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快速公交与站台门之间无线联动系统设计

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摘要：快速公交BRT车辆在进站停车和发车时需要与设置在站台上的站台门进行同步的开关门动作，为此设计了一套基于RFID无线射频识别技术的联动系统。该系统主要由RFID单元、PLC控制器单元、DCU门控单元、PSA上位监控单元等组成。经过现场测试，该系统设计能够准确地实现车辆门与站台门的无线联动，并能实时监控和记录各个在线设备的状态。

关键词：快速公交BRT；站台门；RFID无线射頻识别技术；RFID单元；PLC控制器单元文献标识码：A

中图分类号：U270文章编号：1009-2374（2017）10-0018-02DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.009

目前快速公交BRT车辆与站台门之间的无线联动设计大多采用红外、ZigBee、摄像等技术。考虑到现场开放式全天候运营工况环境，以上技术固有的缺陷无法满足准确联动，比如红外技术受限于发射器与接收器之间的红外感应角度较小且不能有障碍物遮挡；ZigBee无线技术在短距离定位上，精度和重复度无法保证；摄像技术通过捕捉视频采样照片识别公交车辆，易受现场实际环境制约，造成误判等。本文设计了一套基于RFID无线射频识别技术的联动系统方案，包括硬件设计和软件设计两大部分，为BRT与站台门之间实现高效而安全的运营创造条件。

1系统设计

该系统主要由RFID单元、PLC控制器单元、DCU门控单元、PSA上位监控单元组成。系统拓扑图如图1所示：

1.1RFID单元设计

RFID单元硬件主要由TAG车载标签、Reader阅读器、天线等组成。标签采用全向天线，安放在车辆仪表盘内预留位置处并设置输入点（开门信号、关门信号、故障反馈等）和输出点（开到位、关到位、故障报警等），标签通过输入点采集司机按钮操作信号，通过输出点指示站台门动作状态及报警。阅读器安装在站台门固定侧盒内，设置控制和通讯端口且与PLC控制器进行连接，完成无线收发数据向PLC有线信号的转换。其中供电部分由就地电源模块提供，即标签由车载电源供电，阅读器由站台门电源供电。

RFID单元硬件除由以上组成外，另外跟随BRT车辆为司机配备了一个无线遥控器，内置锂电池、TAG标签及I/O口，作为司机紧急备用操作时使用。

RFID单元软件通过PC机串口与阅读器连接，使用自定义协议对阅读器及标签相关参数进行读写。主要参数包括设置阅读器及标签唯一ID号（用于识别阅读器和标签的物理属性）、设置RF衰减值（通过对射频高频信号2.4GHz的修改达到控制阅读器与标签磁场感应距离目的）、设置RSSI门限（通过对射频低频信号125kHz的修改达到控制标签是否被激活的目的）。

RFID单元工作机制如下：（1）阅读器及标签供电；（2）阅读器开始以特定频率发射低频触发信号，同时开始扫描区域内标签信号；（3）当车载标签进入阅读器触发信号范围，接收到触发信号后，标签以高频向阅读器发送数据；（4）数据内容包括标签ID、触发器ID、标签以及阅读器被触发时的I/O状态和场强值；（5）阅读器稳定收到标签数据一段时间（该时间段可调）后，通过I/O端口采集站台门状态并发送开关门命令，通过无线磁场耦合传输给标签；（6）区域内标签被低频信号激活一段时间（该时间段可调）后，通过I/O端口发送司机开关门命令并采集站台门状态，通过无线磁场耦合传输给阅读器；（7）阅读器通过串口与PLC控制器连接，进行数据全双工读写。

1.2PLC控制器单元设计

PLC控制器单元主要由CPU中央处理器、I/O模块、通讯模块等组成。CPU负责软件算法及逻辑编程，I/O模块负责外部输入信号采集及数字逻辑信号的输出，通讯模块负责与RFID阅读器、DCU门控器、PSA上位监控单元之间进行数据交换。

PLC软件编程主要由以下功能模块组成：（1）DCU门控器I/O逻辑处理功能块，用于开关门命令及状态的互锁逻辑处理；（2）RFID单元I/O逻辑处理功能块，用于开关门命令及反馈状态的采集和数字滤波处理；（3）RFID单元参数自适应调整功能块，根据标签与阅读器之间磁场强度值动态调整RF及RSSI门限，吸纳环境因素带来的定位距离漂移误差，确保标签与阅读器之间建立起有效的磁场通道；（4）PSA监控单元数据采集功能块，PLC通过串口与PSA连接，通讯协议采用标准的MODBUS-RTU，按照03（读写）、04（只读）功能码传输相关变量；（5）故障诊断功能块，用于分析在线设备包括RFID单元、DCU单元、PLC单元、PSA单元等各种故障报警及原因追述。

1.3DCU门控器单元设计

DCU是站台滑动门电机的监控装置，每道滑动门单元配置一套DCU门控单元，控制两扇滑动门动作。门控单元主要由控制驱动器、开关电源、接口单元及驱动与控制软件等组