波射频标签产品面世。微波射频标签的数据存贮容量一般限定在2Kbits以内，典型的数据容量指标有：1Kbits、128Bits、64Bits等。微波射频标签的典型应用包括：移动车辆识别、电子身份证、仓储物流、电子遥控门锁控制器等。2.1.4 RFID技术特点及优势RFID是一项易于操控，简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，识别工作无须人工干预，它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模式，且无需接触或瞄准；可自由工作在各种恶劣环境下：短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。其所具备的独特优越性是其它识别技术无法企及的。主要有以下几个方面特点： 1读取方便快捷：数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行。有效识别距离更大，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达到30米以上；2识别速度快：标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别；3数据容量大：数据容量最大的二维条形码(如QR码)，实际也最多只能存储2K字节的数据；RFID标签则可以根据用户的需要扩充到数十K；4使用寿命长，应用范围广：其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码；5标签数据可动态更改：利用编程器可以向写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间相比打印条形码更少；6更好的安全性：不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性；7动态实时通信：标签以与每秒50-100次的频率与解读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。2.2 ARM技术及应用选型目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能，具有以下特点：5级整数流水线，指令执行效率更高；提供1.1MIPSMHz的哈佛结构；支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；支持32位的高速AMBA总线接口；全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统；MPU支持实时操作系统；支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。鉴于ARM微处理器的众多优点，随着国内外嵌入式应用领域的逐步发展，ARM微处理器必然会获得广泛的重视和应用。但是，由于ARM微处理器有多达十几种的内核结构，几十个芯片生产厂家，以及千变万化的内部功能配置组合，给开发人员在选择方案时带来一定的困难，所以，对ARM芯片做一些对比研究是十分必要的。1ARM微处理器内核的选择 ARM微处理器包含一系列的内核结构，适应不同的应用领域，用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU(Memory Management Uni t)功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有MMU功能。而ARM7TDMI则没有MMU，不支持Windows CE和标准Linux，但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。事实上，uCLinux已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上，并在稳定性和其他方面都有上佳表现。2系统的工作频率 系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。ARM7系列微处理器的典型处理速度为09MIPS姗z，常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz，ARM9系列微处理器的典型处理速度为11MIPS删z，常见的ARM9的系统主时钟频率为lOOMHz-233MHz，ARMIO最高可以达到700MHz。不同芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需要一个主时钟频率，有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟。3芯片内存储器的容量 大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大，需要用户在设计系统时外扩存储器，但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间，如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间，用户在设计时可考虑选用这种类型，以简化系统的设计。4片内外围电路的选择 除ARM微处理器核以外，几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在芯片之中，我们称之为片内外围电路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等，设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路完成所需的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高系统的可靠性。3 系统总体设计框架3.1 系统需求分析3.1.1系统的总体目标整个系统由两大相对独立、又密切相连的公交自动报站系统和车载电视广告自主播放系统组成，两系统配合完成公交自动报站、对车辆在各站点考勤及车载电视广告按站点播放的功能，以此实现多功能自动报站。公交自动报站系统采用RFID、ARM、电子线路技术等技术，可实现车辆进出站时自动实时报站、记录车辆各出到站时刻点、车辆中途停车上下人智能处理、转弯播放提示信息等报站所必备的功能。车载电视自主播放系统采用ARM、软件工程等技术，可实现进站时播放站点信息视频，出站后播放本区间上沿途相关广告，相关广告播放完毕后自动转回转播的统一节目，相关广告可自由设定等功能。整个系统以各站点RFID信号和开关门信号为基础，以车辆进站、停车、出站为主线，以减少报站劳动量、自动记录车辆沿途到站时间、提升车载电视广告播放效果为目标，实现整个系统的智能化、自动化。满足乘客及公交部门对报站工作的需求，解决车载电视运营商对广告不能分层分众播放的难题。3.1.2公交自动报站系统该系统通过安装在公交车上的RFID读写器读取安装在各个站点上的RFID电子标签中的相关信息，通过检索数据库中的相关站点表，识别出站点信息，并根据入站、停车、出站分别给出不同的语音及电视广播字母提示，并对中途临时停车、转弯、起点站、终点站的情况给予充分考虑，实现智能化提示，同时在各个站点，自动记录进出站的时刻点，为统计司机的行车状态，提供可靠依据。1.RFID站点识别模块该模块主要实现对站上RFID电子标签检测并读取其信息的功能。我们事先登记整个城市的所有电子标签，并合理排布这些标签的安装位置，每个电子标签都是惟一的通过对电子标签的识别，读取电子标签中相关的信息，并将此信息送给报站模块。2.报站模块该模块根据RFID站名识别模块提交来的站点信息，首先从自身数据库中查找是否有此站点信息，有则认为本站需要停车或报站服务，再结合当前车辆其他状况信息，综合判断出车辆所处报站状态，取出对应的站点及提示信息，并将此信息转送至车载电视广告自主播放系统。根据对车辆行驶的各种实际情况的分析，我们在每一个站点前后(约15M)各安装一个RFID电子标签，这两个标签表示相同站点，但有前后之分，我们称为“站点A前TAG(简称“A前)、“站点A后TAG (简称“A后)(我们认为A前也可以做终点，A后也可以做起点)，在每辆公交车车顶靠右前外侧安装RFID读写器，并在车门上安装检测车门开或关的传感器S。公交车辆整条线路行驶过程流程如图3-1所示。门S=开、关中途停车起点入站出站到站起步终点门S=开门S=关报站模块判断流程如图3-2、3-3、34所示，各流程相对独立，无先后之分。图3-2报站模块判断流程图1过程A门S=开F2=0吗？停车报站处理 置F2=1状态3F1=0吗？此情况不存在中途停车处理状态5否是是否 图3-3报站模块判断流程囹2过程B有无RFID信号？信号是否有效？是否是拐弯信号？是起终点信号？前站还是后站？站前还是站后？起点状态处理终点状态处理进站状态处理 置F1=1进站状态处理 置F1=0状态0状态6状态1状态2无无效拐弯状态处理是是站前站后站后站前3-4报站模块判断流程图3过程C门S=关F1=0吗？站外区间行驶状态F2=1吗？站内区间行驶状态起步状态处理 置F2=0状态4是否是否报站模块判断流程说明：设置两个布尔类型标志量FLAGl、FLAG2，简写为F1、F2，初始取值均为0，其含义及取值情况如表3-1所示。表3-1标志量F1，F2代表含义及取值 取值01含义 F1车辆在站外区间车辆在站内区间站内外状态标志 F2站内还没有正常停车站内已经正常停车站内是否已正常停车注：站内区间不论停车几次，均认为属正常停车。1本站是否需要报站判断(状态0)若RFID读写器检测并接收到电子标签信息，报站模块先判断此编号是否在自己行驶路线表中，即该标签是否有效，若不在，则认为本站不需要停车，也就不需要报站服务；若在，则进行下一步判断。2起终点判断(状态1)若RFID读写器检测并接收到有效的电子标签信息，报站模块先判断该站名是否是起(终)点站，若是，则判断是站前还是站后，若是站后，则认为是起点站，就播放“欢迎乘坐x路公交汽车，我们将竭诚为您服务!；若是站前，则认为是终点站，就播放“谢谢乘坐X路公交汽车，终点站到了，再见!”。3站前站后判断(状态2)若不是起终点站，则判断是站前还是站后，如果是站前，则播放“前方到站A站，请下车的乘客做好准备!”，置标志位FLAGl为1(初始为O)，同时记录此时刻点和站点信息到数据库中，作为进站时刻；如果是站后，则播放“车辆行驶中，下一站是B站。且则置标志位FLAGl为O，同时也记录当前时刻点作为出站时刻。4站点停车判断(状态3)若FLAGl为1(即代表是站前)，且检测到车门开或关的传感器S=“开时，播放“A车站到了，请乘客从后门下车，同时，置标志位FLAG2为1(初始为0)。5车辆起步判断(状态4)若FLAGl=1，FLAG2=1，且检测到车门开或关的传感器S=“关时，播放“车辆起步，请站稳、扶好”，然后，置标志位FLAG2为0。6行驶途中停车上下人判断(状态5)若FLAGl=0且传感器S=“开时，则认为是中途停车上下人，则播放“中途暂时停车，请乘客耐心等待!。7转弯路段判断(状态6)在各路车的拐弯路段前10M左右，放置一电子标签，在数据库中标记此标签对应的是拐弯信息，当检测到此信息时，则代表前方是转弯路段，播放“前方转弯，请坐好或拉好扶手!”。313车载电视广告自主播放系统该系统根据接收来自报站模块送来的各站点状态的判断信息，依据具体播放设置，分别播放和各站点状态信息相一致的视频提示信息，这些视频文件事先存放在U盘或CF卡中。同时在离开站点之后播放本站沿途的相应广告，实现个性广告播放和统一广告播放的较好结合。1内容选择模块该模块根据接收来自报站模块送来的各站点状态的判断信息，依据设定流程，决定要播放那些视频，并将该视频名称提交给播放指定文件模块。2播放指定文件模块该模块根据提交来的名称信息，找到U盘或CF卡上的指定文件，切换车载电视的信号输入，并在车载电视上播放这些视频文件。内容选择模块的判断流程如下：(1)起终点播放内容若为起点，且传感器S=“开时，则认为是车辆在起点等人时段，在车载电视上播放整条线路的各到站信息的视频和车站周围商家的广告视频。当传感器S=“关时，则认为车离开起点站，停止播放此视频，并开始播放起点站到第一个站之间商家的2-3个视频广告，循环播放2遍(可自定义)后停止，转回统一转播的车载电视节目。(2)站前站后播放内容若为站前，则播报录音的同时，电视显示该录音对应的视频，录音播报完之后，电视画面切换回原转播节目。若为站后，则在播报录音的同时，电视显示该录音对应的视频，录音播报完之后，电视画面开始播放本站到下一站之间商家的广告视频2遍，播放完毕后切换回原转播电视节目。(3)站点停车播放内容站点停车时，在播报录音的同时，电视显示该录音对应的视频，录音播报完之后，电视画面开始播放本条线路的各到站信息的视频，播放完毕后切换回原转播电视节目。(4)车辆起步播放内容车辆起步时，在播报录音的同时，电视显示该录音对应的视频，录音播报完之后切换回原转播电视节目。(5)行驶途中停车上下人播放内容途中停车时，播报相应录音对应的视频，播报之后切换回原转播电视节目。(6)转弯路段播放内容为转弯路段时，播报相应录音对应的视频，播报之后切换回原转播电视节目。32 系统功能架构321系统总体结构设计本系统总体硬件结构如图35所示。系统主要包括车站站台RFID信息获取部分、RFID信息逻辑判断及处理部分和音视频输出部分。车站站台RFID信息获取部分主要实现对站台RFID电子标签中信息的读取，实现最初始的信息采集。RFID信息逻辑判断及处理部分主要实现对获取的RFID信息进行数据解析，然后依据判断策略，识别出站名、车辆所处状态及执行对应程序子模块等。音视频输出部分完成程序模块所需要的音视频的播放与控制，给乘客以最终效果展示。三部分互相依赖，以车站站台RFID信息获取部分为基础，以RFID信息逻辑判断及处理部分为核心，以音视频输出部分为目标，共同完成公交车辆的多功能自动报站。 图3-5系统总体硬件结构图（车站站台） RFID 电子标签（公交车辆） RFID 读写器 ARM 开发板外置存储器（VGA输出） 车载电视 音频输出 SPEAKER 车门开关传感器322系统功能模块设计根据前面设计的总体结构及各子系统的判断流程分析，我们设计了系统功能模块组成如图3-6所示。图3-6系统功能模块组成图第4章系统功能具体实现41 系统总体框架根据本系统特点、所需模块、接口及现有条件，我们选择一些经济实用、功能全面的设备和产品模块，来构成我们的系统硬件。在系统硬件基础上，设计系统的总体框架如图41所示：42 硬件设备选型图4-1系统的总体框架针对本次系统开发所需功能及接口分析，我们采用广州友善之臂计算机科技有限公司的ARM9开发板进行二次开发，型号为Micr02440，它是一款功能强大、实用、结构布局合理、接口齐全的ARM9系列产品。421 MICR02440开发板介绍Micr02440开发板瞳妇由核心板Micr02440和底板Micr02440SDK组成，以下我们简称为Micr02440开发板。在软件方面，目前Micr02440开发板可支持ARM-Linux(内核版本2613)、WindowsCE 50、uCos2、2440test总共四种系统程序。Micr02440开发套件包含了开发时所用到的常用工具如电源、简易JTAG仿真下载板、各种连接线等。Micr02440核心板其实是一个最小系统板，它具有最基本的系统配置，如表4-I所示。表4-标志量Micr02440核心板墓丰配1名称 规格 备 注CPU 三星$3C2440 运行于400Mhz64M 由2片16一bit宽度的32M SDRAV组成SDRAlI 64M电源指示灯 1个坩户指示灯 4个专业复位芯片 有在板JTAG 有电压调节芯片 有 接上5v电镡即可调试开发了，无需底板Micr02440核心板资源说明见图4-2图4-2 Micr02440棱心扳资源说明囤Micr02440SDK是基于Micr02440核心板的功能测试底板，采用2层板设计，主要供用户参考设计使用，上面有各种常用的接口，如标准RJ一45网络、音频输入输出、USB、SD卡座等。Micr02440底板接口资源说明见图43。兰出盘茔亟生些壁垂点王竖堕鲍垒奎墨盟邕臣幽墨蕴mt洲_n H1m*图4-3 Micr02440底扳赉嚣说明田Mi cr02440底板资源特性如表4-2所示。袁4-2标志量Micr02440底扳资潭特性E 名称 规格 备 注RJ 45接口 1个 100M，采埘DM9000网芯片TTL串口接口 3个 均作了RS232电平转换1个 使用USBll协议1个 使用USBll协议音频10接口 1个 标准音频输输出接口其它接口 DB9串口c咖O，COtll、COM2、GPIO、系统总线接口蜂鸣器 1个P州控制蜂鸣器可调电阻 2个 接ADO，1片j于AD转换测试在WinCE或Linux可定义为上、r、左、用户按键 6个 右、TAB、Enter键，6十接键可以通过排针座引出使用。标准sD卡座 1个为41Pin 0 5踯问距贴片接口，可直接连 LCD接口座 1个 接真彩屏显示模块或者VGA转接板。010s摄像头接 为20Pin 2Omm间距插针可直接连接口化ON4)1个 CAMl30摄像头模块。RTC备份电池 有电源输入 1个 +OV供电在本系统中选用Micr02440+VGA模块的组合，见图4-4所示，它包台Micr02440核心板、开发底板和VGA显示输出模块(分辨率：1024x768)。其中LCD2VGA显示模块是一款以FPGA+SDRAM为核心的视频加速卡，带有LCD控制器的嚣嚣一一= 童|CPU通过它，可以驱动带VGA接口的液晶显示器或者CRT显示器LCD2VGA显示模块视频加速原理是低场频刷新率的视频数据(比如20Hz或更低)由LCO控制器输出，经过FPGA采集和处理之后由sDRAll缓存，同时FPGA产生驱动VGA显示器所需要的行同步和场同步信号，把处理好的数据经数模转换为RGB信号，送给VGA显示器显示，由此实现低刷新率到高刷新率的转变，从而减轻LcD控制器和总线带宽的负担。囤4-4 Micr02440+Vc模块组旨田422 RFID读写器产品选择介绍为了充分保证系统的稳定性和可靠性，并考虑适用性和经济性，必须合理的选择射频识别系统设备。1读写嚣及标签o2。系统的读写器及标签选择为深圳当代通信公司的2 4G有源标签读写器系列产品。读写器安装在车顶头部靠右侧边上，为防止街道对面嗣线路电子标签的干扰，可加一个屏蔽金属板在左侧，确保只收到车右侧的电子标签信息。电子标签安装固定在站前后各IO20M的路边位置，安装高度高出车顶l2M，确保在多个车同时通过的时候也能顺利读取到标签信息。当代通信公司的2 4G有源标签增益可控读写器采用先进的0 18umCMOS线路，成本低，高密度，微功耗：读写器接r】多样化，适用于各式网络御局。其天线为全向型设计，可对目标进行全方位识别与追踪。用户可根据实际需要，调整读写器的识别距离，以使识别范围更加精确。其外形如图4-5所示：囤4-5当代24G有薄标签读写墨读写器的主要技术指标如表4-3所示。表4-3当代2 4G有舞标篓读写器主要技术指标技术参敦 类型及说明识剐方式 全向识别，标准