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隨著(zhù)國內經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市的規模在不斷擴大，尤其是各種交通工具的增長(cháng)更迅速，從而使城市交通需求與供給的矛盾日益突出，而單靠擴大道路交通基礎設施來(lái)緩解矛盾的做法已難以為繼。在這種情況下，智能公交系統(Advanced Public Transportation Systems，APTS)也就應運而生，并且成為近年來(lái)國內研究的熱點(diǎn)。在智能公交系統所涉及的各種技術(shù)中，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)尤為引人注目。而ZigBee 作為一種新興的短距離、低速率的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，更是得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應用。目前市場(chǎng)上也出現了大量與ZigBee相關(guān)的各種產(chǎn)品，其中，比較有競爭力的ZigBee解決方案主要有下面幾種： (1) Freescale：MC1319X平臺； (2) Chipcon：SoC解決方案CC2430； (3) Ember：EM250ZigBee系統晶片及EM260網(wǎng)絡(luò )處理器； (4) Jennic的JN5121芯片； 經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調研，發(fā)現Freescale的MC1319X平臺功耗低、價(jià)格低廉、硬件集成度高，方便二次開(kāi)發(fā)，射頻通信系統的穩定性高。所以，在本文的設計中選用了MaxStream公司與ZigBee兼容的以Freescale MC1319x芯片組為核心的XBee Pro RF模塊。下面主要介紹Xbee Pro的特性、接口應用、操作模式以及在智能公交無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的應用。 1 XBee Pro模塊的特性與接口 XBee模塊的基本性能參數如下： (1)發(fā)送功率：100 mW； (2)接收靈敏度：-92 dBm； (3)室內傳輸距離為100 m，室外傳輸距離為1500m； (4)RF數據傳輸速率為250 kbps； (5)在3.3 V電源下，發(fā)送電流為215 mA，接收電流為55 mA： (6)在網(wǎng)絡(luò )性能方面，具有DSS(直接序列擴頻)功能，可以組成對等網(wǎng)、點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )，具有12個(gè)軟件可選的直接序列信道，每個(gè)信道有65 000個(gè)可用網(wǎng)絡(luò )地址。 XBee Pro模塊體積小，功耗低，接口簡(jiǎn)單，容易使用，非常適用于低數據速率的短距離通信應用，尤其是無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的設計應用。XBeePro模塊還提供有免費 X-CTU測試軟件以便能夠輕松測試和配置網(wǎng)絡(luò )。該模塊還可以通過(guò)下載該公司最新的固件(Firmware)，使用戶(hù)在使用原有硬件模塊的基礎上，獲得最新的功能，從而為設計提供了極大的靈活性。 圖1所示是XBee Pro模塊的引腳圖。Xbee Pro有20個(gè)引腳。其中引腳中的VCC、GND、DOUT及DIN用于與RS232接口的電路板引腳連接。VCC引腳是電源引腳，范圍為2.8～3.4 V；GND為地引腳；DIN引腳信號方向為輸入，作為UART的數據輸入，通常與處理器的UART接收端TX相連；DOUT引腳信號方向為輸出，作為 UART數據輸出，通常與處理器的UART接收端RX相連。MaxStream公司發(fā)布的fimrwaer版本暫不支持引腳ADO-AD5、DIO0- DIO7以及DO8的功能。 
在XBee Pro模塊中集成有一個(gè)UART接口，其內部結構如圖2所示。
當串行數據通過(guò)DIN引腳進(jìn)入XBee Pro模塊后，數據會(huì )先存儲在DI緩沖器中，直到被發(fā)送器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去；當天線(xiàn)接收RF數據后，接收數據則先進(jìn)入DO緩沖器，然后再串行送入主機中。在一定條件下，模塊可能無(wú)法立即處理串位接收緩沖中的數據，這個(gè)時(shí)候就需用到CTS流控以此來(lái)避免因大量串行數據輸人而造成接收緩沖溢出的問(wèn)題。XBee Pro模塊可以通過(guò)UART接口直接與控制器的UART接口相連，其硬件接口非常簡(jiǎn)單實(shí)用。 2 XBee Pro模塊的操作模式 XBee Pro有空模式、接收模式、發(fā)送模式、睡眠模式和命令模式等5種操作模式，如圖3所示。每一種操作模式都有透明方式和應用程序接口(API)方式兩種操作方式。當工作在透明方式時(shí)，模塊可起到替代串口線(xiàn)的作用，并以字節為單位來(lái)處理各種信息；當工作在A(yíng)PI方式下，所有進(jìn)出模塊的數據均被包含在定義模塊的操作和事件的幀結構中。本設計采用API操作方式。
API操作要求模塊之間采用一種結構化的接口(數據通過(guò)一種定義好序列的幀來(lái)交互通信來(lái)進(jìn)行通信)來(lái)進(jìn)行通信。同時(shí)API規定了通過(guò)串口數據幀如何發(fā)命令、命令響應以及模塊狀態(tài)信息的傳送與接收。 3 XBee Pro模塊在智能公交系統中的應用 在站牌處通常會(huì )有多輛公交車(chē)同時(shí)到達，一個(gè)站牌對應多輛公交車(chē)，適合使用星狀網(wǎng)布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。但為了保證網(wǎng)絡(luò )的可靠性，當公交車(chē)站牌外的通道阻塞時(shí)，可以通過(guò)其它公交車(chē)路由節點(diǎn)轉發(fā)到站牌，本設計采用網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)模型�？蓪⒎植荚诠痪�(xiàn)路上的電子站牌配置為協(xié)調器，而將到達的公交車(chē)配置為路由器。當站牌上ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器選擇一個(gè)信道和PAN ID并啟動(dòng)時(shí)，便建立了一個(gè)ZigBee個(gè)人局網(wǎng)(PAN)。一旦協(xié)調器已啟動(dòng)PAN，便可允許路由器和終端設備結點(diǎn)加入PAN。路由器加入PAN時(shí)，將收到一個(gè)16位的網(wǎng)絡(luò )地址，并且能夠發(fā)送和接收來(lái)自PAN內其他設備的數據。PAN協(xié)調器的網(wǎng)絡(luò )地址總是0。由于站牌上ZigBee模塊的網(wǎng)絡(luò )物理地址是唯一的，可以通過(guò)物理地址向站牌發(fā)送信息。 公交車(chē)到達站牌后，根據站牌的MAC地址將日期、時(shí)間、車(chē)號、公交線(xiàn)路、車(chē)內人數、行駛方向等信息發(fā)送到電子站牌。公交車(chē)ZigBee模塊發(fā)送模式的API幀結構定義如圖4所示。
為實(shí)現可靠的傳輸，當公交車(chē)傳送信息給電子站牌的請求完成后，必須得到電子站牌的信息確認信息，因此還必須得到電子站牌回饋給公交車(chē)的發(fā)送狀態(tài)信息。這個(gè)信息將指出數據包是否被成功發(fā)送。如果發(fā)送失敗就必須重新發(fā)送公交車(chē)的信息，直至發(fā)送成功。圖5為T(mén)X的狀態(tài)幀結構。其中的Bytes 9指出了傳送狀態(tài)信息，Bytes6、7為接收模塊的16位網(wǎng)絡(luò )地址。 電子站牌ZigBee模塊接收模式的API幀結構定義如圖6所示。 可以通過(guò)XBee Pro模塊提供的配置軟件X-CTU來(lái)進(jìn)行命令參數的配置，也可以通過(guò)輸入“+++”進(jìn)入命令模式來(lái)進(jìn)行配置。XBee Pro模塊的命令格式如下： AT ASCIlI碼命令空格參數(可選)回車(chē) 表1所列是對電子站牌終端的ZigBee模塊進(jìn)行的參數設置。
公交車(chē)的ZigBee模塊須設置為路由器(Rooter)模式，并且應保證通道和PAN ID與電子站牌設置相同。經(jīng)過(guò)測試，該系統運行穩定。 4 結束語(yǔ) 本文介紹了MaxStream公司與ZigBee／IEEE802.15.4協(xié)議兼容的Xbee Pro模塊的性能特點(diǎn)及其在智能公交系統無(wú)線(xiàn)通信中的應用。目前，該公司發(fā)布的針對Xbee Pro模塊的網(wǎng)狀網(wǎng)firmware版本，大大加強了其組網(wǎng)功能。隨著(zhù)ZigBee技術(shù)的普及，Xbee Pro模塊也將在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )中得到更廣泛的應用。 作者：西安電子科技大學(xué)電路CAD研究所 范國偉 楊剛 來(lái)源：電子元器件應用 2009 11(5) |
