在如今的現(xiàn)代生活中,，公交車是城市交通中最重要的部分,，其運(yùn)行效率與服務(wù)質(zhì)量很大程度上影響城市交通狀況和市民的出行狀況,。衡量運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)是公交車能否準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)各站和人們能否知道自己等待的公交車運(yùn)行情況。

　　目前,，除始發(fā)站和終點(diǎn)站外,，中間的眾多站無法保證公交車準(zhǔn)點(diǎn)；依靠駕駛員按鍵操作報(bào)站,，難免出現(xiàn)錯(cuò)誤而誤導(dǎo)乘客,；候車人不知道等待的公交車運(yùn)行狀況。為此,，本文開發(fā)了一種基于GPRS" title="GPRS">GPRS和ZigBee" title="ZigBee">ZigBee的公交車運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng),，以期能較好的解決這些問題。

1　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)由公交車監(jiān)控中心,、公交車站臺的站臺監(jiān)測器和公交車上的智能無線終端（以下簡稱監(jiān)控中心,、監(jiān)測器和無線終端）組成,，如圖1所示。無線終端通過ZigBee技術(shù)向監(jiān)測器報(bào)告公交車到達(dá)和離開的時(shí)間,，監(jiān)測器接收無線終端發(fā)送的信號,，檢驗(yàn)該車的“標(biāo)識號”，識別到來車輛,，并將該車的到達(dá)時(shí)間,、車號等信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心。

　　公交車根據(jù)檢測器發(fā)送的站臺標(biāo)識符識別站臺名稱,，通過語音和LED屏報(bào)站,。此后，監(jiān)測器不斷檢測該無線終端發(fā)送的信號強(qiáng)度,，當(dāng)其減弱到一定程度時(shí),，即認(rèn)為該車離開本站，隨即向監(jiān)控中心發(fā)出相關(guān)信息,。監(jiān)控中心對監(jiān)測器發(fā)來的信息進(jìn)行存儲,，根據(jù)接收的信息判斷公交車行駛路段，并將信息發(fā)送給監(jiān)測器,，監(jiān)測器通過運(yùn)行狀態(tài)指示燈顯示給候車者,。

2　硬件設(shè)計(jì)

　　2.1　監(jiān)測器

　　2.1.1　整體設(shè)計(jì)

　　監(jiān)測器組成如圖2所示，該部分由CPU,、無線GPRS通信模塊,、無線ZigBee通信模塊、公交車運(yùn)行狀態(tài)指示燈和其他外圍電路組成,。CPU選擇三星公司的S3C44B0X,該處理器具有低功耗,、高性能、高性價(jià)比的優(yōu)點(diǎn),，同時(shí)具有豐富的內(nèi)置部件,，極大減少了系統(tǒng)電路中除處理器以外的元器件配置，降低了成本并減少了系統(tǒng)的復(fù)雜度,。同時(shí)具有大量I/O端口,，可以實(shí)現(xiàn)對大量狀態(tài)指示燈的控制。GPRS既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸,，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸,，數(shù)據(jù)傳輸速度快，按流量計(jì)費(fèi),。因此GPRS適合于這種通信頻繁,、數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性要求較高的監(jiān)控系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)選擇GPRS作為監(jiān)測器與監(jiān)控中心無線連接方式,，監(jiān)測器與公交車終端通信采用ZigBee無線通信方式,。ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度,、低功耗,、低速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),。設(shè)計(jì)中ZigBee通信模塊選用Freescale公司的MC13192,其工作頻率是21405～21480GHz,采用直接序列擴(kuò)頻的通信技術(shù),，數(shù)據(jù)傳輸速率為250kb/s,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　2.1.2　GPRS通信模塊

　　GPRS模塊選擇法國WAVECOM公司生產(chǎn)的Q2403,該模塊符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705,下載速度為5316kb/s,上傳速度為2618kb/s,。模塊提供一個(gè)符合V24協(xié)議的異步串行通信接口,，支持加密算法，集成射頻電路和基帶于一體,，性能穩(wěn)定,，可以快速、可靠的傳輸,。Q2403和S3C44B0X通過串行接口相連接,，如圖3所示。

　　2.2　無線終端

　　無線終端主要由音頻播放模塊,、按鍵響應(yīng)電路,、無線ZigBee通信模塊和LED屏顯示模塊組成，見圖4,。音頻播放模塊負(fù)責(zé)錄制并播放語音報(bào)站信息,。

　　按鍵響應(yīng)電路負(fù)責(zé)響應(yīng)公交車司機(jī)的按鍵操作。

　　2.2.1　ZigBee無線通信模塊

　　由于MC13192的射頻信號采用差分方式,，而倒F型天線為單端天線，所以在芯片和天線間需使用平衡/非平衡阻抗轉(zhuǎn)換電路,，以達(dá)到最佳收發(fā)效果,。

　　電路中使用了UPG2012TK和巴倫電路專用芯片LDB212G4020C。UPG2012TK是NEC公司針對手機(jī)和其他L-波段應(yīng)用制造的鎵砷單刀雙擲（SinglePoleDoubleThrow,SPDT）射頻開關(guān),，其工作頻率為015～215GHz,具有非常低的介入損耗和很高的隔離性能,。MC13192和S3C44B0X的連接如圖5所示。

　　2.2.2　LED屏顯示模塊

　　設(shè)計(jì)中的LED點(diǎn)陣屏幕由4個(gè)LED點(diǎn)陣模塊構(gòu)成,，模塊需要陽極與陰極共同控制,，其行為陽極，列為陰極,，所以把LED點(diǎn)陣屏幕驅(qū)動(dòng)電路分為行驅(qū)動(dòng)電路與列驅(qū)動(dòng)電路兩部分設(shè)計(jì),，如圖6所示。行驅(qū)動(dòng)電路采用16個(gè)8050D型NPN三極管和16個(gè)上拉電阻共同完成驅(qū)動(dòng)。列驅(qū)動(dòng)電路則是由16個(gè)S8550D型PNP三極管和16個(gè)上拉電阻共同完成驅(qū)動(dòng),。

　　因而失真小,，使用方便，不需專用語音開發(fā)工具,，成本低廉,。鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤，驅(qū)動(dòng)芯片采用ZLG7290,。RS232通訊部分由MAX233A完成,。復(fù)位部分采用專業(yè)復(fù)位電路芯片IMP811來實(shí)現(xiàn)。

3　軟件設(shè)計(jì)

　　3.1　ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址分配

　　設(shè)計(jì)中使用分布式地址分配方案來分配ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址,，采用對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò),，監(jiān)測器作為父設(shè)備，無線終端作為子設(shè)備,。終點(diǎn)站的父設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的建立,，選擇一個(gè)信道，確定唯一的PAN地址并廣播建立網(wǎng)絡(luò)信息,。該父設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)后,，設(shè)置自身地址為0X0000,其他監(jiān)測器作為路由器、無線終端作為終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò),。網(wǎng)絡(luò)地址的分配與3個(gè)參數(shù)有關(guān),，分別為允許的最大子節(jié)點(diǎn)數(shù)Cm、允許的最大路由節(jié)點(diǎn)數(shù)Rm和允許的最大網(wǎng)絡(luò)深度Lm,根據(jù)這3個(gè)參數(shù)可自下而上地計(jì)算出每一級鄰近節(jié)點(diǎn)間的地址間隔Is（d）：

　　其中,，d為路由器級數(shù),，第n級父設(shè)備地址Ap為

      無線終端設(shè)備地址是根據(jù)入網(wǎng)先后順序確定的，比如第n個(gè)入網(wǎng)的無線終端設(shè)備地址An為

      其中,，An為同等級深度節(jié)點(diǎn)中序列為n的節(jié)點(diǎn),，1≤n≤Cm-Rm,Ap為其上一級父節(jié)點(diǎn)地址。

　　3.2　軟件流程

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包含三部分：無線終端,、監(jiān)測器和監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì),，文中只介紹無線終端和監(jiān)測站軟件設(shè)計(jì)，監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)請讀者參閱其他資料,。

　　監(jiān)測器通電后,，進(jìn)行Q2403和ZigBee的初始化和ZigBee通信的準(zhǔn)備工作，等待ZigBee設(shè)備的連接請求,。當(dāng)接收到某設(shè)備的連接請求后,，確認(rèn)是否為合法用戶，如果是則發(fā)出允許連接的命令,，實(shí)現(xiàn)無線終端和監(jiān)測器的無線連接,。建立連接后，監(jiān)測器獲得了公交車的唯一標(biāo)識號，將該公交車進(jìn)行登記,，并將車號和時(shí)間信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控中心,。當(dāng)公交車離開站臺后，信號強(qiáng)度下降到一定程度,，公交車與該監(jiān)測器斷開連接,，認(rèn)為該公交車已離開該站。監(jiān)測站還時(shí)刻接收監(jiān)控中心發(fā)送的公交車運(yùn)行狀態(tài)信息,，并通過運(yùn)行狀態(tài)指示燈顯示給候車者,。工作流程如圖7所示。

　　無線終端通電后進(jìn)行ZigBee初始化工作,，尋找監(jiān)測器,，當(dāng)檢測到監(jiān)測器的信號強(qiáng)度大于一定值時(shí)，向該監(jiān)測器發(fā)出建立連接的請求,，獲得該監(jiān)測器的標(biāo)識符,，從而知道是哪一站，并采用語音和LED屏實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站,。當(dāng)駛離站臺監(jiān)測器時(shí),，檢測到該監(jiān)測器的信號強(qiáng)度弱小到一定程度，便向該監(jiān)測器發(fā)出斷開連接請求,。其工作流程如圖8所示,。

4　結(jié)語

　　將GPRS和ZigBee技術(shù)應(yīng)用到公交車智能監(jiān)控系統(tǒng)，解決了多年來困擾公交車監(jiān)控系統(tǒng)的諸多問題,，使其作用更為突出,，提高了公交車的服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)行效率，具有很高的實(shí)用價(jià)值,。在該系統(tǒng)中,，遠(yuǎn)距離無線通信采用的GPRS技術(shù)和近距離無線通信采用的ZigBee技術(shù)互為補(bǔ)充，在擴(kuò)寬監(jiān)測范圍的同時(shí)也提高了監(jiān)控系統(tǒng)的智能水平,。這種監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)模型具有一定的通用性,，可以推廣應(yīng)用到石油和煤礦生產(chǎn)等工作地域范圍較廣的工業(yè)現(xiàn)場。