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ZigBee技术在智能公交调度系统上的应用研究

作　者: 高辉
导　师: 苏诗琳
学　校: 长安大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: ZigBee 智能公交系统路由协议 CC2430 ZStack
分类号: TP29-AC
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 407次
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内容摘要

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Protel 2004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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 课题研究的目的、意义  12
  1.4 课题研究的主要内容  12-14
第二章 ZigBee 技术研究  14-31
  2.1 几种无线组网技术分析比较  14-15
  2.2 ZigBee 技术概述  15-16
  2.3 ZigBee 协议的体系结构  16-25
    2.3.1 物理层（PHY）  17-19
    2.3.2 媒体接入控制层（MAC）  19-22
    2.3.3 网络层(NWK)  22-23
    2.3.4 应用层(APL)  23-25
  2.4 ZigBee 网络设备类型  25-26
    2.4.1 全功能设备(FFD)  25
    2.4.2 精简功能设备(RFD)  25-26
  2.5 ZigBee 网络拓扑结构  26
  2.6 ZigBee 的功耗  26-27
  2.7 Zigbee 常用芯片比较  27-28
  2.8 CC2430 芯片介绍  28-29
    2.8.1 CC2430 芯片的主要特点  28-29
    2.8.2 CC2430 芯片的引脚功能  29
  2.9 本章小结  29-31
第三章智能公交调度系统方案  31-39
  3.1 常用的几种技术方案  31-32
  3.2 基于GPS 定位的系统方案  32-34
    3.2.1 系统组成  32
    3.2.2 系统工作原理  32-33
    3.2.3 存在的问题  33-34
  3.3 基于ZigBee 技术的系统方案  34-37
    3.3.1 系统方案背景  34-35
    3.3.2 系统组成  35-36
    3.3.3 系统工作原理  36-37
  3.4 基于GPS 的系统方案和基于ZigBee 的系统方案比较  37
  3.5 本章小结  37-39
第四章智能公交调度系统中无线传感器网络的关键问题  39-53
  4.1 系统网络拓扑结构  39-40
  4.2 基于ZigBee 的公交车辆定位  40-44
    4.2.1 公交车辆定位问题概述  40-41
    4.2.2 常用测距／测向方法比较  41-42
    4.2.3 RSSI 测距算法  42-43
    4.2.4 公交车辆位置估算  43-44
  4.3 智能公交调度系统路由协议  44-49
    4.3.1 网络拓扑结构的特点  44-45
    4.3.2 车辆信息数据传输路径的建立  45-47
    4.3.3 车辆信息数据传输路径的改变  47-48
    4.3.4 车辆信息数据包的发送  48
    4.3.5 车辆信息数据传输路径在整个传输路径的延迟  48-49
  4.4 时间同步  49-52
    4.4.1 时间同步的必要性  49
    4.4.2 无限传感器网络时间同步的特点  49
    4.4.3 无限传感器网络时间同步的研究现状  49-50
    4.4.4 智能调度系统时间同步算法  50-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章智能公交调度系统的硬件设计  53-67
  5.1 智能公交调度系统的组成  53
  5.2 车载终端模块的硬件设计  53-64
    5.2.1 车载终端模块的功能  53
    5.2.2 车载终端模块的组成  53
    5.2.3 CPU 部分设计  53-55
    5.2.4 射频部分设计  55-57
    5.2.5 电源部分设计  57-58
    5.2.6 人机接口部分设计  58-59
    5.2.7 红外传感器部分设计  59-62
    5.2.8 UART 串口部分设计  62-63
    5.2.9 PCB 图的设计  63-64
  5.3 固定结点的硬件设计  64-66
    5.3.1 固定结点的功能及组成  64
    5.3.2 无线路由通讯结点的硬件设计  64-65
    5.3.3 电子站牌节点的硬件设计  65-66
  5.4 传感器网络协调器的硬件设计  66
    5.4.1 网络协调器功能和组成  66
    5.4.2 传感器网络协调器的硬件设计  66
  5.5 本章小结  66-67
第六章智能公交调度系统的软件设计  67-83
  6.1 软件开发环境  67
  6.2 ZStack 协议栈的解析与应用  67-72
    6.2.1 ZStack 协议栈特点  67-68
    6.2.2 ZStack 协议栈程序结构  68-69
    6.2.3 OSAL 操作系统简介  69-70
    6.2.4 ZStack 协议栈中的OSAL 任务  70-71
    6.2.5 ZStack 协议栈中的API 函数  71-72
  6.3 车载终端模块软件设计  72-76
    6.3.1 车载终端模块的功能实现  72
    6.3.2 车载终端设备应用程序设计流程图  72-73
    6.3.3 车载终端模块节点关键代码  73-76
  6.4 固定路由结点的软件设计  76-80
    6.4.1 固定节点数据帧路由传输分析  76
    6.4.2 固定路由结点的功能实现  76-77
    6.4.3 固定节点设备应用程序设计流程图  77-79
    6.4.4 固定节点模块节点关键代码  79-80
  6.5 传感器网络协调器的软件设计  80-81
    6.5.1 网络协调器设备的功能实现  80
    6.5.2 网络协调器设备应用程序设计流程图  80-81
    6.5.3 网络协调器节点关键代码  81
  6.6 数据帧的格式定义  81-82
  6.7 本章小结  82-83
第七章上位机软件设计  83-89
  7.1 上位机软件开发环境  83
  7.2 串口通信控件  83
  7.3 串口应用软件协议  83-87
  7.4 主要界面及其说明  87-88
  7.5 本章小结  88-89
总结与展望  89-91
  总结  89-90
  展望  90-91
参考文献  91-94
攻读学位期间取得的研究成果  94-95
致谢  95

ZigBee技术在智能公交调度系统上的应用研究

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