剖析紫蜂技術(shù)在保障車輛上應(yīng)用

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摘要：保障車輛在固定區(qū)域執(zhí)行任務(wù)時，作為監(jiān)測中心的監(jiān)測人員，無法了解和控制車輛的運行路線和工作狀態(tài)，這給監(jiān)測中心的人員帶來了諸多不便，zigbee新技術(shù)的出現(xiàn)和運用則給指揮員帶來很大的方便。文章主要對zigbee技術(shù)的原理，技術(shù)的主要特點，重點是紫峰技術(shù)在保障車輛方面的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，并設(shè)計了一個系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，紫峰模塊主要負(fù)責(zé)把已采集到的數(shù)據(jù)及時傳送給監(jiān)測中心的人員，確保各項保障任務(wù)的順利完成。

關(guān)鍵詞：zigbee技術(shù)保障車輛；監(jiān)測控制

1.引言

2000年12月IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineer,電子電機(jī)學(xué)會)成立了IEEE802.15.4工作組，它致力于定義一種供廉價的固定便攜式移動設(shè)備，使用低復(fù)雜度，低成本，低功耗和低速率的無線連接技術(shù)，工作在2.4GHz和869/915MHz頻段的無線技術(shù)。IEEE802.15.4是紫峰技術(shù)的核心協(xié)議，是最近發(fā)展起來的一種短距離無線通信技術(shù)，功耗低，被業(yè)界認(rèn)為是最有可能應(yīng)用在工控場合的無線方式。紫峰這個名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，意思是蜜蜂通過跳zigzag形式的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置距離和方向等信息。

2.Zigbee技術(shù)的原理

完整的Zigbee協(xié)議由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用會聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。核心協(xié)議是IEEE802.15.4，該協(xié)議是滿足國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)和開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模式。它定義了單一的介質(zhì)訪問層(MAC)和多樣的物理層（PHY），表中概括了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)特征。Zigbee聯(lián)盟制定了MAC層以上協(xié)議，其協(xié)議套件由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用會聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。ZigBee在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上建立網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用支持層，包括巨大數(shù)量節(jié)點的處理（最大節(jié)點數(shù)可以達(dá)到65000個）、ZigBee設(shè)備對象、用戶定義的應(yīng)用輪廓以及應(yīng)用支持層等。應(yīng)用層則由用戶根據(jù)需要進(jìn)行開發(fā)。如圖所示。[1]

3.zigbee技術(shù)的特點和系統(tǒng)設(shè)計

3.1zigbee技術(shù)的主要特點

（1）低功耗2節(jié)五號電池可支持一個節(jié)點工作6個多月，甚至更長，這是zigbee技術(shù)的突出優(yōu)勢。

（2）低成本通過大幅簡化協(xié)議，而且還免收協(xié)議專利費。

（3）短時延zigbee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15毫秒。

（4）安全性能高。zigbee提供了3級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單、防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)的對稱密碼，具有很高的安全屬性。

（5）高容量zigbee可采用星狀網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干個子節(jié)點，同時主節(jié)點還可以由上一層節(jié)點管理，可組成節(jié)點大網(wǎng)，一個zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納65536個設(shè)備。正是這些組網(wǎng)靈活，低成本，低功耗等全新的特點，使得這項技術(shù)非常適合無線數(shù)據(jù)傳輸無線傳感器等方面的應(yīng)用，而且可以在山區(qū)等復(fù)雜地區(qū)的應(yīng)用。[2]

3.2系統(tǒng)的總體設(shè)計和說明

由于ZigBee收發(fā)模塊體積小，功耗低，集成或直接安放在保障車輛的某個地方或者安裝在電腦里，ZigBee收發(fā)模塊使用的是直序擴(kuò)頻技術(shù)，比起一般FSK、ASK和跳頻的數(shù)傳電臺來，具有更好的抗干擾能力和更遠(yuǎn)的傳輸距離。而且，每個模塊都有接收信號強(qiáng)弱指示功能，易于直接觀察網(wǎng)絡(luò)信號的強(qiáng)弱。隨著ZigBee技術(shù)的推廣應(yīng)用，采用該技術(shù)建立的無線網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)了信息化管理系統(tǒng)的功能要求，通過使用覆蓋距離不同、功能不同的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，使用低成本的無線收發(fā)模塊，能夠建立起一個適應(yīng)信息化管理系統(tǒng)的外場無線局部網(wǎng)絡(luò)。

該系統(tǒng)主要由單片機(jī)和zigbee模塊構(gòu)成，其間使用SPI接口通訊，由于沒有SPI接口，所以按照通訊的時序偽造一個SPI接口。多個傳感器分別負(fù)責(zé)采集外場保障車輛的不同參數(shù)，比如發(fā)動機(jī)的電壓，發(fā)動機(jī)的工作情況，頻率，位置等，把采集到的信息通過串口傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過SPI接口送給zigbee模塊，然后利用高頻無線發(fā)送出去，接受到數(shù)據(jù)以后，zigbee模塊通過中斷線通知單片機(jī)，單片機(jī)再利用SPI接口送出接受到的數(shù)據(jù)，通過串口送給監(jiān)控中心的計算機(jī)，這樣在計算機(jī)上就可以顯示出來。按此方法，各個單位可以控制自己的所擁有的車輛……

模型如圖所示：

每個單位用指揮室的電腦通過Zigbee技術(shù)來控制自己的保障車，然后每個單位和總指揮室連成一個星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)，使得車輛的有關(guān)信息可以方便的傳到總指揮室的電腦上。這樣總指揮室的人員不僅可以隨時調(diào)度各個單位的保障車，而且可以隨時知道保障車的運行路線和運行狀況，使車輛的保障、使用效率得到了很大的提高，也使車輛管理實現(xiàn)了信息化。需要指出的是在868MHz頻段上的無線信號傳輸損耗較小，與其他頻段相比，可以獲得較遠(yuǎn)的有效傳輸距離，從而可以用較少的設(shè)備覆蓋給定的區(qū)域，所以本系統(tǒng)采用868MHz頻段，如果保障車的保障地點距離監(jiān)測中心比較遠(yuǎn)，可以根據(jù)實際需要，在中途安裝多個Zigbee模塊，確保信號的有效傳輸。

例如，Zigbee技術(shù)可以應(yīng)用在城市的公交車上，在每輛公交車上安裝ZigBee收發(fā)模塊，模塊里的傳感器來采集不同參數(shù)，把采集到的信息通過串口傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過SPI接口傳給zigbee模塊，然后利用高頻無線發(fā)送出去，接受到數(shù)據(jù)以后，zigbee模塊通過中斷線通知單片機(jī)，這樣在計算機(jī)上就可以顯示出來。按此方法，監(jiān)控中心就可以掌握并控制在外行駛的公交車，從而及時準(zhǔn)確掌握公交車運行狀態(tài)，能保證公交車安全、有序的運行。

4.結(jié)論

Zigbee技術(shù)的應(yīng)用給監(jiān)測和管理車輛帶來了極大的方便，使車輛的運行路線和運行狀態(tài)能及時的反饋給指揮員，能極大的提高車輛的工作效率。相對于其他無線技術(shù)來說，該技術(shù)具有很多主要優(yōu)勢，使得該技術(shù)能夠得到很廣泛的應(yīng)用。