基于ZigBee的智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 智能公交系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)

　　智能公交系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)如圖2所示，將帶有定位引擎功能的CC2431芯片部署到公交車輛上，這時(shí)，CC2431在整個(gè)無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)的角色。將CC2430芯片部署到公交線路沿線兩旁與公交站牌和路燈等固定交通設(shè)施上，CC2430在無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)參考節(jié)點(diǎn)的角色。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)部署在離調(diào)度中心里并通過(guò)RS232串口數(shù)據(jù)線與調(diào)度中心的服務(wù)器相連接。首先由參考節(jié)點(diǎn)自動(dòng)組成一個(gè)具有自組織特性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并開始向終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送自己的位置坐標(biāo)信息及RSSI值。不斷移動(dòng)的終端節(jié)點(diǎn)接收到離自己最近的參考節(jié)點(diǎn)的信息后，通過(guò)自身的定位引擎計(jì)算出自己的坐標(biāo)并發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后上傳至上位機(jī)作進(jìn)一步處理。如果需要對(duì)公交車輛進(jìn)行調(diào)度管理，可以由調(diào)度中心發(fā)出指令指揮車輛的調(diào)度工作。

　　3.1.1 智能公交系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)工作流程

　　智能公交系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)包括終端節(jié)點(diǎn)、參考節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。其中，終端節(jié)點(diǎn)是一種定位節(jié)點(diǎn)，它通過(guò)接收定位區(qū)域內(nèi)的所有參考節(jié)點(diǎn)的RSSI值后，經(jīng)過(guò)定位算法計(jì)算出自身坐標(biāo)位置。參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置是固定值，但不參與定位計(jì)算。一個(gè)定位區(qū)域通常由8個(gè)參考節(jié)點(diǎn)組成。將CC2431作為定位節(jié)點(diǎn)，CC2430和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板組合形成網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，最終通過(guò)擴(kuò)展板上的串口與計(jì)算機(jī)相連。終端節(jié)點(diǎn)根據(jù)所在定位區(qū)域內(nèi)的參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的RSSI值，利用RSSI定位算法計(jì)算出自身所在的坐標(biāo)位置。圖3為終端節(jié)點(diǎn)工作流程圖。

　　終端節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送連接請(qǐng)求后，與離自己最近的參考節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，通過(guò)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值和RSSI值并根據(jù)輸入?yún)?shù)(A、N)計(jì)算出自身的坐標(biāo)位置。將此坐標(biāo)信息發(fā)送至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)并最終通過(guò)RS232串口數(shù)據(jù)線傳送至調(diào)度中心的服務(wù)器上。

　　3.1.2 智能公交系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)

　　智能公交系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)組網(wǎng)以及路由等數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，在智能公交系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，主要存在3種數(shù)據(jù)類型：數(shù)據(jù)從公交車發(fā)往中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)從站臺(tái)節(jié)點(diǎn)發(fā)往中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)從中心節(jié)點(diǎn)發(fā)往站臺(tái)節(jié)點(diǎn)。

　　網(wǎng)絡(luò)層最主要的功能就是完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)完成在對(duì)等應(yīng)用實(shí)體之間傳送應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU);網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)實(shí)體服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)完成在上層和網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)實(shí)體之間傳送命令幀。

　　3.2 系統(tǒng)上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

　　智能公交系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用Visual C++6.0平臺(tái)開發(fā)。上位機(jī)軟件分為串行通信模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)保存模塊，將數(shù)據(jù)通過(guò)RS232串口數(shù)據(jù)線傳至PC機(jī)上后上位機(jī)軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)的顯示與處理。

　　智能公交系統(tǒng)由下位機(jī)與上位機(jī)兩部分組成。下位機(jī)主要包括硬件模塊CC2431與CC2430，通過(guò)無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，避免了布線的麻煩。上位機(jī)采用VC6.0進(jìn)行開發(fā)，具有友好的界面，是一個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)控與存儲(chǔ)中心。如圖4所示。

　　4 測(cè)試

　　人機(jī)界面主要用于完成與用戶的信息交互，通過(guò)界面的顯示，將串口接收到的車輛信息展示給用戶，用戶通過(guò)對(duì)信息的分析，從而有效地管理車輛的運(yùn)行與調(diào)度情況。因此在本系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中友好和便捷的人機(jī)界面設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)就顯得非常重要。系統(tǒng)的整個(gè)框架和人機(jī)界面工作的完成使得后續(xù)開發(fā)工作更加條理化。

　　圖5為智能公交系統(tǒng)的車輛信息查詢界面，從圖中可以看到車輛ID，目前在哪條線路，經(jīng)過(guò)了幾個(gè)站臺(tái)。

　　圖6為智能公交系統(tǒng)的線路信息查詢界面，從圖中可以看到線路名，站臺(tái)號(hào)和站臺(tái)的名字。

　　文中對(duì)上位機(jī)軟件進(jìn)行總體設(shè)計(jì)并對(duì)系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行劃分，針對(duì)系統(tǒng)中用到的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫(kù)、各個(gè)模塊進(jìn)行分析與討論，設(shè)計(jì)出了一種較為可行的監(jiān)控系統(tǒng)并對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明。最后在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后進(jìn)行了上位機(jī)的功能測(cè)試與模擬測(cè)試。

　　5 結(jié)論

　　ZigBee是一種低速率、低成本、高可靠性的無(wú)線通信技術(shù)。文中針對(duì)當(dāng)前擁堵的交通問(wèn)題，并對(duì)當(dāng)前公共交通系統(tǒng)的環(huán)境進(jìn)行分析，最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于ZigBee技術(shù)的智能公交系統(tǒng)平臺(tái)。該系統(tǒng)能夠?qū)⒐卉囕v的行車具體位置準(zhǔn)確的傳送到調(diào)度中心并通過(guò)調(diào)度中心將數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)布到站臺(tái)電子顯示屏上，使乘客與調(diào)度人員能夠及時(shí)掌握公交車輛當(dāng)前所在的具體位置。由調(diào)度中心進(jìn)行車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠有效完成對(duì)車輛的調(diào)度與安排。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。