基于ZigBee的城市公交车定位系统设计

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，最后传至控制中心。

　　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

　　①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。

　　②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。

　　③参考节点：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，可以获取路况信息，进一步为管理中心提供数据。

　　④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精确坐标位置，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

　　定位节点通过接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：

　　①加入网络，无线收发数据功能。

　　②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。

　　③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。

　　④能被协调器空中动态配置标准参数的功能。

　　⑤掉点后标准参数信息不丢失的功能。

　　⑥计算，发送XY 坐标。

　　⑦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。定位节点还要接受网关进行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，模式，收集等待时间，自动模式下周期，最小参考节点数等信息，如果是第一次加入参考网络，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。