2018年02月16日 | 一种手持式公交车收费及信息统计装置设计

    内容摘要：提出了一种手持式公交车收费及信息统计装置，根据乘客所乘坐路程来进行收费，而不是传统的分段式收费，同时可以统计各站上车人数，每站的下车人数以及目前车内人数等；然后通过无线数据传输模块还可以把车上的信息发送到站台上供等车的乘客参考，并且这种装置对于现存的公交卡也能进行读写，为市民绿色出行提供便利。此种装置能将公交车上的客流信息进行储存、汇总，通过对车流、人流的信息进行分析，还能方便公交车公司进行调度和统计。

    目前城市的交通拥堵现象比较严重。据有关新闻报道：在我国，交通拥堵现象己经从北京、上海、广州等特大城市扩展到一些大中城市：由城市内部局部的“点”拥堵，扩展成局部的“面”拥堵。在居民出行的早晚高峰时，拥堵现象更为明显，城市道路处于明显的饱和状态。据有关部门统计，我国因城市交通的不便，造成的经济损失每年都能达上千亿元。世界各国都非常重视公共交通的发展在解决城市交通拥挤问题上的作用，公交优先的原则也已成为我国各城市管理部门的共识。
    然而在相同服务水平下，公共交通的人均动态占用路面面积相对较小，能够极大地节省道路资源。公交车、自行车，以及非公交机动车的人均动态占用路面面积比例为1：4：12。目前，在我国城市公共交通系统中，公共汽车和电车承担了城市80％以上的客运量。对于市区内出行，乘用公交车的费用要远低于非公交车。所以说市内较远距离的出行，公交出行的总成本最低。我国城市人流、物流和机动车辆都在急剧的增加，从而使城市交通存在的问题暴露无遗。
    文中提出的这种公交车收费及信息统计装置，能够对乘坐不同路程的乘客进行不同的收费，同时能够对车辆内部的信息进行统计、存储、发送。

1 系统功能说明
    文中主要针对现有技术存在的缺陷提供一种手持式公交车收费及信息统计装置而设计一种新的收费装置。该装置的功能主要有：1)利用Zigbee技术将车内人数信息及位置信息传送到站台进行显示。2)利用语音技术进行报站及液晶界面数字显示提醒每站的到站人数。3)利用数组对客流统计进行信息存储，利于分析客流特征，便于公交调度和线路规划。4)自动统计售票金额，为公交运营后的账目管理提供方便。
这种手持式公交车收费及信息统计装置，主要包括无线收发模块、语音播报模块、液晶显示模块、非接触式IC卡读写模块、微处理器和键盘输入模块。其结构框图如图1所示。

    
    各结构功能如下：
    1)无线模块无线模块主要是将车内的信息，发送给站台上的乘客，可以让乘客提前了解车内信息，较好地选择出行路线；从而避免某些车过分拥挤而造成出行不便。
    2)语音模块 主要用来提醒乘客和乘务员到站信息，让乘客作好下车的准备。
    3)液晶模块提醒即将到站，显示乘客和车内信息，提供了良好的人机交换界面。
    4)非接触式IC卡读写模块集成了原有公交卡的功能，可以对公交卡进行读写，方便持卡乘车的乘客。
    5)单片机模块 装置的核心模块，用来处理各种数据，处理各类信息，连接该装置的各个模块，使整个的装置性良好地工作。
    6)输入模块 录入乘客的信息，提供了人机交换的渠道。

2 系统硬件设计
    这种手持式公交车收费及信息统计装置，主要应用在有人售票的长途公交车上，它包括非接触式IC卡读写模块、无线收发模块、液晶显示模块、键盘输入、语音播报和微处理器。本文各装置模块采用串口连接通信，此种装置其硬件模块连接电路图如图2所示。

    
    其中IC卡读写模块采用射频卡读写模块，型号为wm_17tc，读写8 k及32 k mifare卡，使用ARM处理器，读写速度快，读写稳定性好，有卡上传卡号，不用轮询，编程简单，开发资料全，在线技术支持，使用量大，是单片机开发的最佳选择。
    无线收发模块采用CC2430芯片来实现需要的功能。CC2430／CC2431芯片采用0．18μm CMOS工艺生产，在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA或25 mA。CC2430／CC2431的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。
    液晶显示模块采用的型号为HG1286419，此芯片显示颜色为单色，LCM液晶模块屏幕尺寸为3英寸，STN黄绿模式对比度可调，分辨率为128x64，点距0．40x0．40(mm)响应时间500 ms，可视角度50°，显示尺寸为60．0x32．6 mm2点大小：可使用单5 V／单3．3 V。
    语音播报采用ISD4004芯片；此芯片工作电压为3 V，单片录放时间为8～16 min。芯片使用CMOS技术，内含震荡器、防混淆滤波器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。采样频率可为4．0，5．3，6．4，8．0 kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年，反复录音10万次。
    微处理器采用ATMEL公司的AT89S52单片机，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。具有8 k在系统可编程Flash存储器。使用ATMEL公司非易失性存储器技术制造，于工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许存储器在系统可编程，也适用于常规编程器。  AT89S52具有以下标准功能：8 k字节Flash，256字节RAM，32位I／O口线，定时器，2个数据指针，3个16位定时器／计数器，1个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
    此种装置的键盘设置为4x4矩阵键盘，分别为数字键0～9、更正、确认、乘号、刷卡、播报以及发送。各键的功能设置如下：数字键0～9作为站台输入和人数输入，清除键为清除上一次按键输入的记录。确认键是输入站台数和人数之后的确认，按确认键后在液晶显示上可以显示具体金额。乘号键是输入站台和输入人数之间的一个识别键，在按完站台数后，再按乘号键，然后按人数，则表示有几人在该上述站台数的站台下车。刷卡键的作用在于得到金额数之后利用装置的非接触式IC卡的读写模块从IC卡上扣除具体的金额，实现对公交卡的读写。播报的功能是播报站台，以及需要下车的人数。按“数字+发送”则表示在该站台上车的人数，该人数就是售票员需要收费的人数。同时在按下“发送”键的同时也触发了无线数据收发模块将数据发送给站台。

    3 系统软件设计

    系统的软件程序主要包括键盘输入软件系统，单片机处理系统，无线收发软件系统。键盘输入系统通过信息的采集，将信息传送到单片机处理系统，单片机通过对数据的处理，将需要的信息反应在液晶显示模块，和语音播报模块。同时也将键盘输入的信息进行处理，将有用的信息通过无线传输发送给站台，站台可通过接收到的信息发送给下一站台。这样可以对整个公交车运行的过程进行信息的统计，以便公交公司对公交车进行合理的调度。

    整个程序采用C语言编写，主要的程序过程如图3所示。

    
    此种装置还具有长时间统计区间客流量的功能，根据每次乘客的上车站数以及下车站数信息，每次乘客的乘车区间信息都将被累加记录在装置内。
    这种装置主要依靠键盘模块输入信息，键盘模块的软件程序如下：
    

    以下是对某次公交车出行进行的数据统计如图4、表1所示。

    
    通过表1可以清晰地了解公交车行车过程中车内的状况，公交车人流量最大的是在中间的几站，而上车和下车人数最多的也在中间的几站。通过接口将信息输出到计算机内进行分析，长时间的乘客乘车区间统计有助于公交调度和公交线路规划。同时对公交出行人数，状况进行数据的采集，可以分析出各个站台的上车人数，了解到各个站台的需求。使用这些数据的记录和统计，通过非线性算法分析，甚至可以分析出某天，某个时段的路况、拥挤程度和是否有交通事故的发生。

4 结束语
    这种手持式的公交车收费装置，很大程度上优化了现在收费方式一刀切的不合理之处，对各种乘客特别是近距离出行的乘客提供了很大的便利。同时对车内信息的统计和反馈，对在公交站台上的乘客有很好的提醒和预报作用，公交司也能合理的分析和处理数据。