基于ZigBee的公交电子站牌与监控系统:智能交通的创新解决方案

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"基于ZigBee网络的公交电子站牌及监控系统"是一种创新的解决方案,旨在提升城市公交系统的智能化水平。该系统由河北联合大学信息工程学院开发,由孙进生教授指导,参赛成员包括李新泰、柯金堆和何伟基。此项目着重于解决大城市中公交站牌间距较短的问题,利用ZigBee短距离无线通信技术,提供实时公交信息,增强乘客的出行体验。 ZigBee是一种低功耗、低成本的无线通信技术,适合于大量设备间的网络连接。系统的核心是将公交站牌作为协调器,公交车作为终端,形成ZigBee网络。ZigBee协议体系结构包括多个层次,如物理层、数据链路层、网络/安全层和应用层,确保数据的有效传输。网络拓扑结构灵活,可以是星型、网状或树形结构,适应不同的应用场景。 Z-Stack协议栈是ZigBee协议的一个实现,负责处理底层通信,如地址分配、寻址和网络管理。此外,系统还采用了Wi-Fi模块,用于与上位机(如智能手机或电脑)通信,实现数据的远程传输和处理。Modbus协议在此系统中扮演了关键角色,它是一种工业通信协议,便于监控和控制设备,如公交站牌和公交车上的传感器数据交换。 Wi-Fi作为无线宽带技术,具有高数据速率和覆盖范围广的特点,但与ZigBee相比,功耗更高。然而,在本系统中,它被用来作为ZigBee与上位机之间的桥梁,确保信息的无缝对接。力控组态软件则用于系统监控和维护,能帮助用户直观地管理和控制整个公交电子站牌及监控系统。 系统的设计分为硬件和软件两部分。硬件部分主要包括CC2530射频收发模块、非官方定制硬件和Wi-Fi模块,这些组件共同构建起无线通信网络。软件设计则关注ZigBee协议栈的编程、数据采集处理以及与Wi-Fi模块的协同工作,确保所有节点能够准确、及时地交换信息,并将到站信息实时显示在公交站牌电子屏幕上。 这个基于ZigBee的公交电子站牌及监控系统通过集成无线通信技术,优化了公交服务,提高了乘客的信息获取效率,是智慧城市交通发展中一个重要的技术应用实例。"
2012-10-18 上传
第1章 ZigBee无线通信技术 1 1.1 引言 1 1.1.1 ZigBee的起源 1 1.1.2 ZigBee技术概述 2 1.2 几种短距离无线通讯技术 3 1.2.1 Wi-Fi(IEEE 802.11) 3 1.2.2 超宽带通信UWB 3 1.2.3 近场通信NFC 3 1.2.4 蓝牙 4 1.2.5 红外线数据通信IrDA 4 1.2.6 ZigBee 5 1.3 短距离无线通信协议的比较 5 1.3.1 ZigBee与蓝牙技术的比较 6 1.3.2 ZigBee与UWB技术的比较 7 1.3.3 ZigBee与Wi-Fi技术的比较 8 1.3.4 ZigBee与现有移动网络(GPRS、CDMA)的比较 9 第2章 IEEE 802.15.4标准 10 2.1 IEEE 802.15.4主要特点 10 2.2 物理层(PHY)规范 13 2.3 媒体访问控制层(MAC)规范 16 第3章 2.4GHz无线收发芯片CC2420 22 3.1 CC2420的主要性能特点 22 3.1.1 引脚分配 23 3.1.2 电路描述 24 3.2 SPI 4线串行配置和数据接口 25 3.2.1 引脚配置 25 3.2.2 寄存器访问 25 3.2.3 状态字节 27 3.2.4 RAM访问 27 3.2.5 FIFO存取 29 3.3 帧格式 31 3.3.1 同步头 31 3.3.2 长度域 32 3.3.3 MAC协议数据单元 32 3.3.4 帧检查序列 33 3.4 RF数据缓存 33 3.4.1 缓存发送模式 33 3.4.2 缓存接收模式 34 3.4.3 非缓存,串行模式 34 3.5 地址识别 35 3.6 应答帧模式 36 3.7 RSSI/能量检测 36 3.8 链接质量指示 37 3.9 频率和信道编程 38 3.10 CC2420寄存器 38 第4章 ZigBee硬件平台设计 48 4.1 控制电路设计 48 4.1.1 STC89LE52RC芯片 48 4.1.2 掉电模式 49 4.2 人机接口电路设计 49 4.2.1 键盘电路 49 4.2.2 液晶显示电路 50 4.3 采集电路设计 51 4.3.1 DS18B20芯片 51 4.4 电源电路设计 52 第5章 ZigBee软件架构设计 53 5.1 自定义帧格式 53 5.1.1 zigbee普通帧 53 5.1.2 ZigBee组网帧 53 5.1.3 负载与功能域定义 54 5.2 初始化设置 55 5.3 通信模块设计 57 5.3.1 发送模块设计 57 5.3.2 接收模块设计 62 5.3.3 RXFIFO溢出 66 5.3.4 通用控制和引脚状态 67 5.4 协调器软件设计 68 5.4.1 主流程图 68 5.4.2 功能流程图 68 5.5 终端软件设计 70 5.5.1 终端主流程图 70 5.5.2 终端功能流程图 70 5.6 CCA信道检测 71 5.6.1 CCA评估模式 71 5.6.2 信道监测的设计参考文献 72 第6章 调试及仿真分析 76 6.1 组网测试 77 6.2 采集测试 78 6.3 射频干扰测试 78 总结 79 致谢 79 参考文献 79 附录1 ZigBee无线通信平台电路图 80 附录2 ZigBee平台元件明细表 81 附录3 ZigBee无线通信源程序 82