目錄TOC\o"1-3"\h\u2776內(nèi)容提要 緒論1.1論文選題的意義智能電子站牌可以讓大家隨時看到車輛的行駛信息，深入研究和投入智能電子站牌的設(shè)計(jì)以及擴(kuò)大其服務(wù)區(qū)域可以提高市民的幸福指數(shù)和滿意度，最終目的就是要做到公交資源的合理利用，實(shí)現(xiàn)交通道路資源的配置的最大化，從而改善我國目前較為嚴(yán)重的交通狀況。目前，城市公交智能電子站牌在設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面存在一些問題和挑戰(zhàn)。比如，一些電子站牌由于信息更新不及時，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確顯示公交車的到站時間；有些電子站牌的界面設(shè)計(jì)復(fù)雜，不易操作，給老年人、殘障人士等特殊群體帶來使用困難；還有一些電子站牌存在維護(hù)成本高、耗能大等問題。所以，研究和改進(jìn)城市公交智能電子站牌具有非常重大的意義。我國在早晚高峰期出現(xiàn)嚴(yán)重的交通堵塞問題，這與私家車的普及有很大的關(guān)系。而公交車人均占用車道面積小，環(huán)境污染小，但是傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)難以適應(yīng)我國現(xiàn)今的城市交通狀況，智能公交系統(tǒng)就顯得非常重要了。智能公交電子站牌就是在公交站牌上裝電子顯示屏，通過多媒體和互聯(lián)網(wǎng)將公交車的實(shí)時信息展現(xiàn)給乘客，讓他們能夠及時、直觀地獲取到公交車的到站時間、行車路線和車內(nèi)擁擠情況，從而改善之前乘客盲目等待的被動局面，幫助他們更合理地安排自己的乘車計(jì)劃。提供全面的信息可以提高乘客滿意度，從而增加對公交出行的吸引力，促進(jìn)更多乘客選擇乘坐公交車，這對于交通管理和改善具有重要的積極意義。1.2國內(nèi)外研究概況1.2.1國外研究現(xiàn)狀國外城市公交智能電子站牌的研究和應(yīng)用已經(jīng)更為成熟和廣泛普及。例如，德國和英國等國家在這方面的研究和應(yīng)用已經(jīng)有了較長時間的積累。在設(shè)計(jì)方面，國外的研究更注重站牌的信息呈現(xiàn)和用戶體驗(yàn)。他們通過深入研究乘客的需求和行為，提出了更加人性化和個性化的站牌設(shè)計(jì)理念REF_Ref21235\w\h[1]。例如，一些研究者采用交互式觸摸屏和多媒體技術(shù)，為乘客提供更豐富的功能和信息，例如公交線路查詢、實(shí)時車輛位置跟蹤和交通速度等。此外，還有一些國外城市引入了公交智能電子站牌的自助購票系統(tǒng)，方便乘客購票和刷卡乘車。日本在智能公交系統(tǒng)研究領(lǐng)域的早期開始可追溯到二十世紀(jì)七十年代，當(dāng)時將無線通訊技術(shù)融合到公交系統(tǒng)中，為車輛調(diào)度帶來了便捷，使公共交通管理跨入信息智能化的新階段。后來東京交通規(guī)劃院設(shè)計(jì)了CTCS，該系統(tǒng)采用了無線通訊、衛(wèi)星定位和因特網(wǎng)技術(shù)等，極大的改善了日本公交運(yùn)營的場景。東京交通局研究出了CTCS，目的是為了改善公共汽車服務(wù)，然后吸引乘客，這個系統(tǒng)可以通過掌握運(yùn)行情況和積累乘客數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行精準(zhǔn)平穩(wěn)的公共交通運(yùn)營服務(wù)REF_Ref30929\r\h[2]。它的雙向通信向運(yùn)營人員和駕駛員提供服務(wù)信息，然后實(shí)時調(diào)度。同時，這些信息也通過系統(tǒng)提供給乘客。這個系統(tǒng)包含了記錄運(yùn)營數(shù)據(jù)、監(jiān)視和調(diào)控公共交通運(yùn)營以及乘客計(jì)數(shù)和服務(wù)等功能，它的硬件包括公交的主控中心、區(qū)域中心以及車載設(shè)備等REF_Ref1481\w\h[3]。美國是智能交通發(fā)展最迅速的國家之一。自二十世紀(jì)八十年代起，美國城市公共交通局便開始正式研究智能交通系統(tǒng)，簡稱APTS，主要包括車輛出行信息、乘客計(jì)數(shù)、車輛管理以及定位等技術(shù)。許多美國公交電子站牌上配備了供乘客掃描的二維碼，使乘客能夠輕松獲取公交車的相關(guān)路線和信息。美國已基本實(shí)現(xiàn)了公交智能化，為乘客提供了便捷的服務(wù)。二十世紀(jì)八十年代，歐洲研究了道路的基礎(chǔ)設(shè)施，里面有出行信息、公共交通管理和機(jī)車輔助駕駛等功能，提高了整體的交通服務(wù)水平。歐盟正在逐步建立了公交專用的無線網(wǎng)絡(luò)，用來實(shí)一系列智能化服務(wù)。在歐洲的多個國家推行了公交優(yōu)先政策就是為了提高公交運(yùn)行的速度和服務(wù)的質(zhì)量，吸引更多人來使用公共交通，這個政策不僅有效的緩解了城市交通的壓力，還帶來了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益REF_Ref2102\w\h[4]。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀相較于其他發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，我國智能公交的起步較晚，但發(fā)展速度卻非?？?。這些年來，我國經(jīng)濟(jì)有了質(zhì)的飛躍，在科技的研究和公共交通的投入方面也在逐漸增多，智能交通取得了明顯提升?，F(xiàn)在我國多個城市都已經(jīng)開始了在公交智能方面的研究。由于高端技術(shù)的應(yīng)用，更新和升級了傳統(tǒng)公交行業(yè)，部分城市已經(jīng)取得了不錯的效果。杭州是我國最早開始建設(shè)的城市之一，在公交車上安裝了GPS定位模塊，最后實(shí)現(xiàn)了公交車的精準(zhǔn)定位和與公交控制中心的雙向通信，這個系統(tǒng)利用電子站牌、車內(nèi)自動報站和公交線路指引等服務(wù)，及時為乘客提供公交到站的信息REF_Ref28149\w\h[5]。每個站牌上都能顯示出每輛公交車的到站的距離還有預(yù)測到站的時間，預(yù)測誤差已經(jīng)控制到秒級別，杭州人民的出行得到了質(zhì)的飛躍。此外，我國許多一線、新一線以及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市將部分電子站牌和公交車通過公交控制中心使用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行管理，從而達(dá)到精準(zhǔn)調(diào)度，實(shí)時預(yù)測公交線路，給乘客提供最為直觀地公交信息REF_Ref19099\w\h[6]。我國城市公交智能電子站牌的研究與發(fā)展已經(jīng)在不同城市取得了一定的進(jìn)展。這些電子站牌上顯示的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都主要來自智能定位。任何定位信息的缺失都可能導(dǎo)致電子站牌無法正常顯示或無法準(zhǔn)確顯示車輛位置信息REF_Ref18561\w\h[7]。因此，確保車載智能定位終端的準(zhǔn)確性和可靠性對于公交智能化的順利運(yùn)行至關(guān)重要。例如，北京市在2008年奧運(yùn)會前推出了智能電子站牌系統(tǒng)，為乘客提供實(shí)時公交信息、天氣預(yù)報等功能。在技術(shù)應(yīng)用方面，目前國內(nèi)研究主要集中在顯示技術(shù)、通信技術(shù)和信息管理系統(tǒng)等領(lǐng)域。例如，大屏幕顯示技術(shù)、可視化界面設(shè)計(jì)和高亮度LED等技術(shù)的應(yīng)用，提高了公交信息的可讀性和可靠性。此外，還有研究者利用無線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將公交智能電子站牌與其他交通管理系統(tǒng)進(jìn)行無縫對接，實(shí)現(xiàn)了更加高效的信息傳遞和管理。目前，公共交通方面也逐漸開始應(yīng)用了RFID技術(shù)，在上海、杭州等大中城市有很好的效果。上海市利用公共交通信息管理系統(tǒng)在站臺的屏幕上顯示出即將到達(dá)和離開的公交車輛名稱、位置和時間信息。而杭州市則在快速公交一號線路上的31個燈控路口安裝了RFID設(shè)備，這些設(shè)備能夠在公交車駛近路口200米的地方讀取車輛的信息REF_Ref4489\w\h[8]。之后，還引進(jìn)了一些先進(jìn)技術(shù)，積極推動了公共交通的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對運(yùn)營車輛實(shí)時的定位和數(shù)據(jù)的采集，并且利用無線通信將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到公交控制中心，實(shí)現(xiàn)GPS地理位置的顯示REF_Ref18047\w\h[9]。國內(nèi)吉林大學(xué)李浩東課題組首先分析了RFID的工作原理，然后研究了基于RFID/GPS/MM的公交定位技術(shù)；闡述了目前公交管理上還存在的一些問題，然后研究了基于RFID的公交車路線、區(qū)域和駕駛員調(diào)度優(yōu)化的技術(shù)；最后通過分析RFID技術(shù)在公交信號優(yōu)先控制的工作原理，對基于無線射頻識別技術(shù)的公交信號優(yōu)先控制策略和自適應(yīng)信號優(yōu)先控制方法進(jìn)行研究，制定信號優(yōu)先算法控制流程REF_Ref5521\w\h[10]。國內(nèi)李煜課題組根據(jù)中小城市的實(shí)際情況，提出了一種智能公交電子站牌的研究方案，采用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信技術(shù)REF_Ref10034\w\h[11]，根據(jù)對中小城市公交公司和乘客需求的分析，進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了各功能結(jié)構(gòu)的運(yùn)行系統(tǒng)。系統(tǒng)利用有源RFID收集數(shù)據(jù)，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，使用單片機(jī)和LED顯示器顯示公交到站信息，為乘客提供了直觀、高效、便捷的公交出行參考信息REF_Ref10034\w\h[12]。畢學(xué)卓、王媛媛、陳潔等人的研究是基于移動通訊定位，利用單片機(jī)與數(shù)據(jù)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)了智能站牌。該系統(tǒng)以12C5A60S2為主控芯片，利用車載GPS進(jìn)行持續(xù)位置定位，通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸位置數(shù)據(jù)REF_Ref13074\w\h[13]。通過這個無線通信的模塊，司機(jī)可以知道要上車的人數(shù)。在公交車站搭建電子站牌，用來顯示車輛路線、站點(diǎn)名稱等信息，讓乘客提前知曉公交車到站、離站的情況和時間REF_Ref20115\w\h[14]，提高了公交的工作效率和乘客的出行舒適度。1.3本文研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排本課題研究內(nèi)容是以STM32為主控，搭配GPS定位模塊、WiFi無線通信模塊以及超聲波模塊設(shè)計(jì)智能公交電子站牌。智能公交電子站牌系統(tǒng)分為電子站牌部分和車載終端部分，通過對車輛的定位以及超聲波測量與站點(diǎn)之間的距離，計(jì)算出車輛到達(dá)站點(diǎn)所需要的時間并實(shí)時將信息通過OLED屏顯示。此文各個章節(jié)內(nèi)容安排如下：第一章：詳細(xì)描述了選題的意義，然后對電子站牌的國內(nèi)外的研究情況進(jìn)行了闡述。第二章：詳細(xì)描述了智能電子站牌的主要功能及方案。根據(jù)智能電子站牌所要實(shí)現(xiàn)的功能確定了站牌的整體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行可行性分析。第三章：詳細(xì)介紹了電子站牌的硬件設(shè)計(jì)的方案，然后對各種模塊進(jìn)行了詳細(xì)說明和選擇。第四章：介紹了軟件設(shè)計(jì)的方案。闡述了常用AT指令以及程序設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)邏輯。第五章：實(shí)物搭建和系統(tǒng)測試。第六章：對此次設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)以及對未來的展望。2智能電子站牌系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路智能公交站牌系統(tǒng)是一種應(yīng)用現(xiàn)代電子和通信技術(shù)，用于提供公交車實(shí)時信息的系統(tǒng)。智能公交電子站牌系統(tǒng)具備實(shí)時跟蹤公交車位置和顯示預(yù)計(jì)到站時間等功能?；赟TM32微控制器的智能公交站牌系統(tǒng)可以有效提升公共交通的效率和乘客的滿意度。公交車上安裝的定位模塊實(shí)時獲取車輛位置信息，然后通過無線通信模塊傳輸?shù)椒?wù)器。中心服務(wù)器收到來自各公交車的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行處理和計(jì)算，例如預(yù)計(jì)到站時間、到站距離等。處理后的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至公交站牌的STM32控制系統(tǒng)。STM32微控制器接收這些數(shù)據(jù)，并控制顯示模塊，以向等待的乘客展示信息。針對于該系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想是選用STM32F10C8T6作為公交站點(diǎn)和公交車的核心，通過使用無線通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，然后公交車將反饋出自身當(dāng)前定位的經(jīng)緯度，系統(tǒng)根據(jù)公交站點(diǎn)的經(jīng)緯度計(jì)算出公交車與公交站點(diǎn)之間的距離，并根據(jù)公交車的速度計(jì)算出預(yù)計(jì)到站時間，最終在顯示屏上呈現(xiàn)這些信息REF_Ref25879\r\h[15]。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路圖如下圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路圖2.2系統(tǒng)的可行性分析結(jié)合實(shí)際情況分析，在基于STM32的智能電子站牌系統(tǒng)中，公交站點(diǎn)與公交車之間的距離較近，定位模塊無法準(zhǔn)確定位出兩者的具體位置，并且室內(nèi)定位信號非常薄弱，導(dǎo)致定位誤差非常大且車輛模擬行駛時無法引起經(jīng)緯度的變化，無法計(jì)算出車輛到達(dá)站點(diǎn)的預(yù)計(jì)時間，故原設(shè)計(jì)思路不可行。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況考慮，增加一個測距模塊用于測量車輛與站點(diǎn)之間的距離，從而計(jì)算出到達(dá)時間。本次改進(jìn)也可完成智能公交電子站牌所需要的功能，系統(tǒng)改善后的整體設(shè)計(jì)思路圖如下圖2.2所示。圖2.2改善后的整體設(shè)計(jì)思路圖2.3系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖智能電子站牌的設(shè)計(jì)通常包括硬件和軟件兩個方面。硬件設(shè)計(jì)需要選擇一個滿足應(yīng)用需求的單片機(jī)——STM32，然后與其他的功能模塊連接起來，最后實(shí)現(xiàn)需要的功能。如下圖2.2所示。圖2.2智能電子站牌的整體設(shè)計(jì)框圖智能公交電子站牌系統(tǒng)主要包括以下組件：STM32微控制器：作為系統(tǒng)的核心控制單元，為來處理各種數(shù)據(jù)。定位模塊（如GPS、北斗等）：收集公交車的位置信息，通過串口與STM32連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。無線通信模塊（如WiFi、藍(lán)牙模塊等）：實(shí)時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)到中心服務(wù)器，通過串口連接STM32，并采用適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議。測距模塊：測量公交車與站點(diǎn)距離，通過串口傳輸數(shù)據(jù)至STM32，方便計(jì)算到站時間。顯示模塊：使用OLED顯示屏展示公交車輛的實(shí)時信息。該系統(tǒng)實(shí)時更新車輛位置和狀態(tài)，顯著提高乘客出行效率。STM32微控制器具有穩(wěn)定性和低功耗特性，增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性。由于系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，使得便于升級和維護(hù)。2.2 智能電子站牌系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境在編程方面，STM32通常使用C或C++語言，本論文設(shè)計(jì)的智能公交電子站牌系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境為KeilμVision5，它是一個兼容C語言、功能強(qiáng)大的軟件開發(fā)平臺REF_Ref19065\r\h[16]，具有文件管理、項(xiàng)目編譯、安裝包下載等多種項(xiàng)目功能。Keil5的操作界面清晰明了，使用起來十分簡單。其版本特點(diǎn)為：Keil5可在和操作系統(tǒng)中運(yùn)行，兼容性好；具備完整的開發(fā)工具套件，使用者可在一個GUI平臺上開發(fā)嵌入式應(yīng)用程序，并通過這些工具對應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試、測試和優(yōu)化；具備強(qiáng)大的調(diào)試能力，可通過仿真器連接到主控，實(shí)時監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，并在運(yùn)行期間進(jìn)行程序的調(diào)試；與之相關(guān)的信息資料多，有豐富的編程語言支持；可直接使用封裝好的HAL庫，即在CubeMX中配置時鐘、引腳等生成初始化工程。在Keil5中完成系統(tǒng)軟件技術(shù)設(shè)計(jì)的步驟如下：建立一個合理、符合要求的新工程并添加相應(yīng)的文件；查閱資料，初步編寫程序代碼；編譯main.c，解決程序出現(xiàn)的錯誤；燒錄程序，進(jìn)行實(shí)測。2.3本章小結(jié)本章節(jié)主要是根據(jù)智能電子站牌所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行整體方案規(guī)劃，最終確定總體設(shè)計(jì)流程、框圖以及實(shí)現(xiàn)方案。首先，將主控芯片與所需功能模塊用框圖進(jìn)行簡要的敘述；其次，對智能電子站牌的可行性進(jìn)行分析，闡述其可操作性；最后，詳細(xì)闡述智能電子站牌系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)平臺。3智能電子站牌系統(tǒng)的硬件架構(gòu)3.1智能電子站牌系統(tǒng)的硬件架構(gòu)智能電子站牌系統(tǒng)的站牌部分框圖如下圖3.1所示。圖3.1智能電子站牌系統(tǒng)的站牌部分框圖智能電子站牌系統(tǒng)的車載部分框圖如下圖3.2所示。圖3.2智能電子站牌系統(tǒng)的車載部分框圖智能電子站牌系統(tǒng)硬件各模塊的主要功能：供電模塊：硬件中的STM32芯片、GPS模塊和超聲波模塊需要5V的電壓，WiFi模塊和OLED顯示屏上電的電壓是3.3V，所以需要電源模塊分別為其提供相應(yīng)的電壓值。如果電源供電電壓比模塊工作電壓高，將會燒壞模塊。WiFi模塊：主要用于實(shí)現(xiàn)站牌系統(tǒng)與服務(wù)器之間的無線信息傳輸。它可以隨時接收和處理車輛的信息，如車輛的到站時間、實(shí)時位置等，然后將這些信息都顯示在OLED顯示屏上。GPS模塊：主要用于追蹤車輛的實(shí)時位置，通過無線通信模塊將車輛的經(jīng)緯度顯示在屏幕上。超聲波模塊：超聲波模塊可以用來檢測車輛是否到達(dá)站點(diǎn)。當(dāng)車輛靠近站牌時，超聲波模塊發(fā)出的信號會被反射回來，從而確定車輛與站牌之間的距離。系統(tǒng)可以計(jì)算車輛到達(dá)站點(diǎn)的預(yù)計(jì)時間，并實(shí)時更新到電子站牌上，方便乘客了解等車時間。按鍵：主要用于模擬車輛的行駛速度，使得系統(tǒng)準(zhǔn)確算出到站時間。OLED顯示屏模塊：是將車輛當(dāng)前經(jīng)緯度、行駛速度、到站距離以及預(yù)計(jì)到站時間實(shí)時的顯示出來，便于乘客合理安排出行。STM32F103C8T6單片機(jī)模塊：作為核心處理單元，主要負(fù)責(zé)處理來自各個模塊的數(shù)據(jù)并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，得出公交車輛的實(shí)時位置、速度、預(yù)計(jì)到達(dá)時間等信息，根據(jù)處理的數(shù)據(jù)更新OLED顯示屏上的信息，使整個系統(tǒng)能夠高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。3.2智能電子站牌系統(tǒng)硬件模塊選型3.2.1無線通信模塊選型無線通信模塊使得智能電子站牌能夠?qū)崟r獲取更新的信息，從而確保站牌顯示的信息是最新的和準(zhǔn)確的。通過無線通信模塊，智能電子站牌可以與用戶進(jìn)行交互，接收車載終端的反饋，并相應(yīng)地做出反應(yīng)。這提升了用戶體驗(yàn)，使得站牌更加智能化和人性化。最常見的無線通信模塊的優(yōu)缺點(diǎn)對比如下表3.1所示。表3.1各種無線通信模塊優(yōu)缺點(diǎn)對比優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)Wifi高傳輸速度：適用于傳輸大量數(shù)據(jù)。普及度高：在城市和居民區(qū)等地方普及度高，便于接入互聯(lián)網(wǎng)。成本相對低：設(shè)備和使用成本相對較低。功耗較高：不適合需要長期電池供電的應(yīng)用。覆蓋范圍有限：受物理環(huán)境影響較大，覆蓋范圍較小，需要較多的基礎(chǔ)設(shè)施支持。藍(lán)牙低功耗：非常適合小型設(shè)備，如智能手環(huán)。成本低：設(shè)備成本和使用成本較低。易于配置：設(shè)備配對簡單，易于建立連接。傳輸距離短：一般只適合短距離通信。數(shù)據(jù)傳輸速率有限：不適合傳輸大量數(shù)據(jù)。Lora長距離傳輸：適用于遠(yuǎn)距離通信，傳輸距離可達(dá)數(shù)公里。低功耗：適合長期運(yùn)行的應(yīng)用，如傳感器網(wǎng)絡(luò)。成本效益高：尤其適合大規(guī)模部署。低數(shù)據(jù)速率：不適合傳輸大量數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本：需要專用的基站和網(wǎng)絡(luò)。Zigbee低功耗：適合于需要電池供電的設(shè)備。成本低：相對于Wi-Fi和蜂窩網(wǎng)絡(luò)，Zigbee模塊和設(shè)備成本低。高可靠性：適用于需要高可靠性的自動化和控制應(yīng)用。傳輸距離有限：主要適合于短距離通信。數(shù)據(jù)傳輸速率較低：不適合大量數(shù)據(jù)傳輸。由表3.1中的數(shù)據(jù)可知，選擇Wi-Fi模塊作為智能電子站牌的通信模塊能夠提供高速、穩(wěn)定、靈活的數(shù)據(jù)傳輸，同時還能夠與現(xiàn)有的Wi-Fi基礎(chǔ)設(shè)施無縫連接，為用戶提供更好的使用體驗(yàn)和管理便利性。Wi-Fi模塊還可以實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，適用于需要頻繁更新內(nèi)容或大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍?，如?shí)時天氣、交通信息等。Wi-Fi通信穩(wěn)定可靠，一般不受天氣或環(huán)境影響，適合長期穩(wěn)定運(yùn)行的智能設(shè)備REF_Ref25258\r\h[17]。如今Wi-Fi技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，有豐富的開發(fā)文檔、示例代碼和支持工具，便于本人快速上手并解決問題。Wi-Fi模塊也可以支持多種網(wǎng)絡(luò)配置方式，包括接入無線局域網(wǎng)、熱點(diǎn)模式等，便于根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置，結(jié)合市面上的產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)將選擇ESP8266串口wifi無線模塊。其實(shí)物圖、管腳圖分別如圖3.3、圖3.4所示。其管腳功能定義如圖表3.2所示。圖3.3ESP8266-01實(shí)物圖圖3.4ESP8266-01引腳圖表3.2ESP8266-01管腳功能定義1GNDGND2GPIO2通用IO,內(nèi)部已上拉3GPIOO工作模式選擇：懸空：FlashBoot,工作模式下拉：UARTDownLoad,下載模式4RXD串口0數(shù)據(jù)接收端RXD5VCC3.3V,模塊供電6RST1)外部復(fù)位管腳，低電平復(fù)位2)可以懸空或者接外部MCU7CH_PD芯片使能高電平使能，低電平失能8TXD串口0數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD3.2.2定位模塊選型定位模塊能夠獲取車輛當(dāng)前的精確位置信息，包括經(jīng)度和緯度坐標(biāo)，使得站牌可以實(shí)時了解車輛所在位置并作出相應(yīng)的顯示REF_Ref25487\r\h[18]。定位模塊為智能電子站牌增加了定位和地理信息功能，使得站牌更加智能化和實(shí)用化，為用戶提供了更便捷、個性化的服務(wù)和體驗(yàn)。在選擇定位模塊時，需要考慮其精度、更新速率、功耗、通信接口等因素，以確保選擇的模塊能夠滿足設(shè)計(jì)要求和應(yīng)用需求。最常見的衛(wèi)星定位系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對比如下表3.3所示。表3.3各種衛(wèi)星定位系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對比優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)GPS（全球定位系統(tǒng)）全球范圍內(nèi)廣泛使用，定位準(zhǔn)確。成熟的技術(shù)，易于集成和使用。提供高精度的時間和位置信息。在室內(nèi)或高密度城市地區(qū)信號可能受到遮擋。需要較長的“冷啟動”時間來獲取衛(wèi)星信號。能耗相對較高。GLONASS（俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）與GPS類似，提供全球覆蓋。在北半球特別是俄羅斯地區(qū)表現(xiàn)更佳?？梢耘cGPS組合使用以提高定位準(zhǔn)確性和可靠性。單獨(dú)使用時，精度可能不如GPS。設(shè)備和維護(hù)成本較高。Beidou（北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)）在亞太區(qū)域提供優(yōu)良的覆蓋和高精度定位。支持短信功能，可以在無其他通信手段時發(fā)送信息。正在全球范圍內(nèi)擴(kuò)展，未來可能具有全球覆蓋。在全球范圍內(nèi)的覆蓋和性能不如GPS。系統(tǒng)相對較新，可能缺乏與GPS同等的支持和設(shè)備兼容性。GPS模塊可以提供精確的位置信息，包括經(jīng)度和緯度坐標(biāo)，使得智能電子站牌能夠準(zhǔn)確地定位自身位置，為用戶提供準(zhǔn)確的地理信息和導(dǎo)航服務(wù)。與其他定位技術(shù)相比，GPS模塊不需要依賴額外的基礎(chǔ)設(shè)施，只需在開闊的地區(qū)使用，就能夠獲得準(zhǔn)確的位置信息?，F(xiàn)代的GPS模塊通常具有簡單易用的接口和通信協(xié)議，易于與STM32微控制器進(jìn)行集成，能夠快速實(shí)現(xiàn)智能電子站牌的定位功能REF_Ref24909\r\h[19]。本設(shè)計(jì)將選用GT-U8定位模塊。其實(shí)物圖如圖3.5所示。圖3.5GT-U8實(shí)物圖3.2.3超聲波模塊選型本設(shè)計(jì)將采用HCSR04超聲波測距模塊，該模塊具有易安裝、不易老化、材料堅(jiān)固、耐腐蝕、長使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。它通過IO觸發(fā)測距，自動發(fā)送8個40kHz的方波，并自動檢測是否有信號返回。當(dāng)有信號返回時，通過IO輸出高電平，高電平持續(xù)時間即為超聲波發(fā)射到返回的時間，而測試距離則可通過計(jì)算高電平時間乘以聲速（340m/s）的一半得出REF_Ref24778\r\h[20]。該模塊實(shí)物圖如圖3.6所示。圖3.6HCSR04實(shí)物圖3.4本章小結(jié)本章節(jié)主要是對智能電子站牌系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析闡述。論述了各種模塊的主要功能，然后對超聲波測距模塊、無線通信模塊和定位模塊分別進(jìn)行了選型。4智能電子站牌系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總體軟件流程的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件總體流程框圖如下圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)軟件總體流程框圖4.2ESP8266串口WiFi模塊的AT指令由于esp8266-01模塊需要發(fā)送相應(yīng)的初始化以及配網(wǎng)指令，所以此函數(shù)用于周期發(fā)送相應(yīng)的AT指令，且判斷模塊是否接收成功REF_Ref24249\r\h[21]。AT指令必須以大寫形式書寫，并以換行符結(jié)束。常用AT指令如下：AT+RST--重啟模塊AT+CWMODE--設(shè)置WiFi模式查詢指令：AT+CWMODE?設(shè)置指令：AT+CWMODE=<mode>。其參數(shù)說明如下表4.1所示。表4.1參數(shù)說明參數(shù)說明<made>：1：Station模式 2：SoftAP模式3：SoftAP+Station模式AT+CWJAP--連接AP（路由）查詢指令：AT+CWJAP？設(shè)置指令（連接WiFi）：AT+CWJAP：<ssid>,<psd>,<bssid>。其參數(shù)說明如下表4.2所示。表4.2參數(shù)說明參數(shù)說明<ssid>：目標(biāo)AP的SSID<psd>：密碼最長64字節(jié)ASCll<bssid>：目標(biāo)AP的MAC地址（8）AT+CIPMUX--設(shè)置多連接模式單連接：AT+CIPMUX=0多連接：AT+CIPMUX=1（9）AT+CIPSTART--建立TCP連接，UDP傳輸或SSL連接AT+CIPSTART=<type>,<remoteIP>,<remoteport>[,<TCPkeepalive>]。其參數(shù)說明如下表4.3所示。表4.3參數(shù)說明參數(shù)說明<type>：字符串參數(shù)，；連接類型，“TCP”“UDP”或“SSL”<remoteIP>：字符串參數(shù)，遠(yuǎn)端IP地址<remoteport>：遠(yuǎn)端端口號<TCPkeepalive>：TCPkeep-alive功能：0：關(guān)閉功能1~7200：偵測時間，單位為1s（10）AT+CIPMODE--設(shè)置傳輸模式查詢指令：AT+CIPMODE?設(shè)置指令：AT+CIPMODE=<mode>。其參數(shù)說明如下表4.4所示。表4.4參數(shù)說明參數(shù)說明<mode>：0：普通傳輸模式1：透傳模式，只支持TCP單連接和UDP固定通信對端（11）AT+CIPSEND--發(fā)送數(shù)據(jù)REF_Ref24514\r\h[22]AT指令在代碼中的應(yīng)用如圖4.2所示。圖4.2AT指令應(yīng)用4.3系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯代碼4.3.1ESP8266模塊和HCSR04模塊應(yīng)用程序框圖ESP8266模塊和HCSR04模塊應(yīng)用程序框圖如圖4.3所示。圖4.3ESP8266模塊和HCSR04模塊應(yīng)用程序框圖4.3.2車載終端業(yè)務(wù)邏輯代碼（1）調(diào)用WiFi初始化代碼如圖4.4所示。圖4.4調(diào)用WiFi初始化代碼（2）獲取超聲波數(shù)據(jù)和實(shí)時上傳數(shù)據(jù)代碼如圖4.5所示。圖4.5獲取和上傳數(shù)據(jù)代碼控制按鍵代碼如圖4.6所示。圖4.6控制按鍵代碼4.3.3電子站牌業(yè)務(wù)邏輯代碼（1）WiFi初始化代碼如圖4.7所示。圖4.7WiFi初始化代碼（2）顯示屏初始化和更新顯示屏代碼如圖4.8所示。圖4.8顯示屏初始化和更新顯示屏代碼4.4本章小結(jié)本章是對系統(tǒng)的軟件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。總述了STM32軟件流程框圖，之后闡述了常用的AT周期指令，以及系統(tǒng)車載部分和站牌部分的業(yè)務(wù)邏輯代碼。5整體搭建和系統(tǒng)測試5.1智能電子站牌系統(tǒng)原理圖和PCB布板圖智能電子站牌系統(tǒng)的原理圖如下圖5.1所示。圖5.1智能電子站牌系統(tǒng)的原理圖智能電子站牌系統(tǒng)的PCB布板圖如下圖5.2所示。圖5.2智能電子站牌系統(tǒng)的PCB布板圖5.2智能電子站牌系統(tǒng)的站牌部分成品圖智能電子站牌系統(tǒng)的站牌部分成品圖如下圖5.3所示。圖5.3智能電子站牌系統(tǒng)的站牌部分成品圖站牌部分由STM32單片機(jī)、ESP8266和OLED顯示屏組成。5.3智能電子站牌系統(tǒng)的車載部分成品圖智能電子站牌系統(tǒng)的車載部分成品圖如圖5.4所示。圖5.4智能電子站牌系統(tǒng)的車載部分成品圖車載部分由STM32單片機(jī)、ESP8266、HCSR04、GT-U8和按鍵組成，其中按鍵負(fù)責(zé)模擬車輛速度的增減。5.4系統(tǒng)整體運(yùn)行時的數(shù)據(jù)顯示圖車輛運(yùn)行一段距離的數(shù)據(jù)顯示圖如圖5.5所示。圖5.5車輛運(yùn)行一段距離的數(shù)據(jù)顯示圖該產(chǎn)品在上電之后，會自動連接手機(jī)熱點(diǎn)，在一切準(zhǔn)備就緒時，單片機(jī)上的綠色指示燈會不停閃爍，接下來就可以運(yùn)行小車，車載部分第一個按鍵模擬速度增，第二個按鍵模擬速度減，只要給定小車的速度，電子屏幕上就會顯示出預(yù)計(jì)到達(dá)時間。圖中顯示屏上X表示與站臺之間的距離，V表示小車的速度，T表示預(yù)計(jì)到站時間，LT表示小車所在經(jīng)度，DS表示小車所在緯度。車輛再次運(yùn)行一段時間的數(shù)據(jù)顯示圖如圖5.6所示。圖5.6車輛再次運(yùn)行一段時間的數(shù)據(jù)顯示圖5.5測試結(jié)果分析STM32上運(yùn)行的固件都能正確執(zhí)行所有預(yù)定功能，但在啟動時需要等待一段時間，等到兩個部分都連接上手機(jī)熱點(diǎn)后，就可以隨意操作。經(jīng)過多次測試，顯示屏上的距離和時間存在一定的誤差，其部分原因在于程序設(shè)計(jì)時規(guī)定時間保留整形，所以無法避免出現(xiàn)誤差。5.6本章小結(jié)本章對智能電子進(jìn)行了實(shí)物搭建以及系統(tǒng)測試。通過多次測試智能電子站牌的數(shù)據(jù)顯示以及系統(tǒng)整體的準(zhǔn)確性和完成時間，驗(yàn)證了此次設(shè)計(jì)的智能電子站牌的有效性。6總結(jié)與展望6.1總結(jié)隨著計(jì)算機(jī)、無線通信、定位技術(shù)的迅速發(fā)展，智能電子站牌所具有的功能也將愈發(fā)強(qiáng)大。為了鼓勵綠色出行，增加出行的體驗(yàn)感，使得出行更加便捷，本文以STM32開發(fā)板作為核心控制器，KeilμVision5操作系統(tǒng)為軟件平臺，設(shè)計(jì)了一種具有計(jì)算到站時間和到站距離的智能電子站牌。雖然實(shí)現(xiàn)了站牌的主要功能，但是與市場要求還有一定的差距。全文主要工作內(nèi)容及成果如下所示：系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)說明以及硬件部分的搭建。根據(jù)智能電子站牌要實(shí)現(xiàn)的功能，清楚了站牌部分以及車載部分的組成部分和所需要的技術(shù)，即主要包括無線通信、精確定位、距離測算、準(zhǔn)確顯示等。針對智能電子站牌的硬件系統(tǒng)，是將系統(tǒng)按照功能分為STM32控制器、電源模塊、定位模塊、通信模塊和測距模塊五個部分。本文詳細(xì)介紹了硬件的選擇標(biāo)準(zhǔn)和型號，并完成了電子站牌系統(tǒng)的建設(shè)。然后對本文智能電子站牌系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)方案的制定，并做了簡要描述。系統(tǒng)測試。本文最后進(jìn)行了智能電子站牌實(shí)物的測試。把車載部分放于起點(diǎn)處，車頭朝向站牌并向站牌方向行駛，用按鍵模擬車輛的速度，站牌部分顯示屏上可以準(zhǔn)確顯示出車輛的經(jīng)緯度、速度、與站牌之間的距離以及預(yù)計(jì)到站時間。由測試的結(jié)果可知，本次設(shè)計(jì)出的智能電子站牌能按照預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)功能顯示，運(yùn)行穩(wěn)定，性能可靠，滿足要求。6.2展望隨著智能化與自動化技術(shù)的進(jìn)步，智能電子站牌的功能和技術(shù)種類也不斷增加和豐富。本文針對室內(nèi)環(huán)境下所設(shè)計(jì)的智能電子站牌可以大概完成數(shù)據(jù)顯示。但在一些技術(shù)層面上，仍具有許多提升的空間，智能電子站牌的選型與軟件設(shè)計(jì)方面有很多不妥之處，需要進(jìn)一步的完善。具體包括下列幾點(diǎn)：隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來的設(shè)計(jì)可以考慮采用更高性能的微控制器，以支持更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和更豐富的用戶交互功能。引入更先進(jìn)的顯示技術(shù)，以提供更佳的顯示效果和更廣的視角。（2）本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)較為簡單且不夠嚴(yán)謹(jǐn)，還無法應(yīng)用到實(shí)際中。（3）可以考慮增加更多的智能功能，如實(shí)時天氣更新、緊急信息通知等，使站牌的功能更全面，更符合智慧城市的發(fā)展需求。加強(qiáng)與其他智能交通系統(tǒng)的整合，如實(shí)時交通控制系統(tǒng)，提高公共交通效率和乘客體驗(yàn)。（4）探索使用環(huán)保材料和可再生能源技術(shù)（如太陽能）來驅(qū)動站牌，減少環(huán)境影響。設(shè)計(jì)更加模塊化和易于維護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)，延長產(chǎn)品的使用壽命和降低維護(hù)成本。參考文獻(xiàn)MustaphaAM,HannanM,HussainA,BasriH.UKMcampusbusidentificationandmonitoringusingRFIDandGIS[C].Serdang,Malaysia.StudentConferenceonResearchandDevelopment,2009.許建峰.智能化電子公交站牌的設(shè)計(jì)與研究[J].宿州教育學(xué)院學(xué)報,2014(17):54-55.ZhangGH,LiM,WangJX.ApplicationoftheAdvancedPublicTransportSysteminCitiesofChinaandtheProspectofItsFutureDevelopment[J].Journa