CN104378846B - 一种面向有源RFID应用的Zigbee无线传感网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种面向有源RFID应用的Zigbee无线网络系统，涉及互联网技术领域，其中，所述系统包括：车载Mcu模块、传感器模块、车站电子标签模块及智能站牌模块。在本发明实施例提供的方案中，系统具有采集车辆各个方面的运行情况、车辆到站检测、智能公交站牌的远程控制等功能，极大提高了人们候车和乘车的便利性和舒适性。

Description

一种面向有源RFID应用的Zigbee无线传感网络系统

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种面向有源RFID应用的Zigbee无线网络系统。

背景技术

近年来，随着国民经济的快速发展，城市化不断的推进，城市规模扩大，城市人口增长，城市中机动车的保有量和道路交通流量快速增加，特别是在大城市中，公交系统中公交车辆数量增加，线路增多和延长，班次密度加密。尽管如此，公交乘车却依旧是候车难、乘车挤和速度慢。

现有技术中存在智能公交系统，存在一些不便之处，如采用GPRS技术智能公交系统中，GPRS的数据链路质量较差，实际的传输速率比理论值低，并且没有任何防错的保护，存在转接时延，数据在无线传输过程中可能会发生一个或几个分组丢失或出错等等问题。又如采用GPS技术的智能公交系统中，虽然GPS具有全天候、高精度、自动化等优点，但是在经济水平较高的城市中，因为城市中高楼大厦林立，高架路网错综密集，桥隧比例较多，系统在遇到高层建筑和高架路密集的路段信号衰弱严重，在隧道中甚至会没有信号，系统存在无法工作的盲区。因此，亟需一种安全可靠的智能公交通信网络。

发明内容

本发明实施例公开了一套智能公交综合接入与控制装置，具有采集车辆各个方面的运行情况、车辆到站检测、智能公交站牌的远程控制等功能，构建一整套智能公交系统，极大方便人们在候车和乘车的便利性和舒适性。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种面向有源RFID应用的Zigbee无线网络系统，应用于智能车辆控制，其特征在于，所述系统包括：车载MCU模块、传感器模块、车站电子标签模块及智能站牌模块；

所述车载MCU模块接收传感器模块所采集的数据，对所述采集的数据进行处理，并将处理后的数据发送至车辆屏幕上进行显示，所述车载MCU模块基于所述处理后的数据能够及时对车辆的异常发出控制动作；

所述传感器模块用于采集各个传感器所测量的环境数据，将数据发送给车 载MCU模块，所述传感器模块与车载MCU模块之间利用RFID进行单工方式通信，所述传感器模块发送数据，所述车载MCU模块接收数据；

所述车站电子标签模块用于检测车辆的到站情况以及转发车辆情况数据至智能站牌模块，所述车站电子标签模块与车载MCU模块之间通过RFID进行半双工通信，所述车站电子标签模块与所述智能站牌模块通过Zigbee进行单工方式通信，所述车站电子标签发送数据，所述智能站牌接收数据；

所述智能站牌模块用于接收所述车站电子标签模块发送的车辆信息并更新站牌上的车辆信息。

可选的，所述车载MCU模块具体包括：CC2530芯片、天线、液晶显示屏以及外围驱动电路，所述CC2530芯片从天线接收传感器模块发送的车辆运行状况数据，对数据进行处理和保存。

可选的，所述CC2530芯片对传感器模块发送的车辆运行状况数据进行分析，判断所述车辆运行状况数据中的设定参数是否超过预设阈值；

若是，所述车载MCU模块发出警告，并发出控制命令修正车辆的异常。

可选的，所述传感器模块具体包括：温度传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器、CC2530芯片、天线以及外围驱动电路；

所述CC2530芯片主动发出控制信号，调用温度传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器中的一个或多个，用以采集车辆环境参数以及车辆运行状况数据；

所述CC2530芯片获取传感器采集的数据，对数据进行打包，通过天线将数据发送到车载MCU模块。

可选的，所述车站电子标签模块具体包括：

两片CC2530芯片、两条天线以及外围驱动电路，其中一片CC2530芯片工作在RFID网络下，另外一片CC2530芯片工作在Zigbee网络下，两片CC2530芯片之间通过串口进行通信。

可选的，工作在RFID网络下的CC2530芯片定时通过天线向外发出车辆到站检测信号，若有车辆进入车辆范围，车辆上车载MCU模块将检测到车辆到站检测信号并对其发送应答信息，CC2530芯片接收到应答信息，并通过串口通信将处理后的信息传输到工作在Zigbee网络下的CC2530芯片并且通过Zigbee网络将数据发送给各个车站的智能站牌模块。

可选的，所述智能站牌模块具体包括：

CC2530芯片、天线、液晶显示屏以及外围驱动电路；

所述CC2530芯片从天线接收到由车站电子标签发送的数据，多所述数据进行保存和处理，获得车辆目前的位置信息以及车辆的运行状况信息，并将所述位置信息和所述运行状况信息显示在液晶显示屏上。

本发明实施例中，车载MCU模块接收传感器模块所采集的数据，对所述采集的数据进行处理，并将处理后的数据发送至车辆屏幕上进行显示，所述车载MCU模块基于所述处理后的数据能够及时对车辆的异常发出控制动作；传感器模块用于采集各个传感器所测量的环境数据，将数据发送给车载MCU模块，所述传感器模块与车载MCU模块之间利用RFID进行单工方式通信，所述传感器模块发送数据，所述车载MCU模块接收数据；车站电子标签模块用于检测车辆的到站情况以及转发车辆情况数据至智能站牌模块，所述车站电子标签模块与车载MCU模块之间通过RFID进行半双工通信，所述车站电子标签模块与所述智能站牌模块通过Zigbee进行单工方式通信，所述车站电子标签发送数据，所述智能站牌接收数据；智能站牌模块用于接收所述车站电子标签模块发送的车辆信息并更新站牌上的车辆信息。可见，通过本方案能够采集车辆各个方面的运行情况，对车辆到站进行有效检测，对智能公交站牌进行远程控制，极大提高了人们候车和乘车的便利性和舒适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种面向有源RFID应用的Zigbee无线网络系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本系统的硬件部分主要由四大部分构成，即车辆传感器数据采集系统、车 载管理系统、车辆RFID到站检测系统和智能站牌管理系统。车辆传感器数据采集系统负责各类数据的采集和转发；车载管理系统负责收集传感器采集的数据、处理数据和车载控制；车辆RFID到站检测系统负责公交车辆的到站检测；智能站牌管理系统负责显示车辆的位置情况和车辆预计到站时间。

主控芯片获得各类传感器所采集到的信息，经过处理后，作出相应控制。本系统主要采用的无线技术进行的信息的远距离传输。根据以上任务的需求，该微处理系统必须有较高的处理速度，满足功耗和低成本的要求。为此，选择了TI公司推出的SoC芯片CC2530作为各个模块的主控芯片，以满足系统稳定可靠的性能需求，并且具有较高的拓展性。

车载的MCU的RFID模块和车站电子标签的RFID模块工作在半双工，传感器的电子标签工作在单工。

传感器的电子标签每过一段时间向MCU的RFID模块发送数据，MCU的RFID模块接收数据即完成传感器的数据采集。

车站电子标签每过一段时间向外发送信号，当车辆靠近车站时，车载的MCU的RFID模块可以接收到车站电子标签所发出的信号，作出应答，车站电子标签接收到应答信号即可知道车辆现在已经到站。

在本系统中，信号采集电路主要由CC2530芯片、天线、其他传感器件构成的电子标签和由CC2530芯片、天线构成的读写器构成。电子标签上的传感器采集数据，利用CC2530通过RFID将数据转发出去，读写器将数据接收。这样就完成了数据的采集工作。

温湿度传感器可以有效监控车辆上的温度和湿度，例如可以监控发动机的温度、空调温度和车厢中的湿度等，便于对车辆的安全、乘客的舒适度进行调控。实际设计中采用DHT11数字温湿度传感器，该传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

压力传感器可以检测到车辆上的负重情况，间接可以测算出车辆上的乘客数量，便于公交调度中心对车辆的调度。利用电位器模拟应变片的电阻变化和CC2530内置的ADC构成压力传感器。在实际应用中，将应变片粘贴到受力的力敏型弹性元件上，当弹性元件受力产生变形时，应变片产生相应的应变，转化成电阻变化，力引起的电阻变化将转换为测量电路的电压变化，通过测量输出电 压的数值，再通过换算即可得到所测量物体的重量。

速度传感器可以检测车辆的车速情况，防止司机的超速和鲁莽驾驶。设计采用光电传感的方式进行测量。此种方案的优点是光电传感器具有采样精确，采样速度快，范围广的特点。转动叶片在转动时会阻挡红外的发光，转动叶片上开有小孔，使得叶片转动一个周期后，红外光可以通过小孔被传感器接收。此时会产生一个脉冲信号，对这个信号进行处理之后导入单片机进行计数，在单位时间内记录其脉冲数，即可计算出速度的大小。

此外，此公交系统可根据用户的需求，制定各种相关传感器，提供更多的扩展功能。

在智能站牌中，采用液晶显示屏显示路线上车辆的情况，如预告到站情况、车辆上乘客数量等。我们在模型中采用的是PCD854448*84点矩阵LCD，在实际应用中还可以使用LED屏幕等。PCD8544是一块低功耗的CMOS LCD控制驱动器，设计为驱动48行84列的图形显示。所有必须的显示功能集成在一块芯片上，包括LCD电压及偏置电压发生器，只须很少外部元件且功耗小。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种面向有源RFID应用的Zigbee无线网络系统，应用于智能车辆控制，其特征在于，所述系统包括：车载MCU模块、传感器模块、车站电子标签模块及智能站牌模块；

所述车载MCU模块接收传感器模块所采集的环境数据及车辆运行状况数据，对所述采集的数据进行处理，并将处理后的数据发送至车辆屏幕上进行显示，所述车载MCU模块基于所述处理后的数据能够及时对车辆的异常发出控制动作；

所述传感器模块用于采集各个传感器所测量的环境数据及车辆运行状况数据，将数据发送给车载MCU模块，所述传感器模块与车载MCU模块之间利用RFID进行单工方式通信，所述传感器模块发送数据，所述车载MCU模块接收数据；

所述车站电子标签模块用于检测车辆的到站情况以及转发车辆的到站情况数据至智能站牌模块，所述车站电子标签模块与车载MCU模块之间通过RFID进行半双工通信，所述车站电子标签模块与所述智能站牌模块通过Zigbee进行单工方式通信，所述车站电子标签模块发送数据，所述智能站牌模块接收数据；

所述智能站牌模块用于接收所述车站电子标签模块发送的车辆信息并更新站牌上的车辆信息；

所述车站电子标签模块具体包括：

两片CC2530芯片、两条天线以及外围驱动电路，其中一片CC2530芯片工作在RFID网络下，另外一片CC2530芯片工作在Zigbee网络下，两片CC2530芯片之间通过串口进行通信；

工作在RFID网络下的CC2530芯片定时通过天线向外发出车辆到站检测信号，若有车辆进入车站范围，车辆上车载MCU模块将检测到车辆到站检测信号并对其发送应答信息，所述工作在RFID网络下的CC2530芯片接收到应答信息，并通过串口通信将处理后的信息传输到工作在Zigbee网络下的CC2530芯片，所述工作在Zigbee网络下的CC2530芯片通过Zigbee网络将数据发送给各个车站的智能站牌模块；

所述智能站牌模块具体包括：

CC2530芯片、天线、液晶显示屏以及外围驱动电路；

所述CC2530芯片从天线接收到由车站电子标签模块发送的数据，对所述数据进行保存和处理，获得车辆目前的位置信息以及车辆的运行状况信息，并将所述位置信息和所述运行状况信息显示在液晶显示屏上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车载MCU模块具体包括：CC2530芯片、天线、液晶显示屏以及外围驱动电路，所述CC2530芯片从天线接收传感器模块发送的车辆运行状况数据，对数据进行处理和保存。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述CC2530芯片对传感器模块发送的车辆运行状况数据进行分析，判断所述车辆运行状况数据中的设定参数是否超过预设阈值；

若是，所述车载MCU模块发出警告，并发出控制命令修正车辆的异常。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器模块具体包括：温度传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器、CC2530芯片、天线以及外围驱动电路；

所述CC2530芯片主动发出控制信号，调用温度传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器中的一个或多个，用以采集车辆环境参数以及车辆运行状况数据；

所述CC2530芯片获取传感器采集的数据，对数据进行打包，通过天线将数据发送到车载MCU模块。