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基于ZigBee的城市公交车定位系统设想

2017-10-11 11:11
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引言

  城市当代化拔擢中,公交交通对象的办理和安排是其很次要的一个方面。办理核心能够随时经由路况和乘客的需求安排车辆;别的一方面,经由公交站台的显示器,布告给乘客等待中的车辆离站又一次有多远距离,多么在堵车的环境下能够让乘客本人选择出行编制。本文设想一个基于ZigBee 无线传感器收集的定位系统,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,经由参考节点算计出定位节点,在把定位消息上报给网关,经由网关传至主干收集,最后传至节制核心。

  1 无线定位系统的收集道理和完成

  该收集定位的道理如图1 所示,从图中能够看出,该收集定位几乎全数能够采用无线传输,多么能够处理道路布线坚苦,且节约大量的硬件成本。
 

图1 定位系统道理

  ①主机:办理核心的算计机,在算计机上配备相关界面化软件,便于察看各条公交线路的公交车位置环境,多么也便于办理和安排。
  ②网关:采用CC2430 设想,能够大概组建一个ZigBee 收集,在每个区域中,即每条公交线路上,网关充任协调器的角色,把定位节点,即各辆公交车位相消息上报给办理核心。
  ③参考节点:参考节点也采用CC2430 设想,在收集中充任路由器角色,在本系统定斡忠淮锡程中安插在公交线路上,由用户指定固定坐标,并为定为节点供给该坐标和RSSI 平均值。别的,参考节点又一次能够扩展,经由视频功能,能够获取路况消息,进一步为办理核心供给数据。
  ④定位节点:定位节点采用CC2431 设想,其内部具有定位引擎,能够大概按照参考节点供给的固定坐标和RSSI 平均值算计出本身的精确坐标位置,并把该坐标协同定为节点标识号发送给网关。

  2 系统各节点具体设想

  2.1 定位节点
  定位节点采用CC2431 设想,把持内部引擎算计本身的位置,然后传至网关。其设想道理如图2 所示。从图能够看出,仅仅采用CC2431 和加上外部需要的无线器件,没有其它外设,一方面简化设想,另一方面利于节流动力。
 

图2 定位节点设想道理
 
  定位节点经由接管定位区域内所有参考节点的RSSI 值后,颠末定位算法来算计其坐标值。定位节点包含以下功能:
  ①插手收集,无线收发数据功能。
  ②节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节制参考节点算计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拔擢尺度参数的功能。
  ⑤掉点后尺度参数消息不丢失的功能。
  ⑥算计,发送XY 坐标。
  ⑦发送定位节点编号的功能。

  定位节点的根底功能包含了无线收发数据的功能,节制参考节点多次收集和定位节点通信时的信号强度值,并且节制参考节点算计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。定位节点又一次要接管网关进行空中动态拔擢尺度参数,并且包管掉电后尺度参数消息不会丢失。

  定位节点上电当前,系统将给与它一个默认的尺度参数,包罗A 值,N 值,模式,收集等待时间,主动模式下周期,最小参考节点数等消息,若是是第一次插手参考收集,则系统将这些数据写入flash;不然若是已具有于收集中,就将存放在flash 中的尺度参数读出。
 
2.2 参考节点
  参考节点是一种已知的静态节点,其坐标(X,Y)值是固定的,不参与定位算计,由CC2430 完成。本设想过程中一个区域采用8 个参考节点构成。

  参考节点必需精确的拔擢在定位区域中的位置。它的任务是供给一个包含本人位置X,Y 坐标和RSSI 平均值[7 的消息包给定位节点。

  在参考节点部门共有4 个输入串ID,别离是RSSI 请求,参考节点拔擢,参考节点的请求拔擢,多次收集RSSI 平均值。参考节点收集到消息后。按照串ID 对消息进行处置,并完成响应的功能。

  参考节点在上电当前,若是是第一次插手定位收集,那么系统讲给与它一个默认的X,Y 值,并将数据写入flash;不然若是曾经具有于收集中,则起首要将flash 中的X,Y 坐标值读出,已确定本人的位置。

  2.3 网关的功能及设想
  网关应具有以下功能:
  ①建立收集,无线收发数据的功能。
  ②把持串口和算计机通信的功能。
  ③算计校验的功能。
  ④经由液晶显示器显示参考节点和定位节点坐标收集地址的功能。
  ⑤转发算计机数据拔擢和请求拔擢参考节点和定位节点的功能。
  ⑥转发算计机数据请求定位节点坐标的功能。

  网关节点模块选择CC2430,它是系统中至关次要的模块。起首,网关方式受由监控软件供给的各个参考节点和定位节点的拔擢数据,并按照不合的编制发送给响应的节点;其次又一次方式受个节点的反馈数据,判断数据的无效性,并传输给监控核心。

  整个定位系统经由串号令节制整个流程,每1 个串号令都完成1 个相对应的功能。网关是一个核心节制站,本人涉及的串号令比力少。网关处置各个节点发送过来的无效数据进行处置。这些数据包含了操作系统值,节点收集地址,无效数据长度,串ID,坐标数据长度和坐标数据。这些数据被网关收集之后,起首经由串口发送给pc 机,然后对这些数据进行数据校验。系统中数据校验的方式是取出数据操作系统值,即第1 位,对各位数据进行异或算计。

  PC 机经由串口领遭到数据之后,起首判断第1 位能否为操作系统值,然后按照数据长度分派空间装载数据。在数据装载完成之后,当即对数据进行校验。

  3 测验考试成果及数据阐发

  为模仿公交定位系统的完成,采用了8 块CC2430 模块为参考节点,2 块CC2431 模块为定位节点,1 个收集扩展卡和1 个CC2430 模块构成网关,进行模仿公交车定位系统,最后将网关的数据经由串口[11]与算计机相连。由于定位系统的节制源是节制核心的算计机,所有的流程都由算计机节制。在网关收到或发送数据的时候,总会算计1 个校验值验证或做数据的最后以一位,所以以下测验考试数据中数据格局由数据帧[11]和校验位[12]两部门构成。

  经由串口读到的数据为:02 10 18 0B CB B8 3C D2 1500 08 FF FF FF FF 83。各位数据含义如下:
 
 

表1 串口各位数据含义
 
  从表中能够看出,0B 是数据长度,为从这认为起头不断到校验位的所无数据位,B8 3C 暗示收集地址,低位在前,高位在后,暗示的收集地址为0x3CB0。15 00 暗示串ID 号,地位在前,高位在后,所以串ID 地址为0x0015。后面的是XY 坐标上电后的初始地址。

  在定位节点上电之后,起首把数据发送给网关。由于系统采用非主动模式,所以网关会不断等待,直到上位机需要节点数据时,发送如表2 所示的一条号令。


表2 上位机数据

  从号令的形式能够看出,该号令的发送形式为短地址形式。发送该号令当前,只需地址为0x5324 的节点会收到该消息。发送后上位机收到的数据为:02 10 18 14 CB 32 65D3 14 00 11 00 06 00 1F 00 04 B8 3C 00 00 28 00 28 CF31 32 33 34。

  从成果能够看出,上位机一般收到数据,经由改变定位节点在收集中的位置,就能够获得一组不合的数据,在按照数据中特定的消息位能够获得坐标成果。在现实使用系统中,对应的坐标位都在地图长进行显示,能够直观的看到各辆公交车在路线上的位相消息。

  4 结语

  Zigbee 的无线定位系统基于无线单片机CC2431,把持CC2431 自带的RSSI 定位引擎,再使用无线自组网进行定位并向节制核心传送定位消息。该系统设想简单,定位精确度高,设备成本低廉,适合当代化城市的公交车系统智能办理。