Suhas Chakravarty Varun Jain Nakul Midha

摘要：本文提出一個完整的基于ZigBee的駕駛輔助系統(tǒng)解決方案，該方案充分利用了具有低成本、低功耗和安全無線網(wǎng)絡(luò)功能等特性的ZigBee協(xié)議。

關(guān)鍵詞：ZigBee；

引言

本文提出一個完整的基于ZigBee?的駕駛輔助系統(tǒng)解決方案，該方案充分利用了具有低成本、低功耗和安全無線網(wǎng)絡(luò)功能等特性的ZigBee協(xié)議。

該方案會在司機(jī)駕車接近公路上的一個預(yù)設(shè)道路點(diǎn)時提醒和通知司機(jī)?；赯igBee的裝置安裝在每一個道路點(diǎn)，相關(guān)的信息通過廣播發(fā)送到內(nèi)置的ZigBee設(shè)備的接近車輛中。這種系統(tǒng)大大減少了對人類視覺及道路照明條件的依賴性。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧是建立在定義了針對低數(shù)據(jù)速率、低功耗網(wǎng)絡(luò)的物理層(PHY)和介質(zhì)訪問控制層(MAC)的IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上的。ZigBee在802.15.4之上增加了網(wǎng)絡(luò)(NWK)層和應(yīng)用層(APL)的規(guī)范，從而組成了完整的ZigBee協(xié)議棧。

更多關(guān)于zigBee網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容司參考Beyond Bits第4期的文章，基于ZigBee／IEEE 802.15.4的定位監(jiān)測。

該解決方案的網(wǎng)絡(luò)擁有以下類型的ZigBee節(jié)點(diǎn)：

·網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)：此節(jié)點(diǎn)位于交通管制站或警察局中，用于同步和收集附近路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的信息。每個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將通過以太網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)。因此，互聯(lián)網(wǎng)將作為中樞網(wǎng)絡(luò)連接各網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。交通數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用，或者說，任何屬于城市管理職權(quán)范圍內(nèi)和要求涵蓋面廣的應(yīng)用，都需要有一個略點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。這便于中央數(shù)據(jù)的收集和分析，以及遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的更新和維護(hù)。

·路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)：有兩種類型的路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和獨(dú)立節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行繁重的數(shù)據(jù)記錄操作，并永久地與一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相連接。這種節(jié)點(diǎn)可以布置在交通干道、高速公路出入口和主要交叉路口。除了獲取和傳交通信息以外，這些節(jié)點(diǎn)還可以向車載節(jié)點(diǎn)廣播有用的駕車信息，比如附近的加油站或醫(yī)院等信息。

這些路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)應(yīng)能處理道路任一方向的交通。因此，每個車載節(jié)點(diǎn)需要通知路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)其行駛方向，路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)將反饋相關(guān)的信息。由于這些節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成了網(wǎng)絡(luò)，因此它們可以得到其鄰近地區(qū)最新的地標(biāo)和公用事業(yè)信息。

·獨(dú)立節(jié)點(diǎn)用于臨時部署，它不一定連接到該地區(qū)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上。它們可用作緊急通知，警告前方的交通意外、在建工程及其他道路險情。一旦險情得到解決，這些節(jié)點(diǎn)將被移除。獨(dú)立節(jié)點(diǎn)還可以作為廣告，這并不需要連接到城市管理的路點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。

·車載節(jié)點(diǎn)：這些節(jié)點(diǎn)放置在每輛車內(nèi)用來與路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)通訊。這些節(jié)點(diǎn)有一個人機(jī)界面，如鍵盤，LED或液晶顯示屏等，以方便用戶使用該系統(tǒng)。

如圖1所示，標(biāo)記為1＆4的路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)將有效地執(zhí)行下列功能：

1提供有關(guān)潛在盲點(diǎn)的交通警不；

2提供各種陸標(biāo)信息。如加油站、商場和醫(yī)院；

3提供關(guān)于接近鐵路公路交叉道口的列車信息；

4暫時提供一個關(guān)于，建筑及其他交通障礙物警告。

在接下來的章節(jié)，我們將看到所有節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，可以同時支持多種應(yīng)用。

設(shè)置

每一個ZigBee車載節(jié)點(diǎn)都有一個唯一的ID分配給它，就像汽車的牌照號碼。

車載節(jié)點(diǎn)以周期間隔發(fā)出包含ID的“ping”數(shù)據(jù)包，一旦收到“ping”數(shù)據(jù)包，路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)將回發(fā)某一特定消息數(shù)據(jù)。

應(yīng)用

廣義上，應(yīng)用可分為以下三類。

路況告警

路況告警將使用信息來提醒司機(jī)前方道路上的危險情況。路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)能檢測到駛近的車輛并傳輸警告信息以說明即將出現(xiàn)的危險情況，如：

·路面不平導(dǎo)致的限速和限行；轉(zhuǎn)彎盲點(diǎn)；道路維修；禁停，禁止駛?cè)牖蜍囁傧拗频淖兓缧^(qū)；行人路口及醫(yī)院或消防局的出入口；車輛駛?cè)雴蜗蛲ㄐ械缆罚喑霈F(xiàn)于在丘陵地區(qū)。

圖2顯示了如何設(shè)置路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)裝置提前給予汽車司機(jī)警告以及肘采取糾正措施。對于在轉(zhuǎn)彎盲點(diǎn)附近車輛的警告流程如下：

·圖2中。路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)檢測到車輛A接近交叉口(收到車輛A的Pir啦)。

·路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)于是記錄下車輛A的ID，并發(fā)出“轉(zhuǎn)彎盲點(diǎn)”的警告信息。

·在接到警告信息后，車輛A的車載節(jié)點(diǎn)將同時給司機(jī)發(fā)送音頻和視頻的“轉(zhuǎn)彎盲點(diǎn)”警告信息。

·現(xiàn)在，車輛A仍然在路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的范圍內(nèi)，車輛B也進(jìn)入了該路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的范圍內(nèi)。

·路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)檢測到車輛B后，會改變它的廣播信息為“多輛汽車接近轉(zhuǎn)彎盲點(diǎn)”。因?yàn)樗且粋€廣播信息，所以它會被兩輛車都接收到。

·兩車的車載節(jié)點(diǎn)會再次發(fā)出音頻告警，并打開一個紅色發(fā)光二極管。一條警告消息也會顯示在每輛車的LCD顯示屏上。

·兩車的司機(jī)可以按要求減速或停車。

·當(dāng)兩輛車都離開路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的范圍時，該節(jié)點(diǎn)停止廣播。

對所有的路況告警來說，路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的安置必須保證警告信息能及早發(fā)送給司機(jī)。以使其有足夠的時間作出反應(yīng)。正確的安置取決于下列因素：

因素1：路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)或車載節(jié)點(diǎn)的廣播范圍(以較短者為準(zhǔn))

因素2：車載節(jié)點(diǎn)與路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)之間連接的ZigBee數(shù)據(jù)傳輸率

因素3：人類的平均反應(yīng)時間

因素4：車速限制，這有助于確定把車停下來所需的平均距離

讓我們假設(shè)車輛A和車輛B同時以70公里／小時(19.44米／秒)接近轉(zhuǎn)彎盲點(diǎn)，該速度即為車速限制(因素4)。因素1等于50米(保守估計)，以及數(shù)據(jù)傳輸速率為50 Kbps(因素2)。在70公里／小時的速度下，剎車距離大約是43米，其中包括了司機(jī)的反應(yīng)時間。比方說，警告信息是800比特的數(shù)據(jù)。

那么，A和B將在距離路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)50米處被發(fā)現(xiàn)，并在50Kbps的數(shù)據(jù)傳速率下，發(fā)送800比特的警示訊息只需16毫秒，在這段時間內(nèi)車行距離約為32厘米。從50米減去這一數(shù)字的話，仍然留有超過43米的煞車距離。

信息廣播

這類應(yīng)用為司機(jī)提供從非安全緊急信息到各種商業(yè)廣告的各種信息。

一些例子：

·道路標(biāo)志

·最近加油／加汽站

·最近的醫(yī)院，賓館，市場，汽車服務(wù)站和地標(biāo)信息

·方向指導(dǎo)，如目的地A是在當(dāng)前位置的前方2公里處，目的地B是當(dāng)前位置的右方3公里處和目的地c是當(dāng)前位置的左方3公里處

·路旁餐館的廣告

數(shù)據(jù)記錄

每一個在主要路口和主要高速公路出入口的路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)能夠保存通過車輛的ID和時間信息。節(jié)點(diǎn)在其監(jiān)聽范圍內(nèi)記錄車輛出入時間和在其范圍內(nèi)的停留時間。這有助于城市規(guī)劃人員掌握交通模式和流量的概況。

在一個特定的位置，幾十個路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)可通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接到一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)又依次與一個行政辦

公室LAN相結(jié)合，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將通過定期查詢每個網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)來更新其主日志。主日志信息可用來生成一個每日或每月的綜合報告。通過將空氣質(zhì)量、溫度和濕度傳感器整合在一個路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)最也可以得到有效的監(jiān)測。由于這些應(yīng)用需要大量的數(shù)據(jù)記錄，快速、長壽命、帶錯誤校正功能的非易失性記憶體應(yīng)包含在路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)內(nèi)。

該解決方案也可以通過以下步驟來追蹤被盜或逃逸車輛：

·一旦某一車輛已經(jīng)發(fā)出警告信息，每個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將收到該車的zigBee節(jié)點(diǎn)ID編號。

·隨后，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將其及一個“紅色警報”的數(shù)據(jù)包傳遞到各自的路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)上。

·路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)然后進(jìn)入一個特殊模式。它們把各自記錄的車輛ID與“紅色警報”ID相比較。當(dāng)路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)找到匹配后。它將提醒網(wǎng)關(guān)節(jié)。

·一條粗略的行車路線可以被記錄下來，其中包括每一個路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)識別該車的時間。

系統(tǒng)詳情

我們這里推出了“動態(tài)單元”和“靜態(tài)單元”兩個概念。其中被安裝在車內(nèi)的ZigBee單元被稱為動態(tài)單元，而道路上的路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)則是靜態(tài)單元。在動態(tài)單元上，一個汽車儀表板的液晶顯示屏以及LED陣列被用于顯示信息并通過音頻警告一起警示司機(jī)。使用的LCD液晶顯示屏的種類(分段式或彩色)取決于微控制器的種類和該裝置的成本。如果使用平臺級封裝(PiP)的MCF1322x，則可以連接通過SPI連接LCD液晶顯示屏。發(fā)光二極管UnitDesiRnwith

可通過通用I，o(GPIO)或快速I／o(RGPIO)應(yīng)用到設(shè)計中，它可于低成本解決方案中以取代LCD液晶顯示屏。另外。路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)也不需耍LCD液晶顯示屏，因?yàn)橐粋€技術(shù)員在調(diào)試和維護(hù)時可通過筆記本電腦連接節(jié)點(diǎn)來查看其信息。對所有動態(tài)節(jié)點(diǎn)來說，必須支持音頻告警。

為節(jié)省功耗。靜態(tài)節(jié)點(diǎn)在大多數(shù)時間中都處于睡眠模式，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)一輛車駛近時才被喚醒。太陽能也可用于為路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的提供工作電源，并為其電池充電，以24小時的能源效率。

飛愚卡爾的優(yōu)勢

飛思卡爾提供所有構(gòu)建模塊用于開發(fā)一個完整的ZigBee兼容平臺解決方案，包括硬件，軟件，工具和參考設(shè)計。飛思卡爾提供從先進(jìn)的兼容ZigBee的PiP單芯片解決方案到簡化的包含ZigBee收發(fā)器(射頻)和低功耗微處理器(MCU)的雙芯片硬件解決方案。在雙芯片解決方案中，微控制器應(yīng)包括液晶控制器或兩個或兩個以上的SPI接口。作為特色之一，ZigBee能確保信息在一個信道上傳輸而不干擾其他無線網(wǎng)絡(luò)，從而確保數(shù)據(jù)的完整性。

所有模塊將包括飛思卡爾MCl322x控制器，包含以下特色：

·128KB串行flash：96KB靜態(tài)RAM；80KB ROM；IEEE802.15.4硬件加速器。

車載單元包含這些額外的板載部分：顯示警示和其他重要信息的LED陣列；液晶面板(可選)，以顯示路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息。

有數(shù)據(jù)記錄功能的路點(diǎn)節(jié)點(diǎn)也將包含SPI閃存，閃存可通過SPI接口與板載的MC1322x微控制器連接。

飛思卡爾還提供全面集成的開發(fā)環(huán)境(IDE)用以嵌入式應(yīng)用開發(fā)。并提供配合IDE一起使用的BeeKit?無線連接工具包，這是一套全面包含無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議庫、應(yīng)用程序橫板和樣例應(yīng)用程序在內(nèi)的開發(fā)包。

結(jié)語

在本文中我們討論了一個有效的駕駛輔助系統(tǒng)的重要性，以及它如何幫助我們改進(jìn)公路的安全標(biāo)準(zhǔn)。該解決方案可顯著降低司機(jī)的風(fēng)險，并更好地管理交通。相對其他較昂貴的商用系統(tǒng)而言，我們基于ZigBee的駕駛輔助系統(tǒng)是一個高性價比的選擇，它可替代那些諸如GPS的昂貴商用系統(tǒng)，后者雖然提供導(dǎo)航服務(wù)但不具備任何預(yù)警能力。

“新摩爾定律”引領(lǐng)NXP從更快到更好

恩智浦(NXP)半導(dǎo)體9月中旬在京舉行大中華區(qū)創(chuàng)新日(Innovafion Day)活動。NXP在會上提出新摩爾定律(More-than-Moore)，即目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正面臨重大轉(zhuǎn)變，從單純的注重產(chǎn)能提升轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅貞?yīng)對社會發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。

多年來盛行于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的摩爾定律(Moore's Law)曾推動了產(chǎn)能提升，也帶動了整體產(chǎn)業(yè)以驚人的速度發(fā)展。然而，當(dāng)下社會的發(fā)展趨勢卻驅(qū)使消費(fèi)者的需求向高附加值的智能型產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。于是新摩爾定律便應(yīng)運(yùn)而生，多重技術(shù)產(chǎn)品得以發(fā)展，從而創(chuàng)造了更先進(jìn)的新一代應(yīng)用。

這些智能型產(chǎn)品與應(yīng)用整合了節(jié)能技術(shù)，有效降低醫(yī)療與交通系統(tǒng)的服務(wù)成本，同時也促進(jìn)與客戶及合作伙伴在研發(fā)上的緊密合作，創(chuàng)造了全新的半導(dǎo)體行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

NXP在此次活動中完整展示了多款在新摩爾定律精神指導(dǎo)下所研發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)，包括整合付費(fèi)服務(wù)功能的智能汽車鑰匙、創(chuàng)新的生物智能識別解決方案、能感測能源消耗情形的智能電表、環(huán)保光源的照明解決方案與Displayport轉(zhuǎn)換器接口規(guī)格的解決方案等，這些方案均兼具安全性，靈活性和高效性三大特性。