电子公交站牌发射模块设计.doc

目 录摘要IAbstractII引言11 方案论证11.1 通信网络11.2无线传输网络的对比11.2.1 蓝牙技术21.2.2 全球移动通信(GSM)21.2.3 ZigBee技术21.2.4 通用分组无线业务(GPRS)32 理论基础32.1 ZigBee协议解析32.1.1 ZigBee技术的体系结构32.1.2 ZigBee技术的网络拓扑结构42.1.3 ZigBee技术优势52.2 无线射频识别技术62.3 串口通信的基本概念72.3.1 串口通信72.3.2 串行通信工作模式72.3.3 异步传输与同步传输83 电子公交站牌系统设计103.1 系统运行流程103.2 模块间传输的信息113.3 公交站台模块123.3.1 电子站牌123.3.2 对车载发送信息的接收133.3.3 站台信息更新143.4 调度中心模块143.4.1 计算机系统143.4.2 公交车辆运行基础信息数据库144 发射模块设计164.1 通信参数164.1.1 数据的传输速度174.1.2 数据的传送单位174.1.3 起始位与停止位174.1.4 校验位174.2 通信界面184.3 信息收发194.4 数据传输过程的误码排除204.5 握手信号21总结23致谢24参考文献25译文26摘要电子公交站牌是对以往公交体系的一种革新，它利用现有的无线网络，实现了移动车载与公交站台、公交站台与调度中心间的相互通信，从而达到对公交车的运行管理和车辆调度，能够实时掌握各运营期间车载的状况，更好地体现候车服务。发射模块主要是实现移动车载和固定公交站台间的通信。在车载和站台上都安装了基于IEEE802.15.4无线数据传输网络的数据收发终端设备，在车载终端设备中存储着车载信息，当车载运行过程中进入ZigBee网络的通信范围时，通过ZigBee无线传输网络，将车载信息传送给公交站台，在公交站台处添加上站台信息后再利用GPRS网络传送给调度中心，调度中心将接收到的信息进行处理后，反馈给公交站台，在站台处通过电子站牌实时的显示出车载的运行位置。关键词：电子公交站牌 车载 调度中心 ZigBee无线网络AbstractElectronic bus station Logo is an innovative to past public transport system, which uses existing wireless network to have realized the communication between the mobile vehicle and bus stations, bus stations and inter-control center, so that the operation of bus management and vehicle scheduling have been realized, also the vehicle conditions operator can be acquired in real time, which reflect better waiting service. Transmitter module is mainly to realize the communication between mobile vehicle and fixed-mobile bus platform. Platform and vehicle are installed IEEE802.15.4-based wireless data transmission network to send and receive data terminal equipment, terminal equipment in the vehicle store the vehicle information, when the car is running into the scope of ZigBee communication network, vehicle information will be transmitted to the bus station through ZigBee wireless transmission network, bus station in the added information on the site and then send it to control center by using GPRS network, control center will process information after receiving information , and then feedback it to the bus station. In the site, the location of vehicle can be shown through electronic bus stop in real-time. Keywords：Electronic bus station Logo，the mobile vehicle，Dispatching Center ，ZigBee wireless networkII引言城市交通，公交先行。城市公共交通是城市运输体系的一个重要组成部分，是客运交通的主体，是城市生产和居民生活必不可少的社会公共设施。城市公交是大多数市民首选的出行方式，但是当前城市公交网络系统不完善，没有达到人车路的密切配合，达到和谐统一，使得现存的公交体系已经在很大程度上满足不了人们出行的需求。相信坐公交车的人可能都有这样的经历：久等公交车不来，刚刚坐上的士，公交车就来了；没有完善的查询系统，公交线路更换时，未能及时通知乘客，给乘客造成困扰。这一系列的问题给人们的出行带来了极大的不便，与快速发展的经济社会显得极不协调。电子公交站牌的出现，在很大程度上改善了公共交通的现状。在公交站台设置电子站牌，实时发布准确的公交车辆运行信息，可以提高公交车乘客候车的可知性，方便乘客出行选择，提高公交服务水平，吸引更多乘客选择公共交通出行方式，从而减少交通拥挤、空气污染和能源消耗，推动绿色交通的发展。电子公交站牌系统利用现有的无线传输网络，实现了移动车载与公交站台、公交站台与调度中心间的相互通信，通过电子站牌可实时显示车辆运行动态，让乘客及时根据车辆行驶情况选择乘坐车次，从而免受等车之苦，极大的方便了人们的出行。城市公交的发展是目前政府和社会各界极为关注的问题，但目前由于运营费用，建设周期等问题，使得电子公交站牌的建设在我国还处于初级阶段，仅在杭州、深圳一些经济较发达的城市开始运营。随着通信技术的发展，国民经济的提高，这种电子公交站牌系统必将有大的发展。36电子公交站牌系统的发射模块设计1 方案论证1.1 通信网络由于系统的硬件设备存在于不同的地理位置：ZigBee无线数据收发终端设备安装在移动车载和公交站台上；信息发布的载体即公交电子站牌安装在各公交站台；信息处理器（计算机处理系统）设置在调度中心，所以信息的采集和发布需要在这些不同的地理位置之间传输。通信网络用于以下两方面的信息传输：（1）移动车载与公交站台间的信息传输；（2）公交站台和调度中心间的信息传输。通信网络如图1-1所示。 图1-1 通信网络1.2无线传输网络的对比 随着电子、计算机及信息科学技术的发展，通信系统的发展也异常迅速，从有线到无线，从话音到数据、图像，从局域到广域等等，有非常多的通信网络和通信方式可用于信息的传输。城市中的公交线路往往绵延几公里甚至十几公里，如果铺设专用的通信线路，投资和维护的费用大，而且需要破坏城市路面，如果公交线路改动，通信线路也需要改动，而且对于运行中的公交车是不能采用有线通信方式的。使用已有的无线通信服务，无须专门建立通信网络，既节省投资，又方便使用。1.2.1 蓝牙技术蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。采用2.4GHz的ISM (即工业、科学、医学)频段和跳频技术，发射功率可以为1mW、10mW和100mW，通信距离为10100m，通信速率最高达3Mb/s。蓝牙的初衷是用来替代便携式或固定设备之间的电缆和电线。但是由于为了覆盖更多的应用领域和提供QoS而偏离了原来的设计目标，使协议复杂、庞大，不适用于低成本、低功率的应用。目前主要使用在手机的无线耳机、交互式游戏机和汽车电子的无线接入技术中。1.2.2 全球移动通信(GSM) GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）俗称全球通，由欧洲开发的数字移动电话网络标准。GSM系统包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM-1900、1900MHz等几个频段，GSM使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。 目前GSM系统在国内的移动通信系统中获得广泛的应用，而且GSM系统在智能交通系统中已经获得了一定程度上的应用。已经有许多学者研究了使用GSM短消息向公交调度中心发送公交车的到站等信息。然而，GSM系统在数据通信方面的功能非常弱，难以满足本系统对数据通信的需求。1.2.3 ZigBee技术ZigBee是IEEE802.15.4协议的代名词，是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度、高可靠性的无线数据传输网络。 ZigBee的工作频段分为3个频段，它们分别为868MHz、915 MHz和2.4GHz，其中2.4 GHz频段上，分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学(ISM：Industrial、Scientific and Medical)频段，该频段为免付费、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250kbps；另外两个频段为915/868MHz，其相应的信道个数分别为10个信道和1个信道，传输速率分别为40kbps和20kbps。它是一个由可多到65000个无线数据传输模块组成的一个无线数据传输网络平台，数据传输模块类似于移动网络基站，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数据传输模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。其主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备等场合。基于上述ZigBee技术的特点，我们使用其作为移动车载和公交站台间进行信息传输的通信网络。1.2.4 通用分组无线业务(GPRS)GPRS(General Packet Radio Service)为通用分组无线业务，是介于第二代(GSM)和第三代(CDMA)之间的一种移动通信技术，可以通过目前的GSM网络进行升级实现，能兼容GSM并在网络上更加有效地传输高速数据和信令。GPRS是以分组交换的方式进行数据传输，由于是分组交换，因此在网络资源的利用率上较电路交换有了很大的提高，而且GPRS可以同时进行语音与数据的传递。GPRS具有高速数据传输能力及较快的网络接入速度，不仅支持频繁的、数据量小的突发型数据业务，而且支持数据量大的业务，因此可以用作信息数据采集后向公交调度中心的传输途径，也可以用于公交调度中心与公交站台之间的实时数据传输。 通过前面对各种通信技术分析，结合ZigBee技术特点和技术优势，我们采用ZigBee技术和GPRS 相结合的无线数据传输系统，来实现电子公交站牌系统是一个非常理想的无线数据通信解决方案。2 理论基础2.1 ZigBee协议解析2.1.1 ZigBee技术的体系结构ZigBee技术是一种可靠性高、功耗低的无线通信技术，在ZigBee技术中，其体系结构通常由层来量化它的各个简化标准。每一层负责完成所规定的任务，并且向上层提供服务。各层之间的接口通过所定义的逻辑链路来提供服务。ZigBee技术的体系结构主要由物理(PHY)层、媒体访问控制(MAC)层、网络/安全层以及应用框架层组成，其各层之间分布如图2-1所示。 图2-1 ZigBee技术协议组成 ZigBee技术的协议层结构简单，不像蓝牙和其他网络结构，这些网络结构通常分为7层，而ZigBee技术仅为4层。在ZigBee技术中，PHY层和MAC层采用IEEE802.15.4协议标准，其中，PHY提供了两种类型的服务：即通过物理层管理实体接口(PLME)对PHY层数据和PHY层管理提供服务。PHY层数据服务可以通过无线物理信道发送和接收物理层协议数据单元(PPDU)来实现。PHY层的特征是启动和关闭无线收发器，能量检测，链路质量，信道选择，清除信道评估(CCA),以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC层也提供了两种类型的服务：通过MAC层管理实体服务接入点(MLME-SAP)向MAC层数据和MAC层管理提供服务。MAC层数据服务可以通过PHY层数据服务发送和接收MAC层协议数据单元(MPDU)。MAC层的具体特征是：信标管理，信道接入，时隙管理，发送确认帧，发送连接及断开连接请求。除此之外，MAC层为应用合适的安全机制提供一些方法。网络层/安全层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理以及网络安全等；应用框架层主要为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。2.1.2 ZigBee技术的网络拓扑结构 ZigBee技术网络有两种网络拓扑结构：星型的拓扑结构和对等的拓扑结构。拓扑结构如图2-2所示。 图2-2 星型拓扑和对等拓扑结构 在任何一个拓扑网络上，所有设备都有唯一的64位的长地址码，该地址码可以在PAN中用于直接通信，或者当设备发起连接时，可以将其转变为16位的短地址码分配给PAN设备，因此，在设备发起连接时，应采用64位的长地址码，只有在连接成功后，系统分配了PAN的标识符后，才能采用16位的短地址码进行连接，因此，短地址码是一个相对地址码，长地址码是一个绝对地址码。星型拓扑网络结构由一个叫做PAN主协调器的中央控制器和多个从设备组成，主协调器必须为一个具有完整功能的设备，从设备既可为完整功能设备也可以为简化功能设备。 在对等的拓扑网络结构中，同样也存在一个PAN主设备，但该网络不同于星型拓扑网络结构，在该网络中的任何一个设备只要是在它的通信范围之内，就可以和其他设备进行通信。全功能设备（FFD）可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以和任何一种设备进行通信。 精简功能设备（RFD）只支持星型结构，不能成为任何协商者，可以和网络协商者进行通信，实现简单。2.1.3 ZigBee技术优势（1）低功耗。在低耗电待机模式下，2 节5 号干电池可支持1个节点工作624个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。（2）低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2 美元。（3）低速率。ZigBee工作在20250kbps的较低速率，分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。（4）近距离。传输范围一般介于10100m 之间，在增加RF 发射功率后，亦可增加到13 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。（5）短时延。ZigBee 的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15 ms，节点连接进入网络只需30 ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要310 s、WiFi需要3 s。（6）高容量。ZigBee 可采用星型和对等网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254 个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网络。（7）高安全。ZigBee 提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128) 的对称密码，以灵活确定其安全属性。（8）免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗( ISM) 频段，2.4 GHz (全球) 、915 MHz(美国) 和868 MHz(欧洲) 。2.2 无线射频识别技术无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一项非接触式自动识别技术。它是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和数据交换与管理系统（Processor）三大部分组成。电子标签（或称射频卡、应答器等），由耦合元件及芯片组成，其中包含带加密逻辑、串行EEPROM（电可擦除及可编程式只读存储器）、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器，有时也被称为查询器、读写器或读出装置，主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。RFID系统的工作原理为：阅读器将要发送的信息，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。2.3 串口通信的基本概念2.3.1 串口通信串口通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上，以每次一个二进制的0、1为最小单位逐位进行传输，如图2-3所示。 图2-3 串行通信串行数据传送的特点是：数据传送按位顺序进行，最少只需要一根传输线既可完成，节省传输线。与并行通信相比，串行通信还有较为显著的优点，传输距离长，可以从几米到几千米。串行通信的通信时钟频率容易提高，串行通信的抗干扰能力十分强，其信号间的互相干扰完全可以忽略。但是串行通信传送速度比并行通信慢的多，并行通信时间为T，则串行时间为NT。2.3.2 串行通信工作模式 通过单线传输信息是串行数据通信的基础。数据通信是在两个站（点对点）之间进行传送，按照数据流的方向可以分成3种传送模式：单工、半双工、全双工。 单工形式的数据传送是单向的。通信双方中，一方固定为发射端，另一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传送，使用一根传输线，如图2-4所示。图2-4 单工形式 单工形式一般用于只向一个方向传送数据的场合。如计算机与打印机之间的通信是单工形式，因为只有计算机向打印机传送数据，而没有相反的数据传送。还有在某些通信信道中，如单工无线发送等。半双工通信使用同一根传输线，既可发送数据又可以接收数据，但不能同时发送和接收。在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双工形式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线，如图2-5所示。 图2-5 半双工形式 半双工通信中每端需有一个收/发切换电子开关，通过切换来决定数据向哪个方向传输。因为有切换，所以会产生时间延迟，信息传输效率低些。全双工数据通信分别由两根可以在两个不同的站点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，如图2-6所示。 图2-6 全双工形式在全双工方式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传送线，可在交互式应用和远程监控系统中使用，信息传输效率较高。2.3.3 异步传输与同步传输串行传输中，数据是一位一位按照到达的顺序依次传输的，每位数据的发送和接收都需要时钟来控制。发送端通过发送时钟确定数据位的开始和结束，接收端需要在适当的时间间隔对数据流进行采样来正确的识别数据。接收端和发送端必须保持步调一致，否则数据传输就会出现差错。为了解决以上问题，串行传输可采用以下两种方法：异步传输和同步传输。异步传输方式中，字符是数据传输单位。在通信的数据流中，字符间异步，字符内部各位间同步。异步通信方式的“异步”主要体现在字符与字符之间通信没有严格的定时要求。异步传送中，字符可以是连续地、一个个地发送，也可以是不连续地，随机地进行单独发送。在一个字符格式的停止位之后，立即发送下一个字符的起始位，开始一个新的字符传输，这叫做连续的串行数据发送，即帧与帧之间是连续的。断续的串行数据传送是指在一帧结束之后维持数据线的“空闲”状态，新的起始位可以任何时刻开始。一旦传送开始，组成这个字符的各个数据位将被连续发送，并且每个数据位持续的时间是相等的。接收端根据这个特点与数据发送端保持同步，从而正确地恢复数据。收/发双方则以预先约定的传输速率，在时钟的作用下，传送这个字符中的每一位。在同步传输方式中，比特块以稳定的比特流的形式传输，数据被封装成更大的传输单位称为帧。每个帧中含有多个字符代码，而且字符代码与字符代码之间没有间隙以及起始位和停止位。和异步传输相比，数据传输单位的加长容易引起时钟漂移。为了保证接收端能够正确地区分数据流中的每个数据位，收发双方必须通过某种方法建立起同步的时钟。可以在发送器和接收器之间提供一条独立的时钟线路，由线路的一端（发送器或接收器）定期地在每个比特时间中向线路发送一个短脉冲信号，另一端则将这些有规律的脉冲作为时钟。这种技术在短距离传输时表现良好，但在长距离传输中，定时脉冲可能会和信息信号一样受到破坏，从而出现定时误差。另一种方法是通过采用嵌有时钟信息的数据编码位向接收端提供同步信息。3 电子公交站牌系统设计为提高公共交通服务的质量和城市形象，设计了一种基于IEEE802.15.4的无线数据传输网络收发芯片的电子公交站牌。它可为乘客提供公交车所处位置的实时信息，并使调度中心能够通过无线收发电路收发各公交站台上车辆运行数据，进行公交车的运行管理和车辆调度。整个电子公交站牌系统可以分为：车载终端、公交站台、无线传输网络和调度中心等四个模块。在车载和站台上都安装了基于IEEE802.15.4无线数据传输网络的数据收发终端设备，车载终端设备中存储着车载信息，当车载运行过程中进入ZigBee网络的通信范围时，通过ZigBee无线传输网络，将车载信息传送给公交站台，在公交站台处添加上站台信息后再利用GPRS网络传送给调到中心，调到中心将接收到的信息进行处理后，反馈给公交站台，在站台处通过电子站牌实时的显示出车辆的运行位置。3.1 系统运行流程整个电子公交站牌系统的运行流程为：系统首先采集公交车辆运行信息，然后将所采集的信息传输到公交调度中心，结合存储在计算机中的静态公交信息，对信息和数据进行分析和处理，最后将需要发布的信息传输到公交站台的电子站牌进行发布。系统按照以下流程运行：（1）根据对整个系统的建模，对有关公交线路的静态不变的信息进行整理，并存储在公交车辆运行基础信息数据库中；（2）移动车载通过ZigBee无线网络将车载信息传送给公交站台，公交站台再通过GPRS将信息传送给调度中心；（3）公交调度中心的计算机接收到各种实时采集的信息后，对信息进行存储和整理；（4）计算机结合事先存储的静态信息和实时采集的各种公交信息，对所接收到的信息进行处理；（5）计算机将公交车的定位信息进行整理，确定哪些信息该发送到哪些站牌；（6）调度中心将处理得到的公交车辆行程时间信息、公交车辆实时位置等信息通过无线通信网络传送至相应公交站台；（7）公交站台的信号接收设备接收来自公交调度中心的数据信号，通过电子站牌发布各种面向乘客的公交车辆运行信息；（8）公交站台将调度中心对车载的管理控制信息发送至车载。3.2 模块间传输的信息 信息传输包括：移动车载与公交站台间的信息传输，以及公交站台和调度中心间的信息传输这两部分。车载向站台传输的信息包括：车载的路数、车载的编号、车载行驶的上下行方向。数据包格式如图3-1所示：图3-1 车载端的数据包上下行：用来区分车载行驶的方向，0表示上行，1表示下行。车载路数：用来表示车载运行在哪一条线路上。对应公交车辆运行基础信息数据库中的car_num字段。车载编号：表示运行在某一线路上编号为多少的车载。对应公交车辆运行基础信息数据库中的car_id字段。预留字段：作为保留位，在后续系统完善时使用。例如：数据包的内容为1 600 1表示该车载的行驶方向为下行，运行在600线路上的编号为1的公交车。车载端的数据包传送到站台后，在站台处添加站台的序号信息，将站台信息和车辆信息整合后发给调度中心，在调度中心进行分析处理。传送到调度中心的数据包格式如图3-2所示。图3-2 传送到调度中心的数据包格式 与车载端的数据包相比，该数据包多了站台序号，用站台序号表示该车载将要抵达的站台的编号。对应公交车辆运行基础信息数据库的stop_id字段。调度中心接收到站台发送的数据包后，将数据包的内容存储和整理，再通过调度中心的计算机系统对数据进行处理，确定处理后的数据包该发送到哪些站台，进而将数据包传送给相应的站台。调度中心下发到公交站台的信息包括上下行标示，车载的路数，车载所在站台序号，能否准时到达的标示，对车载的管理调度指示信息。调度中心下发到站台的数据包格式如图3-3所示。图3-3 调度中心下发到站台的数据包格式车载能否准时到达：通过将车载的现行位置和预先设定的运行情况作对比，得出车载是否准时，0表示准时，1表示不准时。对车载的调度指示：调度中心对车载管理调度指示信息。3.3 公交站台模块3.3.1 电子站牌电子站牌是指安装在公交站台的电子指示牌，用于在各公交站点向乘客发布公交线路信息和公交车辆运行信息等，是系统价值实现的窗口。站台候车乘客可以从电子站牌上看到自己需要候车的时间和车辆当前的行驶情况，实现乘客候车的“可视化”。乘客可以清晰地看到走在最前面那趟车正逐步向自己所处的这个站台靠近。车离站台还有多远，何时会到站，一目了然。公交电子站牌与普通站牌的区别有两个：一是站名下方有一长串小灯，灯亮起的地方就是公交车实际运行的位置，误差不超过半个公交站距；二是站牌顶部有一个显示屏，可以为乘客提供文字信息。通过站牌，乘客可以了解公交车的行驶状态、所在位置，并且能估算出车辆的到达时间。电子站牌可显示的信息分为静态信息和动态信息两种。静态信息是不变的公交线路信息，也就是传统公交站牌上显示的内容，为公交乘客提供基本的公交线路信息，使乘客可以根据各自的出行目的地选择合适线路的公交车完成出行。静态信息的内容包括：（1）本站点的名称；（2）经停本站的公交线路的编号；（3）每条经停线路所包含的站点的名称；（4）本站处于哪个运行方向上(从A 起点驶向B 终点或者从B起点驶向A终点)，一般在站点名称下方画箭头表示；（5）每条经停线路的运行时段，一般表示为首班车时间和末班车时间，如果不同季节的运行时段不同，则需要按季节分别标明。 动态信息为公交乘客提供实时变化的公交车辆运行信息，使乘客可以了解到公交车当前的实际运行情况。（1）公交车辆行程时间信息公交乘客在站点候车时最关心的是需要等待的时间，所以应该在公交站点发布本站各线路即将到站公交车到达本站所需要的行程时间信息。（2）公交车辆实时位置信息向站点的公交乘客发布本站经停的每个线路在本站点运行方向上所有运行中公交车的实时位置信息，使乘客可以直观地看到公交车的运行和公交车逐渐驶向本站的过程，能够缓解乘客焦急等待的心情，使乘客从心理上感觉等车的时间变短了，从而提高了公交乘客的满意程度。3.3.2 对车载发送信息的接收在电子站台上也安装了一个基于ZigBee的无线射频收发终端设备，用于接收由车载发送过来的车辆信息，传送由调度中心下发的指示信息到移动车载。 由于ZigBee网络标准的传输距离为75m，在这样的传输距离里，当车载从A到B这个方向行驶时，车载终端所传送的数据马路对面的站台同样也可以接收的到，而这些数据对于它们来说是无意义的，不需要接收的。因此，将车载的运行方向分为上下行两个方向，通过对上下行的判断，就可以滤除站台对无用信息的接收。上下行链路的区分：规定由起始站A到终点站B的方向为上行，而由起始站B到终点站A的方向为下行。当车辆运行到终点站后，对数据包中的上下行标示位进行算数加1操作，舍去溢出位，这样就可以改变车辆的上下行方向。3.3.3 站台信息更新公交站台在接收到车载发送过来的信息并添加上站台自身的信息后传送给调度中心，调度中心接收到这些信息后，调度中心的计算机将这些信息进行存储，与数据库中的数据进行对比，经处理后，确定哪些信息该发送到哪些站台。 站台在接收到调度中心的反馈信息后，会作出两个动作：第一，将调度中心对车载的管理和调度信息传送给车载终端。第二，更新本站台信息。站台信息的更新主要是指更新车载的位置。首先是更新站牌的指示灯。因为每站只有一个指示灯，一条线路单方向运行的公交车不只一辆，站台的指示灯处于不断变化的过程。当站台接收到车载的位置信息有变化时，便将原来亮着的指示灯熄灭，亮起正在到达的站点对应的指示灯，直至这辆公交车到达下一站为止。其次是更新站台显示屏上显示的信息。使用文字信息，在显示屏上滚动显示车载位置。3.4 调度中心模块3.4.1 计算机系统计算机系统设置在公交调度中心，是公交车辆运行信息采集与发布系统的枢纽，所有采集的信息都要经过计算机的分析和处理，所有发布的信息也都来源于计算机。计算机除了处理实时采集的动态信息外，还存储着静态的公交信息和公交车辆运行信息处理程序等。3.4.2 公交车辆运行基础信息数据库公交车辆运行基础信息数据库用于为公交车辆运行信息的分析和处理提供信息支持，它存储的内容为有关公交线路的静态不变的信息，即公交管理和调度部门安排或设计的公交线路和行车计划等。我们所设计的系统包括4条公交运行线路，共有20个站台(如站牌表所示)。这4条线路对应的公交车分别为：600、215、321、603。车辆路数 每路车的辆数 行驶区间(数字代表站牌的序号)600 4辆 1-6603 4辆 1-10321 4辆 15-20215 4辆 4-9对比表（基本信息表）传输来的车辆信息和站牌信息与表中的信息进行对比，最主要的目的是排除在传输过程中信息受到外在因素的干扰，即排除误码干扰。建表的格式 ： Id ： 主键 car_id ： 用于区分同一路车的每一辆车 car_num ： 车辆的路数 stop_id ： 站牌的序号现以600路公交车举例进行说明。600路公交车有4辆，运行线路中要经过6个站台，因此，公交车在运行途中大概位置有24种情况，如表3-1所示。表3-1 600线路数据表 Id car_id car_num stop_id1 1 600 12 2 600 1 3 3 600 14 4 600 15 1 600 26 2 600 27 3 600 28 4 600 29 1 600 310 2 600 311 3 600 312 4 600 313 1 600 414 2 600 415 3 600 416 4 600 417 1 600 518 2 600 519 3 600 520 4 600 521 1 600 622 2 600 623 3 600 624 4 600 6表3-2 站台表 Id stop_id1 南门2 南稍门3 草场坡4 体育场5 长安立交6 小寨7 纬二街8 八里村9 吴家坟10 电视塔11 三森12 三爻13 长安花园14 骨科医院15 老区政府16 西北饭店17 绿园18 太阳新城19 政法20 邮电Id ： 站台的序号Stop_id 站台名4 发射模块设计本课题需要重点研究的问题是完成移动车载和公交站台间的通信。它们间的通信使用ZigBee技术来实现，该技术的标准通信距离为75m，其发射功率低、通信可靠的特点正适合移动车辆与站台之间的通信。通过该技术，公交车辆将车载的信息传送给公交站台，同时公交站台将从调度中心接收的控制信息传送给公交车辆。在我们设计的系统中，利用两个ZigBee无线数传模块来模拟车载和站台间的通信。ZigBee无线数传模块为USB接口，支持热插拔。将USB接口插入PC机上，在计算机设备管理处可以看见USB接口转化成了一个串口，可以使用串口通信的机制实现两个模块间数据的传输。4.1 通信参数串行端口的通信方式是将字节拆分成一个接一个的位再传送出去。接收到电位信号的一方再将此一个一个的位组合成原来的字节，如此形成一个字节的完整传递。在传输进行的过程中，双方明确传送信息的具体方式，否则双方就没有一套共同的译码方式，从而无法了解对方所传过来的信息的意义。因此双方为了进行通信，必须遵守一定得通信规则，这个共同的规则就是通信端口的初始化。通信端口的初始化必须对以下几项参数进行设置。4.1.1 数据的传输速度串行通信的传输受到通信双方配备性能及通信线路的特性所左右，收、发双方必须按照同样的速度进行串行通信，即收、发双方采用同样的数据传输率。数据传输率指的是串行通信中每一秒所传送的数据位数，单位是bit/s。例如，在某异步串行通信中，每传送一个字符需要8位，如果采用数据传输率4800bit/s进行传送，则每秒可以传送600个字符。4.1.2 数据的传送单位一般串行通信端口所传送的数据是字符型，若用来传输文件，则会使用二进制的数据类型。当使用字符型时，工业界使用到的有ASCII字符码及JIS字符码；ASCII使用了8位形成一个字符，而JIS码则以7位形成一个字符。欧美的设备多使用8位的字节，而日本的设备多使用7位为一个字节。以实际的RS-232传输上看来，由于工业界常使用的PLC大多只是传送文字码，因此只要7位就可以将ASCII的0127码表达出来，所有的可见字符也落在此范围内，所以只要7个数据位就够了。不同的情形下（依据使用的协议），会使用到不同的传送单位。使用多少位合成一个字符必须先行确定。4.1.3 起始位与停止位由于异步串行传输中并没有使用同步脉冲作基准，故接收端完全不知道传送端何时将进行数据的传送。发送端准备要开始传送数据时，发送端会在所送出的字符前后分别加上高电位的起始位（逻辑0）及低电位的停止位（逻辑1），它们分别是所谓的起始位和停止位。也就是说，当传送端要开始传送数据时，便将传输线上的电位由地电位提升至高电位；而当传送结束后，再将电位降至低电位。接收端会因起始位的触发（因电压由低电位升至高电位）而开始接收数据，并因停止位的通知（因电位维持在低电位）而明确数据的字符信号已经结束，当加入了起始位及停止位才比较容易达到多字符的接收能力。起始位固定为1位，而停止位则有1、1.5、2位等多种选择，如何选择呢？只要通信双方协议通过既可，没有强制规定。4.1.4 校验位 为了预防错误的产生，使用校验位作为检查的机制。校验位即是用来检查所传送数据的正确性的一种核对码，这之中又分为奇校验与偶校验两种，分别是检查字符码中1的数目是奇数或偶数。以偶校验为例，“A”的ASCII码是41H（16进制），将它以二进制表示时，是01000001其中1的数目是2，因此校验位便是0，使1的数目保持偶数；同样，校验位是奇校验时，“A”的校验位便是1，使1的数目保持在奇数。接收者重新计算奇偶校验位，如果新的计算值正确，那么表示正常。如果新的计算值错误，那么接收端就会收到一些指示，表示此次接收的数据有误。4.2 通信界面为了实现两个串口间的通信，使用VB语言在PC机上面编写一个上位机软件，该上位机软件既可以实现对串口通信的操作，又可以作为一个可视化的界面。软件实现流程如图4-1所示。打开工程引入公共对话框控件添加公共对话框控件设置公共对话框控件CommonDialog1的属性编写代码结束 图4-1 上位机软件的实现过程操作界面如图4-2所示。 图4-2 通信窗口界面Settings：在该属性中可以对通信端口、串口速率、数据位、停止位、串口校验等通信参数进行初始化设置。通信时数据接口参数设置：串口参数串口速率串口校验数据位停止位参数设置115200None 8 1通信端口设置：将ZigBee无线数传模块插入电脑，在计算机设备管理的端口处查看模块对应的端口号，然后在Settings中port中选择对应的端口既可。View：在该属性中设置是以ASCII码还是以十六进制的形式传输数据。4.3 信息收发将两个ZigBee无线数传模块分别插在两台PC机上，一个认为是车载端，另一个认为是站台端。按照模块间通信的格式将车载在运行过程中要发送给站台的信息以文本的形式存储在PC机上，打开通信界面，在属性中设置好通信参数后，点击文件载入，选择存储信息的文本文件，就可以将文本文件的内容读取到发送框中，再点击发送信息按钮就可将发送框的内容发送出去。通过添加CommonDialog1控件并进行编程可以实现文件载入的功能，其代码实现过程为：（1） 将Dialogtitle设置为打开文件；（2） 设置打开文本文件格式；（3） 显示“打开”对话框；（4） 以读文件的方式将文件打开；（5） 将文件内容写入文本框。发送端将发送框的内容发送后，信息存储在缓冲区中。