基于Xbee Pro模块和ZigBee/GPS/GPRS的智能公交系统设计

　　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-2008AWGPRS-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；

　　◇ 支持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。

　　3ZigBee通信程序设计

　　3.1ZigBee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、车内人数、行驶方向等信息发送到电子站牌。公交车ZigBee模块发送模式的API帧结构定义如图6所示。其中的Bytes6-13为站牌的MAC地址。　　

图6 公交车TX请求API帧结构图

　　（2） ZigBee发送状态。

　　为实现可靠传输， 当公交车传送信息给电子站牌的请求完成后， 必须得到电子站牌的确认信息， 因此还必须得到电子站牌回馈给公交车的发送状态信息。这个信息将指出数据包是否被成功发送， 或者发送失败。如果发送失败必须重新发送公交车的信息， 直至发送成功。

　　电子站牌根据公交车的MAC地址， 不断的向PAN内发送信息， 并通过回读发送状态来确定是否有公交车加入网络， 如果有， 则根据网络地址识别公交车， 并将公交车的定位信息发送到监控中心， 从而实现对GPS定位方式的补充。

图7 公交车ZigBee模块的TX状态帧结构

　　其中的Bytes 9为传送状态信息， Bytes6、7为接收模块的16位网络地址。

　　（3） ZigBee接收包。

　　电子站牌收到公交车发来的状态信息数据包后便进行解析， 并通过站牌的GPRS模块发送到监控中心。电子站牌ZigBee模块接收模式的API帧结构定义如图8所示。图中的Bytes5-12为公交车的MAC地址。

图8 电子站牌RX的API帧结构图

　　3.3 GPRS网络通信设计

　　电子站牌收到公交车发来的信息后， 将通过GPRS-DTU发送到监控中心， 然后由监控中心将所有公交车发来的信息通过Internet发送给站牌。

　　GPRS DTU有透传模式、AT+i命令模式、自动IP注册模式、远程维护和流控五种模式。在系统的电子站牌终端中， DTU将使用透传模式与服务器进行信息的交互。通过透传模式可将电子站牌异步串口通信转换成基于TCP/UDP协议的网络通信。其主要目的是通过串行通信的简单设备实现在IP网络上的通信， 而数据格式不发生任何改变。这一点非常重要， 由于数据格式在经过DTU前后均不发生任何变化， 由此， 电子站牌原有的设备及软件不用作任何升级， 就可直接应用。