太陽能電子公交站牌設(shè)計

摘要：文章設(shè)計了基于太陽能供電的智能公交站牌系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由電子公交站牌，車載系統(tǒng)和公交監(jiān)控中心組成。該系統(tǒng)利甩Zigbee和GSM無線通信技術(shù)，通過具體軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)車輛與站牌之間、站牌與站牌之間的無線連接。該系統(tǒng)可為乘客及公交管理人員提供各種服務(wù)，并在監(jiān)控中心上實時監(jiān)控各公交站及車輛運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)公交車智能管理。
關(guān)鍵詞：太陽能；智能公交；Zigbee

0 引言
隨著時代的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，使得城市交通發(fā)展越來越快，因此對城市交通的管理提出了更高要求。目前國內(nèi)公交系統(tǒng)在信息化建設(shè)方面取得了初步成效，己在部分公交線路上建成公交車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)，安裝了電子站牌與車載GPS定位設(shè)備，實現(xiàn)了對車輛的跟蹤和定位，為乘客進行實時報站。考慮到現(xiàn)行公交系統(tǒng)要求較高的技術(shù)支撐，而且工程龐大，安裝和運營費用高等因素，提出了太陽能智能公交系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有技術(shù)要求低、工程小、安裝方便、運營費用低等特點。在整個設(shè)計中，電子站牌是實現(xiàn)這些功能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用太陽能給站牌供電，并利甩Zigbee和GSM無線通信技術(shù)解決系統(tǒng)通信問題。

1 系統(tǒng)工作原理
太陽能智能公交系統(tǒng)由電子公交站牌、車載系統(tǒng)和公交監(jiān)控中心組成，見圖1。系統(tǒng)采用Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)和GSM通信方式實現(xiàn)公交車與公交站臺、站牌與站牌之間、站牌與監(jiān)控中心之間的通信。

1．1 電子公交站牌
負責(zé)通信的是Zigbee模塊和GSM模塊。其中，站牌上的Zigbee模塊作為協(xié)調(diào)器，即網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起者，構(gòu)建一個無線網(wǎng)絡(luò)，等待公交車上Zigbee模塊的加入，接收公交車發(fā)送信息，將信息處理，再通過顯示屏顯示，同時將信息通過GSM模塊發(fā)送到下一站牌和監(jiān)控中心。公交站上的GSM模塊還要接收其他站牌和監(jiān)控中心發(fā)送來的信息。
1．2 車載系統(tǒng)
使用Zigbee模塊作為通信節(jié)點。將抵達一個車站時，就主動尋找并加入已經(jīng)由公交站布置的Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，把本車的線路和車輛編號信息發(fā)出去，等待確認信號，任務(wù)完成后則退出本站網(wǎng)絡(luò)，并準備尋找下站網(wǎng)絡(luò)。
1．3 公交監(jiān)控中心
使用GSM模塊進行通信。GSM模塊接收公交車到站信息，并發(fā)送公交車調(diào)度信息，實現(xiàn)智能監(jiān)控和調(diào)度。

2 電子公交站牌硬件電路設(shè)計
電子公交站牌是智能公交系統(tǒng)重要的組成部分，主要完成兩個功能：站臺乘客可預(yù)知自己所乘的車輛的最新信息；完成站牌之間及站牌與監(jiān)控中心的通信連接，組成整個公交系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
電子公交站牌由太陽能供電模塊，嵌入式微處理器，無線收發(fā)設(shè)備及顯示LED屏等模塊組成，見圖2。
2．1 嵌入式微處理
本系統(tǒng)采用S3C2440，具有高的時鐘頻率(最高可達400MHz)、較大的存儲空間、方便靈活的指令系統(tǒng)和強大的I／O處決能力等優(yōu)點。此外，還可以嵌入實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，方便對模塊控制。主要完成如下功能：
(1)接收Zigbee模塊和GSM模塊上傳的信息，并對信息進行處理后送入電子站牌顯示屏，顯示車輛到站和車輛行車路況。
(2)通過GSM無線模塊將相應(yīng)的信息送到其他站牌和監(jiān)控中心。
(3)對太陽能供電裝置進行管理，控制充電和放電并優(yōu)化其過程。
2．2 無線通信模塊
系統(tǒng)中無線收發(fā)設(shè)備的可靠性和有效的通信距離是設(shè)計的關(guān)鍵。為此，電子站牌采用了Zigbee模塊和GSM模塊，完成公交車與站牌、站牌與站牌、以及站牌與控制中心之間的通信。
Zigbee模塊由集成收發(fā)芯片CC2430及簡單外圍電路組成。CC2430集成符合IEEE802．15．4標準的2．4GHz的RF無線電收發(fā)機，具有優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性，因此具有很強的可靠性。其工作頻率范圍為2．400～2．4835GHz，數(shù)據(jù)速率可達250kb／s，可完成良好的無線數(shù)據(jù)傳輸。該模塊通過RS232串口方式與嵌入式微處理器之間進行通信。
本系統(tǒng)采用型號為GTM900-C的GSM模塊，該模塊將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統(tǒng)并提供標準接口。在實際使用中，利用標準AT命令通過短信進行通信，實現(xiàn)站牌與監(jiān)控中心間的通信。
2．3 太陽能供電裝置
電子公交站牌采用太陽能電源供電。太陽能供電系統(tǒng)由太陽能光伏板、太陽能控制器和蓄電池三部分組成，見圖3。太陽能電池板輸出的電壓經(jīng)過DC／DC變換后輸送給蓄電池充電，為最大化利用太陽能電池的性能，采用最大功率點跟蹤(MPPT)控制方法。A／D采樣電路將采集到的電壓與電流信號經(jīng)過變換送入微控制器進行分析計算。微控制器S3C2440通過驅(qū)動電路輸出PWM脈沖控制信號調(diào)節(jié)DC／DC轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部開關(guān)管的通斷，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)換電路輸出電壓及電流的控制。此外，微控制器S3C2440還能實時測量蓄電池的端電壓，對蓄電池進行充放電保護，防止蓄電池過充或過放。

2．4 LED顯示模塊
LED點陣顯示屏是一種簡單的漢字顯示器，具有價廉、易于控制、使用壽命長等特點，可廣泛應(yīng)用于各種公共場合。本系統(tǒng)采用型號為P10及大小為16×64的LED顯示屏。系統(tǒng)中ARM通過動態(tài)掃描方式對LED進行控制，完成公交車位置顯示。