除了家用自動化、工業控制等領域之外，微控制器與無線通訊技術的結合可能比一般人所認知的更為廣闊。舉例來說，在開發中國家人口稀少、班次稀疏的郊區，若能善用微控制器與感測網路，將可精準告知車班位置，除了為公車營運單位省去不少成本、提升乘客滿意度，也可以為營運單位帶來更多營收。
開發中國家有半數以上人口居住在鄉間與郊區，且由於擁有汽車的人少，一般大眾都極依賴方便的大眾運輸系統。公車運輸是能滿足大部分乘客運輸的主要交通工具，並在整體郊區經濟方面扮演重要角色。但是，雖然過去已相繼投入各種努力來改善此類系統，但仍面臨班次間隔過長、無法準時以及班次時間不一致等問題。
由於時間就是金錢，對公車運輸時程準確性的依賴，會影響這些區域許多按日計酬勞工的收入。對於依賴此類運輸工具的學生，則會影響到其準時到校上學的出席率。在此，最大的問題是，這些路線大多數沒有設立班次表。由於這些村莊位於偏遠地區，最近的目的地也是在四、五十哩以外。在沒有班次表的情況下，乘客僅能靠經驗或是運氣來推估到站時間。
此外，以現行的設計來看，當乘客抵達公車站時，並不知道公車究竟是否已經走了，還是尚未到站。由於這個問題將影響到當日酬勞，或能否準時到校，因此對乘客的日常生活有很大的影響。對於乘客來說，公車的位置非常重要，因為乘客可以依此決定是要等下一班公車，或是選擇其他交通工具甚至放棄，以上三種決定都比在公車站空等好。
也因如此，若能善用無線感測網路解決方案，再加上低成本的優勢，可望為為數眾多的開發中國家郊區住戶解決相關問題。而其關鍵要素包括資訊傳輸，例如需要理想的途徑來傳送各種需要的關鍵資訊，又因為這種解決方案須要建置在移動的車輛中，因此無線通訊方案勢在必行。同時，還需要一種簡單易懂的視覺介面，讓即使是文盲的通勤者也能操作。另外，也須有便宜又穩定可靠的系統，讓開發中國家的公車營運單位可以負擔，以及能在鄉間嚴苛基礎建設環境中運作。更重要的是，此類系統要求趨近於零的維護與重覆使用成本。
公車結合無線節點 到站時間輕鬆掌握
令人高興的是，上述關鍵資訊，都可透過一個簡單、可靠、低成本的嵌入式無線解決方案來達成(圖1)。此種解決方案實際上是建構在集線器(Hub)與節點(Node)的架構上。這個嵌入在公車站牌基礎設施的無線集線器，是由一個低成本無線收發器和一個微控制器所組成，且集線器在大多數的時間都處在休眠狀態。
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| 圖1 適合鄉間公車運輸系統的無線集線器與節點系統解決方案 |
一般乘客所看到的介面，會是一組簡單的綠色發光二極體(LED)燈號，且LED的數量可顯示公車每天到站的班次數，以及到站的間隔頻率。無線節點(即微控制器收發器)則嵌入在每輛到站的公車上。在安裝節點收發器模組到公車之前，它們會先被分配好不同的ID識別碼，讓集線器韌體能夠辨識。
不論是否按時到站，當公車抵達站牌時，集線器會喚醒並要求節點傳送資料。系統透過一個雙向的交握程序來驗證節點，節點會把資訊轉送到集線器，包括公車路線號碼、抵達時間及班次頻率。集線器會比對資料，並開啟相對映的LED燈號，指示特定公車到站及當日班次等資訊。在休息時間，韌體則會關閉LED燈號，準備次日的運作。運用此類無線嵌入式系統，能讓鄉間的乘客得到更加舒適與可靠的公車運輸系統。
不過，這類系統能否在鄉間地區運作，成本與功耗是最重要的兩項要素。鄉間地區大多數公車站，都沒有電力供應。也因此，意謂無線集線器必須使用電池運作。無線節點可利用汽車的電池，因此不會有太大問題。但為了讓集線器系統在下一次充電之前能維持最長的續航力，系統消耗的電流仍必須維持在極低的程度。此外，採用的無線技術必須能在兩班公車到站之間，自動維持休眠模式，因此集線器與節點能否自動切換至休眠模式也很重要。
而因為這項應用屬於低資料傳輸率，且資料封包也僅有數位元組，因此所需的只是一個簡單的點對點無線技術，傳輸距離只需10公尺。一般來說，只要是可靠的集線器與節點通訊協定，就能驅動此類應用。另外，為了將成本壓到最低，材料清單應降到最少。如採用在2.4GHz公用頻段上運作的解決方案，就能毫無限制地在全球各地部署。而LED燈號所建構的簡單視覺介面，也讓全球乘客一看就懂。
特殊應用有優勢 專屬技術出頭天
短距離無線技術一直由2.4GHz頻段所主宰，如無線區域網路(WiFi)、藍牙(Bluetooth)、ZigBee及各種專屬標準解決方案，如賽普拉斯(Cypress)的CyFi技術等。由於相關解決方案須具備極高的簡化度，並能夠在鄉間環境運作，因此WiFi與藍牙在成本與複雜度上都不適合。而ZigBee或CyFi的資料傳輸率與距離，則能針對這種特殊應用進行最佳化。
如圖2所示，CyFi的通訊協定會監視其他射頻訊號的干擾強度，並運用無線電內建的接收訊號敏感度指示器(RSSI)，以及服務品質(QoS)檢測方法，來進行跳頻。相較於藍牙而言，這是一個關鍵性的效能差異因素，因為CyFi的2.4GHz射頻訊號僅會在偵測到高強度干擾時才會跳頻，也因此大幅減少不必要的耗電。此外，藍牙射頻的成本通常是同級專屬射頻與微控制器的兩倍。
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| 圖2 賽普拉斯的CyFiTM通訊協定 |
CyFi網路能偵測干擾源並動態調整資料傳輸率、透過內部功率放大器即時調整射頻輸出功率，並以高速頻道選擇器運作頻道，以維持高可靠度、具持續性的連結，並適用於任何射頻環境。上述功能對公車站的放射狀節點應用，都特別能發揮效益。
賽普拉斯提供一個完整的射頻系統解決方案，結合單一元件以及少數獨立元件，除了大幅減少材料清單，並省下可觀的印刷電路板(PCB)空間。而系統內建的可重複編程Flash型微控制器，也能針對未來的需求來修改韌體。
簡言之，CyFi有別於其他廠商的射頻技術，在不犧牲其他方面的性能下，運用獨有的高彈性PSoC技術，將可靠度、簡便性及省電性結合在一個無線解決方案中。
總結前言，一個簡單、低成本的嵌入式無線解決方案，能協助解決開發中國家郊區大眾運輸系統的各種班次時程問題，將能協助每日通勤的乘客節省更多時間與金錢。當這種直接且可靠的解決方案能被運用在大眾運輸的基礎設施中，它將為未來的先進設備開創無窮的發展空間。例如，若電流消耗能被壓低，就能使用裝在公車站上方的太陽能板來提供電力，而不需要外部電源或定期充電。
從每部公車收集到的數據，會登錄到系統中，並能協助進行路線與班次時間的最佳化。根據每個公車站收集到的抵達時間，可依此調整路線與時程來滿足乘客的實際需求。這個解決方案還能進一步延伸至學校公車及郊區的計程車。這些基礎設施很容易在沒障礙物的郊區布建，公車站也可透過網路相互連結，只要登錄資料可傳送到中央基地台。透過基地台內的地理資訊系統(Geographical Information System, GIS)軟體，後續公車站的抵達時間可對照到整條路線。若這些資訊可傳送給大眾，公布在大眾運輸的網站上，通勤者就能得知公車抵達特定公車站牌的時間。
鄉間與郊區大眾運輸，可透過低成本的嵌入式無線解決方案獲得可觀的利益。它將能提高大眾運輸系統的可靠度，並鼓勵更多通勤者放棄私人交通工具，改搭大眾運輸工具，進而協助解決交通壅塞問題。
(本文作者任職於賽普拉斯)