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DIN引腳進入XBee Pro 模塊后， 數據會存儲在DI緩沖器中， 直到被發送器通過天線發送出去； 當RF數據由天線接收后， 接收數據進人DO緩沖器， 直到被處理。在一定條件下， 模塊可能無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UART 接口直接與控制器的UART接口相連， 硬件接口簡單實用。

　　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車載終端相比， 主要是把公交車上的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的GPRS無線數據通信產品， 該產品內置西門子MC39i GPRS模塊， 具有準確性高、環境適應性好、易于安裝和維護等特點， 能夠為用戶提供高速、可靠、永遠在線的數據傳輸服務和虛擬專用數據通信網絡服務， 可廣泛用于遠程抄表、環保數據采集、交通信息發布等方面。以下是GF-2008AW GPRS-DTU的主要特點：

　　◇ 可實現串口透明的無線數據傳輸， 而且穩定可靠；

　　◇ 高度集成GPRS和TCP/IP 技術， 可將互連網和無線網絡有機的結合起來；

　　◇ 支持多種TCP/IP 協議， 如TCP、UDP、DNS、PPP、RAS 等；

　　◇ 按流量計費， 沒有流量不計費；

　　◇ 在標準RS232接口產品中體積最小， 適合嵌入式集成；

　　◇ 支持點對點、點對多點、中心對多點的對等數據傳輸；

　　◇ 基于串口通訊的AT+i指令接口， 可節省開發時間和開發成本；

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

　　◇ 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組網方案

　　由于站牌處通常會有多輛公交車同時到達，一個站牌對應多輛公交車。鑒于網絡節點較少、網絡結構比較簡單， 本系統采用星形模型組網。

　　即把分布在公交線路上的電子站牌配置為ZigBee協調器， 而將到達的公交車配置為ZigBee終端設備。圖5所示是公交車與站牌的組網方式。當站牌上ZigBee網絡協調器選擇一個信道和PAN ID并啟動時， 便建立了一個ZigBee個人局網（PAN）。

　　而一旦協調器啟動PAN， 便允許路由器和終端設備結點加入PAN.作為ZigBee終端設備的車載終端加入PAN時， 系統將收到一個16位的網絡地址， 同時發送和接收來自作為ZigBee協調器的電子站牌終端的數據。PAN協調器的網絡地址總是0.由于站牌上ZigBee模塊的網絡物理地址是唯一的， 故可通過物理地址向站牌發送信息。

圖5 公交車與站牌組網方式

　　3.2 ZigBee模塊的API操作

　　XBee Pro具有空模式、接收模式、發送模式、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，模塊可替代串口線的作用， 并以字節為單位操作各種信息； 而當工作在API 方式時， 所有進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一種結構化的接口進行通信（數據通過一種定義好序列的幀來交互通信）。API對通過串口數據幀進行命令發送、命令響應， 以及模塊狀態信息的傳送與接收作了規定。

　　（1） ZigBee發送請求

　　公交車到達站牌后， 應根據站牌的MAC地址將日期、時間、車號、公交線路、車內人數、行駛方向等信息發送到電子站牌。公交車ZigBee模塊發送模式的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TX請求API幀結構圖

　　（2） ZigBee發送狀態。

　　為實現可靠傳輸， 當公交車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的發送狀態信息。這個信息將指出數據包是否被成功發送， 或者發送失敗。如果發送失敗必須重新發送公交車的信息， 直至發送成功。

　　電子站牌根據公交車的MAC地址， 不斷的向PAN內發送信息， 并通過回讀發送狀態來確定是否有公交車加入網絡， 如果有， 則根據網絡地址識別公交車， 并將公交車的定位信息發送到監控中心， 從而實現對GPS定位方式的補充。

圖7 公交車ZigBee模塊的TX狀態幀結構

　　其中的Bytes 9為傳送狀態信息， Bytes6、7為接收模塊的16位網絡地址。

　　（3） ZigBee接收包。

　　電子站牌收到公交車發來的狀態信息數據包后便進行解析， 并通過站牌的GPRS模塊發送到監控中心。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為公交車的MAC地址。

圖8 電子站牌RX的API幀結構圖

　　3.3 GPRS網絡通信設計

　　電子站牌收到公交車發來的信息后， 將通過GPRS-DTU發送到監控中心， 然后由監控中心將所有公交車發來的信息通過Internet發送給站牌。

　　GPRS DTU有透傳模式、AT+i命令模式、自動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器進行信息的交互。通過透傳模式可將電子站牌異步串口通信轉換成基于TCP/UDP協議的網絡通信。其主要目的是通過串行通信的簡單設備實現在IP網絡上的通信， 而數據格式不發生任何改變。這一點非常重要， 由于數據格式在經過DTU前后均不發生任何變化， 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。