基于ZigBee的城市公交車(chē)定位系統設計

引言

　　城市現代化建設中，公交交通工具的管理和調度是其很重要的一個(gè)方面。管理中心可以隨時(shí)通過(guò)路況和乘客的需求調度車(chē)輛；另外一方面，通過(guò)公交站臺的顯示器，通告給乘客等待中的車(chē)輛離站還有多遠距離，這樣在堵車(chē)的情況下可以讓乘客自己選擇出行方式。本文設計一個(gè)基于ZigBee 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的定位系統，本系統中，公交車(chē)被視為定位節點(diǎn)，在城市道路沿線(xiàn)廣布參考節點(diǎn)，通過(guò)參考節點(diǎn)計算出定位節點(diǎn)，在把定位信息上報給網(wǎng)關(guān)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳至主干網(wǎng)絡(luò )，最后傳至控制中心。

　　1 無(wú)線(xiàn)定位系統的網(wǎng)絡(luò )原理和實(shí)現

　　該網(wǎng)絡(luò )定位的原理如圖1 所示，從圖中可以看出，該網(wǎng)絡(luò )定位幾乎全部可以采用無(wú)線(xiàn)傳輸，這樣可以解決道路布線(xiàn)困難，且節約大量的硬件成本。

圖1 定位系統原理

　?、僦鳈C：管理中心的計算機，在計算機上配備相關(guān)界面化軟件，便于觀(guān)察各條公交線(xiàn)路的公交車(chē)位置情況，這樣也便于管理和調度。

　?、诰W(wǎng)關(guān)：采用CC2430 設計，能夠組建一個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò )，在每個(gè)區域中，即每條公交線(xiàn)路上，網(wǎng)關(guān)充當協(xié)調器的角色，把定位節點(diǎn)，即各輛公交車(chē)位置信息上報給管理中心。

　?、蹍⒖脊濣c(diǎn)：參考節點(diǎn)也采用CC2430 設計，在網(wǎng)絡(luò )中充當路由器角色，在本系統定位過(guò)程中布置在公交線(xiàn)路上，由用戶(hù)指定固定坐標，并為定為節點(diǎn)提供該坐標和RSSI 平均值。另外，參考節點(diǎn)還可以擴展，通過(guò)視頻功能，可以獲取路況信息，進(jìn)一步為管理中心提供數據。

　?、芏ㄎ还濣c(diǎn)：定位節點(diǎn)采用CC2431 設計，其內部具有定位引擎，能夠根據參考節點(diǎn)提供的固定坐標和RSSI 平均值計算出自身的精確坐標位置，并把該坐標協(xié)同定為節點(diǎn)標識號發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。

　　2 系統各節點(diǎn)具體設計

　　2.1 定位節點(diǎn)

　　定位節點(diǎn)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(guān)。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(wú)線(xiàn)器件，沒(méi)有其它外設，一方面簡(jiǎn)化設計，另一方面利于節省能源。

圖2 定位節點(diǎn)設計原理

　　定位節點(diǎn)通過(guò)接受定位區域內所有參考節點(diǎn)的RSSI 值后，經(jīng)過(guò)定位算法來(lái)計算其坐標值。定位節點(diǎn)包含以下功能：

　?、偌尤刖W(wǎng)絡(luò )，無(wú)線(xiàn)收發(fā)數據功能。

　?、诳刂茀⒖脊濣c(diǎn)多次收集與定位節點(diǎn)通信時(shí)信號強度值的功能。

　?、劭刂茀⒖脊濣c(diǎn)計算多次手機定位節點(diǎn)信號強度值的平均值并發(fā)送給定為節點(diǎn)功能。

　?、苣鼙粎f(xié)調器空中動(dòng)態(tài)配置標準參數的功能。

　?、莸酎c(diǎn)后標準參數信息不丟失的功能。

　?、抻嬎?，發(fā)送XY 坐標。

　?、甙l(fā)送定位節點(diǎn)編號的功能。

　　定位節點(diǎn)的基本功能包含了無(wú)線(xiàn)收發(fā)數據的功能，控制參考節點(diǎn)多次收集和定位節點(diǎn)通信時(shí)的信號強度值，并且控制參考節點(diǎn)計算多次收集定位節點(diǎn)信號強度值的平均值并發(fā)送給定位節點(diǎn)。定位節點(diǎn)還要接受網(wǎng)關(guān)進(jìn)行空中動(dòng)態(tài)配置標準參數，并且保證掉電后標準參數信息不會(huì )丟失。

　　定位節點(diǎn)上電以后，系統將給與它一個(gè)默認的標準參數，包括A 值，N 值，模式，收集等待時(shí)間，自動(dòng)模式下周期，最小參考節點(diǎn)數等信息，如果是第一次加入參考網(wǎng)絡(luò )，則系統將這些數據寫(xiě)入flash；否則如果已存在于網(wǎng)絡(luò )中，就將存放在flash 中的標準參數讀出。