基于GPRS的智能公交站牌显示系统设计

摘要：针对当下交通状态，提出一种应用无线技术的智能公交站牌显示系统方案设计。该系统由无线传输模块、信息处理模块以及信息显示模块组成，实现了能够显示、反馈实时公交状态、位置信息、紧急信息的智能公交站牌显示系统。其中，无线传输模块应用SIM300-GPRS模组，主要负责收发所需数据信息;借助于STM32主控芯片的强大计算能力，信息处理模块通过对现有数据进行建模、算法修正等处理，计算出预到站公交的位置、状态等基本信息，并实时更新;信息显示模块负责通过LED屏幕向乘客传递公交状态、紧急事件以及公益广告等信息，并负责各种信息的显示调度。基于以上思想，已经完成智能公交站牌显示系统的设计。

近些年，中国经济取得巨大进步，城市经济快速发展，带动国内公交事业迅速发展，期间，国家推出许多针对公交事业的优惠政策，在这些有力的推动下，公交产业的电子信息化、智能化步伐加快，无人售票已经在国内许多城市运行，IC卡收费方式在国内大中城市普及起来。随着公交产业的发展、乘公交的消费者群众的壮大，消费者为了更好的了解公交信息，达到出行便利化的目的，对现有的公交系统提出了更加便利化、智能化的要求，基于这些要求，本设计提出了一种基于无线传输信息的智能公交站牌显示系统方案，该方案能够实时显示公交状态位置以及紧急情况等信息，之于乘客，给予乘客全面信息方便出行，之于交通线路，给予城市交通更少的交通压力、安全隐患。智能公交系统极大的方便乘客选择行动路线，疏散交通流量，将整个交通状况向理想的状态引导，使交通顺畅和安全，并提高道路的使用效率，而且也会为美丽的城市增添一道亮丽的风景线。

1 智能公交系统

智能公交系统(Intelligent Transport System，ITS)主要分为3个部分，分别为公交车辆监控中心、车载终端和电子站牌。其系统工作原理图如图1所示。

车载终端将公交车辆的实时位置、车载入数等信息通过无线通信网络传输到公交车辆监控中心，起数据采集的作用，是整套公交系统的基础。

监控中心根据车辆传输回来的数据，进行综合处理，并将数据处理结果通过无线通信网络发送到相应的电子站牌，与此同时，收集各公交显示系统的反馈信息，对客观因素、突发状况引起的公交调度情况做出处理以达到最优的减少交通压力、节约资源的目的;

电子站牌负责接收数据信息，并通过系统内部模块之间紧密结合计算出即将到站的公交车的信息，由LED点阵屏等显示设备对外发布，为候车的乘客提供信息服务。而且，此部分还负责紧急情况、公益广告等信息的显示，方便市民安全出行、文明出行。

2 系统设计

电子站牌显示系统是智能交通系统(Intelligent Transport System，ITS)的重要组成部分，也是ITS的关键和基础。智能公交站牌显示系统设计方案的功能框图如图2所示。主要包括主控、乘客信息采集、SIM300无线收发、数据处理以及信息显示几部分。

该系统中，无线传输模块主要应用GPRS技术实现与控制中心以及车载终端的数据传输，接收数据经过解码后传输给信息处理部分，数据在信息处理模块内，经过建立数学模型、客观修正因子等处理最后得出该时刻公交车的位置信息以及计算出的到达时间，同时获得实时公交状态如乘客数量、末班状态等基本信息，最后更新至信息显示模块并显示。显示调度模块实时显示即将到来的公交的基本状态信息，但在一定时间后通过考虑乘客数量、紧急信息、公益广告等客观因素后，对显示内容进行调整，以达到更好的为乘客服务的目的。乘客信息采集模块通过采集在候车乘客信息如乘坐路线、各路公交车候车乘客人数等基本信息，并通过数据传输模块反馈回监控中心以实现更加优化的公交调度。各模块间相互协调工作，实现了方便市民便利、安全、文明出行的智能公交站牌显示系统。

3 系统硬件设计

该系统主要由主控芯片控制无线信息传输部分、信息处理以及显示部分，最终通过LED向乘客显示出行信息。其中信息处理以及信息显示调度部分均由STM32主控芯片完成，通过一定的算法以及实时反馈信息完成数据的处理以及显示。无线模块由SIM300模组配合外围电路连接STM32主控芯片，在主控的控制下完成初始化以及数据的传输、编码、解码等工作。LED部分借助于主控芯片驱动74HC595与74HC138芯片进而实现LED点阵控制与显示功能。

1)主控制器 主控制器选用STM32F103VE增强型单片机，STM32系列单片机使用高性能的ARM CortexTM-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，具有强大的信息处理能力，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设，是意法半导体公司专门为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的产品。本设计中，STM32通过串口连接SIM300无线收发模块进而实现数据的传输与模块控制。LED通过GPIO端口模拟的SPI接口连接到STM32上，完成信息显示。

本设计中，STM32的主要功能是控制无线传输模块接收车辆状态信息，对数据的处理以及将处理后的信息送无线收发模块SIM300反馈回监控中且在LED点阵屏显示。除此之外，STM32还完成对SIM300、LED点阵等芯片的初始化。

2)无线收发模块 SIM300是SIMCOM推出的GSM/GPRS三频/四频模块，主要为语音传输、短信息和数据业务提供无线接口。SIM300集成了完整的射频电路和GSM的基带处理器，适合于开发一些GSM/GPRS的无线应用产品，如移动电话、无线数据传输业务、远程测量等，应用范围十分广泛。本设计的重点主要是单片机与SIM300模块串行通信，无线GPRS数据的收发。

3)LED显示 采用P3.75的8 x 8单色点阵模块进行扩展，横向128/8=16块，纵向64/8=8块。为方便电路板的设计，先由横向4块纵向4块扩展成32 x32的显示单元，再由8块32 x 32的单元完成设计。行驱动控制芯片选用74HC138D，功率芯片选用4953，列驱动控制芯片采用74HC 595D。显示屏控制卡采用意法半导体公司生产的STM32F103VBT6单片机作为主控芯片，由STM32F103VBT6本身具有128KB的片上Flash和64KB的片上RAM，足以存放程序代码，因此不需要扩展外部ROM及RAM;同时使用专用字库芯片GT23L32S4W，支持多达22种字体，大大增强了字符的显示能力。同时，控制卡采用RS232/485通信接口，可以通过RS232/485很方便的对显示屏进行显示配置。从而容易实现公交状态信息的实时显示以及更新。

4 系统软件设计

系统上电后，对SIM300模块、LED显示屏、SD卡以及系统外设进行初始化，系统外设主要包括系统时钟、定时器、GPIO口、中断、SPI及USART。MCU通过USART接口读取SIM300无线收发模块接收到数据，然后按照协议规定对数据进行解码处理，将解码处理后的数据与SD卡中预先存储的本站牌的系统信息进行匹配，匹配成功则将具体信息通过LED屏显示出来。系统主程序流程图如图3所示，按照数据流向主要分为数据传输、数据处理、数据显示3个部分，其中紧急信息需要立刻在显示部分显示出来，其流程为数据接收后送入数据处理模块，数据经算法修正后反馈到监控中心并对公交状态数据进行更新。主要包括车辆的位置信息、紧急信息、预到站时间等。

信息处理部分借助于主控芯片STM32的强大计算能力，以及高达72MHz的时钟，首先对接收的数据除紧急信息外进行分类如下：GPS信息、公交车到站时间历史数据、预到达公交的状态信息等，其中紧急信息不经过信息处理直接送于显示模块显示。其数据处理流程图如图4所示。由于GPRS的传输速度和流量费用的限制，不能对数据连续刷新，因此对GPS信息通过数学模型中的二次曲线拟合的方式进行数据处理，以实现公交位置是实时的、连续的显示;GPS信息和历史数据相互结合，应用汽车实时速度模拟模型得到预到达的公交的到站时间，但是存在其他客观因素如早晚下班高峰、节令出行变化等，所以在此数据上进行客观修正因子修正，使得数据更加贴合实际，实际测得客观修正因子对预测到站时间准确度提升27.3%。对于状态信息则通过与历史数据比对后直接更新至显示模块，至此，信息处理模块为显示模块提供最优的预到达公交状态、位置信息。

5 结束语

本设计提出的基于GPRS的智能电子站牌的设计，实现了公交车辆实时运行情况的实时显示以及公交站牌信息的智能化显示。同时，紧急情况以及公益广告的显示为提高市民出行的人身安全、精神文明建设做出卓越贡献。大大提高公交管理效率，实现城市公交系统的智能化和信息化。该系统具有优良的可靠性和稳定性，为当前改善城市公交管理，提高公交资源共享提出了有效途径。同时以CPRS无线技术作为信息传输手段，可以更加简单、便捷的实现公交站牌管理。并能够及时更新系统中的广告数据等信息。智能公交站牌显示系统，为市民出行带来极大的便利，具有长远的发展前景。