基于ZigBee無線通信的電子公交站牌設(shè)計(jì)

張　洋　王永剛（.福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建　福州　350000；.福建海源新材料科技有限公司，福建　建陽　35400）

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基于ZigBee無線通信的電子公交站牌設(shè)計(jì)

張洋1王永剛2
（1.福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建福州350000；2.福建海源新材料科技有限公司，福建建陽354200）

摘要：根據(jù)目前智能公交系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了基于ZigBee無線通信方式和短距離通信技術(shù)的智能公交電子站牌系統(tǒng)。重點(diǎn)闡述了電子站牌系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖及系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)。電子站牌系統(tǒng)圍繞CC2530模塊設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛與電子站牌及電子站牌與電子站牌之間的無線通信。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)能夠?yàn)槌鲂械娜藗兲峁?shí)時(shí)、穩(wěn)定和快速的公交信息。

關(guān)鍵詞：智能公交系統(tǒng)；電子公交站牌；ZigBee；CC2530模塊

0. 引言

圖1電子公交站牌硬件框圖

智能交通形成一個系統(tǒng)概念，起始于20世紀(jì)80年代，其中最具代表性的是美國智能車輛道路系統(tǒng)、歐洲高效安全歐洲交通計(jì)劃。它們共同的特點(diǎn)是：將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等有效融合起來，并運(yùn)用于整個交通管理系統(tǒng)，從而建立起高效的運(yùn)輸管理系統(tǒng)，而電子公交站牌是智能公交系統(tǒng)中的重要組成部分之一。ZigBee和現(xiàn)有移動網(wǎng)（GPRS）比較，ZigBee不需要長期支付網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)；ZigBee網(wǎng)絡(luò)使用ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊（相當(dāng)于基站），不需要購買昂貴的移動終端設(shè)備；ZigBee網(wǎng)絡(luò)是專門為控制數(shù)據(jù)的傳輸而設(shè)計(jì)的，因而控制數(shù)據(jù)的傳輸具有相當(dāng)?shù)谋ＷC。

1. 電子公交系統(tǒng)

基于現(xiàn)代信息科技的公交系統(tǒng)，能夠通過無線通信、遠(yuǎn)程定位等技術(shù)實(shí)現(xiàn)公交的智能調(diào)度，并實(shí)現(xiàn)基于信息技術(shù)的公交運(yùn)行的可視化監(jiān)管，為乘客提供完善的公交信息。本文設(shè)計(jì)的公交系統(tǒng)，利用ZigBee技術(shù)將整個系統(tǒng)分成車載系統(tǒng)模塊、站臺系統(tǒng)模塊以及網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)管理模塊。在站臺系統(tǒng)模塊中，將各個站點(diǎn)都裝設(shè)電子站牌，當(dāng)公交到站點(diǎn)時(shí)，會向車載系統(tǒng)模塊發(fā)送包括車輛位置、車牌、線路、載客情況以及到站時(shí)間等多種信息，并可顯示在電子站牌上，為乘客提供了極大便利。

2. 電子公交站牌的總體設(shè)計(jì)

2.1電子公交系統(tǒng)組網(wǎng)介紹

公交系統(tǒng)的組網(wǎng)有多種方式，如采用GPRS通信方式、ZigBee通信方式或組合通信方式。整個公交系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由骨干網(wǎng)絡(luò)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)組成。實(shí)現(xiàn)車載終端節(jié)點(diǎn)在控制中心組建的網(wǎng)絡(luò)下，通過路由節(jié)點(diǎn)向其線路站牌終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送接收車輛信息數(shù)據(jù)。

2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)采用ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)公交車輛管理，ZigBee通信技術(shù)可實(shí)現(xiàn)短程無線信息通信與傳遞，且功能齊全，價(jià)格適中，具有較高性價(jià)比，是目前新興的短程通信技術(shù)。基于此本文就以ZigBee技術(shù)作為公交站牌的技術(shù)基礎(chǔ)，并借助區(qū)間定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的公交信息傳遞，將公交信息通過ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)即時(shí)傳遞，同時(shí)這些信息還會顯示在LED顯示屏以及網(wǎng)絡(luò)平臺上。

圖2電源電路原理圖

圖3電子公交站牌中斷子程序流程圖

3. 電子公交站牌硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)利用CC2530芯片所集成的控制器，完成整個公交站牌的功能。

3.1電子公交站牌硬件框圖

系統(tǒng)電路由CC2530收發(fā)芯片核心的無線收發(fā)電路及MCU、液晶顯示屏，實(shí)時(shí)時(shí)鐘、溫濕度采集以及電源系統(tǒng)組成。其CC2530是整個設(shè)計(jì)中的核心部件，系統(tǒng)的電源則是采用以5L0380R為核心的開關(guān)電源，站牌與公交車及管理系統(tǒng)之間則是借助于ZigBee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，時(shí)間系統(tǒng)采用DS1302芯片，同時(shí)采用一款11264液晶屏來實(shí)現(xiàn)時(shí)間、日期和當(dāng)前溫度等信息的顯示。電子站牌的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

3.2無線射頻模塊CC2530

ZigBeeCC2530是TI/ChipconAs公司最新推出的符合2.4GIEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器，通過此類芯片能夠使無線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)每秒鐘近250kb的傳輸速度，能夠快速以此實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)，此外CC2530還集合了當(dāng)前先進(jìn)的高效射頻技術(shù)、微控制技術(shù)以及其他新科技及功能。本次研究的公交系統(tǒng)采用的是F256型號，站牌和車載節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)范圍可達(dá)50m左右，路由的網(wǎng)絡(luò)范圍則為300m左右。

3.3電源模塊設(shè)計(jì)

電源電路采用的是5V電源通過TPS79533轉(zhuǎn)換為3.3V工作電壓供電。TPS79533其輸入電壓范圍是2.7V～5.5V，并具有較高的電源抑制比、超低噪聲、較好的電壓線性和負(fù)載瞬態(tài)效應(yīng)以及較小的電壓漂移。系統(tǒng)由USB提供電源，通TPS79533轉(zhuǎn)換位3.3V工作電壓。電源電路原理圖如圖2所示。輸入和GND之間通過O.1μF和47μF兩只電容的并聯(lián)作為旁路電容可以獲得更大的濾波頻段，增強(qiáng)穩(wěn)定性，提高對噪聲和紋波的抑制。

3.4實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路采用DS1302，實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。DS1302與CC2403的接口僅需要3條線，即SCLK（7）、I/O（6）、RST（5）。同時(shí)通過鍵盤接3個按鍵，用于DS1302的時(shí)間校準(zhǔn)。

4. 軟件程序設(shè)計(jì)

4.1電子公交站牌軟件系統(tǒng)

各個在系統(tǒng)中的公交站牌都能實(shí)時(shí)收到來自公交車所發(fā)出的車輛信息，并借助ZigBee技術(shù)將所接收的信息立即傳到調(diào)度中心，中心將所接收的信息經(jīng)過相應(yīng)的處理后，再利用ZigBee技術(shù)向各個站牌傳遞相關(guān)信息，而當(dāng)各個站牌接收時(shí)，就會顯示出當(dāng)前的公交信息。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)及重點(diǎn)主要就是站牌中的軟件技術(shù)，以及公交和站牌間的信息傳遞以及顯示。系統(tǒng)中各站牌初始時(shí)的程序是相同的，當(dāng)系統(tǒng)通電后，通過設(shè)置后實(shí)現(xiàn)后臺運(yùn)作。

4.2通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

公交系統(tǒng)中包括公交站牌、車載以及路由節(jié)點(diǎn)，由分別布置在各站牌的站牌系統(tǒng)形成一套無線網(wǎng)絡(luò)，并作為系統(tǒng)的控制中心。路由節(jié)點(diǎn)則是設(shè)置在不同的站牌之間，以此延長信息的傳遞距離，并提升信號強(qiáng)度。車載節(jié)點(diǎn)則可根據(jù)實(shí)際情況，選取是否加入或離開網(wǎng)絡(luò)。

本系統(tǒng)以CC2530作為系統(tǒng)核心，并分別將站牌以及車載模塊接入到核心控制系統(tǒng)中，從而激活不同節(jié)點(diǎn)的功能。這其中的站牌模塊則是以中斷的形式獲取信息，如圖3所示，接收到信息后對其進(jìn)行分析，明確信息的具體內(nèi)容，并將信息進(jìn)行整合處理，再向各站牌以及網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)送。

結(jié)論

本設(shè)計(jì)以ZigBee為通信方式的公交電子站牌系統(tǒng)，成功結(jié)合了ZigBee的成熟技術(shù)以及CC2530芯片強(qiáng)大功能，ZigBee的自組網(wǎng)中由于拓?fù)淇梢匀我飧淖儯?jié)點(diǎn)也可以隨時(shí)隨地放置，所以組網(wǎng)靈活，維護(hù)方便，節(jié)點(diǎn)可以通過無線接入主干網(wǎng)，不會對整個網(wǎng)絡(luò)造成較大的壓力。隨著公交優(yōu)先政策的推進(jìn)，本系統(tǒng)在交通行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景，具有巨大的市場價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］朱開宇，劉佳宇，安永麗，等.基于ZigBee的城市智能公交網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（3）：17-20.

［2］卓樹峰，張洋，陳奇.基于GPRS智能公交電子站牌的系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.吉林教育，2013（10Z）：21-22.

中圖分類號：TN92

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金項(xiàng)目：福建省教育廳中青年教師教育科研項(xiàng)目（JA15673）。