基于ZigBee技術(shù)的XBee Pro模塊在智能公交系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，尤其是各種交通工具的增長更迅速，從而使城市交通需求與供給的矛盾日益突出，而單靠擴(kuò)大道路交通基礎(chǔ)設(shè)施來緩解矛盾的做法已難以為繼。在這種情況下，智能公交系統(tǒng)(Advanced Public Transportation Systems，APTS)也就應(yīng)運而生，并且成為近年來國內(nèi)研究的熱點。在智能公交系統(tǒng)所涉及的各種技術(shù)中，無線通信技術(shù)尤為引人注目。而ZigBee作為一種新興的短距離、低速率的無線通信技術(shù)，更是得到了越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。目前市場上也出現(xiàn)了大量與ZigBee相關(guān)的各種產(chǎn)品，其中，比較有競爭力的ZigBee解決方案主要有下面幾種：

(1) Freescale：MC1319X平臺；

(2) Chipcon：SoC解決方案CC2430；

(3) Ember：EM250ZigBee系統(tǒng)晶片及EM260網(wǎng)絡(luò)處理器；

(4) Jennic的JN5121芯片；

經(jīng)過市場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)Freescale的MC1319X平臺功耗低、價格低廉、硬件集成度高，方便二次開發(fā)，射頻通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性高。所以，在本文的設(shè)計中選用了MaxStream公司與ZigBee兼容的以Freescale MC1319x芯片組為核心的XBee Pro RF模塊。下面主要介紹Xbee Pro的特性、接口應(yīng)用、操作模式以及在智能公交無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

1 XBee Pro模塊的特性與接口

XBee模塊的基本性能參數(shù)如下：

(1)發(fā)送功率：100 mW；

(2)接收靈敏度：-92 dBm；

(3)室內(nèi)傳輸距離為100 m，室外傳輸距離為1500m；

(4)RF數(shù)據(jù)傳輸速率為250 kbps；

(5)在3.3 V電源下，發(fā)送電流為215 mA，接收電流為55 mA：

(6)在網(wǎng)絡(luò)性能方面，具有DSS(直接序列擴(kuò)頻)功能，可以組成對等網(wǎng)、點對點及點對多點網(wǎng)絡(luò)，具有12個軟件可選的直接序列信道，每個信道有65 000個可用網(wǎng)絡(luò)地址。

XBee Pro模塊體積小，功耗低，接口簡單，容易使用，非常適用于低數(shù)據(jù)速率的短距離通信應(yīng)用，尤其是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計應(yīng)用。XBeePro模塊還提供有免費X-CTU測試軟件以便能夠輕松測試和配置網(wǎng)絡(luò)。該模塊還可以通過下載該公司最新的固件(Firmware)，使用戶在使用原有硬件模塊的基礎(chǔ)上，獲得最新的功能，從而為設(shè)計提供了極大的靈活性。

圖1所示是XBee Pro模塊的引腳圖。Xbee Pro有20個引腳。其中引腳中的VCC、GND、DOUT及DIN用于與RS232接口的電路板引腳連接。VCC引腳是電源引腳，范圍為2.8～3.4 V；GND為地引腳；DIN引腳信號方向為輸入，作為UART的數(shù)據(jù)輸入，通常與處理器的UART接收端TX相連；DOUT引腳信號方向為輸出，作為UART數(shù)據(jù)輸出，通常與處理器的UART接收端RX相連。MaxStream公司發(fā)布的fimrwaer版本暫不支持引腳ADO-AD5、DIO0-DIO7以及DO8的功能。


在XBee Pro模塊中集成有一個UART接口，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。


當(dāng)串行數(shù)據(jù)通過DIN引腳進(jìn)入XBee Pro模塊后，數(shù)據(jù)會先存儲在DI緩沖器中，直到被發(fā)送器通過天線發(fā)送出去；當(dāng)天線接收RF數(shù)據(jù)后，接收數(shù)據(jù)則先進(jìn)入DO緩沖器，然后再串行送入主機(jī)中。在一定條件下，模塊可能無法立即處理串位接收緩沖中的數(shù)據(jù)，這個時候就需用到CTS流控以此來避免因大量串行數(shù)據(jù)輸人而造成接收緩沖溢出的問題。XBee Pro模塊可以通過UART接口直接與控制器的UART接口相連，其硬件接口非常簡單實用。

2 XBee Pro模塊的操作模式

XBee Pro有空模式、接收模式、發(fā)送模式、睡眠模式和命令模式等5種操作模式，如圖3所示。每一種操作模式都有透明方式和應(yīng)用程序接口(API)方式兩種操作方式。當(dāng)工作在透明方式時，模塊可起到替代串口線的作用，并以字節(jié)為單位來處理各種信息；當(dāng)工作在API方式下，所有進(jìn)出模塊的數(shù)據(jù)均被包含在定義模塊的操作和事件的幀結(jié)構(gòu)中。本設(shè)計采用API操作方式。