ZigBee技术在智能公交调度系统上的应用研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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
• 6.5.3 网络协调器节点关键代码
• 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