计算机技术应用 《机电技术》2009年第4期
公交车站智能信息发布系统的设计
庄浩华
（福建省特种设备检验院泉州分院，福建 泉州 362000）
摘 要：本文介绍基于RFID技术设计了一种可以安装在公交车站的电子信息发布系统，主要包含硬件设计和嵌入式软件设计两个方面；硬件方面主要围绕整个的功能需求、模块构架、器件方案等方面进行阐述，而嵌入式软件方面主要针对指站台控制器的设计进行阐述，并总结了此系统的一些优点。
关键词：RFID 公交车站 信息发布系统 ARM UCOS－ii
中图分类号：U491.1┼7 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2009）04-041-03
概述
中国公共交通系统的自动化、信息化还不是很发达。近年来，公交车逐渐进行了一系列信息化升级，例如安装了监控系统，安装了报站功能的报站机等，这些措施都大大方便了车上的乘客。但是有关公交车站的信息化、自动化措施还很少，其实在公交车站为等车的乘客提供相关的公交信息具有更重要的意义，本设计中的基于RFID的公交车站自动化信息系统可以成为公交车站信息化提供一个平台，系统结构如图1所示，首先可以提供各路公交车的具体位置，给出到达本站的预计时间，以便乘客对乘车时间心中有数，其次当公交车靠近公交车站的时候即时发出信息，以便提醒乘客准备上车，除了前面提到这些功能之外，自动信息系统的显示屏还可以显示时间，天气，以及在空闲时间显示文字广告信息，方便大众，具体的系统原理图如图1所示。
[1]
双向数据通信，主要由电子标签、读卡器、信息
管理系统三个部分组成，电子标签由天线和RFID芯片组成，每个芯片都含有唯一的识别码，用来表示电子标签所附着的物体，当电子标签进入磁场后，接收读卡器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送存储在芯片中的信息，或者主动发送某一频率的信息，读卡器获取信息并解码后，送至信息管理系统进行相关的数据处理。与传统的识别技术相比，RFID技术具有无接触、无需人工干预、自然美观，操作方便等特点，在
[2]
公交车站自动信息化方面具有巨大的优势。
2 硬件系统设计
公交车站自动化信息系统的硬件部分主要包括电子标签和含有读卡功能的控制器这两部分，本文将着重对这两个部分，特别是针对控制器的几个主要部分进行介绍。 2.1 电子标签的选择
典型的电子标签电路主要由天线和射频芯片构成，按供电方式又可以分为有源和无源两类，为了保证较好的识别性能，而且要保证在公交车上的电子标签具有10米可读距离，因此采用的是有源类电子标签，而且里面的射频芯片必须采用高频或是超高频类。对于公交车来说，电子标签上所包含的信息不需要很多，也不需要很复杂的功能，只要存有每辆公交车唯一的识别码就行了，因此不用另行设计电子标签模块，只要购买一些
图1 系统原理图
符合标准的电子标签，在本设计中采用的是北京鸿昌泰格公司型号为HCT-LFT-21037的电子标签，此电子标签支持ISO18000-6B标准，采用FHSS模式，可读范围超过8米，将此电子标签贴在公交车前挡风玻璃内侧，当公交车进入读卡器的识别范围之内，卡内的识别码就能被读取。
1 RFID技术及原理
RFID技术即射频识别技术，是自动识别技术
中的一种，是通过无线射频方式进行非接触式的
《机电技术》2009年第4期 计算机技术应用
2.2 站台控制器设计
控制器安装在公交车站，主要实现以下几种功能：(1)读卡功能，通过读取公交车上的电子标签，获得到站的公交车信息，是实现其他功能的基础；（2）信息发布功能，控制器控制LED电子显示屏显示公交信息、各类服务信息和广告信息等；（3）数据管理功能，通过以太网与控制中心进行信息交互，实现公交信息的共享。整个系统功能模块图如图2
所示。 2.2.4 LED电子显示屏电路
目前市面上有很多的大型LED显示屏，价格都比较贵，每平米的室外单色显示屏加上控制器价格要大几千元，鉴于已有的控制器，采用自动设计控制模块的方案，可较大的降低成本。本设计中采用的ARM+CPLD的模式进行大屏幕LED显示控制，这种模式设计可以较好地发挥ARM的控制特性和CPLD的逻辑特性，提高整个显示系统的灵
[4]
活性和可靠性。
驱动LED显示的芯片有专用驱动芯片和通用驱动芯片两种类型，专用的驱动芯片价格比较贵，由于本系统显示主要是一些简单的文字信息，因此驱动电路选用一些通用的驱动芯片，设计中采用了LS138作为行驱动芯片和74LS595作为列驱动芯片。
2.2.5 语音广播系统
ISD33240语音芯片，录音可达4min，在读卡器读取射频ID 的时候，同时也确定了公交车的线路号，然后根据这个线路号调用预存在语音芯片上的声音数据，采用LM486作为语音功率放大电路，驱动扩音系统进行报站。
图2 系统功能模块图
2.2.1 读卡器的选择
本设计中所选用的读卡器也是北京昌泰格公
司型号为HCT-UHF-10802的读卡器，此读卡器支持ISO18000-6B标准，采用FHSS模式，内置高增益天线，读卡范围超过12米，并配备了RS232和RS485接口，使控制芯片通过这些接口就可以控制整个读卡器模块。 2.2.2 控制芯片
随着ARM价格的下降，ARM作为控制核心在越来越多的领域凸显出其性价比，本设计采用了ATMEL公司ARM7系列的AT91M55880A作为控制芯片，此芯片集成度高，内部集成的RTC电路可以作为实时时间系统，集成10bit的AD可以采集实时温度，此外还具备丰富的外围接口，USART接口可作为读卡器的控制接口，EBI接口可以挂接FLASH,SDRAM等，支持系统性能的进一步扩展，芯片最高可以支持100M的工作频率，具备较大数据吞吐方式的DMA接口，可以为远程网络数据提供保证，丰富的IO口资源可以为LED大屏幕显示提供
[3]
IO口，并提供键盘接口作为人机交互接口。 2.2.3 以太网接口电路
DM9000是一款10/100M自适应的以太网控制芯片，比RTL8019，CS8900要先进得多，并且价格也很便宜，为嵌入式设备接入Internet提供了硬件支持，可以通过ARM这种高性能处理器，在其上实现TCP/IP协议而直接接入Internet。
3 软件系统设计
为了提高整个系统的实时性，本设计采用了嵌入UC0S-ii的设计方案，此操作系统是一种可剥夺型的小型实时操作系统，而且代码是开源的，便于移植，软件系统设计主要分为以下几个任务模块：
(1)RfHandleTask.cpp:处理RFID读写任务，其中包括了RFID的读写模块程序，流程如图3所示，由于在公交车站很容易出现多辆公交车同时到达的情况，造成多个读卡器读入多个ID而造成碰撞，因此这个任务中包含了一个RFID的核心技术，即防碰撞程序模块，另外针对公交线路的特点，在某一站台出现的公交ID是比较固定的，而且同时读入的ID号比较少，因此在比较了众多的防碰撞算法之后，选择了二进制搜索算法，具体的程序流程图如图4所示；
(2)RtCollectTask.cpp:实时采集数据任务，包括温度、时间等，采集之后的温度和时间数据都是通过消息模式发送给DisplayTask.cpp任务
[2]
计算机技术应用 《机电技术》2009年第4期
的设计难度，而且公交车定位的确定性又不受影响；
图3 读卡器读流程图
从而显示出来；
(3)NetTask.cpp:网络处理任务，实现信息的网络交互功能，控制器上电后现对系统进行初始化，然后读取本级的IP地址和物理地址，把这两个参数以广播的方式向网络服务器发送，以使网络服务器方得到本级的IP地址和MAC（物理）地址，然后服务器即可向各终端发送数据包，终端在接收到数据包的同时，也到了服务器的IP地址和MAC地址，双方都得到了对方的IP地址和MAC地址之后，即可进行正常的通信；
(4)DisplayTask：显示任务，驱动LED显示屏显示各种文字信息。
图4 二进制搜索防碰撞发流程图
4 本系统设计的优点
本系统主要具有以下几个优点：
(1)采用的RFID技术设计的公交车识别系统不但提结构简单，降低了系统硬件成本，也降低了识别的设计难度；
(2)以“点式定位”的方法来显示公交车在整个线路中的运行位置,大大降低了整个定位系统
参考文献:
(3)采用的以太网络组网方式，提高了整个系统的响应速度，而且可以支持系统的在线升级，对信息发布也具有巨大的优势。
5 结语
本文所介绍的公交车站智能信息发布系统，融入更先进的技术，对现有的公交电子站牌进行进一步的系统优化和功能升级，采用此方案设计可以在满足功能需求的情况下节省成本以及提高系统的建设速度。
[1] 田平，许乔丹.一种新的电子公交站牌方案[J].机电技术,2009，32（02）.
[2] 陈冲,徐志，何明华.一种新的RFID防碰撞算法的研究[J].福州大学（自然科学版）,2009，37（03）. [3] AT91M55800DATASHEET.ATMEL[EB/OL].http://datasheet.eeworld.com.cn/part/9734_ATMEL_AT91M55800.html [4] 刘志龙，李辉，王革思.用CPLD设计LED显示屏控制电路[J].信息技术,2003，27（12）.
作者简介：庄浩华 (1979年-)，男，在读工程硕士，助理工程师，主要从事特种设备检验研究工作。
计算机技术应用 《机电技术》2009年第4期
公交车站智能信息发布系统的设计
庄浩华
（福建省特种设备检验院泉州分院，福建 泉州 362000）
摘 要：本文介绍基于RFID技术设计了一种可以安装在公交车站的电子信息发布系统，主要包含硬件设计和嵌入式软件设计两个方面；硬件方面主要围绕整个的功能需求、模块构架、器件方案等方面进行阐述，而嵌入式软件方面主要针对指站台控制器的设计进行阐述，并总结了此系统的一些优点。
关键词：RFID 公交车站 信息发布系统 ARM UCOS－ii
中图分类号：U491.1┼7 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2009）04-041-03
概述
中国公共交通系统的自动化、信息化还不是很发达。近年来，公交车逐渐进行了一系列信息化升级，例如安装了监控系统，安装了报站功能的报站机等，这些措施都大大方便了车上的乘客。但是有关公交车站的信息化、自动化措施还很少，其实在公交车站为等车的乘客提供相关的公交信息具有更重要的意义，本设计中的基于RFID的公交车站自动化信息系统可以成为公交车站信息化提供一个平台，系统结构如图1所示，首先可以提供各路公交车的具体位置，给出到达本站的预计时间，以便乘客对乘车时间心中有数，其次当公交车靠近公交车站的时候即时发出信息，以便提醒乘客准备上车，除了前面提到这些功能之外，自动信息系统的显示屏还可以显示时间，天气，以及在空闲时间显示文字广告信息，方便大众，具体的系统原理图如图1所示。
[1]
双向数据通信，主要由电子标签、读卡器、信息
管理系统三个部分组成，电子标签由天线和RFID芯片组成，每个芯片都含有唯一的识别码，用来表示电子标签所附着的物体，当电子标签进入磁场后，接收读卡器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送存储在芯片中的信息，或者主动发送某一频率的信息，读卡器获取信息并解码后，送至信息管理系统进行相关的数据处理。与传统的识别技术相比，RFID技术具有无接触、无需人工干预、自然美观，操作方便等特点，在
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公交车站自动信息化方面具有巨大的优势。
2 硬件系统设计
公交车站自动化信息系统的硬件部分主要包括电子标签和含有读卡功能的控制器这两部分，本文将着重对这两个部分，特别是针对控制器的几个主要部分进行介绍。 2.1 电子标签的选择
典型的电子标签电路主要由天线和射频芯片构成，按供电方式又可以分为有源和无源两类，为了保证较好的识别性能，而且要保证在公交车上的电子标签具有10米可读距离，因此采用的是有源类电子标签，而且里面的射频芯片必须采用高频或是超高频类。对于公交车来说，电子标签上所包含的信息不需要很多，也不需要很复杂的功能，只要存有每辆公交车唯一的识别码就行了，因此不用另行设计电子标签模块，只要购买一些
图1 系统原理图
符合标准的电子标签，在本设计中采用的是北京鸿昌泰格公司型号为HCT-LFT-21037的电子标签，此电子标签支持ISO18000-6B标准，采用FHSS模式，可读范围超过8米，将此电子标签贴在公交车前挡风玻璃内侧，当公交车进入读卡器的识别范围之内，卡内的识别码就能被读取。
1 RFID技术及原理
RFID技术即射频识别技术，是自动识别技术
中的一种，是通过无线射频方式进行非接触式的
《机电技术》2009年第4期 计算机技术应用
2.2 站台控制器设计
控制器安装在公交车站，主要实现以下几种功能：(1)读卡功能，通过读取公交车上的电子标签，获得到站的公交车信息，是实现其他功能的基础；（2）信息发布功能，控制器控制LED电子显示屏显示公交信息、各类服务信息和广告信息等；（3）数据管理功能，通过以太网与控制中心进行信息交互，实现公交信息的共享。整个系统功能模块图如图2
所示。 2.2.4 LED电子显示屏电路
目前市面上有很多的大型LED显示屏，价格都比较贵，每平米的室外单色显示屏加上控制器价格要大几千元，鉴于已有的控制器，采用自动设计控制模块的方案，可较大的降低成本。本设计中采用的ARM+CPLD的模式进行大屏幕LED显示控制，这种模式设计可以较好地发挥ARM的控制特性和CPLD的逻辑特性，提高整个显示系统的灵
[4]
活性和可靠性。
驱动LED显示的芯片有专用驱动芯片和通用驱动芯片两种类型，专用的驱动芯片价格比较贵，由于本系统显示主要是一些简单的文字信息，因此驱动电路选用一些通用的驱动芯片，设计中采用了LS138作为行驱动芯片和74LS595作为列驱动芯片。
2.2.5 语音广播系统
ISD33240语音芯片，录音可达4min，在读卡器读取射频ID 的时候，同时也确定了公交车的线路号，然后根据这个线路号调用预存在语音芯片上的声音数据，采用LM486作为语音功率放大电路，驱动扩音系统进行报站。
图2 系统功能模块图
2.2.1 读卡器的选择
本设计中所选用的读卡器也是北京昌泰格公
司型号为HCT-UHF-10802的读卡器，此读卡器支持ISO18000-6B标准，采用FHSS模式，内置高增益天线，读卡范围超过12米，并配备了RS232和RS485接口，使控制芯片通过这些接口就可以控制整个读卡器模块。 2.2.2 控制芯片
随着ARM价格的下降，ARM作为控制核心在越来越多的领域凸显出其性价比，本设计采用了ATMEL公司ARM7系列的AT91M55880A作为控制芯片，此芯片集成度高，内部集成的RTC电路可以作为实时时间系统，集成10bit的AD可以采集实时温度，此外还具备丰富的外围接口，USART接口可作为读卡器的控制接口，EBI接口可以挂接FLASH,SDRAM等，支持系统性能的进一步扩展，芯片最高可以支持100M的工作频率，具备较大数据吞吐方式的DMA接口，可以为远程网络数据提供保证，丰富的IO口资源可以为LED大屏幕显示提供
[3]
IO口，并提供键盘接口作为人机交互接口。 2.2.3 以太网接口电路
DM9000是一款10/100M自适应的以太网控制芯片，比RTL8019，CS8900要先进得多，并且价格也很便宜，为嵌入式设备接入Internet提供了硬件支持，可以通过ARM这种高性能处理器，在其上实现TCP/IP协议而直接接入Internet。
3 软件系统设计
为了提高整个系统的实时性，本设计采用了嵌入UC0S-ii的设计方案，此操作系统是一种可剥夺型的小型实时操作系统，而且代码是开源的，便于移植，软件系统设计主要分为以下几个任务模块：
(1)RfHandleTask.cpp:处理RFID读写任务，其中包括了RFID的读写模块程序，流程如图3所示，由于在公交车站很容易出现多辆公交车同时到达的情况，造成多个读卡器读入多个ID而造成碰撞，因此这个任务中包含了一个RFID的核心技术，即防碰撞程序模块，另外针对公交线路的特点，在某一站台出现的公交ID是比较固定的，而且同时读入的ID号比较少，因此在比较了众多的防碰撞算法之后，选择了二进制搜索算法，具体的程序流程图如图4所示；
(2)RtCollectTask.cpp:实时采集数据任务，包括温度、时间等，采集之后的温度和时间数据都是通过消息模式发送给DisplayTask.cpp任务
[2]
计算机技术应用 《机电技术》2009年第4期
的设计难度，而且公交车定位的确定性又不受影响；
图3 读卡器读流程图
从而显示出来；
(3)NetTask.cpp:网络处理任务，实现信息的网络交互功能，控制器上电后现对系统进行初始化，然后读取本级的IP地址和物理地址，把这两个参数以广播的方式向网络服务器发送，以使网络服务器方得到本级的IP地址和MAC（物理）地址，然后服务器即可向各终端发送数据包，终端在接收到数据包的同时，也到了服务器的IP地址和MAC地址，双方都得到了对方的IP地址和MAC地址之后，即可进行正常的通信；
(4)DisplayTask：显示任务，驱动LED显示屏显示各种文字信息。
图4 二进制搜索防碰撞发流程图
4 本系统设计的优点
本系统主要具有以下几个优点：
(1)采用的RFID技术设计的公交车识别系统不但提结构简单，降低了系统硬件成本，也降低了识别的设计难度；
(2)以“点式定位”的方法来显示公交车在整个线路中的运行位置,大大降低了整个定位系统
参考文献:
(3)采用的以太网络组网方式，提高了整个系统的响应速度，而且可以支持系统的在线升级，对信息发布也具有巨大的优势。
5 结语
本文所介绍的公交车站智能信息发布系统，融入更先进的技术，对现有的公交电子站牌进行进一步的系统优化和功能升级，采用此方案设计可以在满足功能需求的情况下节省成本以及提高系统的建设速度。
[1] 田平，许乔丹.一种新的电子公交站牌方案[J].机电技术,2009，32（02）.
[2] 陈冲,徐志，何明华.一种新的RFID防碰撞算法的研究[J].福州大学（自然科学版）,2009，37（03）. [3] AT91M55800DATASHEET.ATMEL[EB/OL].http://datasheet.eeworld.com.cn/part/9734_ATMEL_AT91M55800.html [4] 刘志龙，李辉，王革思.用CPLD设计LED显示屏控制电路[J].信息技术,2003，27（12）.
作者简介：庄浩华 (1979年-)，男，在读工程硕士，助理工程师，主要从事特种设备检验研究工作。