简单的嵌入式无线技术解决了农村地区公交系统的调度问题

可行性分析

成本与功耗是决定上述系统在农村地区是否可行的两大极为重要的因素。农村地区大部分公交车站都没有现成可用的电力基础设施。要想专门为该公交车站的该系统供电，往往会通不过当地政府的财政审批。因此，无线节点必须依靠电池供电，而为最大化电池使用寿命，集线器系统的电流消耗应保持极低。此外，我们采用的无线技术应能够长时间处于休眠状态，因为集线器与节点在两班车之间处于休眠模式。简而言之，该解决方案可以是一种低数据率应用，而且要传输的信息数据包不过几个字节而已。简单的点对点无线技术就足够了，连接距离仅需 10 米。可靠的集线器 — 节点通信协议可满足应用需求。为了最大限度地降低成本，尤其应尽可能精简物料清单 (BOM)，毕竟对固件与存储器的要求都非常低。该解决方案运行于 2.4 GHz ISM频段上，可确保世界各地都能通用。LED 界面应非常简单直观，乘客不需要识字就能明白含义。

短距离无线技术领域的主要标准为 2.4GHz 技术，如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee 与 WirelessUSBTM [编者注：注意与 3.1 至 10.6 GHz的 认证无线 USB 相区别]。我们所推荐的解决方案有意设计得极为简单，这样在农村地区才具有可行性，就成本与复杂性而言，Wi-Fi 与蓝牙技术显得多余。而 WirelessUSB (250 kbps) 提供的数据率与距离则非常适用于该特定应用。

图2：硬件辅助型抗干扰协议有助于节约功耗。

如上所示，抗干扰协议采用无线电内置的接收信号强度指示器 (RSSI) 监控其它 RF 信号的干扰强度，并通过服务质量 (QoS) 检测法来确定是否需要通道跳转。相对于蓝牙而言，这是 WirelessUSB 2.4GHz 的重要性能优势，确保只有在检测到强干扰情况下才跳转到其它通道。这种智能逻辑比蓝牙大幅降低了无谓的功耗。

此外，蓝牙无线设备的成本与同等功能的 WirelessUSB无线设备和微控制器 (MCU) 相比，成本往往要翻一番。例如，赛普拉斯半导体公司推出的可编程片上射频系统 (PRoC LP) 只需单一器件与很少的分立元件就能实现完整的 RF 系统解决方案。这种高集成度有助于大幅降低 BOM 成本，并显著节约印制电路板上的空间。该芯片利用频率捷变直接序列扩频 (DSSS) 技术来降低干扰。这种基于系统内可再编程闪存的 MCU 可根据未来需要更改固件。

未来展望

如前所述，简单的低成本嵌入式无线解决方案能解决发展中国家农村地区公交系统的调度问题，这有助于为通勤者节约时间与金钱。公交系统基础设施一旦采用这种简单直观、高可靠性的解决方案，还能为未来进一步发展打下基础。比如，由于电流消耗很低，我们可在公交车站安装太阳能电池板，从而不再需要电力供电或定期更换电池。

从每辆公交车收集来的数据可以记入日志，以优化线路与班次安排。根据每站公交车的抵达时间数据，我们可相应调整公交站、公交线路与时间表，满足具体需求。该解决方案还可进一步扩展应用于校车与郊区的出租车。

在基础设施建设不成问题的城区，公交车站可以联网，并将日志数据发送给中心基站。通过基站的地理信息系统 (GIS) 软件，后续公交车站的抵达时间可以映射到线路上。如果通勤者通过公交网站能了解到有关信息，就可据此决定何时去某个公交站等车了。

农村与郊区的公交系统将大大受益于上述低成本嵌入式无线解决方案。该解决方案将显著提高公交系统的可信度，鼓励更多乘客选乘公交而非自驾车，从而有助于解决城区的交通拥堵问题。

Mahesh Kiwalkar 现任赛普拉斯半导体公司 RF 无线应用工程师。过去六年多来他一直参与 RF 无线设计、开发与应用工作。他自宾夕法尼亚州立大学获得电气工程硕士学位。他的电子邮件是：mahesh.kiwalkar@cypress.com。