基于ZigBee的城市公交車定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　城市現(xiàn)代化建設(shè)中，公交交通工具的管理和調(diào)度是其很重要的一個(gè)方面。管理中心可以隨時(shí)通過路況和乘客的需求調(diào)度車輛；另外一方面，通過公交站臺(tái)的顯示器，通告給乘客等待中的車輛離站還有多遠(yuǎn)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(shè)計(jì)一個(gè)基于ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)，本系統(tǒng)中，公交車被視為定位節(jié)點(diǎn)，在城市道路沿線廣布參考節(jié)點(diǎn)，通過參考節(jié)點(diǎn)計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)，在把定位信息上報(bào)給網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)關(guān)傳至主干網(wǎng)絡(luò)，最后傳至控制中心。

　　1 無線定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)原理和實(shí)現(xiàn)

　　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

　　①主機(jī)：管理中心的計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上配備相關(guān)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(diào)度。

　?、诰W(wǎng)關(guān)：采用CC2430 設(shè)計(jì)，能夠組建一個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，在每個(gè)區(qū)域中，即每條公交線路上，網(wǎng)關(guān)充當(dāng)協(xié)調(diào)器的角色，把定位節(jié)點(diǎn)，即各輛公交車位置信息上報(bào)給管理中心。

　?、蹍⒖脊?jié)點(diǎn)：參考節(jié)點(diǎn)也采用CC2430 設(shè)計(jì)，在網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)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(biāo)，并為定為節(jié)點(diǎn)提供該坐標(biāo)和RSSI 平均值。另外，參考節(jié)點(diǎn)還可以擴(kuò)展，通過視頻功能，可以獲取路況信息，進(jìn)一步為管理中心提供數(shù)據(jù)。

　?、芏ㄎ还?jié)點(diǎn)：定位節(jié)點(diǎn)采用CC2431 設(shè)計(jì)，其內(nèi)部具有定位引擎，能夠根據(jù)參考節(jié)點(diǎn)提供的固定坐標(biāo)和RSSI 平均值計(jì)算出自身的精確坐標(biāo)位置，并把該坐標(biāo)協(xié)同定為節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。

　　2 系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)具體設(shè)計(jì)

　　2.1 定位節(jié)點(diǎn)

　　定位節(jié)點(diǎn)采用CC2431 設(shè)計(jì)，利用內(nèi)部引擎計(jì)算自身的位置，然后傳至網(wǎng)關(guān)。其設(shè)計(jì)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(shè)，一方面簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，另一方面利于節(jié)省能源。

圖2 定位節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原理

　　定位節(jié)點(diǎn)通過接受定位區(qū)域內(nèi)所有參考節(jié)點(diǎn)的RSSI 值后，經(jīng)過定位算法來計(jì)算其坐標(biāo)值。定位節(jié)點(diǎn)包含以下功能：

　?、偌尤刖W(wǎng)絡(luò)，無線收發(fā)數(shù)據(jù)功能。

　?、诳刂茀⒖脊?jié)點(diǎn)多次收集與定位節(jié)點(diǎn)通信時(shí)信號(hào)強(qiáng)度值的功能。

　?、劭刂茀⒖脊?jié)點(diǎn)計(jì)算多次手機(jī)定位節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度值的平均值并發(fā)送給定為節(jié)點(diǎn)功能。

　?、苣鼙粎f(xié)調(diào)器空中動(dòng)態(tài)配置標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的功能。

　?、莸酎c(diǎn)后標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)信息不丟失的功能。

　?、抻?jì)算，發(fā)送XY 坐標(biāo)。

　　⑦發(fā)送定位節(jié)點(diǎn)編號(hào)的功能。

　　定位節(jié)點(diǎn)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(diǎn)多次收集和定位節(jié)點(diǎn)通信時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度值，并且控制參考節(jié)點(diǎn)計(jì)算多次收集定位節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度值的平均值并發(fā)送給定位節(jié)點(diǎn)。定位節(jié)點(diǎn)還要接受網(wǎng)關(guān)進(jìn)行空中動(dòng)態(tài)配置標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并且保證掉電后標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)信息不會(huì)丟失。

　　定位節(jié)點(diǎn)上電以后，系統(tǒng)將給與它一個(gè)默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，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(jié)點(diǎn)數(shù)等信息，如果是第一次加入?yún)⒖季W(wǎng)絡(luò)，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(luò)中，就將存放在flash 中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)讀出。