基于ZigBee無線網(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

基于ZigBee無線網(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?。人口稠密，因而乘車出行困難；道路錯綜復(fù)雜，乘客獲取信息少。再加上私家車越來越多，與公交車爭搶道路，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線通信方法為基礎(chǔ)，設(shè)計并實現(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Mini2440顯示公交狀況信息。

ZigBee；公交站

0 引言

當(dāng)今的社會，公交站充斥著每一個城市的角落。人們排隊候車已成為各個公交站的一道風(fēng)景線。長長的排隊候車問題備受關(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射頻芯片無線收發(fā)技術(shù)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過Mini2440公交站牌顯示的智能安全出行成為一種新的方法。人工報站和司機隨意停車會出現(xiàn)不同程度上安全問題，引入新技術(shù)進行智能化成為發(fā)展趨勢。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)工作原理：

本項目設(shè)計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IEEE802.15.4兼容無線收發(fā)器，將其安裝在公交車車門處，增強收發(fā)信號；公交車的狀況信息利用穩(wěn)定的ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，當(dāng)公交車進入公交站的ZigBee網(wǎng)絡(luò)范圍時，安裝了Mini2440 ARM9開發(fā)板的公交站就會進行對公交車的實時狀況信息顯示[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，達到對公交站將要到達的每一輛公交車實時查詢，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：通過公交站ZigBee模塊感應(yīng)公交車上的車載ZigBee設(shè)備，對公交車進行ID識別。將公交車的身份信息和位置狀況通過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)計到達的時間，并將信息上傳至云服務(wù)器。同時GPRS模塊會將信息發(fā)送給關(guān)注本班次公交車的其他人。實現(xiàn)盲目候車，提前了解公交信息的效果。

2 系統(tǒng)組成

2.1 車載移動節(jié)點

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)中處于移動節(jié)點的角色，主要發(fā)送數(shù)據(jù)給公交站ZigBee模塊，完成對公交站信息的更新。其硬件主要包括：CPU和內(nèi)存相關(guān)模塊，外設(shè)、時鐘和電源管理相關(guān)模塊，以及無線信號收發(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)助與移動節(jié)點進行通信，完成對公交車遠程識別和實時狀況的導(dǎo)入。相應(yīng)數(shù)據(jù)既可通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)上傳至上位機進行處理和應(yīng)用，也可直接通過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時性能高達200MIPS，存儲器管理單元；32bit定點PISC處理器，改進型ARM/Thumb代碼交織，增強性乘法器設(shè)計。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，通過公交站ZigBee模塊進行數(shù)據(jù)通信，并將信息通過GPRS模塊發(fā)送給與服務(wù)器或者客戶端。同時利用Mini2440對公交所處位置和預(yù)計到站時間進行顯示，同時可以儲存多個公交車的信息，包括車上人數(shù)、到站時間等。

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

3.1 嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計

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

登錄界面主要進行了賬號和密碼的設(shè)計，如圖2所示。通過后臺數(shù)據(jù)庫進行登錄驗證，如果賬號和密碼一致，則進入主界面。

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顯示當(dāng)前公交車的一些基本信息，如圖3所示。通過是ZigBee網(wǎng)絡(luò)，接收車載移動節(jié)點的數(shù)據(jù)，可以查看即將到站的公交車ID號，車上人數(shù)，預(yù)計到達時間等。

公交車實時定位管理界面，如圖4所示。通過感應(yīng)車載ZigBee設(shè)備，可以得到公交車的大概位置，再通過ZigBee自帶的定位功能，可以發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)進行精確定位，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。用戶點擊公交車ID號，可以通過地圖實時查看公交車的位置。

3.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)，啟動完成ZigBee網(wǎng)絡(luò)初始化，通過公交站ZigBee模塊建立網(wǎng)絡(luò)，車載移動節(jié)點加入網(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ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送，上傳至上位機，最后通過GPRS模塊完成入網(wǎng)，建立通信。

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