原创 低成本短距离无线通信在智能公交系统中的应用

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文 深圳市芯威科技有限公司 向少华 刘进慧

一、             智能公交系统现状

现阶段智能公交系统通常包括了运营管理系统、监控调度系统、车辆定位系统、车载电子系统、网络及信息传输系统、视频监控系统、站台电子系统、停车场管理、车辆管理、客服管理等系统。其中运营管理和监控调度系统是核心系统，是指挥和协调其它系统正常运行的中枢，各系统之间存在着大量的信息交互。信息由数据中心统一管理，各子系统共享。由移动通信技术（TD-SCDMA、WCDMA、GPRS等）完成数据传输，GPS完成车辆定位，让各个单位联系起来，方便统一管理。智能公交系统中因为车辆需要移动，使得其他设备无法通过有线方式与其通信，因此无线通信在系统中是必须存在的，这使得系统成本很高，不可能做到每个城市每条公交线路都能装备上。因此要普及智能公交系统就要开阔思路，从新的方案着手，短距离无线通信在智能公交系统应用也就应运而生。

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智能公交系统

二、             短距离无线通信的应用

智能公交系统中通信包括公交车、站台、停车场、数据中心以及其他服务处理中心。为了节省成本，可以尽量用一些短距离通信替代远距离通信，甚至让一个个站台或者车辆也变成一个小型数据中心。短距离无线通信因为通信距离很近，只能应付几百米的通信。而且站台不像路灯那样距离近，不可以用组网方式达到远距离通信效果。远距离的通信还是要通过有线或者其他通信方式完成。下面介绍一种典型的短距离无线通信应用，公交车与站台数据交换。

无线近距离通信与远程通信结合

首先为区分每辆车和每个站台，每辆车上的终端设备与每个站台中转设备都必须有自已唯一的身份识别地址。当公交车进入站台有效范围内停车后，在打开车门的同时，装载于公交车上的车载无线终端设备启动，自动发送带有自身识别地址的请求信号，通知安装在站台内的无线中转设备。如果此时中转设备为空闲状态，也会将带有标识站台地址的数据做为应答信号，发送给车载终端设备，表示站台中转设备已做好准备，正在等待接收其数据。在收到站台应答信号后，车辆终端设备将会把车辆内信息快速发送给站台中转设备。中转设备在成功接收完信息后，再次回复一个收信成功的应答信号，车辆收到此应答信号后，确定通信成功。车载终端设备进入休眠或低功耗工作状态，保证不干扰其他车辆与站台通信，等待下一次车门开启后进行同样的操作。站台也会将此次通信的时间记录下来。应答机制可以保证通信成功，如果没有收到应答信号，可能发送方会进行再一次通信，直到收到应答信号确定通信完成。

站台中转设备收到这些数据，通过其他方式（如：移动通信技术、专用网络等）传输给数据中心。这样数据中心可以掌握公交车信息，不仅收到车内一些数据，也可根据通信记录时间了解公交经地过站台时间，车辆也能记录下与站台间的通信时间。同时利用短距离通信范围有限的性能，规范公交车进站停靠，更方便调控管理公交车。同样数据中心也可通过站台将指令发送到站台中转设备再到经过的车辆上，以后进一步发展到车辆与车辆之间通信。

公交车移动但终究会在站台停靠，这种借助站台中转收集或者向公交车发送数据的方式，同样的应用可以引用到停车场等更多场合中。

上面这个通信过程是极其普通的，很多通信都是这样完成的。但对于短距离通信而言，不同于蓝牙、WIFI、ZIGBEE等通信方式，因为没有协议支持，在上面这种应用过程中，必须解决以下两个问题：

1、  如果同时很多辆公交车同时进入站台有效范围内，打开车门无线终端设备启动，这么多同频信号在发送，在没有协议的约束下，站台中转终端设备会与其中哪一个通信呢。这就需要这些无线设备间一定默契，当随机一台在发射信号时，其他设备就不能发射，干扰前者工作，造成接收端无法正常接收。

2、  公交车进出站的时间很短，完成这一系列通信，有时还需等待其他车辆先通信，就必须在快速有序的完成通信。保证车载终端设备不因为没时间通信，错过其中一个站台，使得数据中心采集的数据不真实。对于很繁忙的站台，可以考虑通过增加中转设备来缓解。

三、             低成本短距离无线通信方案

在无线通信方案百家争鸣的今天，VT-CC1101-433、VT-CC1110PA模块在众多方案中显现出独特优势，高度集成半双工无线数据传输模块。基于德州仪器(TI)高性能CC1101、CC1110设计，工业级高性能射频收发器集成在一个芯片内，体积小，工作稳定。支持315/433MHz频率，避开蓝牙、WIFI等2.4GHz及GSM信号的干扰。支持传输前自动清理信道访问CCA（即载波侦听系统），避免了多个设备同时通信造成通信混乱的局面。编程控制的传输数据率最高可达500Kbps，以及快速的启动时间，保证了收发数据快速完成。小体积低电压工作（3V），更方便使用。VT-CC1110PA模块更是一颗低成本SoC方案，除了具备以上无线性能，还带有一颗增强型8051MCU，并带最大为32K FLASH，4K RAM，可独立完成一些简单控制。

VT-CC1101-433产品特点：

l         433MHz无线收发器

l         支持 FSK, GFSK, ASK/OOK 以及MSK调制方式

l         可编程配置传输数率1.2k - 500 kbps

l         内置前向纠错 FEC，灵敏度高

l         点对点，点对多点，灵活通信方式

l         数字RSSI输出和载波侦听指示

l         使用廉价的微控制器可得高性能RF系统

l         高稳定性，可靠性达到工业级别

VT-CC1110PA产品特点：

l         高性能和低功耗的8051微控制器核

l         可编程配置的功率输出最大可达20dBm，通信距离可达<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />800米

l         支持315M/433/868M/915M免申请频段

l         支持 FSK, GFSK, ASK/OOK 以及MSK调制方式

l         可编程配置传输数率1.2k - 500 kbps

l         具有电池监测和温度感测功能

l         集成了14位模数转换的ADC

l         集成AES-128安全协处理器

l         数字RSSI输出和载波侦听指示

l         带有2个强大的支持几组协议的USART,一个支持TI自定义协议栈的MAC计时器,1个常规的16位计时器和2个8位计时器

l         带EEPROM，可存放重要数据，方便系统升级

四、             结语

所谓尺有所短、寸有所长。TD-SCDMA、WCDMA、EVDO、GPRS等通信方式，在远距离移动传输数据方面有优势，但成本高，以及对周边如基站等依赖很大，一旦遇到非常时期政府管制时，可能无法保证正常运行。而这些低成本短距离通信自带一些实用性能，使用时很灵活。但通信距离和速率较前者来说还是很低，只能传输一些简单数据、指令，对于音频、视频信号就显得力不从心。在智能公交这种不计较功耗的应用中，唯有低成本是其最大优势。要远距离与数据中心通信，还是得依靠前者那些远距离移动通信技术。在智能公交系统中，无线短距离通信与TD-SCDMA、WCDMA、EVDO、GPRS这些远距离通信方式，如果两者优势互补，一定能达到成本、性能最佳。

当前公交车系统智能化程度普遍不高，所谓高级应用也只能传输公交车内图像、声音信号以及把GPS定位搬上公交车，数据中心能了解的信息不多，对应的处理服务就更少了。对于车内人员信息，乘客起、终点站信息，站台候车信息，无人售票系统等都无法管理。随着更多智能化产品在公交车应用，相信这种短距离无线通信在智能公交系统中发挥作用更大，数据中心的干预调控能力更强。