基于ZigBee技術(shù)的XBee Pro模塊在智能公交系統中的應用

隨著(zhù)國內經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市的規模在不斷擴大，尤其是各種交通工具的增長(cháng)更迅速，從而使城市交通需求與供給的矛盾日益突出，而單靠擴大道路交通基礎設施來(lái)緩解矛盾的做法已難以為繼。在這種情況下，智能公交系統(Advanced Public Transportation Systems，APTS)也就應運而生，并且成為近年來(lái)國內研究的熱點(diǎn)。在智能公交系統所涉及的各種技術(shù)中，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)尤為引人注目。而ZigBee作為一種新興的短距離、低速率的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，更是得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應用。目前市場(chǎng)上也出現了大量與ZigBee相關(guān)的各種產(chǎn)品，其中，比較有競爭力的ZigBee解決方案主要有下面幾種：

(1) Freescale：MC1319X平臺；

(2) Chipcon：SoC解決方案CC2430；

(3) Ember：EM250ZigBee系統晶片及EM260網(wǎng)絡(luò )處理器；

(4) Jennic的JN5121芯片；

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調研，發(fā)現Freescale的MC1319X平臺功耗低、價(jià)格低廉、硬件集成度高，方便二次開(kāi)發(fā)，射頻通信系統的穩定性高。所以，在本文的設計中選用了MaxStream公司與ZigBee兼容的以Freescale MC1319x芯片組為核心的XBee Pro RF模塊。下面主要介紹Xbee Pro的特性、接口應用、操作模式以及在智能公交無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的應用。

1 XBee Pro模塊的特性與接口

XBee模塊的基本性能參數如下：

(1)發(fā)送功率：100 mW；

(2)接收靈敏度：-92 dBm；

(3)室內傳輸距離為100 m，室外傳輸距離為1500m；

(4)RF數據傳輸速率為250 kbps；

(5)在3.3 V電源下，發(fā)送電流為215 mA，接收電流為55 mA：

(6)在網(wǎng)絡(luò )性能方面，具有DSS(直接序列擴頻)功能，可以組成對等網(wǎng)、點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )，具有12個(gè)軟件可選的直接序列信道，每個(gè)信道有65 000個(gè)可用網(wǎng)絡(luò )地址。

XBee Pro模塊體積小，功耗低，接口簡(jiǎn)單，容易使用，非常適用于低數據速率的短距離通信應用，尤其是無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的設計應用。XBeePro模塊還提供有免費X-CTU測試軟件以便能夠輕松測試和配置網(wǎng)絡(luò )。該模塊還可以通過(guò)下載該公司最新的固件(Firmware)，使用戶(hù)在使用原有硬件模塊的基礎上，獲得最新的功能，從而為設計提供了極大的靈活性。

圖1所示是XBee Pro模塊的引腳圖。Xbee Pro有20個(gè)引腳。其中引腳中的VCC、GND、DOUT及DIN用于與RS232接口的電路板引腳連接。VCC引腳是電源引腳，范圍為2.8～3.4 V；GND為地引腳；DIN引腳信號方向為輸入，作為UART的數據輸入，通常與處理器的UART接收端TX相連；DOUT引腳信號方向為輸出，作為UART數據輸出，通常與處理器的UART接收端RX相連。MaxStream公司發(fā)布的fimrwaer版本暫不支持引腳ADO-AD5、DIO0-DIO7以及DO8的功能。


在XBee Pro模塊中集成有一個(gè)UART接口，其內部結構如圖2所示。


當串行數據通過(guò)DIN引腳進(jìn)入XBee Pro模塊后，數據會(huì )先存儲在DI緩沖器中，直到被發(fā)送器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去；當天線(xiàn)接收RF數據后，接收數據則先進(jìn)入DO緩沖器，然后再串行送入主機中。在一定條件下，模塊可能無(wú)法立即處理串位接收緩沖中的數據，這個(gè)時(shí)候就需用到CTS流控以此來(lái)避免因大量串行數據輸人而造成接收緩沖溢出的問(wèn)題。XBee Pro模塊可以通過(guò)UART接口直接與控制器的UART接口相連，其硬件接口非常簡(jiǎn)單實(shí)用。

2 XBee Pro模塊的操作模式

XBee Pro有空模式、接收模式、發(fā)送模式、睡眠模式和命令模式等5種操作模式，如圖3所示。每一種操作模式都有透明方式和應用程序接口(API)方式兩種操作方式。當工作在透明方式時(shí)，模塊可起到替代串口線(xiàn)的作用，并以字節為單位來(lái)處理各種信息；當工作在A(yíng)PI方式下，所有進(jìn)出模塊的數據均被包含在定義模塊的操作和事件的幀結構中。本設計采用API操作方式。