基于Xbee Pro模塊和ZigBee/GPS/GPRS的智能公交系統設計

　　當串行數據通過(guò)DIN引腳進(jìn)入XBee Pro 模塊后， 數據會(huì )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RF數據由天線(xiàn)接收后， 接收數據進(jìn)人DO緩沖器， 直到被處理。在一定條件下， 模塊可能無(wú)法立即處理在串位接收緩沖中的數據。如果大量的串行數據發(fā)送到模塊， 可能需要使用CTS流控以避免串行接收緩沖溢出。XBeePro 模塊可以通過(guò)UART 接口直接與控制器的UART接口相連， 硬件接口簡(jiǎn)單實(shí)用。

　　2.3 電子站牌終端的硬件組成

　　電子站牌終端的硬件組成與公交車(chē)車(chē)載終端相比， 主要是把公交車(chē)上的GPS定位模塊替換成了GPRS -DTU 數據傳輸單元。GF -2008AWGPRS-DTU是北京嘉復欣科技有限公司研制生產(chǎn)的GPRS無(wú)線(xiàn)數據通信產(chǎn)品， 該產(chǎn)品內置西門(mén)子MC39i GPRS模塊， 具有準確性高、環(huán)境適應性好、易于安裝和維護等特點(diǎn)， 能夠為用戶(hù)提供高速、可靠、永遠在線(xiàn)的數據傳輸服務(wù)和虛擬專(zhuān)用數據通信網(wǎng)絡(luò )服務(wù)， 可廣泛用于遠程抄表、環(huán)保數據采集、交通信息發(fā)布等方面。以下是GF-2008AW GPRS-DTU的主要特點(diǎn)：

　　◇ 可實(shí)現串口透明的無(wú)線(xiàn)數據傳輸， 而且穩定可靠；

　　◇ 高度集成GPRS和TCP/IP 技術(shù)， 可將互連網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )有機的結合起來(lái)；

　　◇ 支持多種TCP/IP 協(xié)議， 如TCP、UDP、DNS、PPP、RAS 等；

　　◇ 按流量計費， 沒(méi)有流量不計費；

　　◇ 在標準RS232接口產(chǎn)品中體積最小， 適合嵌入式集成；

　　◇ 支持點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)、中心對多點(diǎn)的對等數據傳輸；

　　◇ 基于串口通訊的AT+i指令接口， 可節省開(kāi)發(fā)時(shí)間和開(kāi)發(fā)成本；

　　◇ 支持ALWAYS ONLINE （永遠在線(xiàn)） 模式，斷線(xiàn)可自動(dòng)重撥；

　　◇ 采用5~24 V / 1 A供電， 并具有節能模式。

　　3 ZigBee通信程序設計

　　3.1 ZigBee組網(wǎng)方案

　　由于站牌處通常會(huì )有多輛公交車(chē)同時(shí)到達，一個(gè)站牌對應多輛公交車(chē)。鑒于網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)較少、網(wǎng)絡(luò )結構比較簡(jiǎn)單， 本系統采用星形模型組網(wǎng)。

　　即把分布在公交線(xiàn)路上的電子站牌配置為ZigBee協(xié)調器， 而將到達的公交車(chē)配置為ZigBee終端設備。圖5所示是公交車(chē)與站牌的組網(wǎng)方式。當站牌上ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器選擇一個(gè)信道和PAN ID并啟動(dòng)時(shí)， 便建立了一個(gè)ZigBee個(gè)人局網(wǎng)（PAN）。

　　而一旦協(xié)調器啟動(dòng)PAN， 便允許路由器和終端設備結點(diǎn)加入PAN.作為ZigBee終端設備的車(chē)載終端加入PAN時(shí)， 系統將收到一個(gè)16位的網(wǎng)絡(luò )地址， 同時(shí)發(fā)送和接收來(lái)自作為ZigBee協(xié)調器的電子站牌終端的數據。PAN協(xié)調器的網(wǎng)絡(luò )地址總是0.由于站牌上ZigBee模塊的網(wǎng)絡(luò )物理地址是唯一的， 故可通過(guò)物理地址向站牌發(fā)送信息。

圖5 公交車(chē)與站牌組網(wǎng)方式

　　3.2 ZigBee模塊的API操作

　　XBee Pro具有空模式、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。對于每一種操作模式， 還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)，模塊可替代串口線(xiàn)的作用， 并以字節為單位操作各種信息； 而當工作在A(yíng)PI 方式時(shí)， 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。本文采用API操作方式。

　　API操作要求模塊之間通過(guò)一種結構化的接口進(jìn)行通信（數據通過(guò)一種定義好序列的幀來(lái)交互通信）。API對通過(guò)串口數據幀進(jìn)行命令發(fā)送、命令響應， 以及模塊狀態(tài)信息的傳送與接收作了規定。

　?。?） ZigBee發(fā)送請求

　　公交車(chē)到達站牌后， 應根據站牌的MAC地址將日期、時(shí)間、車(chē)號、公交線(xiàn)路、車(chē)內人數、行駛方向等信息發(fā)送到電子站牌。公交車(chē)ZigBee模塊發(fā)送模式的API幀結構定義如圖6所示。其中的Bytes6-13為站牌的MAC地址?！　?

圖6 公交車(chē)TX請求API幀結構圖

　?。?） ZigBee發(fā)送狀態(tài)。

　　為實(shí)現可靠傳輸， 當公交車(chē)傳送信息給電子站牌的請求完成后， 必須得到電子站牌的確認信息， 因此還必須得到電子站牌回饋給公交車(chē)的發(fā)送狀態(tài)信息。這個(gè)信息將指出數據包是否被成功發(fā)送， 或者發(fā)送失敗。如果發(fā)送失敗必須重新發(fā)送公交車(chē)的信息， 直至發(fā)送成功。

　　電子站牌根據公交車(chē)的MAC地址， 不斷的向PAN內發(fā)送信息， 并通過(guò)回讀發(fā)送狀態(tài)來(lái)確定是否有公交車(chē)加入網(wǎng)絡(luò )， 如果有， 則根據網(wǎng)絡(luò )地址識別公交車(chē)， 并將公交車(chē)的定位信息發(fā)送到監控中心， 從而實(shí)現對GPS定位方式的補充。

圖7 公交車(chē)ZigBee模塊的TX狀態(tài)幀結構

　　其中的Bytes 9為傳送狀態(tài)信息， Bytes6、7為接收模塊的16位網(wǎng)絡(luò )地址。

　?。?） ZigBee接收包。

　　電子站牌收到公交車(chē)發(fā)來(lái)的狀態(tài)信息數據包后便進(jìn)行解析， 并通過(guò)站牌的GPRS模塊發(fā)送到監控中心。電子站牌ZigBee模塊接收模式的API幀結構定義如圖8所示。圖中的Bytes5-12為公交車(chē)的MAC地址。

圖8 電子站牌RX的API幀結構圖

　　3.3 GPRS網(wǎng)絡(luò )通信設計

　　電子站牌收到公交車(chē)發(fā)來(lái)的信息后， 將通過(guò)GPRS-DTU發(fā)送到監控中心， 然后由監控中心將所有公交車(chē)發(fā)來(lái)的信息通過(guò)Internet發(fā)送給站牌。

　　GPRS DTU有透傳模式、AT+i命令模式、自動(dòng)IP注冊模式、遠程維護和流控五種模式。在系統的電子站牌終端中， DTU將使用透傳模式與服務(wù)器進(jìn)行信息的交互。通過(guò)透傳模式可將電子站牌異步串口通信轉換成基于TCP/UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )通信。其主要目的是通過(guò)串行通信的簡(jiǎn)單設備實(shí)現在IP網(wǎng)絡(luò )上的通信， 而數據格式不發(fā)生任何改變。這一點(diǎn)非常重要， 由于數據格式在經(jīng)過(guò)DTU前后均不發(fā)生任何變化， 由此， 電子站牌原有的設備及軟件不用作任何升級， 就可直接應用。