公交车进站预报系统 论文

公交车进站预报系统 信息工程学院 摘要： 公交车是人们出行的主要交通工具之一，但等车的时间常常是一个未知数。本系统借 助物联网功能，在公交车站和公交车上分别设置无线传感器节点，这样就可以将公交车与 车站组成一个无线传感器网络系统。车站可以实时采集经停车站的公交车数据，经过处理 后存入车站服务器，然后将数据发送到互联网上。其它的各个车站可以及时地从互联网上 摘取公交车的位置信息，并在本车站站牌的 LED 屏幕上显示。候车的乘客就可以实时了解 公交车离自己还有多远，方便乘客根据距离远近及时调整，选择公交车或选择其它交通工 具。值得一提的是：任何乘客在任何地点都可以随时通过手机上网查询某路段的公交车位 置的实时信息。 关键词：物联网 公交车 Zigbee 1、方案概述 1.背景：公交车已经成为人们出门必不可少的交通工具，但是等车的时间确是个未知数， 对于赶时间的人们来说如果能提前知道下一班公交车到哪里的话，换句话说就是知道离这 里还有多远的话，等车的人们就可以根据自己的需要灵活选择交通方式，避免耽误重要的 事。 2.应用领域：日常出行，公交系统。 3.国内外研究现状：国内外均有一些公交预报系统，而大多数都采用进出站时间表来预 测，也就是说遇见堵车的情况时并不能准确的预测公交车的进出站。相比国外，国内的一 些相关预测方法为通过采用无线网络信号定位原理，采用信号中转传递来完成定位。我们 的系统则通过类似 RFID 的方法采用 zigbee 协议传输来定位公交车具体到达了哪站。与国 外的预测方法相比，精确度更高，与国内的相比，zigbee 的功耗更少，成本也更少。 4.功能描述：本系统利用 Zigbee 自组成网，低功耗的特点，在公交车进站时与站台的协 调器组成一个星状网 图 1 公交车进站预报系统 功能框图 5.技术指标： 射频频率：24GHz； 通道数：具有16个射频通道24052485； 通讯视距：可靠传输距离在100米以上； 发射功率：低功耗型为-250 dbm；可调远距离型为18526 dbm 可调； 接收灵敏度：低功耗型为-90 dbm；远距离型为-99 dbm； 网络拓扑：星状、树状、网状； 每跳延时：不大于15 ms； 数据安全：采用128-Bit AES 加密算法。 2、方案创新点与难点 创新点：将 ZigBee 技术应用于无线传感器网络中，将无线传感器网络与计算机互联网有 机结合在一起，实现公交车进站实时预报。 本系统借助物联网功能，在公交车站和公交车上分别设置无线传感器节点，这样就可 以将公交车与车站组成一个无线传感器网络系统。通过传感器感知公交车的行驶情况，车 站可以实时采集经停车站的公交车数据，经过处理后存入车站服务器，然后将数据发送到 互联网上。其它的各个车站可以及时地从互联网上摘取公交车的位置信息，并在本车站站 牌的 LED 屏幕上显示。候车的乘客就可以实时了解公交车离自己还有多远，方便乘客根据 距离远近及时调整，选择公交车或选择其它交通工具。值得一提的是：任何乘客在任何地 点都可以随时通过手机上网查询某路段的公交车位置的实时信息。 难点：ZigBee 传输距离有限（100 米内效果较好） ，要使无线传感器网络能够感知公交车的 距离扩大，就需增加布置更多的无线传感器节点。同时，遮挡的物体也会对 ZigBee 的传输 距离有影响。 3、系统实现原理 本系统可分为 4 个部分： 1.装在公交车上的传感器（本系统采用的是温湿度+光敏传感器） 。 2.站台上接收传感器的协调器。 3.站台负责显示数据并通过网络传送给服务器的网关（开发板） 。 4.一台装有数据库担任服务器角色的 PC。 每个公交车都有自己唯一的 ID，而传感器采集车内的数据同时充当一个 RFID 的角色 将公交车的 ID 记录在传感器中。 每个车站也拥有自己唯一的 ID，协调器负责将车站的 ID 连同自身的 ID 一并通过串口 传输给网关。 当公交车到站时，利用 Zigbee 自组成网的特性，公交车上的传感器与车站装有的协调 器组成一个小网络，一对多的特点，即使多辆公交车进站也能组成网络（目前演示系统只 采用一个传感器来充当公交车） 。组成网络时，车上的传感器会自动将在车内采集的数据+ 自己 ID 传输到协调器中，协调器接收到传感器发送的数据时候在其中加入自己的车站 ID，一并通过串口发送到在车站负责显示数据的网关中。 网关通过网线连接到网络，将数据上传到服务器。 服务器根据 ID 查询数据库，并根据一定的算法计算出结果发送到需要发送的车站中。 车站网关收到数据后显示结果。 传感器以及协调器：本系统采用 ours 公司提供的物联网创新实验套件中的温湿度+光敏传感器。在预测公交车位置的同时，让候 车的人们可以了解车内的情况（也可换成其他传感器） 。通过对其中的简单编程完成其功能。 系统采用星状网，在星状网中，设备类型为协调器和终端设备，且所有的终端设备都直接 与协调器通信。网络中协调器负责网络的建立和维护外，还负责与上位机进行通信，包括 向上位机发送数据和接收上位机的数据并无线转发给下面各个节点。协调器对应的工程文 件为 CollectorEB。终端设备主要根据协调器发送的命令来执行数据采集或控制被控对象。 终端设备对应的工程文件为 SensorEB。 图 2 节点流程图 站台上的网关：网关以及与服务器的通讯采用套接字编程。从协调器获得的数据通过 套接字传送到服务器，服务器端发送回来的信息也同样。程序功能上独立创建一个线程来 做为接收线程。当有数据到来时，将触发接收线程的回调函数，这样可以保证接收数据的 完整性。 图 2 套接字流程图 服务器端的数据库数据字典如下： 公交线路表 名称 简称 键值 类型 长度 值域 初值 公交车编号 ID P Int 10 自动生成 线路名 name Char 20 车站表 名称 简称 键值 类型 长度 值域 初值 公交车编号 ID P Int 10 自动生成 车站名 name Char 20 公交路线明细 名称 简称 键值 类型 长度 值域 初值 线路 LineID P Int 10 自动生成 车站 StopID Int 10 第几站 Num Int 10 公交车表 名称 简称 键值 类型 长度 值域 初值 公交车编号 ID P Int 10 自动生成 线路 LineID Int 10 运行状态表 名称 简称 键值 类型 长度 值域 初值 公交车编号 ID P Int 10 自动生成 站数 Stopnum Int 10 方向 Dir Bool 2 T 4、硬件设计 公交车进站预报系统中所采用的硬件设备均为 ours 公司提供的物联网创新套件 中的设备，并未自行设计或添加其他硬件设备。我们的整个系统涉及的基本都是关于软件 的编程。所以并有任何的硬件设计。 无线节点模块使用 2 个 20 脚插座（双排）进行信号的交互。 图 3 接口电路原理图 图 4 温湿度及光敏传感器模块原理图 五、软件设计 算法：当网关将公交车以及车站信息上传到服务器时，服 务器在通过服务器确定数据信息后，从所有车站中选出合 适的车站并发送数据。并及时更新数据库。 重要数据结构如下： /节点父子关系消息 typedef struct uint8 Hdr; /头 uint8 Len; /长度 uint16 TransportID; /会话 ID uint8 MSGCode; /消息代码 uint16 NodeAddr; /节点地址 uint16 NodePAddr; /父节点地址 uint8 Checksum; /校验和 PCNodeAddrPacket_t; /上传扩展模块资源数据消息 typedef struct uint8 Hdr; /头 no yes uint8 Len; /长度 uint16 TransportID; /会话 ID uint8 MSGCode; /消息代码 uint16 NodeAddr; /节点地址 uint16 ModeID; /模块代码 uint16 *data; /数据 uint8 Checksum; /校验和 SendUpSBoardDataPacket_t; 图 5 算法流程图 /上传扩展模块资源数据消息 2（数据位 8 位的） typedef struct uint8 Hdr; /头 uint8 Len; /长度 uint16 TransportID; /会话 ID uint8 MSGCode; /消息代码 uint16 NodeAddr; /节点地址 uint16 ModeID; /模块代码 uint8 *data; /数据 uint8 Checksum; /校验和 SendUpSBoardDataPacket2_t; /下传扩展模块数据消息 typedef struct uint8 Hdr; /头 uint8 Len; /长度 uint16 TransportID; /会话 ID uint8 MSGCode; /消息代码 uint16 NodeAddr; /节点地址 uint16 ModeID; /模块代码 uint8 *data; /数据 uint8 Checksum; /校验和 SendDownSBoardDataPacket_t; 核心算法代码： if (pFrame-session = 0) /服务消息 switch(pFrame-messageCode) case SDeviceIdentification: m_heartbeat_Timeout = (SDEVICE_IDENTIFI*)pFrame)- heartbeat_Timeout; m_heartbeat_Period = (SDEVICE_IDENTIFI*)pFrame)- heartbeat_Period; ResponseDeviceIdentifi(); Sleep(100); SendDeviceNumber(); Sleep(100); printf(“公交车识别成功。n“); break; case SHeartDetection: if (!m_hTimer_heartbeat_Period) m_hTimer_heartbeat_Period = SetTimer(Heartbeat_Period,m_heartbeat_Period*1000,NULL); if (!m_hTimer_heartbeat_Timeout) m_hTimer_heartbeat_Timeout = SetTimer(Heartbeat_Timeout,5*1000,NULL); m_LastHeartbeatTime = GetTickCount(); /SendFirstDeviceConnect(); break; case SDeviceNumber: if (SRES_MESSAGE*)pFrame)-responseCode = 0x00) SendFirstDeviceConnect(); Sleep(100); printf(“公交车ID应答成功。n“); break; case SServiceToCoordinator: if (SRES_MESSAGE*)pFrame)-responseCode = 0x00) printf(“第一个应用连接应答成功。n“); SendGetNodeInfo(0);/获取协调器节点信息 break; default:break; 六、系统测试及结果 当公交车经过车站时，能够准确的预报出结果，并通过网关显示出来。 上图为站点预报公交车到达的站点，候车人可以通过站牌上显示的数据了解公交车已经到 达了哪站。 七、改进措施 目前，使用了三个服务器（模拟三个公交车站点） ，尚未实际将 ZigBee 节点放在行驶中的 公交车上进行实际测试，有待于今后进行。 八、结语 公交车进站预报，这个我们认为早就应该普及，而在发达国家已经普及的系统，如 今在中国的首都北京都仍然没有机会见到，考虑到 zigbee 这个协议的特性，能够恰好完成 这个