摘要：针对中小城市公交系统的特点及实际运营环境，考虑性价比和实用性设计了基于ZigBee（紫蜂协议）技术的单片机自动报站系统。站台发射部分采用CC2430芯片实现站址编码信息的自动发射，外围电路简单，可用电池长时间供电。车载部分具有手动和自动报站模式实时切换功能，可通过U盘存储的线路信息方便地实现公交线路的更换，在自动报站的同时可滚动显示站名、日历、时间、星期、温度和服务用语等信息。该系统成本低、可扩展性强、运行可靠且易于安装、维护，适合推广使用。
随着我国经济的高速发展，人们外出旅行的机会逐渐增多，公交汽车在日常生活中的作用越来越突出，从而对城市公交系统安全运营方面提出了更高的要求。目前，许多中等以上城市的公交车上都实现了无人售票，公交司机对行车安全承担的责任也就更大，这就迫切需要在每辆公交车上安装自动报站器。近些年来，国内学者逐步开展了这方面的研究工作，采用单片机、嵌入式处理器、无线传感器网络和GPS等技术设计了各种公交自动报站系统，对城市公交的发展起了很好的促进作用。但是，目前大部分中小城市的公交线路仍未全面采用自动报站系统，急需成本低廉、运行可靠、易于维护、易于推广的自动报站器。
笔者针对中小城市公交系统的特点，将单片机与ZigBee技术相结合，设计出基于ZigBee技术的低成本自动报站器，兼有手动和自动两种报站器的优点，适合于大规模普及应用。
1 总体方案
在城市各主要街道的公交车站台众多，一个站台可能要停靠多个线路的公交车辆，而且同一站台在各个线路的命名可能不一样，因此，站址编码信息需要采用8位拨码开关进行动态设置，以便各路公交车自动识别在本线路中的当前位置。图1所示的是具有n个站台的公交车自动报站系统示意图。
图1 公交车自动报站系统 由于中小城市的路面较窄，公交车在行进过程中可能会同时接收到多个站址编码信息，如图1中右向行驶的公交车就会同时接收到站台1和站台n的编码信息，此时可以通过行驶方向自动判断站台1的编码信息是有效的。车辆行驶方向可以采用预制或站址递增（递减）方式进行识别，如果出现编码突变的情况，说明车辆行进过程中可能因为无法自动报站而采用了手动报站，这样系统可以记录下该站台的编码以便及时维修。
本系统分为车载和站台两部分，车载部分采用以MSP430F149单片机为核心的控制模块；站台部分只需要发射站址编码信息，要求低功耗、低成本、高可靠性且易于维护，因此ZigBee发射模块以CC2430芯片为核心构成。图2所示的是公交车自动报站系统的设计框图。
图2 公交车自动报站系统设计框图 2 硬件设计 2.1 站址编码信息发射器
站址编码信息发射器的硬件设计如图3所示，主要由ZigBee发射模块、晶振、阻抗匹配网络、天线和电池组成。ZigBee选用Chipcon公司的CC2430芯片，该芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器（增强型8051内核），采用0.18 mCMOS工艺生产，在发射模式下电流损耗低于25mA,具有从休眠时间模式切换到主动模式的超短时间特性，特别适用于要求电池寿命非常长的场合，2节5号电池最长可使用2a时间。
图3 站址发射器硬件原理图 CC2430芯片外接32MHz的晶振，通过8位拨码开关SW动态设置站址编码数据，经阻抗匹配网络处理后通过天线发送出去，覆盖范围可达几十米。
该硬件设计方法具有电路简单、信号稳定、成本低、易安装的特点。
2.2 车载自动报站器
车载自动报站器的硬件设计如图4所示（除键盘和显示模块外）。
图4 车载自动报站器硬件原理图 单片机采用TI公司的MSP430F149芯片，其功耗电流为μA级。MSP430内核是16位的CPU,具有高效的RISC指令系统，统一的中断管理，片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14路的12位模数转换器、一个看门狗、六路并行口、两路USART通信端口、一个比较器、两个外部时钟和60kB的闪存，其中两路通信端口可工作于UART和SPI模式。 |
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