基于ZigBee的城市公交車定位系統(tǒng)設計

引言

　　城市現(xiàn)代化建設中，公交交通工具的管理和調(diào)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(diào)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，最后傳至控制中心。

　　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：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(diào)度。

　?、诰W(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(diào)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。

　?、蹍⒖脊?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，可以獲取路況信息，進一步為管理中心提供數(shù)據(jù)。

　?、芏ㄎ还?jié)點：定位節(jié)點采用CC2431 設計，其內(nèi)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精確坐標位置，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(nèi)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)點通過接受定位區(qū)域內(nèi)所有參考節(jié)點的RSSI 值后，經(jīng)過定位算法來計算其坐標值。定位節(jié)點包含以下功能：

　　①加入網(wǎng)絡，無線收發(fā)數(shù)據(jù)功能。

　　②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。

　?、劭刂茀⒖脊?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。

　?、苣鼙粎f(xié)調(diào)器空中動態(tài)配置標準參數(shù)的功能。

　?、莸酎c后標準參數(shù)信息不丟失的功能。

　?、抻嬎?，發(fā)送XY 坐標。

　?、甙l(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)點還要接受網(wǎng)關進行空中動態(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，模式，收集等待時間，自動模式下周期，最小參考節(jié)點數(shù)等信息，如果是第一次加入?yún)⒖季W(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。