ZigBee技术在智能交通控制中的应用与推广
ZigBee技术在智能交通控制中的应用与推广
物理071班陈文龙07180118
摘要：本文介绍了ZigBee无线网络技术，并应用其实现机动车的无线定位，在此基础上对其在智能交通控制中的应用的可行性进行分析、研究。
关键词：Zigbee技术、交通拥堵、智能交通、定位
引言
随着社会的快速发展，百姓生活的逐步改善，以车代步越来越成为人们出行的一种趋势。尤其是城市的快速发展导致城市机动车保有量的迅猛增加，随之而来的是城市交通拥堵、交通事故等问题日益严重，再单纯依靠修建道路来解决交通拥挤问题，不仅受投资等诸多条件的制约,而且成效不明显，很难在短时间内解决根本问题，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门所面临的重要问题。
为有效的缓解城市交通压力，协调处理人、车、路之间的关系，我们尝试将ZigBee无线通信技术引入现有交通控制中，以实现对城市交通的智能化控制。通过对ZigBee无线传感网络与现有的交通通信方式进行分析比较，并得出在智能交通控制系统中使用ZigBee无线传感网络技术具有一定可行性和优越性的结论。
一、ZigBee技术简介
ZigBee 是IEEE 802.15.4 协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位和远近信息的，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信“网络”，因此ZigBee的发明者们形象地利用蜜蜂的这种行为来描述这种无线信息传输技术。
与其它无线通信协议相比，ZigBee 无线协议复杂性低、对资源要求少，主要有以下特点：
一、低功耗：ZigBee模块的整体功耗非常低，其发射功率仅为1 mW。据估算,
ZigBee设备仅靠2节标准5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用
时间，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦，这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势；
二、低成本：通过大幅简化协议使成本很低（不足蓝牙的1/10），降低了对
通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的
主节点需要32KB代码，子功能节点最少只要4KB代码，而且ZigBee的协议
专利免费；
三、数据传输速率低：只有10K字节/秒到250K字节/秒，专注于低传输应用；
四、网络容量大：ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点
管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可
由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网；
五、时延短：通常时延都在15毫秒至30毫秒之间，一般从睡眠转入工作状态
只需15ms,节点连接进入网络只需30ms；
六、安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法；
七、有效范围小：有效覆盖范围10-100米之间，具体依据实际发射功率的大
小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环
境；
八、工作频段灵活：使用频段为2.4GHz全球、868MHz欧洲及915MHz美国，均
为免执照频段。
二、ZigBee协议框架与网络结构
ZigBee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的技术标准。与其他无线标准如802.11或802.16不同，ZigBee和802.15.4以250Kbps的最大传输速率承载有限的数据流量。完整的ZigBee 协议栈自上而下由应用层、应用支持层、网络层、媒体访问层和物理层组成,下图是ZigBee协议层次结构图
应用层定义了各种类型的应用业务，是协议栈的最上层用户。
应用支持层负责把不同的应用映射到ZigBee 网络层上，包括安全与鉴权、多个业务数据流的汇聚、设备发现和业务发现。
网络层的功能包括拓扑管理、媒体访问管理、路由管理和安全管理。
媒体访问层负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束, 确认模式的数据传送和接收, 可选时隙, 实现低延迟传输, 支持各种网络拓扑结构, 网络中每
个设备为16 位地址寻址。
物理层采用DSSS（直序扩频）技术，定义了3 种流量等级：当频率采用2.4 GHz 时，使用16 信道，能够提供250 kbit/s 的传输速率；当采用915 MHz 时，使用10 信道，能够提供40 kbit/s的传输速率；当采用868 MHz 时，使用单信道，能够提供20 kbit/s的传输速率。
ZigBee 网络的拓扑结构主要有三种, 星型网、网状(mesh) 网和混合网。
ZigBee 是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA 和GSM 网络，ZigBee 数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75 米到几百米、几公里，并且支持无线扩展。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信CDMA 网或GSM 网，每一个ZigBee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75 米，到扩展后的几百米，甚至几公里。
ZigBee 所采用的自组织网为其提供了巨大的优势。我们可以作这样一个假设来形容自组织网。当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网，它为基于ZigBee技术的智能交通的实现提供了可能。
三、ZigBee关于定位的实现
定位引擎根据无线网络中临近射频的接收信号强度指示 (RSSI)，计算所需定位的位置。在不同的环境中，两个射频之间的 RSSI 信号会发生明显的变化。例如，当两个射频之间有一位行人时，接收信号将会降低 30dBm。为了补偿这种差异，以及出于对定位结果精确性的考虑，定位引擎将根据来自多达 16 个射频的 RSSI 值，进行相关的定位计算。其依据的理论是：当采用大量的节点后，RSSI 的变化最终将达到平均值。
在 RF 网络中，具有已知位置的定位引擎射频称为参考节点（也称静态节点），而需要计算定位位置的节点称为待测节点（也称动态节点）。待测节点是一类可移动的节点，可在参考节点范围的区域内任意移动。待测节点通过接收定位区域内所有参考节点的RSSI值，经过定位算法来计算其坐标位置。待测节点必须由CC2430芯片实现。在参考节点和待测节点之间传输的唯一信息就是参考节点的 X 和 Y 坐标（三维状态下可以推广为X、Y、Z坐标）。定位引擎根据接收到的 X 和 Y 坐标，并结合根据参考节点的数据测量得出的 RSSI 值，计算定位位置。最基本的ZigBee无线网络定位系统由1个待测节点和3个参考节点组成。为了提高定位精度，一般采用6个以上的参考节点组成定位网络。
ZigBee无线定位网络——利用ZigBee无线网络模块，根据实际应用环境合理布局，组成一套ZigBee无线定位骨干网络，网络形态可以是链状或网状拓扑。定位网络中的参考节点将接收到目标节点（Tag）信息（无线信号强度RSSI和无线信号质量LQI），以无线方式或辅助其他传输方式送到中心控制机进行最终处理。
移动目标节点（Tag）——利用低价ZigBee无线模块（只完成无线收发不需要网络功能的RFD模块），制成一个便携式的移动装置。根据需要该装置可以连接不同的感测器，组成一个既有身份识别，又有感测功能的移动装备。利用IEEE802.15.4无线传输技术，合理地控制模块的休眠、唤醒过程，从而达到节电的目的。
定位应用算法——根据观察，当移动目标节点（Tag）一直处于移动状态时，移动目标位置的估计值会出现波动。此波动由固定节点的RSSI或LQI读数不规则
变化引起，原因可以是在同一频段内的干扰信号，临近物体对无线电波传播扰动，移动节点的天线方向突然转变等等。由于其随机性，要完全消除这种波动不太容易，但是可以采用一些合适的数据处理算法来减少这种位置估计值的波动。通过现场实际测量并进行适当校正，也可以减小上述波动所带来的测量误差。
四、智能交通控制的实现
目前智能交通系统是以道路和车辆定位作为主要研究对象，以提高道路的通行能力、利用效率、安全性为主要研究目标的新一代交通运输系统，四通八达的大交通要实现智能化需要全面覆盖的大网络支撑。由于交通运输具有高度的流动性特点，对高速移动的车辆的定位、监测、信息采集等都需要通过无线通信技术来实现，因此无线通信成为智能交通建设中的一个十分重要环节。目前主要采用GPS 以及GPRS/ CDMA 通信技术，但这些通信技术仍存在很多局限性，主要表现为以下3个方面：①由于城市高层建筑、立交桥等影响，使卫星接受范围受影响，定位精度降低；②受遮挡物或树荫的影响，GPS 接收机的信号强度大大降低，甚至中断；③多路径效应影响，因为车上GPS 天线不能过高，所以天线接收的信号会包含其它物体折射过来的信号。所以在城市中，使用GPS接收机捕获的卫星数目经常会少于4颗，不能够提供实时的定位导航信息，相对适合高速公路等障碍物相对较少的路段。
目前交通信号控制系统的管理模式就是集中管理，分级控制，充分利用现有设施，按实际交通现状先进行单个交叉路口的自适应协调，然后是主干线的协调控制，实现分布式协调的分级控制，最终达到区域控制的系统最优。交警指挥调度系统可与交通信号自动控制系统集成，实时采集路口的车辆的流量；在GIS地图显示各路口的交通状况、红绿灯状态等相关交通信息；根据实际需要修改、配置道口机的参数，对信号自动控制系统道口机实现远程控制。但是在一定程度上还未达到完全意义上的动态控制，只是处于分时段信号改变阶段。
鉴于交通运输高度的流动性特点, 对高速移动的车辆的定位、监测、信息采集等都需要通过无线通信技术来实现, 因此无线通信成为智能交通建设中的一
个十分重要环节。下图是基于ZigBee无线网络的智能交通控制图
基于ZigBee无线网络的智能交通控制图
我们设计在每个交通路口设立ZigBee主节点，在道路周边设立大量参考节点（目前很多楼群已设有ZigBee模块，可以作为系统参考节点的一部分），每个主节点最多可以管理254个主节点，来组成一个ZigBee分网络。而每个ZigBee中心节点又可以管理254个主节点，即在理论上可以控制254个交通路口，但实际上比这个数字稍少。这样我们就组成了以道路周边的参考节点、交通路口的主节点和最上层的中心节点的三级网状ZigBee无线网络系统。将ZigBee模块制成便携式移动装置安放在车辆中，就可以把车辆看做是一个在移动的待测节点（动态节点），在车辆进入ZigBee网络覆盖范围时，车中的ZigBee模块即被唤醒，其作为一个待测节点被纳入ZigBee网络，参考节点将接受到的待测移动节点的信息（无线信号强度和无线信号质量）以无线方式从低到高直到传输给ZigBee中心节点，再由中心节点将所得数据送入数据控制中心，经过信号处理，可以确定车辆到路口的距离。在此基础上，通过对车辆的短时间跟踪，可以进一步确定行车方向，以此类推，当车流量大时，只是多了待测移动节点而已，只不过增大了网络的数据流量，整个网络运行原理不变。到此，我们实现了对路口车辆数辆以及通行方向等信息的测定。在完成车辆数量与行驶方向的测定之后，数据控制中心根据所得到的路口信息设定相应的通行时间反馈给路口控制机，通过以上过程，来动态调节交通信号，实现交通的真正智能控制。
在整个系统控制中, 数据量非常小, ZigBee网络的数据通信速率可达到
250Kpbs,完全能够满足这些信处数据传送的要求。
在技术上, ZigBee具有低低功耗的特点, 完全适合于安装在机动车辆之上。考虑到汽车的快速移动性, ZigBee节点设备接入网络的时间只需15ms, 完全可
满足要求。ZigBee 网络具有非常高的可靠性, 是一种网状网络如有主干路由节点损坏, 仍可转换路径完成数据通信。ZigBee采用物理层采用的是DSSS 技术, 抗干扰性很强, 完全适合用交能道路噪声信号多的恶劣环境。
在距离上,由于ZigBee 网络可实现数据跳传, 因此可以扩展的很远。并且如果加大功率, 点对点可以达到几公里，因此完全适用于城市交通。
在经济上, ZigBee 使用的是2.4GHZ 的ISM免费频段, 并且协议也是免费的, 因此一次投入可以长期受益。
总的来说，基于ZigBee无线网络平台的智能红绿灯控制系统，系统具有以下几个特点：
(1)无须挖路布设控制线路，各设备之间实现无线自动组网连接，既降低了系统安装成本，更重要的是避免了传统安装方式对交通干扰所带来的经济损失。随时可以施工。而且，也避免了由于城市快速发展，道路拓展等变化对原有预埋管线的干扰。由于系统没有地面控制箱和控制线路，避免了恶意破坏，大大减少了维护成本。
(2)由于系统没有地面控制箱和控制线路，避免了恶意破坏；而且，整个控制系统的各个模块具有高集成度、高可靠性和低功耗、低成本、体积小等优点，维护保养十分方便，只需更换相应节点即可，避免了传统控制线路本身带来许多麻烦，从而大大减少了设备购置成本，建设安装成本和系统维护成本。
（3）卓越的物理性能，整个网络所使用的无线频率是国际通用的免费频段(2.4~2.48 GHz ISM)，传输的方式是抗干扰能力强的直序扩频方式（DSSS），特别适合在干扰较大的环境中使用。
（4）网络的自组织、自愈能力强，ZigBee 的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；ZigBee
自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。
综上所述，利用ZigBee无线网络模块，根据实际应用环境合理布局，组成一套ZigBee无线定位骨干网络，网络形态可以是链状或网状拓扑。定位网络中的参考节点将接收到目标节点（Tag）信息（无线信号强度RSSI和无线信号质量LQI），以无线方式或辅助其他传输方式送到中心控制机进行最终处理。并根据传送的信息来测定交通路口的车流量，根据车流量的大小来动态调节通行时间，实现智能交通控制。
假如一辆机动车通过一条6车道的道路路口平均所花的通行时间是8.6秒（即从信号灯转为绿灯时车辆从启动到通过整个路口的时间），两车间隔为2.7秒。同时通过观察和查找资料我们发现，根据路口的大小，交通信号灯所设置的黄灯时间也是不同的，一般在3至6秒之间。那么，可以假设传统的信号灯控制系统设置通行时间为40秒，在车流量较少时，比如只有3量车通过时，根据上述调查，只需要14秒左右的时间就够了。此时假如另一通行方向有车在等待通行，则其还须等待26秒，如果引入ZigBee技术，我们可以根据车流量直接设置14秒就行了，如果车辆为4辆时，系统会自行调节为17秒，这样就节约了另一方向车辆通行的等待时间。但是在上下班高峰时，由于车辆较多，普通信号系统在红绿转换之间会有3到6秒的转换时间差。假如该系统在可测定区域内测到100辆车（100与101之间间距过大）则原本信号灯控制系统需用3到4次信号转换才能另其通过，但引入ZigBee技术之后由于它先测定汽车数，可以一次性放行，然后再让另一方向通行，这样可以减少6到8次的切换时间。按平均黄灯时间为5秒计算，则单从切换上就可以减少30至40秒。在车流量大时对整个交通来说是起到了缓解压力的作用，在一定程度上可能会适当增加另一方向驾驶员的等候时间。
总而言之，该系统无论在车流量大还是小的时候都起到了明显的缓解交通的作用。只不过在道路繁忙时是利用减少信号转换次数来减少时间浪费，对交通部门较有利，起到缓解交通作用；在车流量少时是减少驾驶员等候时间，提高道路通行效率，对驾驶员较有利。
六、结束语
综合以上所述, 在智能交通控制系统中使用ZigBee 无线传感网络具有可行性、并且具有一定优越性。采用基于ZigBee 技术的微功率无线网络,在摆脱繁杂冗余的线路的情况下,实现了对车辆和道路远程数据采集与监控，实现了交通信号系统的智能控制，在一定程度上缓解了城市的交通压力，但是如何避免行人在过马路时的长时间等候问题还有待解决。因此，我们的工作还远没有完成，只有在今后的更长时间里来认真地探讨和研究，以期待能妥善的解决给行人带来的不必要的麻烦。
七、参考文献
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【标准】基于Zigbee技术的智能家居系统设计方案
基于Zigbee技术的智能家居系统设计方 家居设备通过Zigbee 进行无线组网，把家居设备的信息和数字视频传输到因特网网络上， 进行实时的显示并进行后续的利用和控制；同时将收集各处传输进来的数字视频信息进行后续的处理和识别。如入侵检测，人脸检测和识别等。 智能家居又称为智能住宅，在国外常用Smart Home 表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electr ON ic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑（Intel ligent Home/Building）等。 智能家居系统利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全。智能家居可以提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流通畅，优化人们的生活方式，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 1 项目概述 1.1 智能家居发展概况 智能家居是利用先进的计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起的，自从美国在1984 真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30 年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从2003 年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一，如海信、海尔、清华大学等大家各自为营。由于智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居的开发与建设成为21 世纪科技发展的必然趋势。随着全球对能源和环境的要求越来越高，而智能家居在节能方面的效果优势非常明显，因此具有非常广阔的市场前景。 1.2 开发板主要参数 本项目所使用开发板为Real6410 开发板，采用三星公司的ARM11 内核的处理器 S3C6410.开发板上还集成了123 M的DDR 内存以及1 GB NandFlash, 同时预留了
基于Zigbee的智能家居无线图像监控系统设计与实现
辽宁建材 ２００８年第５期 基于Ｚｉｇｂｅｅ的智能家居无线图像监控系统设计与实现 １引言 随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们已不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。监控系统作为安全防范的重要手段，越来越多的应用在智能家居中。 无线监控系统集成了计算机技术、无线宽带通讯技术、图像解压缩技术、图像识别技术、红外图像采集技术、工业数据采集等诸多学科的技术。与传统的有线监控系统相比，它具有很大的优势：系统的组建比较简单，可省去布线的麻烦；具有可移动性，并且不受地点限制，可随意摆放在家里任何一个角落；在拆迁时直接取下布置的无线监控产品就可以带走了。 目前，无线图像监控系统广泛应用于家居监控、交通监控、１１０报警中心对城市重要现场监控、公安通讯指挥车的重要现场监控、收费站监控系统、油田及矿山的重要现场监控、重要仓库，码头、森林防火监控、银行监控联网等领域。 ２无线通信技术介绍 目前，各种无线传输技术林立，都在争取成为市场标准。每个技术都有其立足的特点：有基于传输速度、距离、耗电量等特殊要求的；有着眼于功能的扩充性的；还有符合某些单一应用的特别要求的。 （１）蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，能在近距离范围内实现相互通信或操作。但蓝牙技术遭遇最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。 （２）ＩｒＤＡ是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网（ＰＡＮ）的技术。 ＩｒＤＡ的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功能低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。ＩｒＤＡ的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔。 （３）Ｗｉ－Ｆｉ无线保真技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。虽然由Ｗｉ－Ｆｉ技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到１１ｍｂｐｓ，符合个人和社会信息化的需求。 （４）Ｚｉｇｂｅｅ是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“ＨｏｍｅＲＦＬｉｔｅ”或“ＦｉｒｅＦｌｙ”无线技术，主要用于近距离无线连接。与蓝牙、红外、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ和无线局域网等无线系统相比较，ＺｉｇＢｅｅ技术的主要包括数据传输速率低、功耗低、成本低、时延短、安全、网络容量大、优良的网络拓扑能力、有效范围小、工作频段灵活等特点。 赵强 （沈阳建筑大学，辽宁沈阳１１０１６８） ［摘要］本文结合智能家居监控系统的实际需求，提出了一种基于ＺｉｇＢｅｅ协议的无线图像监控解决方案，并介绍了该方案的硬件设计、软件开发的方法及过程。 ［关键词］ＺｉｇＢｅｅ；智能家居；图像监控；无线通信；微控制器 ［中图分类号］ＴＵ８５８［文献标识码］Ａ［文章编号］１００９－０１４２（２００８）０５－００２８－０３ ［收稿日期］２００８－０５－１４ ２８
基于ZigBee的城市智能公交网络系统
基于ＺｉｇＢｅｅ的城市智能公交网络系统 ■河北理工大学朱开宇刘佳宇安永丽 王文辕王烽源 提出一种新型的智能公交系统。该系统基于分布式ＺｉｇＢｅｅ网络，能够以较低的成本实现全部线路车辆…的定位和预报功能，同时具有高可靠性和易扩展性。ＺｉｇＢｅｅ是一种新兴的自动路由短距无线网络通信技… 术，但由于其管理网络范围有限，无法直接用于整个城市公交线路。本文以划分区域和边界路由的方式 解决了上述问题，给出了区域化的网络结构和系统的软硬件设计方案。 关键词ＺｉｇＢｅｅ低成本智能公交ＣＣ２４３０ 引言 在一个城市的发展规划中，交通的治理是政府工作中的首要大事，而公共交通的发展更是关系到城市交通是否便利的关键。我国目前使用最为广泛的公共交通工具还是公交车，因此利用科技发展智能公交是必然趋势。众所周知，普通的公交站牌仅能为乘客提供公交路线信息，而不能提供乘客同样关心的车辆位置信息。随着社会节奏的加快，这种不便因素越来越困扰人们，从而影响对出行方式的选择。于是，以ＧＰＳ配合控制中心的智能公交系统应运而生：在公交车上安装ＧＰＳ，为控制中心提供车辆位置信息；控制中心再通过有线网络或ＧＰＲＳ网络反馈到电子站牌，显示车辆到达的信息。 这样的系统虽可以提供车辆位置信息，但是仍存在以下不足： ①站牌显示的到达时间存在较大误差。由于路况、定位精度、信息刷新时间、信息处理传送时间等因素的影响，所显示时间精确度较差，乘客对这样的信息无法重视。 ②整个系统的成本很高。每辆公交车安装ＧＰＳ和无线数据传输系统，构建一个庞大的监控中心和带有无线接收系统的点阵显示站牌，几条路线成本就几百万。此外，还需不断投入运行维护的费用，例如在使用ＧＰＲＳ通信的站牌系统中，每辆车需要缴纳ＧＰＲＳ包月的费用。 ③系统过于复杂，可靠性有所下降。保证所有公交车辆和站牌都能与中心通信，且不受阻碍是较困难的。一旦任何一方联系中断，站牌信息就无效了。 ④易受到破坏。这种站牌成本高，可能会成为一些不法分子盗窃的对象，已有媒体报道出现几万元的站牌遭到破坏的情况。 １无线站牌系统工作原理 首先，分析一下对公交车的运行情况：一般市内公交站距大约在５００～８００１２１，那么车辆在两站之间正常运行时间为２～４ｍｉｎ（按照车速为３０ｋｍ／ｈ左右计算），而公交车辆发车间隔为５～１５ｍｉｎ，从而可以得出结论大约每５站就有一辆公交车。由于乘客一般只关心下一趟公交车辆的到达情况（如到达时间及乘客多少），所以，对于每个站牌只定位即将到达的公交车辆就可满足乘客要求。因此，通过把公交车辆当前到达某站的信息传递给其他４个站牌，再经过计算就可以预测出该车辆到达的时间。该预测精度已经可以满足乘客的需求。 系统工作过程简述如下（如图１所示）：当车辆１到达某站Ａ时启动车载发射机，发出车辆到达信号，其内容包含车辆识别信息、乘客状况等。由站牌内处理器记录到达时间，并由Ａ站发射机发送该车辆到达Ａ站的信息，其信号通过无线网络可到达该车辆运行方向的下一站（Ａ＋１站）。Ａ＋１站接收到车辆到达Ａ站的信息后，处理器根据所收到的信息，驱动显示系统显示车辆到达Ａ站，同时转发此信息给下一站。下一站（Ａｑ－２站）收到信息后，信息处理方式与Ａ＋１站相同。直到该线路前一趟车（车２）即将到达的站点Ａｑ－孢站收到此信息，它将不再转发该信息（此时它应负责转发车２的即将到站信息）。 图１站牌信息中断传输原理 ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ（投稿专用）Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ＆ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔ删１７ 万方数据
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44基于ZigBee技术的智能停车场系统研究 杨登强，王玉洁 (四川大学 计算机学院，四川 成都 610064) 摘 要：针对当前城市中普遍存在的停车难及停车场管理不规范的问题，提出了一种基于ZigBee技术的智能停车场管理系统。该系统采用125 kHz激励器唤醒载有2.4 GHz高频电子标签以及语音播报模块的车载单元，结合红外线反射性传感器和CC2530实现停车定位，并通过ZigBee无线通信网络实现车辆和控制中心的交互，从而实现无障碍智能停车场管理。本方法比传统的停车场管理方式更加准确、便捷、高效。 关键词：ZigBee；无线传感网；智能停车场；物联网 中图分类号：TP393.17 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)08-0044-04 Research on an intelligent parking system based on ZigBee YANG Deng-qiang, WANG Yu-jie (School of Computer Science, Sichuan University, Chengdu 610064, China) Abstract: Aiming at the common problems of parking dif? culty and nonstandard parking lot administration in cities, an intelligent parking system based on ZigBee technology is proposed in the paper. Compared with traditional parking system, the proposed system is more accurate, convenient and ef? cient by means of 125 kHz activator to activate the vehicle-mounted card consisting of 2.4 GHz RFID tag and speech broadcast chip. The system also locates the car by using the combination method of infrared re? ective sensor and CC2530, and utilizes ZigBee wireless network to realize the interaction between cars and the control center, which achieves barrier-free intelligent parking management. Keywords: ZigBee; wireless sensor network; intelligent parking; internet of things 0 引言 随着汽车产业的高速发展、汽车制造成本的持续下降以及国民可支配收入的日益提高，城市汽车拥有量急剧增加。为了充分利用有限的停车场资源来最大程度地满足车辆停泊的需求，各种类型的停车场(例如机械式停车场、平面式停车场、智能立体停车场、遥控停车场等)不断地涌现出来。传统的停车场管理系统面对越来越大的停车场进行车辆进出管理、收费、车位查找等工作会变得越来越繁琐复杂、费时费力，不仅管理效率低下，同时也存在一定的安全隐患。 随着物联网(Internet of Things，IOT)技术在最近几年的飞速发展，基于无线传感网络的物联网技术越来越多地应用到智能停车场管理系统中。本文提出了一种基于ZigBee技术的智能停车场管理系统，该系统利用125 kHz的激励器来触发载有2.4 GHz高频电子标签以及语音播报模块的车载单元，结合红外线反射性传感器和CC2530实现停车定位，同时利用ZigBee无线通信网络作为主干网通信网络，上传车辆信息与下发停车诱导信息，以实现无障碍智能停车场管理，从而有效地降低了车载单元的功耗，也使停车场管理更加准确、便捷、高效。 1 智能停车场系统的研究现状 智能停车场系统主要需要解决以下几个问题[1]。第一，无障碍停车；第二，自动计算停车场内的空闲停车位，并可视化显示；第三，对进入停车场的车辆进行停车诱导，避免车辆在场内无序流动，出现交通拥堵状况；第四，自动对进出停车场的车辆进行收费；第五，自动分析停车场不同时期的车流量，指导优化停车场管理与资源配置；第六，对停车场内的车辆进行在位监控。 现有的智能停车场系统主要以感应卡、IC卡或ID卡为载体，当车辆行驶到入口或出口时，将卡片靠近读卡器，系统在获取读卡器上传的持卡人信息后，按照预先写好的程序对车 ———————————————— 收稿日期：2012-05-28 基金项目：博士点基金资助课题(20100181110053) 物联网技术 2012年 / 第8期