基于RFID智能公交系统的设计

引 言

目前，绝大多数城市采用的公交系统仍然是“定点发车， 两头卡点”，在车载终端配置 GPS 定位系统，再通过GPRS 与服务端进行实时通信，将自己的位置信息传递给服务端，服务端经过分析数据，发出相应的指令给电子站牌和车载终端，完成整个系统操作。但是，该公交系统的缺点是 ：GPS 定位系统初装费用相当昂贵，不适合于中小型城市；而且在碰到高架、高层建筑、隧道等障碍物时，GPS 信号会减弱甚至没有信号， 不利于系统的稳定。

针对以上问题，本文提出了一种基于 RFID 智能公交系统的设计，将 RFID 技术、单片机技术和无线通信技术等有机结合，建立一种实时准确、高效的交通运输综合管理和控制系统。来解决 GPS 定位信号干扰及盲区的问题，改善公交运营和服务质量，为市民提供更加人性化的服务。

1 射频识别技术

1.1 射频识别技术的基本原理

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术的基本原理是利用无线电射频信号空间耦合（电磁感应或电磁传播）的传输特性来达到自动识别被标识对象的目的。图 1 所示就是一种非接触式的自动识别技术的基本原理图[2]。具体工作流程是 ：阅读器（Reader），又称读写器，经过发射天线向外发送无线载波信号 ；电子标签（Tag）进入磁场后被激活， 并将自身信息经标签天线发射出去 ；阅读器接收信息并对其进行解码，然后传送至后台计算机进行处理，从而完成整个信息处理过程。

1.2 射频识别技术的优势

（1）读取方便快捷 ：非接触式自动识别，使得标签的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行；

(2) 识别速度快 ：标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别；

(3) 适应性好 ：射频识别设备可在恶劣的环境中工作。例如 ：用于沙漠温度变化情况的信息 ；

(4) 识别距离多样化 ：射频识别设备的识别距离，可根据具体应用而定，从几厘米到一百米不等；

(5) 支持写入数据 ：若在开发中需要增加一些数据，无需重新制作标签，支持写入数据即可。

2 设计方案

首先，给每辆公交车装载一张电子标签卡，每张卡号是唯一的，也是每辆车的身份标识。其次，每个站台也需装有相应的读写器，公交车到站时，卡无需取出，读写器自动读卡。并将获取的相关数据信息通过无线通信传至公交总站，公交总站通过对数据分析处理即可实现车辆的身份识别，从而将相关信息（包括车次信息、站点信息、到站信息）发送到各个站台电子屏上显示，站台上的乘客就可以及时了解到公交车的信息。同时在车载终端，利用射频识别与单片机相结合的技术，接收到公交总站发送来的消息后，实现智能语音报站功能、LED 显示功能和发光二极管提醒功能。图 2 所示是射频识别技术的使用过程例图，整个系统可分为RFID 模块、数据传输处理模块、自动报站模块和电子站牌显示模块。

2.1 硬件设计 

（1）RFID 模块 

本文选用的是深圳市奥斯达电子有限公司 AOSID-1704 型号的 2.4 G 有源阅读器。该阅读器采用的是 2.4 G 全球开放 的 ISM 微波频段，无须申请和付费，且功率极小，读写时间 极短，读写距离在 2 ～ 80 m 之间可根据不同应用要求灵活调 整。采用圆极化天线，对卡片的放置角度没有任何要求，不需 要贴在挡风玻璃上，无论怎么摆放，都能可靠地读取。采用 多种防冲突方案，可靠的频分多址和时分多址设计，可同时识 别 200 个以上不同的射频识别卡。另外还有高抗干扰性、高 度集成性和高安全性，为整个智能公交系统的高性能奠定一 定的基础。 

RFID 阅读器模块是本系统的核心模块。当电子标签进 入阅读器可识别范围时，阅读器自动读取电子标签的信息，并 将卡号传至协调器，协调器对状态信息进行判别后，将相关的 数据信息传送给公交总站的服务器，公交总站的服务器与存 储在数据库中的信息进行匹配，并将相应信息发送到各个站 台的显示屏上显示，同时公交车接收到反馈信息后，也实现自 动报站功能，完成了整个 RFID 系统的运作。

（2）数据传输处理模块 

本文的数据传输采用的是 2.4 G 无线通信协议，该协议 具有部署灵活，扩展方便等优点。阅读器将采集到的数值信 息通过无线通信网络发送给协调器节点上，经过协调器处理 后，再将数据传送给公交总站的服务器，并下发相应的信息 给公交车和电子站台。 

（3）自动报站模块 

本文采用 ATMEL 公司生产的低功耗 8 位是 AVRMUC 单片机新一代 8 位 megaAVR® MCU 系列，配备 4 KB 至 16 KB 闪存，除了具备传统的一级流水线的预期指令功能，内置 模拟比较器，A/D 转换器等以外，提高了用于支持 UART 串 行通信的内部振荡器的精度；提高了内部参考电压的精度，从 而改进了模数转换的结果。根据获取电子标签的信息，通过 与预先 AVR 单片机编程的信息比对，来控制语音报站、LED 显示以及发光二极管。 

（4）电子站牌显示模块 

如今，智能化的 LED 显示屏公交站牌在部分城市已经开 始使用，阅读器将采集到的电子标签信息通过无线传输上传 给服务器，服务器下发该公交车的相应信息到电子站台，显示 公交车到站信息、状态信息（正常、故障、载客量等）。增添 查询信息，可以为人们提供好的乘车路线。附加电子站台的语 音功能，为视觉障碍的乘客人员提供人性化的服务。

2.2 软件设计 

整个系统的流程是 ：阅读器读取公交车装载的电子标签 信息，上传到协调器分析处理，再下发相应信息给车载终端和 电子站台。 

软件中最重要的模块是阅读器对电子标签的解析。为了 避免在一个站点识别范围内，重复读取数据，该系统设置了一 个初始状态 Flag=0 的标志信号，阅读器解析成功一个新的电 子标签的信息标志信号 Explain=1，若 Flag==Explain，则传 输处理数据和执行命令，执行完命令后，Flag 置为 1，待电子 标签感应不到阅读器的发射信号时，Flag 自动清零。其它模 块都是根据获得的信息来执行相应的命令。还可根据用户的实 际要求来动态调整执行命令。图 3 所示是其系统执行程序图。

整个系统软件的设计相对比较简单，因而缩短了软件系 统开发的时间周期，降低了软件系统的开发成本，且运营效率 显著增加。 

3 结 语

基于 RFID 的智能公交系统设计有效避免了传统公交系 统带来的弊端，改变落后的服务质量和运营管理，提高公交 系统的自动化程度，提升公交系统的运行效率，增加市民公 交出行率，改善交通状况，为智能化的交通管理系统提供一 个很好示范。