基于RFID和ZigBee的城市智能公交系统标准设计.doc

基于RFID和ZigBee城市智能公交系统设计 【摘要】 本文设计基于RFID和ZigBee智能公交系统，经过智能车上RFID射频识别检测站台信息，利用无线传感网络车载路由器节点将车辆检测数据传送至控制中心协调器，由控制中心节点将车辆运行状态发送至各站台路由器，控制公交站台LCD显示。在车辆运行中，利用labview编写上位机，对车辆运行数据实时监测，方便做好公交车调度安排。 【关键词】 ZigBee RFID 上位机 智能公交 一、引言 城市公交发达水平是和一个城市建设水平亲密关联，城市公交发达水平不仅仅表现在乘车方便，还表现在乘车过程中是否舒适、候车过程中是不是愉快和候车时间是否较短等多种原因上。而对于目前城市公交系统，存在以下关键不足之处：首先，目前公交车到站信息系统设计方便了候车乘客服务，但没有考虑到运行车辆内乘客数量预告，不能让乘客针对立即到站公交车内乘客数量情况进行有选择性乘车。其次，当公交运行线路上一段时间内乘客流量增加造成公交车运行数量不足时，调度人员无法依据实际情况立即调动公交车辆，所以往往会造成运行中公交车内拥挤、候车乘客挤不上车情况。而且，在现行公交车到站电子预报系统中采取是“GPS+GSM”定位系统报站。这种报站方法即使很正确但制作、安装及运行成本很高，维护比较困难1。而在我们设计中经过RFID射频识别来检测车站信息，加上压力传感器来检测车内乘客拥挤程度，然后经过ZigBee来进行无线传输最终加上上位机实时监控，不仅填补了上述方案不足，而且实施简单价格低廉且便于维护。 二、RFID技术和ZigBee技术 2.1 RFID技术介绍 RFID是Radio Frequency Identification缩写，即射频识别，它是一个非接触式自动识别技术， 基础全部由电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和数据交换和管理系统（Processor）三大部分组成。 它经过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于多种恶劣环境，另外，RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签。 RFID设备工作原理是：当装有没有源电子标签物体在距离010 米范围内靠近读写器时，读写器受控发出微波查询信号；安装在物体表面电子标签收到读写器查询信号后，将此信号和标签中数据信息合成一体反射回电子标签读出装置，反射回微波合成信号已携带有电子标签数据信息，读写器接收到电子标签反射回微波合成信号后，经读写器内部微处理器处理后即可将电子标签贮存识别代码等信息分离读取出。 其优点在于读取方便快捷：数据读取无需光源，甚至能够透过外包装来进行。有效识别距离更大，采取自带电池主动标签时，有效识别距离可达成30米以上；动态实时通信数据容量大使用寿命长，应用范围广。 2.1 ZigBee术介绍 ZigBee 技术是一个近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本无线网络技术 ， 在2.4GHz波段射频能够提供250kb/s 数据速率和16个不一样信道 。 ZigBee设备包含IEEE 802.15.4（该标准定义了RF射频，及其和相邻设备之间通信）PH Y和M AC 层，和ZigBee 堆栈层网络层（ NWK ）、应用层和安全服务提供层IEEE802.15.4标准采取 CSMA- CA介质访问方法，能够为网络层提供一个良好通信环境，从而无需考虑信号冲突问题。 其优点在于规模大： 一个星型结构Zigbee网络最多能够容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内能够同时存在最多100个ZigBee网络， 而且网络组成灵活可经过不一样空间视角取得信息提升检测精度，使系统含有很强容错性，大量节点能够增大覆盖检测区域，降低盲区。 自组织：在网络中部分传感器节点可能因为能量耗尽或环境原因造成失效，也会有部分节点自动填补失效节点补充到网络中，使传感网络中节点个数能够动态增加或降低，使网络拓扑结构能够随之动态改变。价格低廉： ZigBee模块初始成本在6美元左右，估量很快就能降到1.52.5美元， 而且ZigBee协议是免专利费。低成本对于ZigBee也是一个关键原因。 三、系统方案设计 3.1. 信息采集系统设计 信息采集系统由RFID射频识别模块，HX711Ad重力传感器及ZigBee通讯模块组成， 具体框图图1。 在我们设计系统中具体工作方法以下：RFID识别模块发出一定频率电磁波，当我们公交车来到站点后，RFID所发出电磁波唤醒电子标签，电子标签开始应答，RFID识别模块收到应答后读取车站里电子标签本身唯一序列号，然后RFID识别模块将所识别到序列号，即站点信息传给车辆上ZigBee模块，同时ZigBee模块采集压力传感器HX711Ad信息，然后将车辆所在站点号和车上载重信号转发给中心节点协调器。其中，HX711Ad压力传感器经过检测车辆载重情况来判定车内人流拥挤程度。 3.2.信息反馈网络设计 信息反馈网络关键由中心节点协调器模块、labview上位机部分和车站处ZigBee接收模块，液晶显示模块组成，具体框图图2。 在此网络中，车站除了电子标签外还包含ZigBee接收模块，和液晶显示器。中心节点除了反馈信息给各个车站还需要和上位机连接。其传输方法采取ZigBee无线通讯。图2所表示在我们信息反馈网络中，中心节点接收到由RFID和HX711Ad压力传感器所传来站点信息后，将这些信息经过ZigBee无线传输传给各个站点，各个站点处ZigBee接收模块接收中心节点所传来信息，将此时车辆位置车辆号和车上人流拥挤程度在液晶屏上显示。同时中心节点也将上诉信息传给上位机，便于控制调度公交班次。 3.3上位机监控系统设计 我们采取Labview编程以实现上位机界面制作和这种自动接收控制。其具体程序步骤图图3所表示。 具体工作方法以下，中心节点发送到上位机，上位机打开COM口，接收数据后校验数据是否正确，假如数据正确则开始进行数据分析，不然继续正确等候数据传入。数据分析后将车辆号站点信息及拥挤程度三者显示在Labview主界面，显示图4所表示。对拥挤程度进行分析，若显示是不用挤则将信息反馈给起始站点，起始站点延长发车时间，若显示为拥挤则起始站点开始增派车辆以减缓交通压力。即方便了大家出行，又合理分配了公交车资源，实现智能交通。 四、总结 在该系统设计中经过RFID射频识别来检测车站信息利用压力传感器数值模拟公交车内乘客数量，经过无线传感网络Zigbee无线数据传输能够方便候车乘客预先知晓立即到站车辆内乘客情况，经过上位机监控，便于调度人员依据车辆内乘客数量立即调动车次，对车辆行进路线运行情况进行分析。伴随后期对Zigbee技术不停深入。将该设计接入到互联网中，并利用到整个城市公交体系中，在公交运行状态分析、车内乘客数量监测、车辆定位等方面含有一定应用价值。Zigbee技术低成本、数据可靠、网络容量大优势结合在智能公交使用GPS系统中，将使城市智能公交系统愈加完善。