引言
隨著社會的發(fā)展，城市公共交通的作用越來越重要，如何合理有效的安排公交車次以及制定公交車運營計劃，是每個公交公司的頭等大事?？土髁康拇笮∈枪还局贫ㄋ羞\營計劃的基礎(chǔ)，但是以往的客流量統(tǒng)計只限于人工記錄、公交自動刷卡記錄，記錄數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間存在較大的誤差，對公交公司的車輛運營計劃的制定造成了很大的影響?；诩t外技術(shù)的公交車載人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)可以全天候工作，真實可靠地記錄客流量，從而可以避免以上人為誤差和刷卡統(tǒng)計誤差。
1、車載人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)的功能
為了有效記錄公交線路各站點的真實客流量，為公交公司提供合理的車輛調(diào)度規(guī)劃依據(jù)，公交車載人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)的功能如下：
1）人數(shù)采集統(tǒng)計功能
公交車在各個停靠站點上下車的人數(shù)都能無誤地被系統(tǒng)記錄。
2）數(shù)據(jù)存儲功能
每個公交車停靠站點以及該站點的客流量為一對一記錄保存，以便公交公司工作人員分析各站點的客流量，合理的制定相應(yīng)的運營計劃。
3）數(shù)據(jù)傳輸功能
車載人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)可以將各個公交停靠站點的客流量數(shù)據(jù)通過有線或者無線方式傳輸給計算機。
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)以單片機msp430f149為核心控制器，集成紅外發(fā)射模塊、紅外接收模塊、串行存儲器模塊、rs232接口模塊和電源管理模塊。系統(tǒng)框圖見圖1。
圖1系統(tǒng)框圖
fig.1systemdiagram
2.1單片機單元
系統(tǒng)采用ti公司的msp430f149單片機作為核心控制器，此款單片機具有16位的cpu集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器，可使單片機實現(xiàn)zui大化的代碼效率；集成jtag，支持在線編程；兩個通用全雙工串行同步/異步通信接口；pwm控制輸出；外部中斷輸入接口。單片機負責(zé)采樣公交車輛開關(guān)門信號，開啟或者關(guān)閉紅外計數(shù)模塊，記錄各個公交站點的上下車人數(shù)，存儲各個站點上下車人數(shù)數(shù)據(jù)并將存儲的數(shù)據(jù)傳輸給計算機。
2.2紅外發(fā)射模塊
紅外發(fā)射二極管lf5038作為發(fā)射模塊的紅外信號發(fā)射器件,其電氣參數(shù)如下：峰值波長為940nm；正向工作電壓vf為1.2v，正向驅(qū)動電流ifzui大值100ma，一般來說，if越大，發(fā)射距離越遠。
由于紅外接收模塊可以接收的載波頻率為38khz，所以紅外發(fā)射模塊需要以38khz的載波發(fā)射信號。單片機msp430f149內(nèi)部包含pwm輸出控制，很容易實現(xiàn)載波信號的設(shè)置。單片機管腳的輸出驅(qū)動能力有限，為提高發(fā)射模塊的發(fā)射距離，采用外接三極管驅(qū)動電路以提高發(fā)射模塊的正向電流if，來提高發(fā)射模塊的發(fā)射距離[2]。紅外發(fā)射驅(qū)動電路如圖2a。
2.3紅外接收模塊
紅外接收模塊采用lf0038f，其性能參數(shù)為：可接收的載波頻率典型值是38khz；當(dāng)紅外發(fā)射模塊的正向電流為300ma時，lf0038f接收的zui小距離為15m；接收角度的典型值為±45º。
紅外接收模塊對供電電源的要求比較嚴格，為防止誤輸出信號的發(fā)生，對其輸入電源進行多級抗干擾以及濾波處理，紅外接收模塊電路圖如圖2b。
圖2紅外發(fā)射接收模塊原理圖
fig.2infraredtransmitandreceivemoduleprinciplediagram
單片機pwm輸出驅(qū)動紅外發(fā)射模塊向外發(fā)射38khz的脈沖信號，lf0038f接收到有效信號時out端輸出低電平信號，當(dāng)lf0038f接收不到有效信號時out端輸出高電平信號，期間由低電平到高電平會產(chǎn)生一個上升沿信號。lf0038f輸出信號的波形如圖3a。
圖3信號波形圖
fig.3signalwaveformfigure
3、系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計
系統(tǒng)可以將各站點相對應(yīng)的上下車的乘客數(shù)量進行存儲，并且可以通過有線或者無線方式傳輸給上位機。有線方式采用rs232接口電路進行數(shù)據(jù)傳輸，無線方式采用紅外通信方式。由于rs232通信技術(shù)比較成熟，容易實現(xiàn)，這里不再介紹，主要詳細介紹紅外通信方式傳輸數(shù)據(jù)。
紅外通信的難點和重點在于紅外信號的編碼格式定義。在系統(tǒng)中編碼格式定義如下：系統(tǒng)采用兩種周期格式分別為1.125ms和2.25ms，其中以脈沖寬度560us、間隔565us、周期為1.125ms表示二進制的“0”，以脈沖寬度560us、間隔1685us、周期為2.25ms表示二進制的“1”。信號周期波形如圖3b。
紅外數(shù)據(jù)編碼包括9部分：引導(dǎo)碼、車輛識別原碼、車輛識別反碼、站點原碼、站點反碼、上車乘客數(shù)原碼、上車乘客數(shù)反碼、下車乘客數(shù)原碼和下車乘客數(shù)反碼，共74位數(shù)據(jù)組成。引導(dǎo)碼由9ms的低電平和4.5ms的高電平構(gòu)成，車輛識別碼由13位原碼數(shù)據(jù)和13位反碼數(shù)據(jù)構(gòu)成，站點碼由8位站點原碼和8位站點反碼構(gòu)成，上車乘客碼由8位上車乘客數(shù)原碼和8位上車乘客數(shù)反碼構(gòu)成，下車乘客碼由8位下車乘客數(shù)原碼和8位下車乘客數(shù)反碼構(gòu)成。為防止通信過程中出現(xiàn)錯誤，用各個反碼驗證前面接收的原碼數(shù)據(jù)是否正確。紅外數(shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)如表1。數(shù)據(jù)發(fā)射編碼圖見圖3c。
表1紅外數(shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)表
tab.1infrareddatacodingstructuresheet
引導(dǎo)碼
車輛識別原碼
車輛識別反碼
9ms低電平，4.5ms高電平
1111110000001
0000001111110
站點原碼
站點反碼
上客數(shù)原碼
上客數(shù)反碼
下客數(shù)原碼
下客數(shù)反碼
00000001
11111110
00001111
11110000
00000111
11111000
當(dāng)需要將車載系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C時，操作人員按下數(shù)據(jù)傳輸控制按鍵，系統(tǒng)進入數(shù)據(jù)傳輸程序，由程序控制紅外發(fā)射模塊按數(shù)據(jù)編碼格式輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號。上位機接收到數(shù)據(jù)后，判斷數(shù)據(jù)是否有效，然后通過紅外發(fā)射模塊向車載系統(tǒng)發(fā)回數(shù)據(jù)有效或者無效應(yīng)答。數(shù)據(jù)傳輸完畢后，車載系統(tǒng)自動進入待機模式，等待新的數(shù)據(jù)記錄的開始。數(shù)據(jù)傳輸流程圖見圖4a。
3.2主程序功能
主程序負責(zé)初始化、開中斷、檢測車門開關(guān)、指導(dǎo)系統(tǒng)進入各種相應(yīng)的工作狀態(tài)。主程序流程圖見圖4b。
3.3上下車人數(shù)統(tǒng)計程序
公交車到站后，系統(tǒng)檢測到開門信號時，程序開啟pwm輸出，驅(qū)動紅外模塊發(fā)射頻率為38khz的脈沖信號，lf0038f接收到信號out端輸出低電平信號。當(dāng)乘客上下車時，紅外模塊發(fā)射的脈沖信號被人體遮擋住[3]，接收模塊沒有信號輸入，lf0038f輸出信號由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑仙赜|發(fā)單片機中斷，程序進入乘客上下車檢測判斷，單片機通過程序處理后確認有乘客上下車時，系統(tǒng)便進行相應(yīng)的上下車人數(shù)記錄。系統(tǒng)檢測到車門關(guān)閉公交車離站時，保存相應(yīng)站點序號以及在該站上下車人數(shù)，并且清零相應(yīng)寄存器?？土鹘y(tǒng)計程序見圖4c。
圖4程序流程圖
fig.4programflowdiagram
4、結(jié)論
紅外技術(shù)是一門新興而且發(fā)展迅速的學(xué)科，各種紅外器件應(yīng)運而生，品種繁多，其應(yīng)用涉及到民用、軍用各個行業(yè)。系統(tǒng)硬件以及軟件均采用模塊化設(shè)計，易于升級與維護。經(jīng)過在線實際運行，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，為公交公司的車輛調(diào)度以及排班安排提供了*手資料。避免了以往人工記錄存在較大誤差的缺點，該系統(tǒng)具有良好的推廣價值和應(yīng)用前景。