ZigBee的城市公交車定位系統(tǒng)設計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ZigBee的城市公交車定位系統(tǒng)設計 摘 要：利用無線傳感器單片機CC2431 和CC2430 設計了一個基于ZigBee 的公交車無線定位系統(tǒng)。傳統(tǒng)的定位都是采用GPS 或者GPRS 的定位。GPS 定位系統(tǒng)設計簡單，可以使用的定位衛(wèi)星資源，但是移動臺到控制中心的數(shù)據(jù)傳送需要借助其它網(wǎng)絡資源；GPRS 定位是基于移動蜂窩式通信的定位，使用現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡，但是帶寬低，不利于突發(fā)事件的快速處理。本文設計的Zigbee 的無線定位系統(tǒng)基于無線單片機CC2431，利用CC2431 自帶的RSSI 定位引擎，再運用無線自組網(wǎng)開展定位并向控制中心傳送定位信息。該系統(tǒng)設計簡

2、單，定位度高，設備成本低廉，適合現(xiàn)代化城市的公交車系統(tǒng)智能管理。 0 引言 城市現(xiàn)代化建設中，公交交通工具的管理和調度是其很重要的一個方面。管理中心可以隨時通過路況和乘客的需求調度車輛；另外一方面，通過公交站臺的顯示器，通告給乘客等待中的車輛離站還有多遠距離，這樣在堵車的情況下可以讓乘客自己選擇出行方式。本文設計一個基于ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡的定位系統(tǒng)，本系統(tǒng)中，公交車被視為定位節(jié)點，在城市道路沿線廣布參考節(jié)點，通過參考節(jié)點計算出定位節(jié)點，在把定位信息上報給網(wǎng)關，通過網(wǎng)關傳至主干網(wǎng)絡，傳至控制中心。 1 無線定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡原理和實現(xiàn) 該網(wǎng)絡定位的原理如圖1 所示，從圖中可以看出，該網(wǎng)絡定

3、位幾乎全部可以采用無線傳輸，這樣可以解決道路布線困難，且節(jié)約大量的硬件成本。 圖1 定位系統(tǒng)原理 主機：管理中心的計算機，在計算機上配備相關界面化軟件，便于觀察各條公交線路的公交車位置情況，這樣也便于管理和調度。 網(wǎng)關：采用CC2430 設計，能夠組建一個ZigBee 網(wǎng)絡，在每個區(qū)域中，即每條公交線路上，網(wǎng)關充當協(xié)調器的角色，把定位節(jié)點，即各輛公交車位置信息上報給管理中心。 參考節(jié)點：參考節(jié)點也采用CC2430 設計，在網(wǎng)絡中充當路由器角色，在本系統(tǒng)定位過程中布置在公交線路上，由用戶指定固定坐標，并為定為節(jié)點提供該坐標和RSSI 平均值。另外，參考節(jié)點還可以擴展，通過視頻功能，可以獲取路況信

4、息，進一步為管理中心提供數(shù)據(jù)。 定位節(jié)點：定位節(jié)點采用CC2431 設計，其內部具有定位引擎，能夠根據(jù)參考節(jié)點提供的固定坐標和RSSI 平均值計算出自身的坐標位置，并把該坐標協(xié)同定為節(jié)點標識號發(fā)送給網(wǎng)關。 2 系統(tǒng)各節(jié)點具體設計 2.1 定位節(jié)點 定位節(jié)點采用CC2431 設計，利用內部引擎計算自身的位置，然后傳至網(wǎng)關。其設計原理如圖2 所示。從圖可以看出，僅僅采用CC2431 和加上外部必要的無線器件，沒有其它外設，一方面簡化設計，另一方面利于節(jié)省能源。 圖2 定位節(jié)點設計原理 定位節(jié)點通過承受定位區(qū)域內所有參考節(jié)點的RSSI 值后，經過定位算法來計算其坐標值。定位節(jié)點包含以下功能： 參加網(wǎng)

5、絡，無線收發(fā)數(shù)據(jù)功能。 控制參考節(jié)點多次收集與定位節(jié)點通信時信號強度值的功能。 控制參考節(jié)點計算多次手機定位節(jié)點信號強度值的平均值并發(fā)送給定為節(jié)點功能。 能被協(xié)調器空中動態(tài)配置標準參數(shù)的功能。 掉點后標準參數(shù)信息不丟失的功能。 計算，發(fā)送XY 坐標。 發(fā)送定位節(jié)點編號的功能。 定位節(jié)點的基本功能包含了無線收發(fā)數(shù)據(jù)的功能，控制參考節(jié)點多次收集和定位節(jié)點通信時的信號強度值，并且控制參考節(jié)點計算多次收集定位節(jié)點信號強度值的平均值并發(fā)送給定位節(jié)點。定位節(jié)點還要承受網(wǎng)關開展空中動態(tài)配置標準參數(shù)，并且保證掉電后標準參數(shù)信息不會丟失。 定位節(jié)點上電以后，系統(tǒng)將給與它一個默認的標準參數(shù)，包括A 值，N 值，模

6、式，收集等待時間，自動模式下周期，參考節(jié)點數(shù)等信息，如果是次參加參考網(wǎng)絡，則系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)寫入flash；否則如果已存在于網(wǎng)絡中，就將存放在flash 中的標準參數(shù)讀出。 2.2 參考節(jié)點 參考節(jié)點是一種已知的靜態(tài)節(jié)點，其坐標（X,Y）值是固定的，不參與定位計算，由CC2430 實現(xiàn)。本設計過程中一個區(qū)域采用8 個參考節(jié)點組成。 參考節(jié)點必須正確的配置在定位區(qū)域中的位置。它的任務是提供一個包含自己位置X,Y 坐標和RSSI 平均值與計算機相連。因為定位系統(tǒng)的控制源是控制中心的計算機，所有的流程都由計算機控制。在網(wǎng)關收到或發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，總會計算1 個校驗值驗證或做數(shù)據(jù)的以一位，所以以下實驗數(shù)據(jù)

7、中數(shù)據(jù)格式由數(shù)據(jù)幀和校驗位兩部分組成。 通過串口讀到的數(shù)據(jù)為：02 10 18 0B CB B8 3C D2 1500 08 FF FF FF FF 83。各位數(shù)據(jù)含義如下： 表1 串口各位數(shù)據(jù)含義 從表中可以看出，0B 是數(shù)據(jù)長度，為從這以為開始一直到校驗位的所有數(shù)據(jù)位，B8 3C 表示網(wǎng)絡地址，低位在前，高位在后，表示的網(wǎng)絡地址為0 x3CB0。15 00 表示串ID 號，地位在前，高位在后，所以串ID 地址為0 x0015。后面的是XY 坐標上電后的初始地址。 在定位節(jié)點上電之后，首先把數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關。因為系統(tǒng)采用非自動模式，所以網(wǎng)關會一直等待，直到上位機需要節(jié)點數(shù)據(jù)時，發(fā)送如下表2 所示的一條命令。 表2 上位機數(shù)據(jù) 從命令的形式可以看出，該命令的發(fā)送形式為短地址形式。發(fā)送該命令以后，只有地址為0 x5324 的節(jié)點會收到該信息。發(fā)送后上位機收到的數(shù)據(jù)為：02 10 18 14 CB 32 65D3 14 00 11 00 06 00 1F 00 04 B8 3C 00 00 28 00 28 CF31 32 33 34。 從結果可以看出，上位機正常收到數(shù)據(jù)，通過改變定位節(jié)點在網(wǎng)絡中的位置，就可以得到一組不同的數(shù)據(jù)，在根據(jù)數(shù)據(jù)中特定的信息位可以得到坐標結果。在實際應用系統(tǒng)中，對應的坐標位都在地圖上開展顯示，可以直觀的看到各輛公交車在路線上