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1、公交车信息统计与优化系统模型设计作品内容简介公交车信息统计与优化系统，分为上车客流统计、下车屏上显示和刷卡计程消费，三个功能皆由一个总控制路控制，几个分电路分别去执行。实现功能一：可以智能的统计站与站之间的客流量；实现功能二：统计每一站要下车的人数并显示在屏上，屏上显示的数字又受下车的人数的数量影响逐渐变化。实现功能三：运算得出乘客的乘车车程（以站为单位），及乘车价格。具体流程为：给每个站点编定一个固定的数字代码，并以按键的形式安装在公交车的前方，当乘客在前门上车时，按下所到站的按键，通过单片机及其控制的电路系统自动记录并储存该站上车数据，包括总上车人数和到每一个站要下车的人数（在每一站统计的
2、都依次累加）；运算出到每一站下车的车程，并按每一个车程的单价折算出乘车价格，乘客通过刷卡来支付其费用（前提是尽可能的鼓励人们使用公交卡，没有卡的乘客则另外采取相关的措施。）最后系统把存储的数据按程序要求导入方便司机观察的显示屏上，每一次都只显示下一站要下车的人数。乘客下车时，屏上显示的数值受下车时产生的红个线激发的红外线感应控制电路的控制，逐渐减少（一次感应减小一）直到数值显示为“0”。司机可以通过屏上观察乘客是否下完，即当数值显示为零时，乘客已下完，司机可以关闭后门。关键字：客流统计 红外线感应 电子记录 显示屏 刷卡 单片机 GPS1.研究背景 目前，城市交通问题是困扰现代大城市的世界性难
3、题，如何建设畅通、高效的现代化交通系统已成为城市政府的一项重要任务。公交车，作为我国交通系统中一及其重要的交通工具，已成为人们生活中必不可少的一部分。而我国目前公交交通发展不充分，缺少科学合理的管理机制，乘车换乘不方便，路线密度低，网络规划不合理。针对我国的交通现状，我们应采取如下措施：优化公交线路，减少公交盲区；采用先进的公交智能调度技术，建立智能公共交通系统，开展响应需求服务。我们小组就目前的状况，对长沙市内的公交车辆调度及线路问题进行了调查，为方便乘客上下车及公交公司进行总体调控，我们研究讨论了公交车信息统计与优化系统。人数对于智能交通系统具有重要的意义，通过精确的量化数据，我们可以了解
4、到每个区间段，每路公交车的人流量。利用这些数据发挥智能调度系统，使得公共资源更为充分的被利用。客流统计具有如下作用：1、防止司机中途截流。2、实时显示车内人数，谨防超载。3、提供交通运输行业的准确成本。4、根据人流量安排调度车辆的发车时间。根据调查研究我们采用红外光电式客流统计系统统计下车人数，方便安装，易于维护，但在人口密集处无法分割位置紧邻的人群，导致统计精度下降，所以，我们结合视频监控一起使用。目前公交采用统一收费标准，并不是按照路程计费，价格与价值并不等价，不符合均衡价格理论。我们小组采用计程消费方式，使乘客消费经济化，同时公交公司便于统计月结账单，避免了零钱大量堆积的现象。随着公交系
5、统的智能化，以及全球定位系统，无线通信技术及地理信息技术等的进一步发展。我们小组讨论研究了自助式预订下车系统模型。使得公交系统更为人性化，智能化。乘客更为方便。2 设计原理2.1 设计思路先把每一条路线上的每一个站用数字代替，编号为0，1，2，3N站，其中0指始发站，N指终点站，把这个站名表贴在车站站牌上及公交车的收费箱上，方便乘客看见。同时在收费箱上安装上一个数字按钮，上面有0至9，十个数字键及确定键与取消键（有字母C代替)。乘客上车后，选择到站代码按钮，例如乘客要在某一站代码为12的站下车，可以直接按1键与2键组合为12站代码，并按确定键确定输入。整个按键是连接在一个置入程序的主控制单片机
6、上，而这个主单片机又与现有的智能公交管理仪（运用GPS定位原理）、现有公交卡收费系统、电子显示屏相连，电子显示屏又与后门红外线传感器相连接，共同形成一个智能系统。主控单片机通过GPS获取到此站的站名与此站与某一站的车程等信息，并结合乘客输入的相关信息，作出判断与记录，把本站上车总人数和到每一个站要下车的总人数用固有程序模式自动储存在数据储存库中的相应的站名上，方便日后查寻；把运算出的车程这个信息传输给公交卡收费系统；把在每一站累计的下一站要下车的人数输送到电子显示屏上。公交卡收费系统默认的收费原理介绍：如某乘客在某一站上车，由GPS可知本站为X2站,由输入可知他将到达X1站，则程序可运算出车程
7、为X1-X2|站，在由可调节的单价来计算他所需的车费为Q=|X1-X2|*b ，其中b是一个常数，是某一路车每一站的收费标准，由公交车公司自动设置。例如立珊专线公交车从中南大学到火车站有30站，可设置每一站收费0.2元。当一个人从始发站（代码是0）到终点站（代码是30）就需要30-0*0.2=6元，从师大（代码是4）到中南大学（代码是0）需要0-4*0.2=0.8元。电子显示屏的显示过程介绍：乘客上完后，公交车在发动时数据储存库中所储存的下一站要下车的人数的数据就自动输入到电子显示屏上，例如显示数字为9，则说明下一站有9个人要下车。当乘客下车时通过后门时，所发出的红外线引起后门上方的红外线传感
8、器的感应，传感器失去电荷平衡，向外释放电荷，形成电流，经检测处理后就能触发传感器控制电路开关动作，从而控制屏上显示，使屏上数字逐渐递减。如上所说，原来为9，有一人从后门通过后屏上就迅速显示为8，以此类推，最后变为0。2.2 设计结构 （1）总体模型结构图 GPS图1 总体结构图从图1可以看出设计的大体结构和模型，乘客上车后，选择要下车的车站代码编号，并在车站代码输入按钮上输入相应的车站代码编号，例如要在曙光路口下车，则在站代码输入按钮上输入29，并按确定键确认输入。然后刷卡。当乘客上完后，系统记录了相应的输入信号进行数据存储，显示屏同时显示下一站要下车的乘客数目。例如当在中南大学这一站有6人选
9、择在下一车站左家垅车站下车，则公交车从中南大学站出发后，电子显示屏上就显示6，公交车到达左家垅车站并停车后，乘客开始下车，当乘客经过后门时，乘客产生的红外线信号输入红外线感应器，红外线感应器输入相应的信号使电子显示屏上的数字依次减少，即当第一个人从后门下车后，屏上数字就减少为5，以此类推，当乘客全部下完后，屏上显示为0。 (2）总体流程图车站输入存储下车人数显示屏传感器读取显示归0读取GPS数据存储本站数据计算区间站计算价钱刷IC卡 图2 总体流程图由图2可知，整个系统由乘客的车站输入开始，系统自发分为两个部分。如图左边所示，车站输入后，单片机自动读取GPS中的数据，获取本站的地点，并与乘客输
10、入的数据结合，系统通过再次读取GPS中的数据，把这个数据记录在相应的站上，并附上日期，方便以后的查询统计。计算出乘客上下车的区间有多少个站，在按固定的价格折算出所需的费用。如图2右边所示，车站输入后，系统在乘客要下车的那一站上记录一次输入，后来者依次累加，乘客上完后，系统自动读取下一站要下车的人数，并通过显示屏来显示出来。当乘客下车时，通过红外线感应器的感应信号输入，每一个乘客下车就有一次红外线的输入，使得屏上的数字依次递减，直到所有的乘客下车完毕，屏上显示数据零。在系统的控制下，显示屏再次读取下一站要下车的人数。GPS原理GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，
11、然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。
12、而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见GPS导
13、航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个t即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。人体热释电红外传感器原理人体都有相对稳定的体温，一般在37度左右，所以会发出特定波长为10UM左右的红外线。红外感应开关 ，感应角度120度，距离6到10米，延时可调。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化
14、时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能触发开关动作。当有人进入开关感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，开关自动接通负载，人不离开感应范围，开关将持续接通；人离开后或在感应区域内无动作，自动关闭负载。红外感应器通过传感器探测到人体发出的红外线后，接收信号后再经过电路放大而进行传输信号工作。MCS-51单片机的结构 CPU（运算部件）（控制部件）数据存储器P0口P2口程序存储器P1口串行口定时/计数器P3口中断系统特殊功能寄存器（SFR）图3 单片机的内部结构框图 从上图可知，它主要由8个部件通过片内总线连接而成。部件有中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程
15、序存储器（ROM/EPROM）、并行输入/输出口、串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。单片机的管脚除了电源端VCC、接地端VSS、复位端RST、晶振接入端的XTAL1、XTAL2及通用I/O口的P1.0-P1.7外，其于的管脚都是为现实系统扩展而设置的。用这些管脚可构成单片机的三总线形式。它们分别是地址总线、数据总线和控制总.MCS-51单片机存储器可分为五类，即片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、特殊功能存储器和片外数据存储器。MCS-51单片机存储器的地址空间可分为3个，在访问这3个不同的地址空间时，采用不同形式的指令。MCS-51单片机存储器结构有两个重要的特点：
16、一是把数据存储器和程序存储器截然分开；二是存储器有内、外只分。如图4所示，把MCS-51单片机作为整个系统的控制中心，单片机能从“功能键”与“GPS”定位系统中获取相关的信息，并在此基础上控制“显示接口”与“IC卡接口”，从而与下一个系统相连接。与图3相结合，图4的的“功能键”“GPS”“显示接口”“IC卡接口”分别与图3中的“P0”“P1”“P2”“P3”端口相连，形成整个电路系统。GPSMCS-51显示接口功能键IC卡接口 图4公交车收费读卡器的工作原理 射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个IC串联协振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC协振电路产
17、生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。非接触式IC卡（或射频卡），读卡机采用发射交变磁场的形式向IC卡提供能量，IC卡上有感应线圈接收交变磁场的能量（电磁感应变压器原理）并做出回应信号使读卡机接收数据读出卡内信息。公交IC卡是非接触式的。即IC卡只要距离读卡机一定距离内，读卡机就可以读取卡内的数据，而不需要IC卡芯片与读卡器有物理接触。 LED电子显示屏的设计电路原理 通过该芯片控制行驱动器 74HC154和列驱动器7
18、4HC595来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏采用288块88点阵LED显示模块来组成 192x96点阵显示模式。显示采用动态显示，使得图形或文字能够实现静止、移入移出等多种显示方式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应的程序设计，以及使用说明等。软件部分采用单片机汇编语言，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。所显示字符的点阵数据可以自行编写，也可从标准字库中提取。系统硬件部分电路大致上可以分成稳压电源、单片机系统及外围电路、列驱动器电路、行驱动器电路和LED显示屏电路五部分,如
19、图5. 图5 显示屏的总体电路3. 创新特色 用一个相对简单的系统帮助乘客快速下车，特别是在公交车上乘客拥挤，司机在显示屏上无法判别乘客是否已经下车完毕，经此可以减少耽误乘客下车的次数，也可使公交车节省一些不必要的被耽误时间；同时，公交车公司可以通过系统记录的数据来判断哪些站得乘客较多，据此来调整优化公交车行驶线路，不必再特地花费精力来获得此类数据；改善公交车收费标准，使乘客消费物值其值。将公车改装得更加智能化，是大众公交也紧跟上智能的时代。 4 应用前景(结语)随着社会经济的持续快速发展,城市道路不适应交通需求的矛盾日益尖锐,造成了交通拥挤、秩序混乱、事故频发和污染加剧等严重问题.优先发展公
20、共交通已经被世界各国公认为是解决大、中城市交通问题的最佳策略,是城市可持续发展的必由之路.而公交车辆调度是公交企业最基本的、最重要的运营工作.,建立公交车辆智能排班模型.,对公交车辆调度形式和发车时刻非常重要，这些又基于统计客流信息，所以对于这个项目是对公共基础产业发展的支持，国家是非常的支持且审批容易通过。通过对公交车客流量的统计，我们可以了解到每个时间段、每路公交车、每个车站等的人流量，利用这些数据的分析，让公共资源得到更充分的利用。客流统计为管理者提供实时、直观、准确的客流量数据，有利于更高效的管理和组织工作，且直接影响到公交运营效益。通过统计数据，可以合理调度每个时间车辆出发的次数、每
21、路公交车车辆的辆数、公交车在某个站的进站次数跟时间，并且可以通过显示乘客人数的变化趋势，由此采取相关突发事件的预防措施。自助式下车及计程消费又体现了“细节决定成本，服务创造价值”这一经营理念。对于会出现的地铁等其他公共交通，使公交具有更大的竞争力。 总而言之，将系统应用于城市公交车上，将解决拥挤时乘客下车难问题，方便公交车司机的工作，提升公交车为公众服务的质量，也提升了整个公交系统的服务质量，体现了对大众的人文关怀，提升大众交通的品格层次。其次，解决了目前许多公交车公司对公交车线路的优化的问题，利用最少的资源获得更多的应用与回报，体现了科学发展观，落实了科学发展观。系统的实用性非常的强，而且系
22、统相对简单，实施起来相对容易，并且成本较低，也可获得较大的收益，其中提高大众出行品质及群众的消费利益更是不可估量的收益，而且，在沈阳、福州等城市已经有类似的案例，说明其实用性，所以，此系统的应用前景是十分光明的。参考文献1 李全利.单片机原理及接口技术（第2版）北京：高等教育出版社，20042 诸昌钤.LED显示屏系统原理及工程技术成都：电子科技大学出版社，20003 梅开乡.数字逻辑电路（第2版）.北京：电子工业出版社，20054 杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第2版）北京：高等教育出版社，20045 康华光，电子技术基础，高等教育出版社，20046 谢剑英，贾青微型计算机控制技术第3版，北京：国防工业出版社，2001
