發(fā)展中國(guó)家半數(shù)以上的人口都生活在農(nóng)村和郊區(qū)。由于汽車(chē)擁有率極低，人們對(duì)當(dāng)前的公交系統(tǒng)依賴(lài)性很大。公交系統(tǒng)在很大程度上滿(mǎn)足了客運(yùn)需求，因此在農(nóng)村整體經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。盡管人們不斷努力采取措施改進(jìn)農(nóng)村公交系統(tǒng)，但發(fā)車(chē)間隔長(zhǎng)、晚點(diǎn)和時(shí)間表不一致等問(wèn)題仍深深地困擾著人們。

時(shí)間就是金錢(qián)。由于公交系統(tǒng)的時(shí)間不能保證，因此這勢(shì)必會(huì)影響到當(dāng)?shù)赝ㄇ谡叩娜粘Ｊ杖搿４送猓r(nóng)村地區(qū)的學(xué)生也只能依靠公交去上學(xué)，因此這一問(wèn)題就顯得更加突出。

最主要的問(wèn)題在于，大多數(shù)農(nóng)村公交線路都沒(méi)有固定的班次時(shí)間表。由于許多村莊處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，離車(chē)站的最近的距離可能會(huì)長(zhǎng)達(dá) 40 到 50 英里。由于沒(méi)有公交時(shí)間表，乘客必須憑經(jīng)驗(yàn)判斷什么時(shí)候去公交車(chē)站等車(chē)最合適。即使乘客到了車(chē)站，也不知道這班車(chē)到底是已經(jīng)經(jīng)過(guò)還是沒(méi)到。

這一問(wèn)題在日常生活中非常關(guān)鍵，它關(guān)系到能不能掙上一天的工錢(qián)，會(huì)不會(huì)耽誤學(xué)校的課程。通常，要等上好幾個(gè)小時(shí)，甚至要到第二天才能等到下一班車(chē)。乘客必須要了解到自己是否錯(cuò)過(guò)了本班車(chē)，以及錯(cuò)過(guò)的是不是該路線上當(dāng)天的末班車(chē)。只有弄清楚這些信息，人們才能決定是等下一班車(chē)、步行到目的地還是返回家 — 這三種選擇都比在公交車(chē)站毫無(wú)結(jié)果地苦等要好。

需要的解決方案

下面，我們就來(lái)看看怎樣才能解決這一問(wèn)題。這樣的解決方案應(yīng)包括以下要點(diǎn)：

* 信息傳輸：需用一種能提供車(chē)輛抵達(dá)、班次頻率等關(guān)鍵信息的途徑。

* 無(wú)線連接：由于此解決方案要適用于行進(jìn)中的車(chē)輛，因此無(wú)線通信不可或缺。

* 界面：沒(méi)多少文化的普通乘客也能看懂的簡(jiǎn)單可視界面。

* 廉價(jià)但穩(wěn)健的系統(tǒng)：系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上要可行，而且能在電力短缺等農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施條件下確保持續(xù)工作。

* 維護(hù)與經(jīng)常性成本：系統(tǒng)的維護(hù)與經(jīng)常性成本應(yīng)接近于零。

解決方案建議

我們可通過(guò)以下所示的簡(jiǎn)單、可靠、低成本的嵌入式無(wú)線解決方案提供上述關(guān)鍵信息。

圖1
該解決方案實(shí)際上是采用一種含有集線器與節(jié)點(diǎn)的架構(gòu)。公交車(chē)站基礎(chǔ)設(shè)施中嵌入了包括低成本無(wú)線收發(fā)器的無(wú)線集線器及微控制器。集線器大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)。面向普通乘客的界面就是一組簡(jiǎn)單的綠色 LED，LED 的數(shù)量取決于該站每天抵達(dá)的公交車(chē)數(shù)量與班次頻率。

無(wú)線節(jié)點(diǎn)（收發(fā)器 — 微控制器）嵌入到每趟途徑該站的公交車(chē)中。節(jié)點(diǎn)收發(fā)器模塊安裝到公交車(chē)上之前，先配備不同的 ID，這樣可確保集線器固件能識(shí)別出不同的節(jié)點(diǎn)。

不管公交車(chē)如何調(diào)度，當(dāng)公交車(chē)到站時(shí)，集線器會(huì)喚醒節(jié)點(diǎn)并探詢(xún)數(shù)據(jù)。通過(guò)雙向握手，驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)隨后把車(chē)號(hào)、抵達(dá)時(shí)間及當(dāng)天班次頻率等信息發(fā)送給集線器。

集線器匹配數(shù)據(jù)，并打開(kāi)相應(yīng)的 LED，顯示車(chē)輛到站及其當(dāng)天具體班次。系統(tǒng)固件在午夜會(huì)關(guān)閉所有 LED，進(jìn)入下一天的循環(huán)。這種無(wú)線嵌入系統(tǒng)提高了農(nóng)村公交系統(tǒng)乘客的舒適性與可靠性。

可行性分析

成本與功耗是決定上述系統(tǒng)在農(nóng)村地區(qū)是否可行的兩大極為重要的因素。農(nóng)村地區(qū)大部分公交車(chē)站都沒(méi)有現(xiàn)成可用的電力基礎(chǔ)設(shè)施。要想專(zhuān)門(mén)為該公交車(chē)站的該系統(tǒng)供電，往往會(huì)通不過(guò)當(dāng)?shù)卣呢?cái)政審批。因此，無(wú)線節(jié)點(diǎn)必須依靠電池供電，而為最大化電池使用壽命，集線器系統(tǒng)的電流消耗應(yīng)保持極低。此外，我們采用的無(wú)線技術(shù)應(yīng)能夠長(zhǎng)時(shí)間處于休眠狀態(tài)，因?yàn)榧€器與節(jié)點(diǎn)在兩班車(chē)之間處于休眠模式。簡(jiǎn)而言之，該解決方案可以是一種低數(shù)據(jù)率應(yīng)用，而且要傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)包不過(guò)幾個(gè)字節(jié)而已。簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線技術(shù)就足夠了，連接距離僅需 10 米。可靠的集線器 — 節(jié)點(diǎn)通信協(xié)議可滿(mǎn)足應(yīng)用需求。為了最大限度地降低成本，尤其應(yīng)盡可能精簡(jiǎn)物料清單 (BOM)，畢竟對(duì)固件與存儲(chǔ)器的要求都非常低。該解決方案運(yùn)行于 2.4 GHz ISM頻段上，可確保世界各地都能通用。LED 界面應(yīng)非常簡(jiǎn)單直觀，乘客不需要識(shí)字就能明白含義。

短距離無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域的主要標(biāo)準(zhǔn)為 2.4GHz 技術(shù)，如Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee 與 WirelessUSBTM [編者注：注意與 3.1 至 10.6 GHz的 認(rèn)證無(wú)線 USB 相區(qū)別]。我們所推薦的解決方案有意設(shè)計(jì)得極為簡(jiǎn)單，這樣在農(nóng)村地區(qū)才具有可行性，就成本與復(fù)雜性而言，Wi-Fi 與藍(lán)牙技術(shù)顯得多余。而 WirelessUSB (250 kbps) 提供的數(shù)據(jù)率與距離則非常適用于該特定應(yīng)用。

圖2：硬件輔助型抗干擾協(xié)議有助于節(jié)約功耗
如上所示，抗干擾協(xié)議采用無(wú)線電內(nèi)置的接收信號(hào)強(qiáng)度指示器 (RSSI) 監(jiān)控其它 RF 信號(hào)的干擾強(qiáng)度，并通過(guò)服務(wù)質(zhì)量 (QoS) 檢測(cè)法來(lái)確定是否需要通道跳轉(zhuǎn)。相對(duì)于藍(lán)牙而言，這是 WirelessUSB 2.4GHz 的重要性能優(yōu)勢(shì)，確保只有在檢測(cè)到強(qiáng)干擾情況下才跳轉(zhuǎn)到其它通道。這種智能邏輯比藍(lán)牙大幅降低了無(wú)謂的功耗。

此外，藍(lán)牙無(wú)線設(shè)備的成本與同等功能的 WirelessUSB無(wú)線設(shè)備和微控制器 (MCU) 相比，成本往往要翻一番。例如，賽普拉斯半導(dǎo)體公司推出的可編程片上射頻系統(tǒng) (PRoC LP) 只需單一器件與很少的分立元件就能實(shí)現(xiàn)完整的 RF 系統(tǒng)解決方案。這種高集成度有助于大幅降低 BOM 成本，并顯著節(jié)約印制電路板上的空間。該芯片利用頻率捷變直接序列擴(kuò)頻 (DSSS) 技術(shù)來(lái)降低干擾。這種基于系統(tǒng)內(nèi)可再編程閃存的 MCU 可根據(jù)未來(lái)需要更改固件。

未來(lái)展望

如前所述，簡(jiǎn)單的低成本嵌入式無(wú)線解決方案能解決發(fā)展中國(guó)家農(nóng)村地區(qū)公交系統(tǒng)的調(diào)度問(wèn)題，這有助于為通勤者節(jié)約時(shí)間與金錢(qián)。公交系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施一旦采用這種簡(jiǎn)單直觀、高可靠性的解決方案，還能為未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展打下基礎(chǔ)。比如，由于電流消耗很低，我們可在公交車(chē)站安裝太陽(yáng)能電池板，從而不再需要電力供電或定期更換電池。

從每輛公交車(chē)收集來(lái)的數(shù)據(jù)可以記入日志，以?xún)?yōu)化線路與班次安排。根據(jù)每站公交車(chē)的抵達(dá)時(shí)間數(shù)據(jù)，我們可相應(yīng)調(diào)整公交站、公交線路與時(shí)間表，滿(mǎn)足具體需求。該解決方案還可進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用于校車(chē)與郊區(qū)的出租車(chē)。

在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不成問(wèn)題的城區(qū)，公交車(chē)站可以聯(lián)網(wǎng)，并將日志數(shù)據(jù)發(fā)送給中心基站。通過(guò)基站的地理信息系統(tǒng) (GIS) 軟件，后續(xù)公交車(chē)站的抵達(dá)時(shí)間可以映射到線路上。如果通勤者通過(guò)公交網(wǎng)站能了解到有關(guān)信息，就可據(jù)此決定何時(shí)去某個(gè)公交站等車(chē)了。

農(nóng)村與郊區(qū)的公交系統(tǒng)將大大受益于上述低成本嵌入式無(wú)線解決方案。該解決方案將顯著提高公交系統(tǒng)的可信度，鼓勵(lì)更多乘客選乘公交而非自駕車(chē)，從而有助于解決城區(qū)的交通擁堵問(wèn)題。