基于远距离射频技术的公交车自动报站系统

摘要：采用远距离射频技术和单片机技术，设计公交车自动报站系统。当射频卡(公交车站)进入发射天线(公交车)工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到单片机主系统进行相关处理；单片机通过判断后识别出车站身份，然后将相应的语音信息通过扬声器读出，从而完成自动报站。整个过程无需驾驶员参与，既减轻了驾驶员的工作强度，又确保了公交车的安全性和报站的准确性，该设计具有很高的实用价值。
关键词：自动报站；射频技术；单片机；语音

0 引言
    现阶段，全球定位系统(GPS)技术日趋成熟，越来越多的公交公司利用这一技术来实现公交车的自动报站。但该方式技术复杂，投资大，不易推广。本文采用远程射频技术，结合单片机工作原理，对现有公交车的手动报站装置进行改造。我们以实用性，性价比及可操作性为主要出发点，以减轻公交车驾驶员的劳动强度，提高公交系统的安全性和报站准确性为最终目的，设计出了该公交车自动报站系统。

1 设备整体设计方案
    公交车自动报站器主要由射频阅读器、射频卡、主控制电路板、语音存储模块和键盘显示模块等部分组成，设计方案框图如图1所示。

    在公交车站台处设置特定的射频卡，当公交车进入工作范围(站台进入公交车上的天线工作距离)时，站台上的射频卡接收到发射器的发出的信号，并将射频卡的信息通过天线反射回阅读器，接收后经过单片机的验证，将信号发送给主控制电路进行筛选，辨别车站的信息。辨别完成后，单片机启动语音存储模块，调用语音模块中录制好与车站相对应的语音信息，再通过运算放大电路后，用来驱动公交车中的音响，提醒旅客车站信息，使旅客乘车更加方便，由于整个过程没有驾驶员的参与，大大挺高了公交车的安全性。

2 设备各组成部分设计
2．1 射频发射接收电路设计
    射频发射部分采用DF发射模块，其工作频率为315MHz，采用声表面波谐振器稳频，频率稳定度极高。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。DF数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，当电压变化时发射频率基本不变，其发射距离随着电压的升高而变大。通过测试，遥控距离在离站台30～50m为宜，因此将工作电压设置为3V左右，根据不同站台的地理位置和环境条件的不同还可以进行调整。发射部分电路如图2所示。

    射频接收部分仍采用DF模块，该模块的输入端天线有选频网络，输出端具有波型处理电路，可以减少噪声信号对该系统的干扰，该模块自身辐射极小，模块背面安装网状接地铜箔，减少了自身电磁信号泄漏和干扰信号的影响。接收部分电路如图3所示。

2．2 控制电路设计
    本设计的控制核心采用凌阳公司的16位单片机SPcE061A，语音存储采用凌阳公司的SPR4096芯片，键盘及显示采用凌阳公司的键盘及显示模块。控制电路原理如图4所示。

    射频接收器接收到站台反射回来的信号后，将信号送入单片机。单片机根据存储好的站台数据库进行站台识别，识别结束后再调用语音存储模块事先录制好的对应报站语音信息。语音信息经数模转换电路后输出模拟语音信号，再经放大电路放大驱动扬声器进行语音播报，并调用相应的信息在显示屏上对到站信息进行显示。当报站信息出现异常时，公交车司机可通过操作键盘上的按键，来对报站信息进行调整。
2．3 程序设计流程
    程序设计流程如图5所示。首先对系统进行初始化，确定公交车的初始位置(默认为从起始站出发)。在公交车运行过程中，不断发射射频信号，当靠近某一站台的射频卡时，首先进行识别检验，检验是否为干扰信号，若是干扰信号，则继续发射射频信号，若不是则对反射
回的射频信号送入单片机进行识别，单片机程序采用查询模式，识别站台出的身份后，调用语音模块中相应的语音信息和寄存器中的站台文字信息分别送到音响和显示屏进行语音播报和显示。系统安装手动控制电路，用以解决一些特殊和意外情况。

    接下来对反射回的射频信号进行编码验证，将接收到的射频信号编码与存储在单片机内部存储器中的编码进行比对，识别站台的身份，以确定调用语音模块中语音信息，保证不会发生错误报站的情况，还可以很好地解决多路公交车停靠同一站台时的相互影响问题(不同路的公交车射频阅读器不同)。当出现一些特殊和意外情况时，司机按下控制按键，可强制对报站程序进行修正，或使公交车发出一些特定语音信息。意外情况解除后，公交车接收到新的站台信号，通过编码验证后，程序又可以恢复自动运行。
    此程序在设计过程中考虑了公交车在实际运行中可能出现的问题，满足系统在实际运行中的各项要求。

3 设计方案的实施
    在公交车自动报站系统中，可以利用原有的公交车手动报站系统，在原有的基础上增加一套远距离射频设备和一块控制单片机。将单片机发出的控制信号通过光电传感器加到手动报站器的按钮两端，当射频接收器接收到射频信号时，通过单片机驱动光电传感器导通，达到司机手动按下按钮的效果，从而降低自动报站系统的改造成本，具有更好的可行性。考虑到公交车运行过程中的道路和上下车情况变化很大，因此仍然保留了司机的手动控制电路。这样，若在某些特殊情况下，司机可以对报站系统进行修正。

4 结论
    通过在公交车和站台上的实际测试，本公交车自动报站系统获得了良好的传输效果。系统工作稳定、性能优良、成本低，具有很强的实用性和推广价值，完全可以用它来大规模地对现有公交车手动报站器进行改造。