ZigBee的城市公交车定位系统设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 ZigBee的城市公交车定位系统设计 摘 要：利用无线传感器单片机CC2431 和CC2430 设计了一个基于ZigBee 的公交车无线定位系统。传统的定位都是采用GPS 或者GPRS 的定位。GPS 定位系统设计简单，可以使用的定位卫星资源，但是移动台到控制中心的数据传送需要借助其它网络资源；GPRS 定位是基于移动蜂窝式通信的定位，使用现有的移动网络，但是带宽低，不利于突发事件的快速处理。本文设计的Zigbee 的无线定位系统基于无线单片机CC2431，利用CC2431 自带的RSSI 定位引擎，再运用无线自组网开展定位并向控制中心传送定位信息。该系统设计简

2、单，定位度高，设备成本低廉，适合现代化城市的公交车系统智能管理。 0 引言 城市现代化建设中，公交交通工具的管理和调度是其很重要的一个方面。管理中心可以随时通过路况和乘客的需求调度车辆；另外一方面，通过公交站台的显示器，通告给乘客等待中的车辆离站还有多远距离，这样在堵车的情况下可以让乘客自己选择出行方式。本文设计一个基于ZigBee 无线传感器网络的定位系统，本系统中，公交车被视为定位节点，在城市道路沿线广布参考节点，通过参考节点计算出定位节点，在把定位信息上报给网关，通过网关传至主干网络，传至控制中心。 1 无线定位系统的网络原理和实现 该网络定位的原理如图1 所示，从图中可以看出，该网络定

3、位几乎全部可以采用无线传输，这样可以解决道路布线困难，且节约大量的硬件成本。 图1 定位系统原理 主机：管理中心的计算机，在计算机上配备相关界面化软件，便于观察各条公交线路的公交车位置情况，这样也便于管理和调度。 网关：采用CC2430 设计，能够组建一个ZigBee 网络，在每个区域中，即每条公交线路上，网关充当协调器的角色，把定位节点，即各辆公交车位置信息上报给管理中心。 参考节点：参考节点也采用CC2430 设计，在网络中充当路由器角色，在本系统定位过程中布置在公交线路上，由用户指定固定坐标，并为定为节点提供该坐标和RSSI 平均值。另外，参考节点还可以扩展，通过视频功能，可以获取路况信

4、息，进一步为管理中心提供数据。 定位节点：定位节点采用CC2431 设计，其内部具有定位引擎，能够根据参考节点提供的固定坐标和RSSI 平均值计算出自身的坐标位置，并把该坐标协同定为节点标识号发送给网关。 2 系统各节点具体设计 2.1 定位节点 定位节点采用CC2431 设计，利用内部引擎计算自身的位置，然后传至网关。其设计原理如图2 所示。从图可以看出，仅仅采用CC2431 和加上外部必要的无线器件，没有其它外设，一方面简化设计，另一方面利于节省能源。 图2 定位节点设计原理 定位节点通过承受定位区域内所有参考节点的RSSI 值后，经过定位算法来计算其坐标值。定位节点包含以下功能： 参加网

5、络，无线收发数据功能。 控制参考节点多次收集与定位节点通信时信号强度值的功能。 控制参考节点计算多次手机定位节点信号强度值的平均值并发送给定为节点功能。 能被协调器空中动态配置标准参数的功能。 掉点后标准参数信息不丢失的功能。 计算，发送XY 坐标。 发送定位节点编号的功能。 定位节点的基本功能包含了无线收发数据的功能，控制参考节点多次收集和定位节点通信时的信号强度值，并且控制参考节点计算多次收集定位节点信号强度值的平均值并发送给定位节点。定位节点还要承受网关开展空中动态配置标准参数，并且保证掉电后标准参数信息不会丢失。 定位节点上电以后，系统将给与它一个默认的标准参数，包括A 值，N 值，模

6、式，收集等待时间，自动模式下周期，参考节点数等信息，如果是次参加参考网络，则系统将这些数据写入flash；否则如果已存在于网络中，就将存放在flash 中的标准参数读出。 2.2 参考节点 参考节点是一种已知的静态节点，其坐标（X,Y）值是固定的，不参与定位计算，由CC2430 实现。本设计过程中一个区域采用8 个参考节点组成。 参考节点必须正确的配置在定位区域中的位置。它的任务是提供一个包含自己位置X,Y 坐标和RSSI 平均值与计算机相连。因为定位系统的控制源是控制中心的计算机，所有的流程都由计算机控制。在网关收到或发送数据的时候，总会计算1 个校验值验证或做数据的以一位，所以以下实验数据

7、中数据格式由数据帧和校验位两部分组成。 通过串口读到的数据为：02 10 18 0B CB B8 3C D2 1500 08 FF FF FF FF 83。各位数据含义如下： 表1 串口各位数据含义 从表中可以看出，0B 是数据长度，为从这以为开始一直到校验位的所有数据位，B8 3C 表示网络地址，低位在前，高位在后，表示的网络地址为0 x3CB0。15 00 表示串ID 号，地位在前，高位在后，所以串ID 地址为0 x0015。后面的是XY 坐标上电后的初始地址。 在定位节点上电之后，首先把数据发送给网关。因为系统采用非自动模式，所以网关会一直等待，直到上位机需要节点数据时，发送如下表2 所示的一条命令。 表2 上位机数据 从命令的形式可以看出，该命令的发送形式为短地址形式。发送该命令以后，只有地址为0 x5324 的节点会收到该信息。发送后上位机收到的数据为：02 10 18 14 CB 32 65D3 14 00 11 00 06 00 1F 00 04 B8 3C 00 00 28 00 28 CF31 32 33 34。 从结果可以看出，上位机正常收到数据，通过改变定位节点在网络中的位置，就可以得到一组不同的数据，在根据数据中特定的信息位可以得到坐标结果。在实际应用系统中，对应的坐标位都在地图上开展显示，可以直观的看到各辆公交车在路线上