ZigBee技术在智能公交调度系统上的应用研究

摘要

实施“公交优先”是解决我国城市交通发展问题的有效途径。大力发展公交优先，最重要的措施是提高公交服务质量和运营效率。目前我国大多数城市公交车辆管理存在科技含量低、管理方式陈旧等问题，使得公交车辆运营效率低，服务质量差。因此，需要采取技术手段或者管理手段来解决这些问题。2004年以来，ZigBee技术得到了迅猛的发展，ZigBee的低成本，低复杂度，低延迟的特点使它非常适合应用于公交调度系统。基于这些特点，本文提出了一种基于ZigBee技术的智能公交调度系统方案。 论文首先简要介绍了ZigBee技术，接着列举出几种可行的智能公交调度系统技术方案，重点叙述了采用GPS技术和GPRS数据传输技术的智能公交调度系统方案和采用ZigBee技术的智能公交调度系统方案，详细比较了这几种调度系统技术方案的优缺点，最终确定采用基于ZigBee技术的系统方案。 在基于ZigBee技术的系统方案中，系统下位机部分分为四部分：网络协调器、电子站牌节点、无线中继通讯节点和车载终端模块。这四个部分分布在整条公交线路上，相互通讯连接，组成了网状型拓扑结构。针对系统传感器网络设备位置相对固定的特点，论文提出了相对应的数据路由传输协议和车辆定位算法。同时，系统采用TPSN算法定时同步各个节点设备时钟。 论文分别详细叙述了系统网络内各个设备的功能。论文采用Protel2004画出了各个模块的硬件原理图，通过对Chipcon公司ZigBee协议栈的分析、修改，对各个设备模块进行软件设计，画出了各个设备模块软件流程图。最后，采用VB6.0开发出上位机测试配置软件，实现上位机对整个传感器网络配置和数据通讯传输。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3课题研究的目的、意义

1.4课题研究的主要内容

第二章ZigBee技术研究

2.1几种无线组网技术分析比较

2.2.ZigBee技术概述

2.3 ZigBee协议的体系结构

2.3.1物理层(PHY)

2.3.2媒体接入控制层(MAC)

2.3.3网络层(NWK)

2.3.4应用层(APL)

2.4 ZigBee网络设备类型

2.4.1全功能设备(FFD)

2.4.2精简功能设备(RFD)

2.5 ZigBee网络拓扑结构

2.6 ZigBee的功耗

2.7 Zigbee常用芯片比较

2.8 CC2430芯片介绍

2.8.1 CC2430芯片的主要特点

2.8.2 CC2430芯片的引脚功能

2.9本章小结

第三章智能公交调度系统方案

3.1常用的几种技术方案

3.2基于GPS定位的系统方案

3.2.1系统组成

3.2.2系统工作原理

3.2.3存在的问题

3.3基于ZigBee技术的系统方案

3.3.1系统方案背景

3.3.2系统组成

3.3.3系统工作原理

3.4基于GPS的系统方案和基于ZigBee的系统方案比较

3.5本章小结

第四章智能公交调度系统中无线传感器网络的关键问题

4.1系统网络拓扑结构

4.2基于ZigBee的公交车辆定位

4.2.1公交车辆定位问题概述

4.2.2常用测距/测向方法比较

4.2.3 RSSI测距算法

4.2.4公交车辆位置估算

4.3智能公交调度系统路由协议

4.3.1网络拓扑结构的特点

4.3.2车辆信息数据传输路径的建立

4.3.3车辆信息数据传输路径的改变

4.3.4车辆信息数据包的发送

4.3.5车辆信息数据传输路径在整个传输路径的延迟

4.4时间同步

4.4.1时间同步的必要性

4.4.2无限传感器网络时间同步的特点

4.4.3无限传感器网络时间同步的研究现状

4.4.4智能调度系统时间同步算法

4.5本章小结

第五章智能公交调度系统的硬件设计

5.1智能公交调度系统的组成

5.2车载终端模块的硬件设计

5.2.1车载终端模块的功能

5.2.2车载终端模块的组成

5.2.3 CPU部分设计

5.2.4射频部分设计

5.2.5电源部分设计

5.2.6人机接口部分设计

5.2.7红外传感器部分设计

5.2.8 UART串口部分设计

5.2.9 PCB图的设计

5.3固定结点的硬件设计

5.3.1固定结点的功能及组成

5.3.2无线路由通讯结点的硬件设计

5.3.3电子站牌节点的硬件设计

5.4传感器网络协调器的硬件设计

5.4.1网络协调器功能和组成

5.4.2传感器网络协调器的硬件设计

5.5本章小结

第六章智能公交调度系统的软件设计

6.1软件开发环境

6.2 ZStack协议栈的解析与应用

6.2.1 ZStack协议栈特点

6.2.2 ZStack协议栈程序结构

6.2.3 OSAL操作系统简介

6.2.4 ZStack协议栈中的OSAL任务

6.2.5 ZStack协议栈中的API函数

6.3车载终端模块软件设计

6.3.1车载终端模块的功能实现

6.3.2车载终端设备应用程序设计流程图

6.3.3车载终端模块节点关键代码

6.4固定路由结点的软件设计

6.4.1固定节点数据帧路由传输分析

6.4.2固定路由结点的功能实现

6.4.3固定节点设备应用程序设计流程图

6.4.4固定节点模块节点关键代码

6.5传感器网络协调器的软件设计

6.5.1网络协调器设备的功能实现

6.5.2网络协调器设备应用程序设计流程图

6.6数据帧的格式定义

6.7本章小结

第七章上位机软件设计

7.1上位机软件开发环境

7.2串口通信控件

7.3串口应用软件协议

7.4主要界面及其说明

7.5本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢