CN109982255B - 基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统及方法，其系统包括ZigBee车载终端设备、ZigBee网络协调器、ZigBee检测节点终端设备；地面公交通车辆在行驶营运过程中，所有路面检测节点的ZigBee终端设备如垃圾桶、井盖、下水道、路灯等可随时将自己的状态数据通过ZigBee网络汇报给途经的车辆上车载的ZigBee终端设备。车载的ZigBee终端设备接收数据后再将数据打包透传回控制中心。控制中心根据数据包所表示的节点类型将数据送往相关的单位部门进行进一步的分析应用，实现了海量数据的移动获取和综合分析。

Description

基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集方法。

背景技术

目前基于物联网的应用已日益深入。在多种领域、多个行业都取得了显著的效果。随着信息技术应用水平的飞速提升，无线城市作为城市信息化和现代化的基础设施，已经成为衡量一座城市综合竞争力的重要标尺。

例如城市下水道环境监控管理、地下管网井盖管理、路灯管理、垃圾箱管理等一大批物连网的应用，极大的保障人民的日常生活。但是在如何采集这些应用场景中的数据，一般的方式是每个应用节点通过GPRS/3G等上传数据，由于涉及到通讯费用的支付，当海量的传感器需要回报数据时，产生的通讯费用极为高昂，也导致物联网的发展不能有效迎合无线城市发展潮流。

WIFI、蓝牙等方式无线传感网技术存在网络使用寿命短，采集数据冗余性高、短距离通信网络基础设施部署数量大等问题存在，并且都需要其它的远程网络设备做为接入点用于将节点的数据上报到远程端。当各种应用场景都存在时，就需要不断的投入、建设以适应不同的物联网络设备节点的接入。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统，包括

ZigBee车载终端设备，用于进入ZigBee网络后，按照起始通信地址，向ZigBee网络协调器发送注册信息；并实时接收ZigBee检测节点终端设备发送的数据包；所述ZigBee车载终端设备在收到ZigBee检测节点终端设备发送来的数据包，将数据重新打包后发送到车载的GPS定位终端，并通过车载的GPS定位终端最终上传至相关部门管理平台；

ZigBee网络协调器，用于实时监测进入ZigBee网络的ZigBee车载终端设备，并根据接收到的注册信息，当ZigBee车载终端设备的注册信息符合预设标准时，ZigBee网络协调器向网络内所有ZigBee检测节点终端设备发送车辆到达的广播信息；所述车辆到达的广播信息中包含达到该ZigBee网路的ZigBee车载终端设备的起始通信地址；

ZigBee检测节点终端设备，安装在公共设施上，与传感器连接；每个ZigBee检测节点终端设备都设有缓冲存储区，所述缓冲存储区中暂存预上报的数据包；所述ZigBee检测节点终端设备用于接收到所述广播信息后检测缓冲存储区，看是否有要求传送的数据包，如果有，则将数据包直接发送到ZigBee车载终端设备的起始通信地址；如果不需要传送，则该ZigBee检测节点终端设备保持静默。

优选的，所述数据包中包括源设备地址码、设备应用业务类型编码、设备SN编码、汇报事件业务类型、汇报事件业务参数。

在上述任一方案中优选的是，所述设备应用业务类型编码和设备SN编码组合构成ZigBee检测节点终端设备的唯一身份识别码。

在上述任一方案中优选的是，所述预设标准包括设定ZigBee车载终端设备和ZigBee检测节点终端设备的通信地址分界线；每个ZigBee车载终端设备的通讯起始地址都大于分界地址；每个ZigBee检测节点终端设备的通讯起始地址都小于分界地址。

本发明还提供一种ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集方法，包括以下步骤：

S1、ZigBee车载终端设备，用于进入ZigBee网络后，按照起始通信地址，向ZigBee网络协调器发送注册信息；

S2、ZigBee网络协调器，根据接收到的注册信息，判断ZigBee车载终端设备的注册信息是否符合预设标准，如果符合预设标准，向ZigBee网络内所有ZigBee检测节点终端设备发送车辆到达的广播信息和到达的ZigBee车载终端设备的通信地址；如果不符合则不发送；

S3、ZigBee检测节点终端设备接收到广播信息后检测缓冲存储区，看是否有要求传送的数据包，如果有，则将数据包直接发送到ZigBee车载终端设备的起始通信地址；如果不需要传送，则该ZigBee检测节点终端设备保持静默；

S4、ZigBee车载终端设备，实时接收ZigBee检测节点终端设备发送的数据包；所述ZigBee车载终端设备在收到ZigBee检测节点终端设备发送来的数据包，将数据重新打包后发送到车载的GPS定位终端，并通过车载的GPS定位终端最终上传至相关部门管理平台。

优选的，在步骤S3中，所述数据包中包括源设备地址码、设备应用业务类型编码、设备SN编码、汇报事件业务类型、汇报事件业务参数。

在上述任一方案中优选的是，所述设备应用业务类型编码和设备SN编码组合构成ZigBee检测节点终端设备的唯一身份识别码。

在上述任一方案中优选的是，在步骤S2中，所述预设标准包括设定ZigBee车载终端设备和ZigBee检测节点终端设备的通信地址分界线；每个ZigBee车载终端设备的通讯起始地址都大于分界地址；每个ZigBee检测节点终端设备的通讯起始地址都小于分界地址。

根据本发明实施例提供的一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统及方法，相比于现有技术，至少具有以下优点：

1、地面公交通车辆在行驶营运过程中，所有路面检测节点的ZigBee终端设备如垃圾桶、井盖、下水道、路灯等可随时将自己的状态数据通过ZigBee网络汇报给途经的车辆上车载的ZigBee终端设备。

2、城市地面公共交通车辆包括公交车、出租车等，其运营范围基本覆盖了所辖区域的全范围。并且目前都已安装了GPS定位终端，都具有数据通讯功能。车载的ZigBee终端设备接收数据后再将数据打包透传回控制中心。控制中心根据数据包所表示的节点类型将数据送往相关的单位部门进行进一步的分析应用，实现了海量数据的移动获取和综合分析。

3、采用ZigBee网络通信，具有低功耗、低成本、短时延、高容量、高安全性的优点，毫秒级的接入网络速度完全优于WIFI、蓝牙等三到十数秒的接入速度。从性能上就保障了车辆快速经过时的数据交换要求。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例提供的一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统的连接结构图；

图2为本发明实施例提供的一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统的ZigBee检测节点终端设备通信链路图；

图3为本发明实施例提供的一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集方法的流程图；

图中：

1、ZigBee检测节点终端设备；2、ZigBee网络协调器；3、ZigBee车载终端设备；4、GPS定位终端；5、管理平台；6、ZigBee中继器；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统，包括

ZigBee车载终端设备3，用于进入ZigBee网络后，按照起始通信地址，向ZigBee网络协调器2发送注册信息；并实时接收ZigBee检测节点终端设备1发送的数据包；所述ZigBee车载终端设备3在收到ZigBee检测节点终端设备1发送来的数据包，将数据重新打包后发送到车载的GPS定位终端4，并通过车载的GPS定位终端4最终上传至相关部门管理平台5。

ZigBee网络协调器2，用于实时监测进入ZigBee网络的ZigBee车载终端设备3，并根据接收到的注册信息，当ZigBee车载终端设备3的注册信息符合预设标准时，ZigBee网络协调器2向网络内所有ZigBee检测节点终端设备1发送车辆到达的广播信息；所述车辆到达的广播信息中包含达到该ZigBee网路的ZigBee车载终端设备3的起始通信地址。

在本发明中，ZigBee网络协调器2可以直接向ZigBee检测节点终端设备1发送广播信息，也可以通过ZigBee网络协调器2先向ZigBee中继器6分发广播信息，再由ZigBee中继器6向ZigBee检测节点终端设备1转发广播信息。

需要说明的是，在上述任一方案中优选的是，所述预设标准包括设定ZigBee车载终端设备3和ZigBee检测节点终端设备1的通信地址分界线；每个ZigBee车载终端设备3的通讯起始地址都大于分界地址；每个ZigBee检测节点终端设备1的通讯起始地址都小于分界地址。

在本发明的一个实施例中设定地址0xFFFFFF为预设标准中的通信地址分界线；则每个ZigBee车载终端设备，通讯起始地址都大于0xFFFFFF；每个ZigBee检测节点终端设备，通讯起始地址都小于0xFFFFFF。

ZigBee检测节点终端设备，与传感器连接，ZigBee检测节点终端设备安装在公共设施上，每个ZigBee检测节点终端设备都设有缓冲存储区，所述缓冲存储区中暂存预上报的数据包；所述ZigBee检测节点终端设备用于接收到所述广播信息后检测缓冲存储区，看是否有要求传送的数据包，如果有，则将数据包直接发送到ZigBee车载终端设备的起始通信地址；如果不需要传送，则该ZigBee检测节点终端设备保持静默。

优选的，所述数据包中包括源设备地址码、设备应用业务类型编码、设备SN编码、汇报事件业务类型、汇报事件业务参数。所述设备应用业务类型编码和设备SN编码组合构成ZigBee检测节点终端设备的唯一身份识别码。其中、设备应用业务类型编码代表路灯、井盖、下水道、垃圾箱等；汇报事件业务类型代表故障、状态编码；汇报事件业务参数代表用来描述业务类型的数据参数。

本发明提供的一个实施例中，公共设施包括路灯、井盖、下水道、垃圾箱等室外随处可见的公共设施；在本实施例中，与ZigBee检测节点终端设备连接的传感器，则分别为用于探测路灯、井盖、下水道、垃圾箱的各部门专用传感器，例如，路灯上设置光照传感器，通过光照传感器采集路灯的照明亮度和照明时间，由此判断，该路灯是否正常工作。进一步，井盖根据所属部门可以为电力井盖、水利井盖；通过在井盖中设置电力传感器或者水位传感器，当电力井盖中的电缆出现破损，发生漏电时，电力传感器可以及时采集漏电信号，并上报给ZigBee检测节点终端设备；同理，刚供水管路的井盖中出现漏水，水位传感器采集该漏水信息，并上报给ZigBee检测节点终端设备。

本发明还提供一种ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集方法，应用在上述系统中，包括以下步骤：

S1、ZigBee车载终端设备，用于进入ZigBee网络后，按照起始通信地址，向ZigBee网络协调器发送注册信息；

S2、ZigBee网络协调器，根据接收到的注册信息，判断ZigBee车载终端设备的注册信息是否符合预设标准，如果符合预设标准，向ZigBee网络内所有ZigBee检测节点终端设备发送车辆到达的广播信息和到达的ZigBee车载终端设备的通信地址；如果不符合则不发送。

在本发明中，ZigBee网络协调器可以直接向ZigBee检测节点终端设备发送广播信息，也可以通过ZigBee网络协调器先向ZigBee中继器分发广播信息，再由ZigBee中继器向ZigBee检测节点终端设备转发广播信息。

在步骤S2中，所述预设标准包括设定ZigBee车载终端设备和ZigBee检测节点终端设备的通信地址分界线；每个ZigBee车载终端设备的通讯起始地址都大于分界地址；每个ZigBee检测节点终端设备的通讯起始地址都小于分界地址。

在本发明的一个实施例中设定地址0xFFFFFF为预设标准中的通信地址分界线；则每个ZigBee车载终端设备，通讯起始地址都大于0xFFFFFF；每个ZigBee检测节点终端设备，通讯起始地址都小于0xFFFFFF。

S3、ZigBee检测节点终端设备接收到广播信息后检测缓冲存储区，看是否有要求传送的数据包，如果有，则将数据包直接发送到ZigBee车载终端设备的起始通信地址；如果不需要传送，则该ZigBee检测节点终端设备保持静默；

在步骤S3中，所述数据包中包括源设备地址码、设备应用业务类型编码、设备SN编码、汇报事件业务类型、汇报事件业务参数。所述设备应用业务类型编码和设备SN编码组合构成ZigBee检测节点终端设备的唯一身份识别码。其中、设备应用业务类型编码代表路灯、井盖、下水道、垃圾箱等；汇报事件业务类型代表故障、状态编码；汇报事件业务参数代表用来描述业务类型的数据参数。

ZigBee检测节点终端设备，与传感器连接，ZigBee检测节点终端设备安装在公共设施上，其中，公共设施包括路灯、井盖、下水道、垃圾箱等室外随处可见的公共设施；在本实施例中，与ZigBee检测节点终端设备连接的传感器，则分别为用于探测路灯、井盖、下水道、垃圾箱的各部门专用传感器，例如路灯上设置光照传感器，通过光照传感器采集路灯的照明亮度和照明时间，由此判断，该路灯是否正常工作。进一步，井盖根据所属部门可以为电力井盖、水利井盖；通过在井盖中设置电力传感器或者水位传感器，当电力井盖中的电缆出现破损，发生漏电时，电力传感器可以及时采集漏电信号，并上报给ZigBee检测节点终端设备；同理，刚供水管路的井盖中出现漏水，水位传感器采集该漏水信息，并上报给ZigBee检测节点终端设备。

S4、ZigBee车载终端设备，实时接收ZigBee检测节点终端设备发送的数据包；所述ZigBee车载终端设备在收到ZigBee检测节点终端设备发送来的数据包，将数据重新打包后发送到车载的GPS定位终端，并通过车载的GPS定位终端最终上传至相关部门管理平台。原车载的GPS定位终端收到透传数据包后将数据通过2G\3G\4G网络传送到各自车辆的运营服务平台；各车辆的运营服务平台收到透传数据包后根据包内的设备应用业务类型(路灯、井盖、下水道、垃圾箱等)而将数据包再次转发到相关的业务单位(路灯管理所、环卫部门、城管部门)；重复上述过程完成通过城市公共交通运输车辆动态采集全城路灯、井盖、下水道、垃圾箱等关键点的信息数据。

本发明涉及一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统制作方法，尤其涉及如何通过公共交通车辆将各种检测节点的数据通过ZigBee汇总后经由车辆上的设备通过2G，3G设备透明传送到远程端的实现方法。

ZigBee作为一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低成本、低数据速率的无线网络技术，能够实现物联网内的信息识别、信息通信、地理位置定位等关键技术的研究，并建立相应的技术应用系统。各种应用场景都可以通过同一系统全面整合在一起。城市地面公共交通车辆包括公交车、出租车等，其运营范围基本覆盖了所辖区域的全范围。并且目前都已安装了GPS定位终端，都具有数据通讯功能。地面公交通车辆在行驶营运过程中，所有路面检测节点的ZigBee终端设备如垃圾桶、井盖、下水道、路灯等可随时将自己的状态数据通过ZigBee网络汇报给途经的车辆上车载的ZigBee终端设备。车载的ZigBee终端设备接收数据后再将数据打包透传回控制中心。控制中心根据数据包头的所表示的节点类型将数据送往相关的单位部门进行进一步的分析应用。同时ZigBee网络毫秒级的接入网络速度完全优于WIFI、蓝牙等三到十数秒的接入速度。从性能上就保障了车辆快速经过时的数据交换要求。

采用ZigBee还具有1、低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

2、低成本。通过大幅简化协议，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，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。

3、短时延。ZigBee的响应速度较快，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，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。

4、高容量。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。

5、高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(Access Control List,ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。

6、免执照频段。使用工业科学医疗(ISM)频段，915MHz(美国),868MHz(欧洲),2.4GHz(全球)。由于此三个频带物理层并不相同，其各自信道带宽也不同，分别为0.6MHz,2MHz和5MHz。分别有1个,10个和16个信道。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统，其特征在于，包括

ZigBee车载终端设备，用于进入ZigBee网络后，按照起始通信地址，向ZigBee网络协调器发送注册信息；并实时接收ZigBee检测节点终端设备发送的数据包；所述ZigBee车载终端设备在收到ZigBee检测节点终端设备发送来的数据包，将数据重新打包后发送到车载的GPS定位终端，并通过车载的GPS定位终端最终上传至相关部门管理平台；

ZigBee网络协调器，用于实时监测进入ZigBee网络的ZigBee车载终端设备，并根据接收到的注册信息，当ZigBee车载终端设备的注册信息符合预设标准时，ZigBee网络协调器向网络内所有ZigBee检测节点终端设备发送车辆到达的广播信息；所述车辆到达的广播信息中包含达到该ZigBee网路的ZigBee车载终端设备的起始通信地址；

ZigBee检测节点终端设备，安装在公共设施上，与传感器连接；每个ZigBee检测节点终端设备都设有缓冲存储区，所述缓冲存储区中暂存预上报的数据包；所述ZigBee检测节点终端设备用于接收到所述广播信息后检测缓冲存储区，看是否有要求传送的数据包，如果有，则将数据包直接发送到ZigBee车载终端设备的起始通信地址；如果不需要传送，则该ZigBee检测节点终端设备保持静默。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统，其特征在于，所述数据包中包括ZigBee检测节点终端设备地址码、ZigBee检测节点终端设备设事件业务参数。

3.根据权利要求2所述的基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统，其特征在于，所述ZigBee检测节点终端设备应用业务类型编码和ZigBee检测节点终端设备SN编码组合构成ZigBee检测节点终端设备的唯一身份识别码。

4.根据权利要求1所述的基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集系统，其特征在于，所述预设标准包括设定ZigBee车载终端设备和ZigBee检测节点终端设备的通信地址分界线；每个ZigBee车载终端设备的通讯起始地址都大于分界地址；每个ZigBee检测节点终端设备的通讯起始地址都小于分界地址。

5.一种基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、ZigBee车载终端设备，用于进入ZigBee网络后，按照起始通信地址，向ZigBee网络协调器发送注册信息；

S2、ZigBee网络协调器，根据接收到的注册信息，判断ZigBee车载终端设备的注册信息是否符合预设标准，如果符合预设标准，向ZigBee网络内所有ZigBee检测节点终端设备发送车辆到达的广播信息和到达的ZigBee车载终端设备的通信地址；如果不符合则不发送；

S3、ZigBee检测节点终端设备接收到广播信息后检测缓冲存储区，看是否有要求传送的数据包，如果有，则将数据包直接发送到ZigBee车载终端设备的起始通信地址；如果不需要传送，则该ZigBee检测节点终端设备保持静默；

S4、ZigBee车载终端设备，实时接收ZigBee检测节点终端设备发送的数据包；所述ZigBee车载终端设备在收到ZigBee检测节点终端设备发送来的数据包，将数据重新打包后发送到车载的GPS定位终端，并通过车载的GPS定位终端最终上传至相关部门管理平台。

6.根据权利要求5所述的基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集方法，其特征在于，在步骤S3中，所述数据包中包括ZigBee检测节点终端设备地址码、ZigBee检测节点终端设备应用业务类型编码、ZigBee检测节点终端设备SN编码、汇报事件业务类型、汇报事件业务参数。

7.根据权利要求6所述的基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集方法，其特征在于，所述ZigBee检测节点终端设备应用业务类型编码和ZigBee检测节点终端设备SN编码组合构成ZigBee检测节点终端设备的唯一身份识别码。

8.根据权利要求5所述的基于ZigBee和公共交通车辆的无线信息采集方法，其特征在于，所述预设标准包括设定ZigBee车载终端设备和ZigBee检测节点终端设备的通信地址分界线；每个ZigBee车载终端设备的通讯起始地址都大于分界地址；每个ZigBee检测节点终端设备的通讯起始地址都小于分界地址。

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