基于ZigBee無線定位的智能車研究

劉曉玲，蔡希彪，楊海龍

(遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，遼寧錦州，121001)

基于ZigBee無線定位的智能車研究

劉曉玲，蔡希彪，楊海龍

(遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，遼寧錦州，121001)

介紹了單片機(jī)操作系統(tǒng)、C語言技術(shù)和GSM模塊結(jié)合使用完成智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。主要實(shí)現(xiàn)三大功能：監(jiān)控室內(nèi)溫度、防盜和檢測(cè)室內(nèi)可燃?xì)庖约盁熿F。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)成本低，操作方便，并且達(dá)到了預(yù)期的穩(wěn)定性和可靠性。

ZigBee；智能車；無線定位；特定跟蹤

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，工廠車間、機(jī)場(chǎng)、車站等場(chǎng)合的智能化進(jìn)程在快速的發(fā)展，原來由人工所完成的工作在慢慢的被一些智能化機(jī)器設(shè)備所取代，本系統(tǒng)意在設(shè)計(jì)一款具有特異性的智能跟隨車。我們采用了ZigBee無線定位的方式來進(jìn)行特定行人的跟蹤，ZigBee無線定位模塊含有三種節(jié)點(diǎn)，一種是參考節(jié)點(diǎn)，它用來設(shè)定小車的活動(dòng)范圍；一種是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，也稱為盲節(jié)點(diǎn)，它作為小車所要跟隨的目標(biāo)；另外一種是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，它負(fù)責(zé)統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，用于建網(wǎng)，并將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出來，通過與智能車上的串口模塊進(jìn)行通信，智能車上的處理器可以對(duì)串口發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，截取出坐標(biāo)信息，通過前后坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，來得到方向和轉(zhuǎn)角，這樣小車就能跟隨移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而做出相應(yīng)的動(dòng)作。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

主要由智能車部分和ZigBee部分組成，其中ZigBee部分負(fù)責(zé)組網(wǎng)獲得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過串口將網(wǎng)關(guān)計(jì)算的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息傳送給智能車處理，智能車根據(jù)坐標(biāo)信息信息發(fā)出相應(yīng)的指令，進(jìn)行前進(jìn)后退，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)等動(dòng)作，進(jìn)行智能性的跟蹤。

2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 智能車主控模塊電路

智能車主控模塊電路負(fù)責(zé)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制工作，主要由主控芯片、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等組成。

2.2 智能車電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路

一般來說，單片機(jī)IO口輸出的電流較小，帶負(fù)載能力比較差，不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)，才能使小車正常工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是智能車部分的關(guān)鍵模塊，采用的L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片[1]。

2.3 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊的作用是當(dāng)智能車由于某些特殊原因超出跟隨的目標(biāo)預(yù)設(shè)范圍后會(huì)進(jìn)行報(bào)警。

2.4 ZigBee部分電路

本系統(tǒng)的ZigBee部分涉及參考節(jié)點(diǎn)、盲節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)三種節(jié)點(diǎn)，這三種節(jié)點(diǎn)在硬件上實(shí)際上只涉及兩種電路，其中參考節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)是一種以CC2430為主控芯片的電路，盲節(jié)點(diǎn)也就是定位節(jié)點(diǎn)電路是以CC2431為主控芯片的。而就電路來說兩種電路除了主控芯片之外，其它部分電路是完全一樣的，下面就介紹一下以CC2430或CC2431為主控芯片所包含的電路。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

與硬件部分類似的是，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也由ZigBee部分和智能車部分兩部分組成，其中ZigBee部分的軟件設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)上面所描述的三類節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)配置，鋪設(shè)定位范圍，而智能車部分的軟件部分要實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退、避障跟蹤等功能，并能計(jì)算自身坐標(biāo)，這個(gè)坐標(biāo)與前期ZigBee部分所計(jì)算的坐標(biāo)進(jìn)行比較，這個(gè)坐標(biāo)差距便作為小車動(dòng)作的依據(jù)。

3.1 ZigBee軟件設(shè)計(jì)與流程

這里的協(xié)調(diào)器指網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)建立網(wǎng)絡(luò)的過程是這樣的，首先要建立網(wǎng)絡(luò)，在建立網(wǎng)絡(luò)之后，將用到的節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)，在有了節(jié)點(diǎn)地址之后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)便可以進(jìn)行相應(yīng)的通信了。其中協(xié)調(diào)器的程序流程圖如圖1所示。

3.2 ZigBee部分上位機(jī)坐標(biāo)測(cè)試

測(cè)試的過程首先在進(jìn)行定位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上安裝上USB串口驅(qū)動(dòng)，程序下載用前面用到的IAR軟件內(nèi)部的Debug下載功能，程序整體一樣，只在編譯時(shí)三種節(jié)點(diǎn)分別選擇LocDongle、RefNode、BlindNode三種節(jié)點(diǎn)程序進(jìn)行編譯即可[2]。程序下載完畢，打開電腦上的定位軟件Z-Location，設(shè)置所在打開網(wǎng)關(guān)的情況下，將參考節(jié)點(diǎn)放在設(shè)定的矩形范圍的四個(gè)腳上，依次打開參考節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，運(yùn)行定位軟件設(shè)置好軟件上參考節(jié)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)參考節(jié)點(diǎn)可以識(shí)別出來，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)也可以識(shí)別出來。

圖1 協(xié)調(diào)器的程序流程圖

3.3 智能車軟件設(shè)計(jì)與流程

系統(tǒng)軟件主要由主程序、超聲波測(cè)距程序、電機(jī)控制程序、定時(shí)器程序，以及串口程序等組成。其中主程序包括工作模式的檢測(cè)和調(diào)整，轉(zhuǎn)變方向的判斷與控制智能車車運(yùn)動(dòng)，超聲波發(fā)生子程序定時(shí)器程序用于實(shí)現(xiàn)智能車的測(cè)距。

這部分的編程環(huán)境采用Keil uVision3，編程語言采用C語言，采用模塊化編程方式，包括文件按功能分類編寫以及函數(shù)的模塊化，這樣程序不僅條理清晰，而且也易于維護(hù)[3]。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)通過ZigBee鋪設(shè)的局部無線環(huán)境，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行采集定位，在加上智能車的基本功能實(shí)現(xiàn)了，智能車的特意性跟蹤可以比較方便的應(yīng)用在特定場(chǎng)合，進(jìn)行搬運(yùn)等工作。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以設(shè)定引導(dǎo)智能車的引導(dǎo)目標(biāo)路徑，從而實(shí)現(xiàn)無人化的引導(dǎo)功能。

[1]蔣挺，趙成林.紫蜂技術(shù)及其應(yīng)用(IEEE802.15.4)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2006 ：85-88.

[2]瞿雷.ZigBee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué),2007.27-30.

[3] 王小強(qiáng)，歐陽駿等.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2012.75-78.

The research on ZigBee wireless location smart car

Liu Xiaoling,Cai Xibiao,Yang Hailong
(School of Electronic & Information Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning,121001)

Now, the intelligent process of airports, stations, factories workshop and other occasions develops rapidly. in this paper, using the reference nodes of ZigBee which is wireless location technology set the scope of activities of the smart car, and the mobile nodes guide the behavior of the intelligent car. According to different coverage areas can increase or decrease in the number of mobile nodes to achieve the desired effect.

ZigBee; the smart car;wireless location;specific tracking

劉曉玲，女，碩士研究生，主要研究方向：移動(dòng)通信與無線技術(shù)。蔡希彪，男，博士，主要研究方向：移動(dòng)通信與無線技術(shù)。楊海龍，男，碩士研究生，主要研究方向：移動(dòng)通信與無線技術(shù)。