基于无线通信技术的智能公交系统设计（二）

2.2 ZigBee射频模块

在智能公交系统中， GPS模块只完成信息采集功能， 而在公交车到站时， 还需要通过ZigBee模块信息发送给站牌。

经过市场调研发现， Freescale的MC1319x平台功耗低、价格低廉、硬件集成度高， 而且方便二次开发， 射频通信系统的稳定性也比较高。所以， 本设计选用了MaxStream公司与ZigBee兼容的、以Freescale MC1319x芯片组为核心的XBeePro RF模块。XBee Pro模块设计满足IEEE802.15.4标准， 工作频率为2.4 GHz, 其基本性能参数如下：

◇ 发送功率l00 mW;

◇ 室内传输距离为300 m, 室外传输距离为1500 m;

◇ RF数据传输速率为250 kbps;

◇ 在3.3 V电源下， 发送电流为215 mA, 接收电流为55 mA.

图3所示是XBee Pro模块的引脚排列图， 该模块有20个引脚。RS232接口电路板的引脚可连接到VCC、GND、DOUT和DIN引脚。其中VCC是电源引脚（2.8~3.4 V）； GND接地； DIN是信号输入引脚， 可作为UART数据输入， 通常与处理器的UART接收端TX相连； DOUT为信号输出引脚，可作为UART数据输出， 通常与处理器的UART接收端RX相连。此外， 在XBee/XBee Pro模块中还集成了一个UART接口， 该接口的内部数据控制流程如图4所示。

图3 XBee Pro模块的引脚排列图

图4 XBee Pro模块的UART内部数据控制流程

当串行数据通过DIN引脚进入XBee Pro 模块后， 数据会存储在DI缓冲器中， 直到被发送器通过天线发送出去； 当RF数据由天线接收后， 接收数据进人DO缓冲器， 直到被处理。在一定条件下， 模块可能无法立即处理在串位接收缓冲中的数据。如果大量的串行数据发送到模块， 可能需要使用CTS流控以避免串行接收缓冲溢出。XBeePro 模块可以通过UART 接口直接与控制器的UART接口相连， 硬件接口简单实用。

2.3 电子站牌终端的硬件组成

电子站牌终端的硬件组成与公交车车载终端相比， 主要是把公交车上的GPS定位模块替换成了GPRS -DTU 数据传输单元。GF -2008AWGPRS-DTU是北京嘉复欣科技有限公司研制生产的GPRS无线数据通信产品， 该产品内置西门子MC39i GPRS模块， 具有准确性高、环境适应性好、易于安装和维护等特点， 能够为用户提供高速、可靠、永远在线的数据传输服务和虚拟专用数据通信网络服务， 可广泛用于远程抄表、环保数据采集、交通信息发布等方面。以下是GF-2008AW GPRS-DTU的主要特点：

可实现串口透明的无线数据传输， 而且稳定可靠；

高度集成GPRS和TCP/IP 技术， 可将互连网和无线网络有机的结合起来；

支持多种TCP/IP 协议， 如TCP、UDP、DNS、PPP、RAS 等；

按流量计费， 没有流量不计费；

在标准RS232接口产品中体积最小， 适合嵌入式集成；

支持点对点、点对多点、中心对多点的对等数据传输；

基于串口通讯的AT+i指令接口， 可节省开发时间和开发成本；

持ALWAYS ONLINE （永远在线） 模式，断线可自动重拨；

采用5~24 V / 1 A供电， 并具有节能模式。

3 ZigBee通信程序设计

3.1 ZigBee组网方案

由于站牌处通常会有多辆公交车同时到达，一个站牌对应多辆公交车。鉴于网络节点较少、网络结构比较简单， 本系统采用星形模型组网。

即把分布在公交线路上的电子站牌配置为ZigBee协调器， 而将到达的公交车配置为ZigBee终端设备。图5所示是公交车与站牌的组网方式。当站牌上ZigBee网络协调器选择一个信道和PAN ID并启动时， 便建立了一个ZigBee个人局网（PAN）。

而一旦协调器启动PAN, 便允许路由器和终端设备结点加入PAN.作为ZigBee终端设备的车载终端加入PAN时， 系统将收到一个16位的网络地址， 同时发送和接收来自作为ZigBee协调器的电子站牌终端的数据。PAN协调器的网络地址总是0.由于站牌上ZigBee模块的网络物理地址是唯一的， 故可通过物理地址向站牌发送信息。

图5 公交车与站牌组网方式

3.2 ZigBee模块的API操作

XBee Pro具有空模式、接收模式、发送模式、睡眠模式和命令模式等5种操作模式。对于每一种操作模式， 还有透明方式和应用程序接口（API） 方式两种操作方式。当工作在透明方式时，模块可替代串口线的作用， 并以字节为单位操作各种信息； 而当工作在API 方式时， 所有进出模块的数据均被包含在定义模块的操作和事件的帧结构中。本文采用API操作方式。

API操作要求模块之间通过一种结构化的接口进行通信（数据通过一种定义好序列的帧来交互通信）。API对通过串口数据帧进行命令发送、命令响应， 以及模块状态信息的传送与接收作了规定。

（1） ZigBee发送请求

公交车到达站牌后， 应根据站牌的MAC地址将日期、时间、车号、公交线路、车内人