一种粘贴式LED公交智能站牌

王艺蓉，贾志绚，贾志纲

(太原科技大学，太原 030024)

一种粘贴式LED公交智能站牌

王艺蓉，贾志绚，贾志纲

(太原科技大学，太原 030024)

设计了一种城市智能公交站牌，给出系统软/硬件设计方案。该系统以STC12LE5A60S2芯片为控制核心，通过SIMCom有限公司的SIM900A芯片对公交信息服务器发送的GPRS数据进行接收，并通过站牌上LED灯的闪、亮、灭显示此线路上游来车位置信息。LED灯通过粘贴方式粘贴在现有公交站牌的站点名称上方或下方，可为乘客提供方便、直观的公交实时位置信息，经济性好，易于改造施工。

公交站牌;LED;GPRS;GPS;单片机

公交站牌是城市交通的重要设备，给广大乘客提供公交线路的基本信息。其中，电子公交站牌是公交系统智能化的风向标。近年来出现的公交电子站牌均以LED显示屏的形式，动态显示公交车实时运动信息，如线路上的车辆位置、车辆到达站的剩余时间、道路信息等。但其存在以下问题:(1)直观性差，显示周期长:显示屏均采用LED显示屏，每块LED显示屏滚动显示相关信息。站台上若有多条公交站路，则显示信息周期长，且多为文字信息，直观性差，需要近距离观看，乘客大量聚集时，难以满足乘客需求;(2)数学模型单一:现有电子系统的车辆到达时间计算模型是按照所在城市公交车辆的平均速度和平均车流量来计算的，不是实时的; (3)工程造价高:现有的电子站牌多为LED屏的形式，造价高，易损坏，维护费用高。

为此，本文设计一种简易的、基于现有站牌的、粘贴式LED城市智能公交车站牌，来克服现有技术存在的缺点。

1 整体方案设计

电子公交系统是基于定位技术、无线通信技术、地理信息技术、计算机技术等的综合系统，可实现公交车辆运营调度的智能化，公交车辆运行的信息化和可视化，实现面向公众乘客的完善信息服务。

本设计开发了一种新型的公交电子站牌。通过GPS对车辆的实时监控，将监控数据通过GPRS传输给中心服务器，公交车系统中心服务器对数据进行处理后再通过GPRS传输给终端设备[1]，在终端设备上的站牌上显示，如图1所示，显示途径此公交站点的所有公交线路上游的公交车实时位置区段。

本电子站牌可以通过LED指示灯显示本站上游来车的位置区段，候车乘客以此判断侯车时间，从而决定是否等候。本电子站牌可以在现有的公交站牌基础上直接进行改造，粘贴LED灯，加装控制单元，造价低廉，容易施工，后期维护简单。

2 硬件设计

本设计以STC12LE5A60S2芯片为主控核心，复位电路、时钟电路、电源电路为芯片工作的最小系统，使主控单片机芯片能正常进行工作。其外围

图1 电子公交站牌系统示意图Fig.1 The diagram of electronic bus stop board system

设计有:(1)Flash模块，用于存储接收到的数据和确保数据不丢失;(2)SDRAM模块，它读取数据速度快，使数据能够与系统数据保持同步;(3)USB模块，易于扩展，支持即插即用;(4)太阳能电源模块，用于给系统提供电源;(5)GPRS模块，与中心服务器进行数据传输;(6)LED指示灯显示模块，为终端显示模块。

2.1 主控模块

图2 硬件总体框图Fig.2 The general hardware system diagram

主控芯片是电子站牌系统的核心，采用STC12LE5A60S2芯片，STC12E5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度比它快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(25万次/s)，针对强干扰场合，适用于干扰较多的公共场所。STC12LE5A60S2外围电路包括复位电路、时钟电路、电源电路。如图3所示，其中图(a)为主电路，图(b)为电源去耦电路，图(c)为芯片工作指示灯电路，电源去耦电路和芯片工作指示灯电路均与STC12LE5A60S2芯片的41引脚相连。

图3MUC电路Fig.3 MUC circuit

2.1.1 复位电路

复位电路，是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分。复位电路的第一功能是上电复位。由于单片机在运行过程中存在掉电的突发情况，当再次给单片机上电时，单片机内部的一些数据会丢失，一些数据则保持不变，这就会造成程序运行混乱，因此需要复位电路。本设计为了使STC12LE5A60S2芯片能够稳定复位和可靠工作，设计复位电路。

复位电路与6引脚连接，当电源VCC上电时，因电容C两端电压不能突变，所以RES在上电时会有一段时间为高电平，复位有效。持续一段时间后，复位撤除，微机开始工作。

2.1.2 时钟电路

时钟电路就是产生像时钟一样准确的振荡电路，单片机的运行需要时钟电路的支持。换句话说，时钟电路产生时钟来驱动单片机工作，构成时钟电路最重要的部分是晶振，晶振类似于单片机的心脏，给单片机提供工作节拍。如果没有时钟电路，单片机就没有办法工作，也无法进行定时和执行与实践有关的操作。

由于震荡电路中产生的谐波会降低电路时钟振荡器的稳定性，为了电路的稳定性起见，在晶振的两引脚处接入两个瓷片电容接地来削减谐波对电路的稳定性的影响，图 3中时钟电路选用11.059 26 MHz的晶振和两个30 pf的起振电容，

2.1.3 电源电路

电源电路是给单片机供电，使单片机可以正常工作。本设计采用MIC29302IC芯片，该芯片是高度精确的电压调节器，具有450 mV压降的电压，这些是专门为低电压应用，需要一个低压差电压和快速瞬态响应。有过电压保护，以防止电池过电流，并积极和消极的电压顺变。电源电路图如图4所示。

图4 电源电路Fig.4 Power circuit

图5 GPRS通信电路Fig.5 GPRS communication circuit

2.2 无线通信模块

本设计通信采用GPRS通信方式，选用SIM900A模块，SIM900A是SIMCom有限公司生产开发，是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS模块[2]，具有标准AT命令接口，采用SMT封装，基于STE的单芯片方案，采用ARM926EJ-S架构，可以提供GPRS数据通信等业务，可以内置客户应用程序，性能强大，操作简便[3]。如图5所示为通信模块电路图[4]。

2.3 显示模块

显示模块为LED指示灯，粘贴在现有公交站牌的站点名称下方/上方，用以显示上游来车位置信息，灯闪烁代表公交车即将到达此站，小灯亮代表公交车在此站台处于停靠状态。本站牌的特点是显示直观，不存在显示周期问题，改装方便，改装及运行成本低。如图6所示。

2.4 数据存储模块

SDRAM模块选用Samsung公司的 K4S 561632ETC75，工作电压为3.3 V，存储容量为32 M，具有单位空间存储容量大、运行速度快、抗干扰性强及价格便宜等优点。

2.5 电源模块

在供电方面，可以选用两种供电方式:(1)直接使用城市供电;(2)使用太阳能供电。

图6 电子站牌显示牌Fig.6 The electric bus-stop board

(1)采用城市电网供电。每个站牌都连接城市供电系统，供电稳定。

(2)采用太阳能电池供电。本设计即是利用光耦器件实现节点的光电隔离输入接口。光耦器件也称为光电耦合器或者光电隔离器，它是一种以光为中间媒介来传输电信号的器件，通常把发光器件和光检测器封装在管壳内。当输入端加电信号时，发光器件发出光信号，光检测器接收到光信号后就产生光电流，从输出端输出，从而实现了“电—光—电”转换[5]。光耦电路电路图如7所示。

图7 太阳能电源电路Fig.7 The solar power circuit

3 软件设计

本设计采用C语言编程。它是一种结构化开发语言，拥有完善的程序结构模块，可以采用模块程序设计方法进行系统软件开发。

电子公交站牌系统是各个站牌通过GPRS通信系统接收中心服务器发过来的信息，各个站牌处理并显示相应的信息。本设计重点是站牌系统的软件设计，即站牌与中心服务器的通信及显示。主程序是系统软件的控制中心，能够将其他程序和模块结合在一起，系统初始化结束即进入后台循环，站牌就进入了各自的工作模式[6]，站牌软件主流程如图8所示。

图8 系统主流程图Fig.8 Main flow chart of the system

表1 智能电子站牌总预算Tab.1 General budget of electric bus-stop board

4 成本预算

本设计成本低廉，表1为本设计与现有LED屏电子站牌预算对比表。

本设计硬件芯片需用10个芯片，根据市场调研，各个芯片在淘宝上的价格，均价为30元/个;而现有LED屏的设计方案至少采用的芯片个数在15个以上，所用的ARM芯片STM32F103和LED屏驱动芯片SD16726，价位比较高，均价为50元/个[7]。

当一个城市有N个公交车站时，其价格差约为(11050-8630)×N =2420×N元。假设一个1 000个公交站牌，则他们的差额为242万。这仅仅为技术上的差价，还存在装置上的差别，LED灯不需要更换现有站牌，但LED屏站牌需要更换现有站牌。

5 结论

(1)智能公交电子站牌采用单片机控制，运用GPS+GPRS技术来实现数据的发送和传输，单片机芯片进行控制，技术成熟，容易实现;

(2)粘贴式LED设计，利用现有站牌上改装，工程量小，施工成本低;

(3)设计显示直观，不存在显示周期问题，远观近看均可;

(4)与LED屏相比，设备简单，故障率低，系统维护简便，运营成本低。

(5)本设计系统调试稳定，适用性好。

[1]陈胜.公交电子站牌系统分析[J].交通科技与经济，2009，11(4):1-3.

[2]SIMcom公司.SIM900A中文资料手册[EB/OL].http://www.docin.com/p-276736568.html.[2011-6-11].

[3]毛长明，张丽宏.基于GPRS的智能公交站牌设计[J].内蒙古农业大学学报，2010，12(6):92-94.

[4]刘宾，陈占帅，褚志鹏，等.基于GPRS的智能公交站牌显示系统设计[J].电子设计工程，2014，6(11):134-136.

[5]杨帅.基于神经元芯片和单片机双处理器结构LON节点的研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学，2008.

[6]刘永红，孙尽尧.基于ARM9的GPRS短消息数据传输系统[J].现代计算机:专业版，2008(5):21-27.

[7]周念，申金昌，高义奇.中型城市公交电子站牌系统对比研究与优化设计[R].北京:清华大学，2011-5-28.

Intelligent Bus Stop Board of Bonded LED

WANG Yi-rong，JIA Zhi-xuan，JIA Zhi-gang
(Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China)

A intelligent bus stop board was studied，and the design schemes of software/hardware system were projected.The main content of this study uses STC12LE5A60S2 chip as control core，deals with the received information from SIM900A chip provided by SIMCom and controls the LED，which showed the vehicle's position message.The SIM900A clip，as the public transport information clip，receives and sends the bus's GPRS data.And the LEDs were stuck to the bus stop board，which was corresponding to each site name，and showed the real-time location information about the upper stream buses.The new board design can provide more convenient，more intuitive service for passengers，which has well economy and ease of reforming the construction.

bus stop board，LED(Light-emitting Diode)，GPRS，GPS single chip micyoco

U121

A

10.3969/j.issn.1673-2057.2015.04.013

1673-2057(2015)04-0304-05

2014-12-11

同洲电子科技创新基金(TZ201314)

王艺蓉(1989-)，女，硕士研究生，主要研究方向为交通信息工程及控制;通讯作者:贾志绚，教授，E-mail:jiazhixuan374@sohu.com