重慶第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息工程系 楊 雨 陳 英 李 志

基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能公交站系統(tǒng)

重慶第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息工程系 楊 雨 陳 英 李 志

我國(guó)人口基數(shù)大，公交出行是人們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅Ｖ匾某鲂蟹绞健Ｈ丝诔砻?，因而乘車出行困難；道路錯(cuò)綜復(fù)雜，乘客獲取信息少。再加上私家車越來(lái)越多，與公交車爭(zhēng)搶道路，提高了交通事故率。智能公交站系統(tǒng)為了解決城市交通擁堵、降低交通事故、出行便捷和安全性、以及空氣污染提出了解決方案。以車載射頻芯片與無(wú)線通信方法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種以2.4G射頻芯片與ZigBee網(wǎng)絡(luò)融合的系統(tǒng)，通過(guò)Mini2440顯示公交狀況信息。

ZigBee；公交站

0 引言

當(dāng)今的社會(huì)，公交站充斥著每一個(gè)城市的角落。人們排隊(duì)候車已成為各個(gè)公交站的一道風(fēng)景線。長(zhǎng)長(zhǎng)的排隊(duì)候車問(wèn)題備受關(guān)注[1-3]。怎樣避免盲目候車，便捷、安全出行成為人們關(guān)注對(duì)象。如圖1所示，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的2.4G射頻芯片無(wú)線收發(fā)技術(shù)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)Mini2440公交站牌顯示的智能安全出行成為一種新的方法。人工報(bào)站和司機(jī)隨意停車會(huì)出現(xiàn)不同程度上安全問(wèn)題，引入新技術(shù)進(jìn)行智能化成為發(fā)展趨勢(shì)。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)工作原理：

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種自助查詢公交車信息、避免盲目候車的智能化公交站系統(tǒng)，使用CC2530具備一個(gè)IEEE802.15.4兼容無(wú)線收發(fā)器，將其安裝在公交車車門處，增強(qiáng)收發(fā)信號(hào)；公交車的狀況信息利用穩(wěn)定的ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，當(dāng)公交車進(jìn)入公交站的ZigBee網(wǎng)絡(luò)范圍時(shí)，安裝了Mini2440 ARM9開發(fā)板的公交站就會(huì)進(jìn)行對(duì)公交車的實(shí)時(shí)狀況信息顯示[4-5]。

圖1 智能化公交站系統(tǒng)原理圖

智能化公交站搭配高性能低功耗的ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在城市人口密集，乘車高峰區(qū)域科學(xué)設(shè)置、合理布控的安裝，達(dá)到對(duì)公交站將要到達(dá)的每一輛公交車實(shí)時(shí)查詢，狀況更新。

如圖1所示 智能化公交站系統(tǒng)原理圖，結(jié)構(gòu)組成為：車載ZigBee設(shè)備、公交站ZigBee模塊、嵌入式網(wǎng)關(guān)、GPRS模塊、云服務(wù)器。

工作原理：通過(guò)公交站ZigBee模塊感應(yīng)公交車上的車載ZigBee設(shè)備，對(duì)公交車進(jìn)行ID識(shí)別。將公交車的身份信息和位置狀況通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸，然后匯聚到公交站內(nèi)的嵌入式網(wǎng)關(guān)，最后通過(guò)Mini2440 ARM芯片處理后，在智能化公交站的廣告位顯示公交車的位置和預(yù)計(jì)到達(dá)的時(shí)間，并將信息上傳至云服務(wù)器。同時(shí)GPRS模塊會(huì)將信息發(fā)送給關(guān)注本班次公交車的其他人。實(shí)現(xiàn)盲目候車，提前了解公交信息的效果。

2 系統(tǒng)組成

2.1 車載移動(dòng)節(jié)點(diǎn)

車載ZigBee設(shè)備主要是采用CC2530模塊，工作頻率為2.4G，極高的接收靈敏度和抗干擾性能，只需極少的外接元器件，合適方便安裝在公交車內(nèi)；低功耗，寬電源電壓范圍（2V-3.6V）。

車載ZigBee設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中處于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的角色，主要發(fā)送數(shù)據(jù)給公交站ZigBee模塊，完成對(duì)公交站信息的更新。其硬件主要包括：CPU和內(nèi)存相關(guān)模塊，外設(shè)、時(shí)鐘和電源管理相關(guān)模塊，以及無(wú)線信號(hào)收發(fā)相關(guān)模塊。

2.2 公交站ZigBee模塊

公交站ZigBee模塊主要分為兩個(gè)部分，ZigBee-CC2530模塊和Mini2440 ARM9開發(fā)板[6]。公交站ZigBee模塊在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)路由器的角色，主要是協(xié)助與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，完成對(duì)公交車遠(yuǎn)程識(shí)別和實(shí)時(shí)狀況的導(dǎo)入。相應(yīng)數(shù)據(jù)既可通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)上傳至上位機(jī)進(jìn)行處理和應(yīng)用，也可直接通過(guò)ARM處理，在公交站的廣告位上顯示。

2.3 嵌入式網(wǎng)關(guān)

嵌入式網(wǎng)關(guān)采用廣州友善公司的ARM 9系列Mini2440，Mini2440采用了ARM 9內(nèi)核，融合了ARM920T處理器，工作于180MHz時(shí)性能高達(dá)200MIPS，存儲(chǔ)器管理單元；32bit定點(diǎn)PISC處理器，改進(jìn)型ARM/Thumb代碼交織，增強(qiáng)性乘法器設(shè)計(jì)。片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器容量4K Byte到1M Byte。選用Qt作為圖形用戶界面開發(fā)工具，操作系統(tǒng)選用Linux-2.6.35，通過(guò)公交站ZigBee模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并將信息通過(guò)GPRS模塊發(fā)送給與服務(wù)器或者客戶端。同時(shí)利用Mini2440對(duì)公交所處位置和預(yù)計(jì)到站時(shí)間進(jìn)行顯示，同時(shí)可以儲(chǔ)存多個(gè)公交車的信息，包括車上人數(shù)、到站時(shí)間等。

2.4 GPRS模塊

GPRS模塊采用M35,尺寸僅為19.9×23.6×2.65mm,是全球最小的GSM/GPRS模塊。使用串口，通過(guò)TX、RX以及VDD、GND四根線，完成與嵌入式網(wǎng)關(guān)的鏈接。采用串口AT指令發(fā)送方式。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

使用Qt設(shè)計(jì)界面，Qt擁有良好的signal/slots安全類型、封裝機(jī)制以及豐富的應(yīng)用程序編程接口等優(yōu)點(diǎn)，采用模塊化設(shè)計(jì)。分為登錄界面、公交車信息管理界面、公交車實(shí)時(shí)定位管理界面。

登錄界面主要進(jìn)行了賬號(hào)和密碼的設(shè)計(jì)，如圖2所示。通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行登錄驗(yàn)證，如果賬號(hào)和密碼一致，則進(jìn)入主界面。

圖2 登錄界面

圖3 當(dāng)前公交車的信息

公交車信息管理界面用來(lái)顯示當(dāng)前公交車的一些基本信息，如圖3所示。通過(guò)是ZigBee網(wǎng)絡(luò)，接收車載移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可以查看即將到站的公交車ID號(hào)，車上人數(shù)，預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間等。

公交車實(shí)時(shí)定位管理界面，如圖4所示。通過(guò)感應(yīng)車載ZigBee設(shè)備，可以得到公交車的大概位置，再通過(guò)ZigBee自帶的定位功能，可以發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確定位，使用算法，最后將位置數(shù)據(jù)信息傳入嵌入式網(wǎng)關(guān)中。用戶點(diǎn)擊公交車ID號(hào)，可以通過(guò)地圖實(shí)時(shí)查看公交車的位置。

3.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)，啟動(dòng)完成ZigBee網(wǎng)絡(luò)初始化，通過(guò)公交站ZigBee模塊建立網(wǎng)絡(luò)，車載移動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)送和處理的命令；公交站ZigBee模塊收發(fā)數(shù)據(jù)，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送，上傳至上位機(jī)，最后通過(guò)GPRS模塊完成入網(wǎng)，建立通信。

重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目資助（No.KJ1401413）；市級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“基于Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能公交站系統(tǒng)”(201514388379)；重慶第二師范學(xué)院校級(jí)青年項(xiàng)目“一種壓電功能的幼兒園監(jiān)控穿戴系統(tǒng)”(KY201544C)。