基于ZigBee的城市公交車定位系統設計

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方面。管理中心可以隨時通過路況和乘客的需求調度車輛；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 無線傳感器網絡的定位系統，本系統中，公交車被視為定位節點，在城市道路沿線廣布參考節點，通過參考節點計算出定位節點，在把定位信息上報給網關，通過網關傳至主干網絡，最后傳至控制中心。

　　1 無線定位系統的網絡原理和實現

　　該網絡定位的原理如圖1 所示，從圖中可以看出，該網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，且節約大量的硬件成本。

圖1 定位系統原理

　　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度。

　　②網關：采用CC2430 設計，能夠組建一個ZigBee 網絡，在每個區域中，即每條公交線路上，網關充當協調器的角色，把定位節點，即各輛公交車位置信息上報給管理中心。

　　③參考節點：參考節點也采用CC2430 設計，在網絡中充當路由器角色，在本系統定位過程中布置在公交線路上，由用戶指定固定坐標，并為定為節點提供該坐標和RSSI 平均值。另外，參考節點還可以擴展，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據。

　　④定位節點：定位節點采用CC2431 設計，其內部具有定位引擎，能夠根據參考節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，并把該坐標協同定為節點標識號發送給網關。

　　2 系統各節點具體設計

　　2.1 定位節點

　　定位節點采用CC2431 設計，利用內部引擎計算自身的位置，然后傳至網關。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，另一方面利于節省能源。

圖2 定位節點設計原理

　　定位節點通過接受定位區域內所有參考節點的RSSI 值后，經過定位算法來計算其坐標值。定位節點包含以下功能：

　　①加入網絡，無線收發數據功能。

　　②控制參考節點多次收集與定位節點通信時信號強度值的功能。

　　③控制參考節點計算多次手機定位節點信號強度值的平均值并發送給定為節點功能。

　　④能被協調器空中動態配置標準參數的功能。

　　⑤掉點后標準參數信息不丟失的功能。

　　⑥計算，發送XY 坐標。

　　⑦發送定位節點編號的功能。

　　定位節點的基本功能包含了無線收發數據的功能，控制參考節點多次收集和定位節點通信時的信號強度值，并且控制參考節點計算多次收集定位節點信號強度值的平均值并發送給定位節點。定位節點還要接受網關進行空中動態配置標準參數，并且保證掉電后標準參數信息不會丟失。

　　定位節點上電以后，系統將給與它一個默認的標準參數，包括A 值，N 值，模式，收集等待時間，自動模式下周期，最小參考節點數等信息，如果是第一次加入參考網絡，則系統將這些數據寫入flash；否則如果已存在于網絡中，就將存放在flash 中的標準參數讀出。