公交车乘客统计系统设计

公交车乘客统计系统设计

张凯袁 孟丹 王政耀 侯雨鑫 赵永强

辽宁科技大学

摘要：文章提出了公交车乘客统计系统，该装置能够统计公交车上乘客的数量，通过显示屏将统计结果显示出来，并将公交车载客数量和剩余座位信息通过无线通信功能发送至其他设备终端，使人们在上车前就能够看到公交车上的载客数量和剩余座位信息，以便于换乘其他线路公交车或者选择其他出行方式，公交公司也可以根据统计的公交车载客情况在高峰期调整公交车班次，以满足乘客的需求。

公交车作为公共交通的重要载体，在公共交通中占有极其重要的地位，对人们来说，乘坐公交出行无疑是一种经济和环保的出行方式。在工作日尤其是早晚下班高峰期，公交车载客数量十分庞大，有的热门线路车上十分拥挤，甚至会造成严重超载现象。因此，客流量的统计是一项极具现实意义的工作，“高效利用公交资源”成为亟待解决的问题。^[1]需要一种公交乘客数量统计装置，使人们在上车前就能够看到公交车上的载客数量和剩余座位信息，以便于换乘其他线路公交车或者选择其他出行方式，公交公司也可以根据统计的公交车载客情况在高峰期调整公交车班次，以满足乘客的需求。

1 总体设计

本项目是采用以下的技术方案来实现的。

公交车乘客统计系统，所述装置包括第一信号采集模块、第二信号采集模块和信号处理模块，所述第一信号采集模块包括第一光电检测模块、第一无线发送模块和第一电源模块，所述第二信号采集模块包括第二光电检测模块、第二无线发送模块和第二电源模块，所述信号处理模块包括微处理器、驱动电路、显示屏、第三无线发送模块、第一无线接收模块、第二无线接收模块、太阳能电池板和蓄电池；所述第一光电检测模块的输出端与所述第一无线发送模块的输入端相连，所述第一无线发送模块的输出端与所述第一无线接收模块的输入端相连，所述第一电源模块的输出端与所述第一光电检测模块和第一无线发送模块的输入端相连，为所述第一信号采集模块供电；所述第二光电检测模块的输出端与所述第二无线发送模块的输入端相连，所述第二无线发送模块的输出端与所述第二无线接收模块的输入端相连，所述第二电源模块的输出端与所述第二光电检测模块和第二无线发送模块的输入端相连，为所述第二信号采集模块供电；所述第一无线接收模块和第二无线接收模块的输出端与所述微处理器的输入端相连，所述微处理器的输出端与所述驱动电路和第三无线发送模块的输入端相连，所述驱动电路的输出端与所述显示屏的输入端相连，所述太阳能电池板的输出端与所述蓄电池的输入端相连，所述蓄电池的输出端与所述微处理器的输入端相连，所述蓄电池为所述信号处理模块供电。

微处理器为低功耗单片机，其型号为MSP430。

第一光电检测模块和第二光电检测模块由型号为E3F-20C1的激光对射光电开关构成。

第一无线发送模块和第一无线接收模块、所述第二无线发送模块和第二无线接收模块是基于Zigbee协议进行数据传输的。

第三无线发送模块是基于GPRS进行数据传输的。

第一电源模块和第二电源模块由可充电锂电池构成。

本项目采用光电检测方式进行乘客数量统计，将公交车载客数量、是否超载以及剩余座位信息通过显示屏显示出来，本项目还具有无线发送功能，可以将上述信息发送至智能公交站、乘客使用的手机等移动设备和公交公司监控中心等终端，本项目具有结构简单，易于实现，成本低和节能环保的优势，弥补了传统公交车无法显示载客情况的不足。

图1原理框图

图2第一信号采集模块的外观示意图

图3信号处理模块的外观示意图

10. 第一信号采集模块，20-第二信号采集模块，30-信号处理模块，101-第一光电检测模块，102-第一无线发送模块，103-第一电源模块，201-第二光电检测模块，202-第二无线发送模块，203-第二电源模块，301-微处理器，302-驱动电路，303-显示屏，304-第三无线发送模块，305-第一无线接收模块，306-第二无线接收模块，307-太阳能电池板，308-蓄电池。

2 主要模块设计及功能

1. 微处理器

MSP430系列单片机使TI推出的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器，可以针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上。数据宽度：16位，工作电压：1.8-3.6V，芯片最低电流会在165㎂左右，RAM保持模式下最低功耗只有0.1㎂，还有丰富的片内资源。该装置实现乘客上下车判断功能、显示控制功能、 数据保存功能，不仅是信号处理模块的中心，还是该装置的核心部分。

2. E3F-20C1激光对射光电开关

产品尺寸为M12*58，反射形式：对射型，连接方式：PVC电缆 2米，可检测不透明物体，输出方式：NPN NO，感应距离：0-20m，可调，工作电压：DC6-36V，输出电流：200mA。该装置用于第一和第二光电检测模块，分别用于检测公交车前后门上下车人数。激光开关设置于车门内的楼梯旁的两边的扶手上，开关对射，当乘客上下车时，检测的位置为腰部以上。

3. 第一、第二无线发送模块和第一、第二无线接收模块间基于的Zigbee协议

Zigbee协议适应无线传感器的地话费、低能量、高容错性等的要求，是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信，每个网络结点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里。Zigbee堆栈是在IEEE802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。Zigbee设备应该包括IEEE802.15.4(该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层，以及Zigbee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。该协议应用于发送光电检测信息和接收光电检测信息功能之间的无线联系。^[4-5]

4. 第三无线发送模块基于的GPRS

GRPS是通用分组无线服务，是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据数据传输技术，具有“实时在线”“按量计费”“快捷登录”“高速传输”“自如切换”的优点。该技术用于将微处理器处理出的乘客数量信息发送到用户和公交公司的设备终端。

3 结束语

文章主要介绍了使用光电开关的公交车乘客统计系统，包括结构、设计等。通过前门的第一光电检测模块和后门的第二光电检测模块分别检测上下车人数，然后通过第一、第二无线发送模块输出至微处理器，之后通过其数据计算处理，将人数信息传递到用户和公交公司的设备终端并在公交车外显示屏上输出。

如今，发展公共交通有利于提高交通资源利用率。而公交车由传统发展至今，越加现代化、智能化，信息化的技术不仅有利于吸引乘客，也使乘客能对公交车实时信息更加具体地掌握。既为乘客提供了便利，还提升了人们的出行效率和生活品质。

参考文献：

[1]马俊波,石力.城市公共交通问题及对策研究[J].重庆市规划设计研究院,2009(15):43-44+82.

[2]林宇. 基于红外激光线检测的乘客计数方法[D].中山大学,2012.

[3]沈惠平,范启富.基于神经网络的红外自动乘客计数方法研究[J].控制工程,2007(01):62-65.

（项目获得辽宁科技大学2021年大学生创新创业训练计划资助）