公交车站信息显示装置设计文献综述

文 献 综 述

衣食住行是生活上的基本需要，其中行更是改变着人们的生活方式。随着经济社会的快速发展，虽然地铁在小部分地区已经取代了公交车，但纵观全国公交仍是人们日常出行的重要交通方式。我国城市的公共交通系统缺乏 以人为本的服务理念。城市公共交通系统的发展过于追求基础施的先进性，忽略了当前所必需的信息化、智能化的建设；城市公共交通系统的发展、建设和运营过于孤立，缺乏与城市其他交通系统的关联；城市公共交通系统的信息数据采集系统不够完善，信息处理技术仍显不足；城市公共交通系统的信息服务功能存在着很大的空白。普通的公交站台只有静态的公交站牌，站台上的乘客无法实时了解公交车的到站情况，只能在站台上焦虑地等待。随着生活质量的提高，人们更渴望一种动态的公交站牌，可以实时显示公交车的到站时间，最好还能提供日期、时间、温度等信息。在火车站和地铁站已经实现了这样的功能。但火车站和地铁站的数量远远少于公交站，并且公交站的分布相当广泛，若是向火车站和地铁站那样投资建设是肯定不行的，因而需要一种经济实用的智能电子公交站牌。要实现公交站牌的实时性，就必须与公交车进行信息通讯，这就需要整个公交系统的信息智能化了。

国外在公交信息智能化方面要比国内起步早、技术新、发展快。日本在上世纪 80 年代就开始发展公交系统信息化，在公交车信息采集方面，它采用下面的方式：公交车和公交站台采用弱电波通讯，公交站台之间或公交站台和信息中心之间用电话线通讯。90 年代中后期，日本公交系统中进一步引入了无线通讯技术和 GPS 导航技术，实现了公交车辆的动态监控。由于国外 GPS 运行费用较低，日本的公交公司大多采用 GPS 的形式采集公交车的信息，站台通讯采用 GSM/SMS 的方法，方便乘客，也有利于公交公司进行公交车调度。近几年由于通讯技术的发展，在采集公交车辆信息时，站台和站台或站台和公交公司控制中心的通讯采用 GSM/GPRS 的方法，进一步节省了成本。伦敦的电子站牌以倒数计秒的方式显示公交车到站信息，便于乘客进行精细的出行规划。新加坡开发了多款适用于不同操作系统的公交信息服务软件，其电子站牌除公交车预计到站时间外还标识到站公交车辆是否设有助残设施，以方便使用轮椅的残疾人乘坐公交车。

近年来，电子站牌的应用规模开始扩大。电子站牌除了常规站牌的内容外 ,还可以显示下一班公交车辆的预计到站时间、以及线路上公交车辆当前所在位置等动态公交信息.采用的系统大概有以下几种。第一种：采用 GPS GSM/GPRS/CDMA 的采集通讯方法；第二种：采用GPS GSM/SMS 采集通讯的方法；第三种：短距离无线射频通讯 GSM/GPRS/CDMA 的采集通讯方法。现在采用第一种方法的公司很多，国内有许多城市已经在使用，如上海、北京、深圳、苏州等。2003 年上海在 981 路、81 路和 983 路 3 条路线试运行。2005 年内上海将在本市的 104 条公交路线上给 3000 辆公交车安装 GPS 系统，到 2006 年底，巴士集团所有线路近9000辆公交车将被全部安装GPS系统。第二种方法国内部分城市也在用，它主要是利用现有的 GSM 网络的 SMS（短消息平台）。但它受到数据量和网络覆盖范围的限制，应该说它是市场不成熟产品，现在正在慢慢的淘汰。第三种方法短距离无线射频通讯 GSM/GPRS，现在已经有相关的产品，但各个公司在选择自己的短距离无线通讯技术产品上不尽相同，所以各有各的优势，而且它们的成熟产品推出也不久，市场应用还不太多。现在国内做的比较成熟的是北京颐信科技生产的 DBS 智能数字公交站亭，它不仅可以显示最近的公交车距离，还可以在一定误差范围内预测出到站时间，同时还可以显示一些社会信息：如天气预报，交通法规等，它的成本相对低廉。

十二五 期间要积极推进城市公交信息化系统的建设. 我国的智能公交系统发展起步很晚，发展程度也很有限，目前某些城市的路线出现了智能化的公交站，但公交站向智能方向发展必定成为未来的趋势。

采用单片机作为主控芯片，结合LED显示屏、无线通讯、温度传感器等硬件，采用高级语言编写软件控制程序，可以实现实时滚动显示车辆到站距离、车辆线路名称、时间、日期、温度等信息。

LED (Light Emitting Diode) 显示屏是通过一定的控制方式,用于显示文字、文本、图形、图像和行情等各种信息以及电视、录像信号并由LED器件阵列组成的显示屏幕。

典型的LED显示系统一般由信号控制系统、扫描和驱动电路以及LED阵列组成。信号控制系统可以是嵌人于LED显示屏的单片机系统、独立的微机系统、微机/单片机主从控制系统、红外遥控系统、传呼接收与控制系统等等。其任务是生成或接收LED 显示所需的数字信号,并控制整LED显示系统的各个部件按一定的分工和时序协调工作。行扫描电路主要由译码器构成,用于循环选通LED阵列行。列驱动电路多为三极管阵列,给LED提供大电流。移位寄存器/锁存器由串人并出寄存器和锁存器(或带锁存功能的移位寄存器) 构成。待显示数据就绪后,控制系统首先将第一行数据打入移位寄存器并锁存,然后由行扫描电路选通LED阵列的第一行,持续一定时间后,再用同样方法显示后续行,直至完成一帧显示,如此循环往复。根据人眼视觉暂留时间,屏幕刷新速度每秒25 帧以上就没有闪烁感。当LED显示屏面积很大时,为提高视觉效果,可以分区并行显示。在高速动态显示时, LED的发光亮度与扫描周期内的发光时间成正比,所以,通过调制LED的发光时间与扫描周期的比值 (即占空比)可以实现灰度显示,不同基色LED灰度组合后便调配出多种色彩。LED显示屏广泛使用的驱动电路是基于74HC164、CD4015、74HC595、6B595、ULN2803等通用型集成电路（IC）来设计的。以凌阳单片机SPCE061A为系统的核心控制器，设计LED点阵条屏控制板和点阵条屏背板，控制板与背板之间采用SIO串行口通信方式，可以实现汉子的多方式移动，而且还能实现汉字的同步语音播报功能

单片机小巧灵活，成本低，易于产品化，有优异的性能价格比；集成度高，有很高的可靠性，能在恶劣的环境下工作；控制功能强，特别是集成了功能接口电路，使用更方便有效；指令面向对象，可以直接对功能部件进行操作，易于实现从简单到复杂的各类控制任务。

凌阳科技是世界前20大芯片设计公司，拥有先进的技术，提供几千种标准产品。同时还提供有高性能的外围电路，其中部分型号的单片机可以完成在线编程、仿真和调试。此设计不仅降低了开发者的成本，而且在很大程度上可以加快开发者的设计进程。凌阳单片机的种类较多,按照CPU的类型和数据总线的位数基本可以分为 8位机系列和16位机系列两类。凌阳16位单片机的CPU内核为凌阳最新推出的<v:shape style="width: 51pt; height: 15.75pt;" id="_x0000_i1026" equationxml='12渭藠nSP(TM)' type="#_x0000_t75"> 16 位微处理器芯片, 它构成了SPCE 系列单片机。SPCE除了数据总线被增至16位而大大提高了操作速度以外, 还特别地被赋予了数字信号处理DSP功能。SPCE 可以在较宽的电源电压范围内工作, 并且工作频率范围可从0.375MHz到24.576MHz。另外,SPCE把巨大的硬件资源封装在一个芯片里。其中有32k字的快速ROM和 256k 字的常速ROM以及2k字的静态RAM ,另外还有充足的I/O口和红外通讯接口、RS-232通用异步串行接口、双16 位的定时器/计数器、32768Hz实时时钟、低电压复位/监测系统、10位模数/数模转换以及内置式带自动增益控制的扩音器等等。

MCS-51系列单片机是我们常用的单片机之一。SPCE061A单片机的<v:shape style="width: 51pt; height: 15.75pt;" id="_x0000_i1028" equationxml='12渭藠nSP(TM)' type="#_x0000_t75"> 内核比 MCS-51 8位机的 MCU集成度更高，使用更加灵活方便，缩短了开发周期和成本；采用RISC的SPCE061A 比 8位的MCS－51系列执行效率高，速度更快、较宽的工作电压、低功耗、抗干扰的设计，使061A在电池供电的应用领域更具特色。

SPCE061A开发板是凌阳16位单片机SPCE061A的精简开发系统，也是世界上最便宜的一款16位单片机开发系统。它具有DSP功能和语音特色，由单片机最小系统电路、电源电路、音频电路、复位电路等组成。板上有Probe接口和EZ_Probe接口,分别可接凌阳公司的在线调试器（PROBE）和简易下载线，配合<v:shape style="width: 51pt; height: 15.75pt;" id="_x0000_i1030" equationxml='12渭藠nSP(TM)' type="#_x0000_t75"> 集成开发环境，可方便地在板上实现程序的下载和在线仿真调试。其中，PROBE既是一个编程器，又是一个实时在线调试器。

一种基于凌阳单片机的温度采集系统是用温度传感器即热敏电阻将被测温度转换为电量,经过调整电路处理后,再将数据传给单片机。单片机接受到数据后,先通过自带的模数转换功能把模拟量转换成数字量,再对数字量进行一定的处理,通过UART通用异步串行接口传给上位机,上位机再做相应处理实现显示及控制功能 。其中的原理可以用来设计电路实时采集温度并通过LED屏显示出来。

以凌阳单片机SPCE061A为系统的核心控制器，设计LED点阵条屏控制板和点阵条屏背板，控制板与背板之间采用SIO串行口通信方式，可以实现汉字的多方式移动，而且还能实现汉字的同步语音播报功能。

无线通信是当前发展最快的技术之一,与有线相比主要有成本低、携带方便、布线安装简便等特点,现在已经广泛应用于工业、农业、能源、电力、国防等各个领域。 目前主要的无线技术有:蓝牙、红外传输、无线局域网( wifi) 等。蓝牙主要用于移动设备之间近距离的数据传输,目前价格还比较昂贵; 红外数据传输价格低廉, 但是仅适合用于点对点的近距离传输,不适合组网;无线局域网技术是以太网的一种无限扩展,但由于其硬件实现需要很大的容纳空间,且对计算机的依赖性比较强, 限制了该项技术在工业领域的应用。SPCE061A可以通过无线通讯来接收配置有GPS定位装置的公交车的位置。用高级语言通过相应的编程可以控制LED显示屏的输出。

SPCE061A的开发环境支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的相互调用。并且提供了语音录放和语音识别的库函数。C语言的基本语法、函数、数据与指针、都是比较容易弄懂的。掌握了基本C语言知识就可以编程了。

参考文献：

[1] 吕磊, 韩印, 范海雁. 基于智能公交系统的公交优先发展战略研究[J]. 交通与运输 (学术版), 2007, 2.

[2] 何旭平. 基于无线通讯的智能公交信息系统研究[D]. 南京林业大学, 2007.

[3] 张丽, 张晗, 张琳波. 发达国家的城市公交信息服务及其启示[J]. 综合运输, 2012 (12): 67-70.

[4] 张国华, 黎明, 王静霞. 智能公共交通系统在中国城市的应用及发展趋势[J]. 交通运输系统工程与信息, 2007, 7(5): 24-30.

[5] 徐黔予. 十二五期间我国城市公交事业发展探讨[J]. 行政事业资产与财务, 2011(8):41-48.

[6] 王安旭. 城市公交车站空间系统发展趋势研究[J]. 美苑, 2010(6):96-97.

[7] 刘欣铭, 张广斌, 陈骞. LED 显示屏技术综述[J]. 黑龙江电力, 2003, 25(4): 294-296.

[8]关积珍, 陆家和. 我国 LED 显示屏技术和产业发展及展望[J]. 现代显示, 2004, 2(0): 0.

[9] 徐江海.单片机实用教程[M].北京: 机械工业出版社, 2007：2.

[10] 凌阳科技.凌阳16位单片机开发实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006

[11] 钟寒梅. 凌阳单片机简介[J]. 国外电子元器件, 2002, 9: 69-72.

[12] 林阳. 凌阳 16 位单片机与其它主流单片机的比较[J]. 电子世界, 2003, 8: 019.

[13] 彭传正,林春景.凌阳单片机原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006

[14] 赵世强, 荆炳礼, 赵满. 凌阳 16 位单片机 SPCE061A 的最小系统及开发[J]. 国外电子元器件, 2003, 5: 37-39.

[15] 孟开元. 多功能集成的 16 位单片机分析及应用[J]. 西安石油大学学报 (自然科学版), 2004, 5: 021.

[16] 左自辉, 熊庆国. 基于凌阳单片机的温度采集系统设计[J]. 湖北省电工技术学会, 武汉电工技术学会 2008 年学术年会暨理事会换届大会论文集, 2008.

[17]梁光胜, 胡红, 王书勋, 等. 基于凌阳单片机的汉字点阵条屏的设计与实现[J]. 现代电子技术, 2006, 29(23): 155-157.

[18] 郑桂兴. 基于 SPCE061A 单片机的无线通信系统设计[J]. 科技资讯, 2012, 28: 003.

[19] 李浩, 邱超凡. 基于 GPS 模块与单片机的语音播报系统设计[J]. 电子产品世界, 2011, 18(11): 48-50.

[20] 黄智伟. 凌阳单片机课程设计指导[M]. 航空航天大学出版社, 2007.

[21]龚运新. 单片机 C 语言开发技术[M]. 清华大学出版社, 2006.