基于RFID技术的电子站牌设计-硕士论文

分类号 UD C 密级 单位代码! Q 1 51 基于R F I D 技术的电子站牌设计 张莹 指导教师张升文职称 教授 学位授予单位大连海事大学 申请学位级别工学硕士 学科( 专业)管理科学与工程 论文完成日期2 0 1 3 年5 月 答辩日期2 0 1 3 年6 月 答辩委员会主席 I I I lllU lI 1ll l lI IU I I Y 2 3 7 5 5 6 7 T h e D e s i g no ft h eE l e c t r o n i cB u sS t o pB o a r dB a s e d o nR F I D At h e s i sS u b m i t t e dt o D a l i a nM a r i t i m eU n i v e r s i t y I np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f M a s t e ro fE n g i n e e r i n g b y Z h a n gY i n g ( M a n a g e m e n tS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ) T h e s i sS u p e r v i s o r ：P r o f e s s o rZ h a n gS h e n g w e n M a y 2 0 1 3 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文= = 基王墼! 旦堇丕的电王站蝗遮盐：。除论文中已经注明引 用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公 开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 认盟 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密西( 请在以上方框内打“4 ， ) 撇：张益僦名：乡长研支 日期：2 0 侈年6 月站日 中文摘要 摘要 随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，人们对出行的要求也越来越高， 故而对城市公交系统的服务要求也在提高，传统公交系统的基础设施已不能满足 人们出行的需求。信息技术的发展为提升公交系统服务水平提供了良好的手段， 其中电子站牌成为公交系统中的重要组成部分，目前虽已被很多发达城市使用， 但是由于电子站牌的建造费用太高，很多中小型城市不能广泛应用。所以，电子 站牌在设计中不仅需要考虑功能的实现，还要考虑它的成本问题，本文开展基于 R F I D 技术的电子站牌的研究，对提升公交系统服务水平，降低运营成本具有重要 的意义。 本文通过对国内外现状的系统研究，分析目前电子站牌存在的共性问题，然 后以G P S 技术、G P R S 技术、R F I D 技术和单片机的相关技术为基础，根据系统的 需求分析和设计思路，提出一种基于R F I D 技术的电子站牌设计。这种设计将现有 的G I S 、G P S 和G P R S 技术结合起来，并引入R F I D 技术，采用单片机控制G P S 模块、G P R S 模块、R F I D 模块，完成公交系统中服务端、车载终端和电子站牌三 个部分的“会话”通信。本文通过采用R F I D 技术使电子站牌不需要连接网络，从 而系统不仅实现了基本功能，而且达到了以“低成本，轻载站点、车载基站”为 理念的设计目标。最后，本文以玉溪市公交系统为落脚点，采用层次分析法，把 本文设计的系统与现有的系统进行成本分析，得出本文设计的电子站牌是相对低 成本的系统，可以更好地服务大众，在中小型城市中可以广泛应用。 本文综合利用G P S 、G P R S 和R F I D 数据传输技术，将物联网的理念引入到系 统整体设计中，开创性地提出“轻载站点”和“车载基站”的概念，高效低成本 地实现了城域公共交通数字化管理。本文对引导城市交通集约化发展，改善民众 出行条件、提高交通信息服务的及时性、准确性、交互性、可监管性，降低智能 化交通运营成本，增强城市活力、提升城市知名度、促进城市社会经济可持续发 展具有重要的现实意义。 关键词：电子站牌；G P R 8 技术；R F I D 技术；单片机 英文摘要 A B S T R A C T W i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o u n t r y V sE c o n o m i cl e v e la n di m p r o v e m e n to fp e o p l e S l i v i n gs t a n d a r d s ，p e o p l e St r a v e l l i n gd e m a n di sb e c o m i n gm o r ea n dm o r eu r g e n t ，t h u st h e s e r v i c er e q u i r e m e n t so ft h eu r b a np u b l i ct r a n s p o r ts y s t e mb yp e o p l ea r ei n c r e a s i n g ， a n dt h ei n f r a s t r u c t u r eo ft r a d i t i o n a ls y s t e mc a n n o tm e e tt h en e e d so fp e o p l e T h e d e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yp r o v i d e sag o o dm e a n st oe n h a n c et h ep u b l i c t r a n s p o r t a t i o ns y s t e ms e r v i c e s ，a n de l e c t r o n i cs t o p s i g nb e c o m ea ni m p o r t a n tp a r to f p u b l i ct r a n s p o r t a t i o ns y s t e m I th a sb e e nu s e db ym a n yd e v e l o p e dc i t i e s ，h o w e v e r , d u e t ot h eh i g hc o s to ft h ec o n s t r u c t i o no ft h ee l e c t r o n i cs t o ps i g n ，i ti sn o tw i d e l yu s e di n m a n ys m a l lc i t i e s T h e r e f o r e ，t h ee l e c t r o n i cs t o ps i g ni nt h ed e s i g nn o to n l yn e e dt o c o n s i d e rt h ef u n c t i o no ft h er e a l i z a t i o n ，b u ta l s oc o n s i d e rt h ec o s tp r o b l e m T h i s d i s s e r t a t i o nc a r r i e do u tt h es t u d yo ft h eE l e c t r o n i cB u sS t o pB o a r db a s e do nR F I D ， w h i c hh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et oe n h a n c et h el e v e lo fs e r v i c eo ft h ep u b l i c t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，a n dr e d u c eo p e r a t i n gc o s t s T h r o u g ht h es t a t u sq u oa td o m e s t i ca n do v e r s e ar e s e a r c h ，t h i st h e s i sa n a l y z e c o m m o np r o b l e m sf r o mt h ee x i s t i n gE l e c t r o n i cB u sS t o pB o a r d A c c o r d i n gt ot h e s y s t e mr e q u i r e m e n t sa n a l y s i sa n dd e s i g ni d e a s ，t h i st h e s i sp u t sf o r w a r da nE l e c t r o n i c B u sS t o pB o a r db a s e do nR F I Dt e c h n o l o g y , w h i c hb a s e do nG P St e c h n o l o g y , G P R S t e c h n o l o g y , R F I Dt e c h n o l o g ya n d m i c r o c o n t r o l l e rt e c h n o l o g y T h i sd e s i g nc o m b i n e st h e e x i s t i n g ”3 G ”t e c h n o l o g yw i t hR F I Dt e c h n o l o g y , t h r o u g hm i c r o c o n t r o l l e rc o n t r o l sG P S m o d u l e ，G P R Sm o d u l e ，R F I Dm o d u l e ，a n di tc o m p l e t et o ”c o m m u n i c a t e ”a m o n gt h e t h r e ep a r t so ft h es e r v e rc e n t e r , b u st e r m i n a la n dE l e c t r o n i cB u sS t o pB o a r d I tm a k e s E l e c t r o n i cB u sS t o pB o a r dn o tc o n n e c tt h en e t w o r kt h r o u g hu s i n go fR F I Dt e c h n o l o g y , S Ot h a tt h es y s t e mn o to n l yr e a l i z e dt h eb a s i cf u n c t i o n s ，b u ta l s oa c h i e v e dt h eg o a la b o u t t h ec o n c e p to f ”l o w c o s t ，l i g h t - l o a ds t a t i o n ，C a rb a s es t a t i o n ”F i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h e Y u x iC i t yb u st r a n s p o r ts y s t e m ，t h i st h e s i sa n a l y s e st h i ss y s t e mc o s tw i t ht h ee x i s t i n g s y s t e m sc o s tu s i n gt h eA n a l y t i c a lH i e r a r c h yP r o c e s s ，S Ot h a tt h ed e s i g no f t h eE l e c t r o n i c B u sS t o pB o a r di sar e l a t i v e l yl o w - c o s ts y s t e m ，i tc a nb e t t e rs e r v et h ep u b l i c ，a n dw i d e l y u s e di ns m a l la n dm e d i u m s i z e dc i t i e s T h i st h e s i sc o m p r e h e n s i v eu s eo fG P S ，G P R Sa n dR F I Dd a t at r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g y , a n dp u tt h eI n t e r n e to fT h i n g st h e o r yt o t h e s y s t e md e s i g n ，w h i c hp u t 英文摘要 f o r w a r dt h ei n n o v a t i v et h ec o n c e p t ”l i g h t - l o a ds t a t i o na n dc a rb a s es t a t i o n ”S Ot h i s s y s t e mC a nr e a c h t h ec i t yp u b l i ct r a n s p o r td i g i t a lm a n a g e m e n t e f f i c i e n t l yl o w - c o s t I t h a sa ng r e a ts i g n i f i c a n c ef o rg u i d i n gu r b a nt r a n s p o r ti n t e n s i v ed e v e l o p m e n t ，i m p r o v i n g p e o p l e St r a v e lc o n d i t i o n s ，t r a f f i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e ，t i m e l i n e s s ，a c c u r a c y i n t e r a c t i v i t y , r e g u l a t o r y , i n t e l l i g e n tt r a n s p o r to p e r a t i n gc o s t s ，e n h a n c i n gt h ev i t a l i t ya n dv i s i b i l i t yo f t h ec i t y , p r o m o t i n gt h ec i t y ss o c i o - e c o n o m i cs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t K e yW o r d s ：E l e c t r o n i cS t o p ；G P R St e c h n o l o g y ；R F I Dt e c h n o l o g y ；S i n g l eC h i p M i c r o c o m p u t e r 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 选题背景与意义1 1 2 国内外研究现状与发展趋势3 1 2 1 国外研究现状与发展趋势3 1 2 2 国内研究现状与发展趋势4 1 3 研究内容与论文结构6 1 3 1 主要研究内容6 1 3 2 章节安排6 第2 章系统相关技术研究9 2 1G P S 技术9 2 2G P R S 无线通信技术9 2 3I 心I D 技术1 1 2 3 1R F I D 系统组成及工作原理1 1 2 3 2 电子站牌通信方式1 3 2 4S o c k e t 通信技术一1 4 2 5 单片机技术1 4 2 5 1 单片机概念及其特点1 4 2 5 2 单片机串行通信技术1 5 2 6 本章小节1 5 第3 章系统需求分析与总体设计一17 3 1 系统需求分析1 7 3 2 系统总体设计及工作流程1 9 3 3 系统功能特点2 0 3 3 1 车载终端功能2 l 3 3 2 电子站牌功能2 2 3 3 3 服务端功能一2 3 3 4 本章小结2 4 第4 章系统功能实现一2 5 4 1 系统工作原理2 5 4 2 车载终端2 8 4 2 1 车载终端硬件设计及工作原理2 8 4 2 2G P S 模块3 0 目录 4 2 3R F I D 模块3 3 4 2 4G P R S 模块3 9 4 3 电子站牌子系统4 8 4 3 1 电子站牌硬件设计及工作原理一4 8 4 3 2 电子站牌R F I D 模块识别原理4 8 4 3 3 电子站牌外观设计一5 0 4 4 服务端子系统5 2 4 5 本章小节5 6 第5 章系统应用与分析一5 7 5 1 玉溪公交现状5 7 5 2 系统应用分析5 9 5 3 系统应用总结6 8 5 3 1 经济适用性与可行性一6 8 5 3 2 应用前景分析一6 9 5 4 本章小结6 9 第6 章结论7 0 6 1 总结7 0 6 2 展望7 1 参考文献7 2 攻读学位期间公开发表7 6 致谢7 7 基于R F I D 技术的电子站牌设计 第1 章绪论 1 1 选题背景与意义 交通对于每个人来说是日常生活的重要方面，由于城市的不断发展，交通拥 挤等问题已经日益严重，很多城市已经广泛使用公交车减轻交通的压力【1 。公交作 为现在居民出行常用的交通方式，它的发展对于城市的综合利益是非常重要的。 随着城市的发展和人们生活水平的提高，人们的出行率越来越高，对出行方 面的要求也越来越高。在一个城市，与出租车和私家车相比，公交车的人均占道 面积少、耗费低、效能高，既节约能源又减少环境污染，是建设节约型社会的一 项重要内容，实施公交优化具有重大的战略意义。 但是，传统的公交管理模式已经不能达到城市居民的要求，也不能很好地为 乘客提供服务 2 。例如，到站时间不确定，人们不能确定自己的乘车时间；运营调 度不科学，总会出现乘客很长时间等不到车，不知道车什么时候到站。这些问题 都可能导致人们很多时候改乘其它交通工具，使公交车不能很好地发挥自己的作 用 3 。因此，是否能够准确预测下一辆车到站时间并且动态发布，已经成为乘客非 常关心的问题，同时也是公交管理者急需解决的问题。 近年来，新的信息科技在仿真、实时控制、通信网络等领域的长足发展，智 能交通系统开始进入人们的视野。很多城市都开始着重进行公交系统信息化的建 设，一些经济相对发达的地方已经在部分公交路线上使用了公交调度系统，其中 车上装载G P S 定位设备，实现车辆的跟踪【4 】；站点处安装了电子站牌，用于显示 预测车辆的到站时间，提高服务水平，这些以信息技术为基础的基础设施成为公 交系统的关键组成部分。 所谓电子站牌，就是电子显示屏幕形式的公交车的指示牌，通过该电子屏幕， 可以看到下一辆乃至该线全部公交车的运行情况，即哪一车站有车、哪一车站没 有车、估计什么时间到达本站、车上的人员拥挤状况、该车是否出现故障等信息。 它集成了计算机、通讯、电子地图与现代控制技术，它是城市公交信息化、现代 化的标志之一。电子站牌不仅能显示下一辆车的到站时间、距离，让乘客可以及 时了解公交车的位置，合理安排自己的乘车时间，而且调度管理人员通过车辆信 第1 章绪论 息在地图的实时显示，可以更好地管理调度车辆，对于突发事件也能灵活和及时 处理。显然，合理完善的公交管理系统为乘客提供了优质的服务，同时也为公交 调度负责人提供了安全的管理平台，有助于管理流程优化并提高管理效率。 智能公交管理系统的建立不仅可以让乘客享受到最多的便利，而且为运营者 提供了高度的智能化管理平台。通过设置电子站牌动态显示公交车的位置信息， 便于乘客及时掌握候车时间和乘车时间，使换乘衔接更为高效，换乘方案可预见 性更强。通过电子地图实时掌握公交车的位置信息，使管理更加灵活，使车辆、 人力资源开发运用更高效、经济，对事故等紧急信息的处理更及时。总之，系统 在改变落后的运营管理和调度模式、实现公交资源的最优配置、提高公交企业效 率、提升公交服务水平和吸引乘客等方面具有重要的现实意义。 现有的电子站牌公交系统主要分为两大类：一类是基于G P S G P R S 的有线电 子站牌公交系统；另一类是基于G P S G P R S 的无线电子站牌公交系统。它们存在 以下共性问题。 ( 1 ) 核心功能不突出，喧宾夺主 电子站牌的名称就指出了其核心功能是预报车辆进站情况。现有的很多电子 站牌都淹没在各种辅助信息中，使得电子站牌沦为电子广告牌5 1 。 ( 2 ) 过于依赖“3 G ”( G I S G P S G P R S ) 技术 利用“3 G ”技术固然可以实现车辆实时准时定位，但在固定的公交线路上， 这种过剩功能并不能给整个系统带来好处，甚至可能造成麻烦【6 1 。同时，通讯高峰 时段和客运高峰时段存在重合，因通讯网络拥塞造成的信息传递失败的不良后果 也最大。 ( 3 ) 建设和维护成本过高 为了保证通讯系统的正常运行和安全，单站点的建设费用很可观，相对于一 个公交站点所应具有的基本功能而言有些不成比例【7 1 。运营的电子站牌系统运行完 全依赖于公用无线网络，进出数据流量过高，致使日常运行费用居高难下。同时， 高昂的成本使得在偏远站点设立电子站牌成为一种奢侈行为，最终导致整个作用 范围受限。在无线通讯信号不良地段，电子站牌的使用受到极大限制。 基于R F I D 技术的电子站牌设计 综上，采用新的技术应用于公交系统中，改变电子站牌的设计，降低成本变 得尤为重要。 本课题的支撑单位是玉溪市公交公司，玉溪市作为中国西部一个不太发达的 高原城市，由于有限的经济基础，为了平衡发展，在交通建设上的投入有一定的 局限性，但是该城市的交通问题又比较明显。如何在现有的条件下，提升已有的 常规公交服务水平是玉溪市政府的当务之急。课题研究从玉溪市的实际需求出发， 开展基于R F I D 技术的廉价高效电子站牌能够部分替代现有的电子站牌，以提升玉 溪市公共交通的服务水平，为实现公交系统智能化添砖加瓦。 1 2 国内外研究现状与发展趋势 1 2 1 国外研究现状与发展趋势 国外很多的发达国家对于电子站牌的研究比我国要早很多，追溯于上世纪的 8 0 年代，现在已经普遍应用。如，英国伦敦早在1 9 8 7 年，电子站牌就应用于公共 汽车中，可以显示下辆汽车到达本站的时间，它们采用的是微处理机技术 1 2 。有 些国家由于路况、法制、管理等因素相对水平较高，其公交正点率极高，因此公 交站牌技术的应用环境相对简单，有时仅靠一张固定的公交时间表就能解决班次 预报的问题。但更多国家还是根据本国的实际情况，大力发展智能公交系统，提 升公交运力，提高公共交通的乘坐率，以此来缓解城市交通压力，减少城市道路 拥堵。 美国、日本、加拿大、英国、法国、韩国等国家都投入了较大的人力和物力 从事智能公共交通系统研究，在国际上均处于领先地位，并已取得了显著的成果。 自2 0 世纪8 0 年代以来，许多国家公共交通部门开始应用先进的信息与通信技术 进行公交车辆定位、车辆监控、自动驾驶、计算机辅助调度及提供各种公共交通 信息以提高公交服务水平。下面介绍一下世界各国在智能公交系统方面的研究现 状。 韩国的首尔市构建了巴士管理系统，系统中所有的公交车上都装载了G P S 卫 星定位设备 ” 。通过卫星定位后的信息，其中包括经纬度、速度、乘车数量等信 息传递给调度中心，调度中心对信息进行处理，然后进行控制和调度。调度中心 处理后的数据返回给车载终端，并通过站点的电子站牌显示器显示出来，这样乘 第1 章绪论 客可以根据信息了解公交车的行驶状况，合理安排等车时间。乘客还可以通过手 机和站牌进行交互，了解其他信息。 法国巴黎的公交服务系统中公交站牌外观设计清新，信息显示让乘客一目了 然 1 4 】。为了便于乘客选择乘车，在地铁站还可以免费领取公交车线路图。公交车 站牌上显示的车辆到达时间，使乘客在了解到站情况后可以安排等车时间。如乘 客7 ：5 0 到达等车的地点，而电子站牌上显示的要等的下一辆车的到达时间是8 ： 0 0 ，这个时候，乘客可以利用空余时间去买份报纸或早餐，然后再按时回到站点 乘车。 美国城市公共交通管理局( U M T A ) 已经启动了先进的公共交通系统项目 ( A d v a n c e dp u b l i cT r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ，简称A P T S ) 。经过检测得出系统可以减 少交通压力，对于环境优化和能源安排都有一定的效益。在德国科隆，该市公共 交通由K V B 经营。K V B 公司8 0 年在德国率先建立德国第一个公交调度指挥中心， 并在全部的运营车辆上安装了G P S 设备，应用G P S 、标杆和惯性定位三种手段实 现对运行车辆的实时监控。目前，日本已成功地开发了智能导航系统和公共交通 管理系统。智能导航系统向用户提供道路通行情况及天气情况等有关交通信息、 线路电子地图及G P S 服务，为出行者优选路线、安排行程，如9 0 年代开发的V C I S 系统。而公共交通管理系统则提供公共交通运行情况信息，协助调度管理公交运 营。新加坡、保加利亚也将G P S 卫星定位系统应用于城市公交信息化的建设中， 形成了一体化的公交运营系统，通过它对车辆进行管理和调度【l6 | 。 电子站牌作为城市公交智能化的重要组成部分，需要进一步去完善，不能按 部就班地使用已有的系统，应该根据国情、城市的发展情况和具体的地形环境研 究和开发智能公交系统。 1 2 2 国内研究现状与发展趋势 近几年来，国内的公交事业发展迅速，尤其是在我国大力发展城市公交的优 惠政策引导下，公交产业的电子化和信息化步伐正在加快，无人售票已经在国内 许多城市实行，同时I C 卡收费形式也在国内许多大中城市迅速普及。像公交I C 卡系统一样，城市公交电子站牌已陆续出现在我国各个大中城市的街头，不仅为 人们的出行带来极大的方便，而且也会为美丽的城市增添一道亮丽的风景线。 基于R F I D 技术的电子站牌设计 早在1 9 9 4 年，我国就开始关注国际上关于智能公交系统( I T S ) 的研究，在 接下来的一年，我国开始广泛地研究I T S ，其中包括很多方面，同时在I T S 的研究 和实际应用也取得了相当大的进步。其中重要的研究成果包括：交通部组建了中 国智能公交系统( I T S ) 政府协调小组，国家的科技部成立了智能交通系统工程研 究中心，铁道部还成立了智能交通协会 8 】。智能交通系统是交通信息化的一种 发展趋势，它将信息采集技术、数据处理及传输技术、电子控制、计算机以及传 感技术等相互结合起来，然后有效地应用于城市的交通系统中，建立起一个“交 通信息网”【9 】。它的建立有效解决了交通堵塞的严重问题，与此同时为乘客出行提 供了安全保障，当道路顺畅、交通环境良好，随之城市环境也有了很大改善。它 的作用在于缓解了交通压力，保障了交通安全，同时对改善城市环境也起到了非 常大的作用【l0 1 。智能公交系统是城市交通系统的重要组成部分，也是我国目前研 究的重点。我国很多城市已经开始研究公交智能化的课题，其中有些城市已经在 使用改造中。目前，国内许多的大中城市已经完成部分公交线路的电子站牌改造 工作，如上海、杭州、郑州等城市。 2 0 0 5 年，电子站牌进入天津市居民的视野，它的设计新颖独特，很受欢迎。 2 0 0 7 年成都的公交系统发展起来，其中车载部分都采用的是G P S 定位装置，系统 中包括电子站牌、后台管理等部分。2 0 0 8 年，哈尔滨在全市公交车安装了G P S 卫 星定位系统，市民可以通过网络、电话、电子站牌等了解乘车路线和车辆状况。 2 0 1 1 年7 月，广东佛山市2 5 0 0 0 多辆车使用新的S I M 卡，采用G P S 系统，使居民 依据电子站牌的显示或者其他设施，随时了解公交车的行驶情况【1 1 | 。 可以看出，随着我国公交建设作为重点研究方向的一系列政策的提出，公交 系统信息化和智能化得到了快速的发展，很多方面都丰富起来，例如解决方案、 产品的种类及行业的数量。大多城市的公交车都使用了G P S 车载终端对车辆进行 实时监控，使用了电子站牌了解乘车路线和路况信息，公交公司的管理者也可以 通过公交系统进行管理，减轻了管理者的工作负担。对于乘客的服务来说，更是 达到了很好地效果。电子站牌不仅显示车辆到站情况，并能有效预测下一辆公交 车的到达时间，为了更好地服务居民，电子站牌还附有天气、日期等信息，方便 乘客的出行。同时，也为不增加车辆合理调度提供了有效地方法。从全国范围来 第1 章绪论 看，电子站牌建设热潮方兴未艾。目前电子站牌实施成功的案例多鉴于地铁、轻 轨等轨道交通设施中，陆上公交系统中成功案例并不多见，多处于探索和示范阶 段。但从宏观层面看，公交信息化地发展已是必然趋势，而作为其中重要环节的 电子站牌的建设和应用在整个系统的实现具有举足轻重的作用。 1 3 研究内容与论文结构 1 3 1 主要研究内容 本文以玉溪市为例，根据其优化后的公交系统，并考虑该城市在未来一段时 间内的发展需求和经济因素，提出一种基于R F I D 技术的电子站牌。这种电子站牌 通过R F I D 技术识别当前到站公交车上的电子标签，此标签携带着下一辆公交车的 信息及其他服务信息，然后再将信息显示在电子站牌上，这样可以提供给乘客较 准确的公交车信息，方便乘客选择最合适的出行方式，同时也缓解了城市交通拥 挤。更重要的是，基于R F I D 技术的电子站牌不仅可以达到现有公交系统的功能， 又由于电子站牌不连接网络，而大大地降低了成本，为居民提供了更多的服务信 息，具有一定的经济效益和社会效益。 本文在了解国内外发展现状基础上，以G P R S 技术、G P S 技术、R F I D 技术、 单片机技术及套接字通信技术作为技术支持，设计出一种基于R F I D 技术的电子站 牌公交系统。然后具体地对基于R F I D 技术的电子站牌的各个部分功能进行设计， 采用单片机控制通信模块并通过基于T C P I P 协议的流传输完成数据传输及功能的 实现。最后，通过层次分析法比较得出本文设计的系统成本低的优势。 本文主要是在应用方面创新，提出了基于R F I D 技术的电子站牌设计，这种设 计是在总结现有的公交技术不足的基础上，将R F I D 技术应用在电子站牌的设计 中，解决了电子站牌不用连接网络的问题，并且采用G P R S 无线通信，在经济上 节省了很大的成本，比较适合中小型城市的应用与推广。 1 3 2 章节安排 第1 章绪论 叙述论文的选题背景与意义、国内外现状及发展趋势以及本课题的研究内容 和论文章节安排。 基于R F I D 技术的电子站牌设计 第2 章系统相关技术研究 本章主要研究了系统中需要的相关技术及理论知识。主要包括G P S 技术、 G P R S 技术、R F I D 技术、S O C K E T 通信技术和单片机相关知识。重点分析了系统 中网络通信G P R S 技术和电子站牌通信的R F I D 技术的优势。最后，简单介绍了基 于T C P I P 的数据接收与发送的S O C K E T 技术和控制通信模块的单片机相关技术。 第3 章系统需求分析与总体设计 本章首先通过系统的需求分析得出设计思路，接着提出系统的总体设计方案， 最后提出系统的功能结构。 第4 章系统功能实现 本章研究电子站牌系统的实现原理，主要包括系统的结构组成及各个模块之 间的数据传输过程。其中功能实现部分从三个方面进行了详细地研究：车载终端、 电子站牌和服务端。车载终端在研究工作原理的基础上，从R F I D 模块、G P R S 模 块和G P S 模块进行了详细研究；电子站牌子系统主要研究了工作原理和车辆识别 过程，还有电子站牌的外观设计；服务端子系统主要研究的是数据的接收与发送。 第5 章系统应用与分析 采用层次分析法，结合玉溪公交的现状，通过与现有系统的应用分析，得出 系统的优势。 第6 章结论 总结了论文的研究成果，并指出其中存在的不足。 第1 章绪论 r 绪论 、 、一- - 一一一- - 一一一 士 0 ( 哪技术)( R F I o 技术)( 髓z o 技术 一一一一一。l 。一一一一一一一一一一一一一一一I一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一一一 基于R F I D 技术电子站牌公交系统 l、 ， ：调度中心) 爿车载终端) 爿电子站牌 o 未通信) 每鼾声渝西运 图1 1 论文组织结构图 F i g 1 1t h ep a p e rs t r u c t u r ed i a g r a m 8 图|图一圉圈|圈 基于R F I D 技术的电子站牌设计 第2 章系统相关技术研究 2 1G P S 技术 G P S 技术是目前最常用的卫星定位技术【l7 1 。它最早是由于美国国防部为了军 用而设计出来的。它包括宇宙空间、地面监控和用户设备三部分【18 | 。它的运作机 理比较简单，就是通过接收机与三个卫星之间的距离，然后根据三点定位的方式 确定接收机的位置 19 1 。其中得到接收机和G P S 卫星之间距离的主要原理是：每颗 卫星都不断地向外发送信息，这个信息包括卫星在该时刻的坐标。接收机接收到 信息后记录下来，然后用接收机自己的时间减去信息发出的时间，就是信息在传 输过程中的时间，再乘以信息传播速度就可以得到接收机与卫星的距离2 0 1 。 G P S 作为一种定时和测距的空间交会定点的导航系统，可以向全球用户提供 连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，为军方提供精密导航， 向特殊用户进行授时，还可以用于情报收集、核爆监测、应急通讯和卫星定位等 一些军事目的。另外，G P S 技术在民用领域( 如精密定时、灾害监测、路线导航、 市镇规划、交通管制、工程建设等) 的应用也越来越广泛。 2 2G P R S 无线通信技术 G P R S ( G e n e r a lP a c k e tR a d i oS e r v i c e ，通用分组无线业务) 是一种采用分组交换 技术传输数据及信令的高效率数据传输方式，允许用户在分组交换模式下发送和 接收数据，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。 目前，随着计算机技术的迅速发展，通信技术也随之发展起来，用于公交系 统中的通信方式包括很多，主要包括有线通信和无线通信两大类，电台传输和专 用集群通信适用有线传输；G S M 短消息通信、G P R S 分组传输比较适用于无线通 信 2 1 1 。目前在应用的公交系统中，采用最多的通信技术是电台广播、G S M 短消息 和G P R S 无线通信业务。 数字电台设备费用较低、可靠性也比较好，但是它的传输范围有限，而且传 输过程中容易受外界干扰2 2 1 。这样，就需要专业的人员维护系统，需要的人力和 费用也是比较大的。所以，不太适合在公交系统中长期使用。 第2 章系统相关技术研究 集群通信系统响应比较快，但是它适合采用专用的通信网，这样就会产生覆 盖面小的问题。如果想扩大范围就要建立大量的基站，费用是相当可观的。所以， 对于中小型城市适用性不强。 G S M 短消息的通信方式是现在使用比较广泛的通信方式。它弥补前两者覆盖 范围小的缺陷，但是它有时还是会受到移动网络的影响，会出现一定的不稳定性。 例如消息延时。并且每条短信还会受到发送字数的限制，不能超过1 6 0 个字符。 对于公交系统中，大量的车每隔几秒就发送一条短信，这样长期下来，通信费用 也相当可观。 G P R S 技术是在2 G 和3 G 网络之间过渡的技术，又称为2 5 G t 2 3 1 。它的优点包 括覆盖范围大、传输效率高，并且它可以一直在线，连接速度快2 4 1 。每次传输的 数据自己可以定义，而且费用是按流量计算，比较经济适用。G P R S 技术还能向用 户提供四种服务质量( Q u a l i t yo fS e r v i c e ) ，同时还可以对其进行配置协商2 5 1 。支 持x 2 协议和口协议，可以和互联网进行连接。对于公交系统这种实时数据传输 是非常合适的。 G P R S 网络是建立在已有的G S M 网络上，它在上面增加了一些节点，主要的 有S G S N 和G G S N C 2 6 1 。S G S N 和G G S N 是G S N 的两种类型，对于S G S N ，它的主 要作用是通过路由选择，将G G S N 和移动终端建立起来，完成它们之间数据的发 送和接收。G G S N 主要是通过协议将分组数据转换打包，然后把数据包传送到外 部网络。 首先，G P R S 设置短信息的服务中心号码、服务器的D 地址、S I M 号码和端 口号等参数。移动终端上面的G P R S 模块与单片机的串口相连，当有数据写入串 口时，G P R S 技术将处理后的数据发送到B B S ，再到G P R S 的节点S G D N ，接着， 通过G P R S 主干网和D D S N 相连，进行通信。G G S N 对于接收的数据进行处理， 然后经过防火墙发送给I n t e r n e t 等外网，这个时候，通过提前设置的P 地址寻找 到对应的服务器。最后，服务端得到相应的数据进行分析处理。服务端也可以通 过G P R S 网络将处理后的数据再传递给移动终端。如果移动终端连接显示设备即 可显示处理后的数据结果。 基于R F I D 技术的电子站牌设计 + G P R s 主干网 E 区王弋卜 L 一 防火墙0 B S S 1 一 一 图2 1G P R S 工作原理 F i g 2 1w o r k i n gp r i n c i p l eo ft h eG P R S 根据无线通信网络的技术分析，系统的车载终端的上网方法是采用集成技术， 车载终端通过单片机控制G P R S 模块通过G P R S 网络与I n t e r n e t 网络进行连接，实 现车载终端和服务端之间的网络互联。这种方法的优势在于：对于移动的目标， 可以无线上网；而且使用这些控制器成本低，实现简单方便，安装也比较简单， 维护起来也很方便；尤其适用