物聯(lián)網(wǎng)智能交通解決方案

1、物聯(lián)網(wǎng)智能交通解決方案-基于ZigBee的智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案近年來(lái)，隨著我國(guó)的城市發(fā)展速度越來(lái)越快。城市人口數(shù)量和市 民擁有的私家車數(shù)量逐年遞增，使得城市交通擁堵現(xiàn)象日益惡化，交 通擁堵狀況嚴(yán)重成為我國(guó)大中型城市而臨的共同問(wèn)題，而擁堵狀況造 成的市民乘車難的問(wèn)題困擾著每個(gè)人，同時(shí)帶來(lái)的環(huán)境污染現(xiàn)象也十 分嚴(yán)重。根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)車輛定位技術(shù)的研究總體水平可以得出，目前現(xiàn)有 的定位技術(shù)都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)目前對(duì)車輛定位技術(shù)的研究可得 知，最佳的方案是選擇多種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息融合之后根據(jù)適當(dāng)算法從 而得到一定意義上的最佳解決方案。目前城市發(fā)展迅速，人們對(duì)公共 交通的依賴越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)交通服務(wù)質(zhì)量水平的要

2、求越來(lái)越高，如果能 將公交車的到站信息和車輛信息及時(shí)準(zhǔn)確的通知給候車的人們，將對(duì) 緩解上下班高峰期時(shí)候車站人員擁堵的情況起著重要的作用。通過(guò)安 裝在公交候車站牌上信息提示系統(tǒng)將會(huì)向候車的人們提供即將到站 的車次到站時(shí)間和車上的人員情況，同時(shí)還可以知道下一班車的大概 到站時(shí)間，這樣就能使要候車的乘客可以根據(jù)自己的需求提前的做好 準(zhǔn)備，為乘客出行提供方便。1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案車輛的具體位置反映到公交調(diào)度站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并及時(shí)發(fā)布到行車路 線站點(diǎn)，使乘客與調(diào)度人員能夠?qū)Ξ?dāng)前線路上的公交車的行駛狀況和 分布情況有所掌握。乘客能夠了解當(dāng)前車輛的行駛信息；調(diào)度人員能 夠根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)合理安排和調(diào)度。當(dāng)發(fā)生

3、突發(fā)事件時(shí)（如 堵車、車輛損壞等）調(diào)度中心可以做出更加合理的調(diào)度安排，并且能 夠有效的避免公交司機(jī)出現(xiàn)早退的現(xiàn)象。智能公交系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛的位置與車輛的平均速度估算出到 達(dá)下一站的時(shí)間。公交車輛的位置信息fflia ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送至公交 站牌并通過(guò)電子顯示屏展示給乘客，使乘客隨時(shí)了解所要乘坐的車輛 信息；同時(shí)位置信息通過(guò)ZigBee節(jié)點(diǎn)問(wèn)的轉(zhuǎn)發(fā)最終傳送至調(diào)度中心, 供調(diào)度人員調(diào)度與分配車輛。木系統(tǒng)中應(yīng)用車輛定位跟蹤技術(shù)，能夠 了解線路上的客流分布情況，為制定行車時(shí)刻表提供依據(jù)，同時(shí)，能 夠有效解決公交車輛運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，提高車輛管理水平。2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)智能公交系統(tǒng)下位機(jī)硬件平臺(tái)由CC2430

4、/2431芯片、網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、 無(wú)線參考節(jié)點(diǎn)和定位節(jié)點(diǎn)組成，并采用無(wú)線定位機(jī)制對(duì)正在行駛的車 輛進(jìn)行定位并對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與轉(zhuǎn)發(fā)。CC2430/CC2431芯片是在CC2420芯片架構(gòu)基礎(chǔ)上開發(fā)完成的， 在芯片上整合了微控制器、內(nèi)存和ZigBee射頻前端，如圖1所示。 主要由1個(gè)8位MCU (8051)、32/64/128KB可編程閃存、8KB的RAM、 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、定時(shí)器(Timer) AES128協(xié)同處理器、32kHz 晶振帶休眠模式定時(shí)器、看門狗定時(shí)器、掉電檢測(cè)電路、上電復(fù)位電 路和21個(gè)可編程I/O引腳組成。KESEI N EFX0SC Q2X(K( QIP2.4P2 JP2

5、-2QOgfjCSJAES-12S處理器/ ?2MSz ) I鬲広丿(32. 7o8kHzAI 蔦碩丿振艮器人Pl PL.6P1JPl .4 図fPl-3PI .2Pl 1 pl (IDMA存儲(chǔ)器8051晞入8-14ii ADC毎計(jì)通信掛El 半行通信按Q Ihf?亦時(shí)孝IZig險(xiǎn)*AC空打第2 8包龍時(shí)器3 8位忘腐器4血解調(diào)5FlashI25kFJE0&結(jié)枚，管厘繪權(quán)圖1 CC243(yCC2431結(jié)構(gòu)示意2. 2網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)包括底板和CC2430 ZigBee模塊。底板上具有圖形漢字電源接口和RS-232接口 o3無(wú)線參考節(jié)點(diǎn)和定位節(jié)點(diǎn)該模塊中含有CC2430/CC2431,是一款符

6、合IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn) 的 ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊。CC2430/CC2431 模塊具有 ZigBee/802. 15. 4 的物理層和硬件層，且可通過(guò)物理層和媒體訪問(wèn)控制子層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 無(wú)線通信。4ZigBee無(wú)線定位系統(tǒng)ZigBee無(wú)線定位系統(tǒng)包括兩部分組成：無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī) 監(jiān)控軟件。木系統(tǒng)中無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用TI/Chipcon公司生產(chǎn)的 帶有硬件定位引擎功能的CC2431芯片和帶有路由功能的CC2430芯 片。無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò)主要是由終端節(jié)點(diǎn)、參考節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成；3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1智能公交系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)智能公交系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)如圖2所示，將帶有定位引擎功能的

7、 CC2431芯片部署到公交車輛上，這時(shí)，CC2431在整個(gè)無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò) 中充當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)的角色。將CC2430芯片部署到公交線路沿線兩旁與 公交站牌和路燈等固定交通設(shè)施上，CC2430在無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng) 參考節(jié)點(diǎn)的角色。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)部署在離調(diào)度中心里并通過(guò)RS232串口數(shù) 據(jù)線與調(diào)度中心的服務(wù)器相連接。首先由參考節(jié)點(diǎn)自動(dòng)組成一個(gè)具有 自組織特性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并開始向終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送自己的位置坐標(biāo)信息 及RSSI值。不斷移動(dòng)的終端節(jié)點(diǎn)接收到離自己最近的參考節(jié)點(diǎn)的信 息后，通過(guò)自身的定位引擎計(jì)算出自己的坐標(biāo)并發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后上傳至上位機(jī)作進(jìn)一步處理。如果需要 對(duì)公交車輛進(jìn)行調(diào)

8、度管理，可以由調(diào)度中心發(fā)出指令指揮車輛的調(diào)度 工作。詢皮第理中心|冬12基FZigB綬技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)悶3. 1. 1智能公交系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)工作流程智能公交系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)包括終端節(jié)點(diǎn)、參考節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。其 中，終端節(jié)點(diǎn)是一種定位節(jié)點(diǎn)，它通過(guò)接收定位區(qū)域內(nèi)的所有參考節(jié) 點(diǎn)的RSSI值后，經(jīng)過(guò)定位算法計(jì)算岀自身坐標(biāo)位置。參考節(jié)點(diǎn)的坐 標(biāo)位置是固定值，但不參與定位計(jì)算。一個(gè)定位區(qū)域通常由8個(gè)參考 節(jié)點(diǎn)組成。將CC2431作為定位節(jié)點(diǎn)，CC2430和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展板組合形成 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，最終通過(guò)擴(kuò)展板上的串口與計(jì)算機(jī)相連。終端節(jié)點(diǎn)根據(jù)所 在定位區(qū)域內(nèi)的參考節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的RSSI值，利用RSSI定位算法計(jì)算 出自身所

9、在的坐標(biāo)位置。圖3為終端節(jié)點(diǎn)工作流程圖。圖3終端節(jié)點(diǎn)丁作流程國(guó)終端節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送連接請(qǐng)求后，與離自己最近的參考節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行通信，通過(guò)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值和RSSI值并根據(jù)輸入?yún)?shù)（A、N） 計(jì)算出自身的坐標(biāo)位置。將此坐標(biāo)信息發(fā)送至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)并最終通過(guò) RS232串口數(shù)據(jù)線傳送至調(diào)度中心的服務(wù)器上。1. 2智能公交系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)智能公交系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)組網(wǎng)以及路由等數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽?在智能公交系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，主要存在3種數(shù)據(jù)類型：數(shù)據(jù)從公交車發(fā) 往中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)從站臺(tái)節(jié)點(diǎn)發(fā)往中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)從中心節(jié)點(diǎn)發(fā)往站 臺(tái)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)層最主要的功能就是完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體 服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)完成在對(duì)等應(yīng)用實(shí)體之

10、間傳送應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元（APDU）； 網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)實(shí)體服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)完成在上層和網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)實(shí)體 之間傳送命令幀。2系統(tǒng)上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)智能公交系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用VisualC+6. 0平臺(tái)開發(fā)。上位機(jī) 軟件分為串行通信模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模 塊和數(shù)據(jù)保存模塊，將數(shù)據(jù)通過(guò)RS232串口數(shù)據(jù)線傳至PC機(jī)上后上 位機(jī)軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)的顯示與處理。智能公交系統(tǒng)由下位機(jī)與上位機(jī)兩部分組成。下位機(jī)主要包插硬 件模塊CC2431與CC2430,通過(guò)無(wú)線定位網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，避免 了布線的麻煩。上位機(jī)采用VC6.0進(jìn)行開發(fā)，具有友好的界而，是一個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)控與存儲(chǔ)中心。4、測(cè)試人機(jī)界而主要

11、用于完成與用戶的信息交互，通過(guò)界而的顯示，將 串口接收到的車輛信息展示給用戶，用戶通過(guò)對(duì)信息的分析，從而有 效地管理車輛的運(yùn)行與調(diào)度情況。因此在本系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中友好和 便捷的人機(jī)界而設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)就顯得非常重要。系統(tǒng)的整個(gè)框架和人機(jī) 界而工作的完成使得后續(xù)開發(fā)工作更加條理化。為智能公交系統(tǒng)的車輛信息查詢界面，從圖中可以看到車輛ID, 目前在哪條線路，經(jīng)過(guò)了幾個(gè)站臺(tái)。為智能公交系統(tǒng)的線路信息查詢界面，從圖中可以看到線路名， 站臺(tái)號(hào)和站臺(tái)的名字。文中對(duì)上位機(jī)軟件進(jìn)行總體設(shè)計(jì)并對(duì)系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行劃分， 針對(duì)系統(tǒng)中用到的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫(kù)、各個(gè)模塊進(jìn)行分析與討論，設(shè) 計(jì)出了一種較為可行的監(jiān)控系統(tǒng)并對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明。最 后在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后進(jìn)行了上位機(jī)的功能測(cè)試與模擬測(cè)試。5、結(jié)論ZigBee是一種低速率、低成本、高可靠性的無(wú)線通信技術(shù)。文 中針對(duì)當(dāng)前擁堵的交通問(wèn)題，并對(duì)當(dāng)前公共交通系統(tǒng)的環(huán)境進(jìn)行