發展中國家半數以上的人口都生活在農村和郊區。由于汽車擁有率極低，人們對當前的公交系統依賴性很大。公交系統在很大程度上滿足了客運需求，因此在農村整體經濟中發揮著重要作用。盡管人們不斷努力采取措施改進農村公交系統，但發車間隔長、晚點和時間表不一致等問題仍深深地困擾著人們。

時間就是金錢。由于公交系統的時間不能保證，因此這勢必會影響到當地通勤者的日常收入。此外，農村地區的學生也只能依靠公交去上學，因此這一問題就顯得更加突出。

最主要的問題在于，大多數農村公交線路都沒有固定的班次時間表。由于許多村莊處于偏遠地區，離車站的最近的距離可能會長達 40 到 50 英里。由于沒有公交時間表，乘客必須憑經驗判斷什么時候去公交車站等車最合適。即使乘客到了車站，也不知道這班車到底是已經經過還是沒到。

這一問題在日常生活中非常關鍵，它關系到能不能掙上一天的工錢，會不會耽誤學校的課程。通常，要等上好幾個小時，甚至要到第二天才能等到下一班車。乘客必須要了解到自己是否錯過了本班車，以及錯過的是不是該路線上當天的末班車。只有弄清楚這些信息，人們才能決定是等下一班車、步行到目的地還是返回家 — 這三種選擇都比在公交車站毫無結果地苦等要好。

需要的解決方案

下面，我們就來看看怎樣才能解決這一問題。這樣的解決方案應包括以下要點：

* 信息傳輸：需用一種能提供車輛抵達、班次頻率等關鍵信息的途徑。

* 無線連接：由于此解決方案要適用于行進中的車輛，因此無線通信不可或缺。

* 界面：沒多少文化的普通乘客也能看懂的簡單可視界面。

* 廉價但穩健的系統：系統在經濟上要可行，而且能在電力短缺等農村基礎設施條件下確保持續工作。

* 維護與經常性成本：系統的維護與經常性成本應接近于零。

解決方案建議

我們可通過以下所示的簡單、可靠、低成本的嵌入式無線解決方案提供上述關鍵信息。

圖1
該解決方案實際上是采用一種含有集線器與節點的架構。公交車站基礎設施中嵌入了包括低成本無線收發器的無線集線器及微控制器。集線器大部分時間處于休眠狀態。面向普通乘客的界面就是一組簡單的綠色 LED，LED 的數量取決于該站每天抵達的公交車數量與班次頻率。

無線節點（收發器 — 微控制器）嵌入到每趟途徑該站的公交車中。節點收發器模塊安裝到公交車上之前，先配備不同的 ID，這樣可確保集線器固件能識別出不同的節點。

不管公交車如何調度，當公交車到站時，集線器會喚醒節點并探詢數據。通過雙向握手，驗證節點。節點隨后把車號、抵達時間及當天班次頻率等信息發送給集線器。

集線器匹配數據，并打開相應的 LED，顯示車輛到站及其當天具體班次。系統固件在午夜會關閉所有 LED，進入下一天的循環。這種無線嵌入系統提高了農村公交系統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在農村地區是否可行的兩大極為重要的因素。農村地區大部分公交車站都沒有現成可用的電力基礎設施。要想專門為該公交車站的該系統供電，往往會通不過當地政府的財政審批。因此，無線節點必須依靠電池供電，而為最大化電池使用壽命，集線器系統的電流消耗應保持極低。此外，我們采用的無線技術應能夠長時間處于休眠狀態，因為集線器與節點在兩班車之間處于休眠模式。簡而言之，該解決方案可以是一種低數據率應用，而且要傳輸的信息數據包不過幾個字節而已。簡單的點對點無線技術就足夠了，連接距離僅需 10 米。可靠的集線器 — 節點通信協議可滿足應用需求。為了最大限度地降低成本，尤其應盡可能精簡物料清單 (BOM)，畢竟對固件與存儲器的要求都非常低。該解決方案運行于 2.4 GHz ISM頻段上，可確保世界各地都能通用。LED 界面應非常簡單直觀，乘客不需要識字就能明白含義。

短距離無線技術領域的主要標準為 2.4GHz 技術，如Wi-Fi、藍牙、Zigbee 與 WirelessUSBTM [編者注：注意與 3.1 至 10.6 GHz的 認證無線 USB 相區別]。我們所推薦的解決方案有意設計得極為簡單，這樣在農村地區才具有可行性，就成本與復雜性而言，Wi-Fi 與藍牙技術顯得多余。而 WirelessUSB (250 kbps) 提供的數據率與距離則非常適用于該特定應用。

圖2：硬件輔助型抗干擾協議有助于節約功耗
如上所示，抗干擾協議采用無線電內置的接收信號強度指示器 (RSSI) 監控其它 RF 信號的干擾強度，并通過服務質量 (QoS) 檢測法來確定是否需要通道跳轉。相對于藍牙而言，這是 WirelessUSB 2.4GHz 的重要性能優勢，確保只有在檢測到強干擾情況下才跳轉到其它通道。這種智能邏輯比藍牙大幅降低了無謂的功耗。

此外，藍牙無線設備的成本與同等功能的 WirelessUSB無線設備和微控制器 (MCU) 相比，成本往往要翻一番。例如，賽普拉斯半導體公司推出的可編程片上射頻系統 (PRoC LP) 只需單一器件與很少的分立元件就能實現完整的 RF 系統解決方案。這種高集成度有助于大幅降低 BOM 成本，并顯著節約印制電路板上的空間。該芯片利用頻率捷變直接序列擴頻 (DSSS) 技術來降低干擾。這種基于系統內可再編程閃存的 MCU 可根據未來需要更改固件。

未來展望

如前所述，簡單的低成本嵌入式無線解決方案能解決發展中國家農村地區公交系統的調度問題，這有助于為通勤者節約時間與金錢。公交系統基礎設施一旦采用這種簡單直觀、高可靠性的解決方案，還能為未來進一步發展打下基礎。比如，由于電流消耗很低，我們可在公交車站安裝太陽能電池板，從而不再需要電力供電或定期更換電池。

從每輛公交車收集來的數據可以記入日志，以優化線路與班次安排。根據每站公交車的抵達時間數據，我們可相應調整公交站、公交線路與時間表，滿足具體需求。該解決方案還可進一步擴展應用于校車與郊區的出租車。

在基礎設施建設不成問題的城區，公交車站可以聯網，并將日志數據發送給中心基站。通過基站的地理信息系統 (GIS) 軟件，后續公交車站的抵達時間可以映射到線路上。如果通勤者通過公交網站能了解到有關信息，就可據此決定何時去某個公交站等車了。

農村與郊區的公交系統將大大受益于上述低成本嵌入式無線解決方案。該解決方案將顯著提高公交系統的可信度，鼓勵更多乘客選乘公交而非自駕車，從而有助于解決城區的交通擁堵問題。