公交车进站预报系统_论文.doc

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 Zigbee1、 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IDPInt10自动生成线路名nameChar20车站表名称简称键值类型长度值域初值公交车编号IDPInt10自动生成车站名nameChar20公交路线明细名称简称键值类型长度值域初值线路LineIDPInt10自动生成车站StopIDInt10第几站NumInt10公交车表名称简称键值类型长度值域初值公交车编号IDPInt10自动生成线路LineIDInt10运行状态表名称简称键值类型长度值域初值公交车编号IDPInt10自动生成站数StopnumInt10方向DirBool2T4、 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。yesno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 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