基于ZigBee停車場短信尋車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：基于ZigBee停車場短信尋車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將車輛在停車場的位置通過短信發(fā)送給車主，方便車主離開停車場后快速找到自己的車輛。該停車場短信尋車系統(tǒng)主要由終端節(jié)點(diǎn)模塊、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊構(gòu)成。終端節(jié)點(diǎn)模塊由CC2530、矩陣鍵盤和顯示電路等構(gòu)成，用于輸入并發(fā)送手機(jī)號(hào)碼和模塊所在的地址信息給距離該節(jié)點(diǎn)最近的路由器或協(xié)調(diào)器；路由器模塊由CC2530和CC2591構(gòu)成，用于將終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器模塊由CC2530、C8051F040和GSM模塊等組成，作為協(xié)調(diào)器的CC2530當(dāng)接收到路由器或終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送來信息時(shí)，會(huì)將信息發(fā)送給C8051F040的串口0。C8051F040接收到信息后進(jìn)行地址匹配，然后將匹配信息和手機(jī)號(hào)碼通過串口1發(fā)送給GSM模塊，由GSM將車輛所停位置信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)的手機(jī)號(hào)碼。
關(guān)鍵詞：CC2530；停車場；C8051F040；GSM

    隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代停車場逐漸向多空間、多功能、智能化方向發(fā)展，相應(yīng)的停車場管理系統(tǒng)也應(yīng)用而生，例如區(qū)域車位引導(dǎo)系統(tǒng)、刷卡系統(tǒng)和自動(dòng)車型區(qū)分收費(fèi)系統(tǒng)等。當(dāng)停車場空間較大，停車車位較多時(shí)，車主會(huì)很容易忘記車輛所停位置，從而浪費(fèi)一些時(shí)間在尋找車輛上。停車場短信尋車系統(tǒng)能夠?qū)④囕v所停位置信息通過短信方式發(fā)送給車主，從而方便車主尋車?？紤]到現(xiàn)代停車場空間大、車位多，用傳統(tǒng)的485或CAN方式將浪費(fèi)大量的時(shí)間在布485總線或CAN總線上，且一旦總線出現(xiàn)問題整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓，所以該停車場短信尋車系統(tǒng)采用ZigBee無線傳輸方式。ZigBee定義了3種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)形式，分別是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器’節(jié)點(diǎn)(Coordinator)、路由器節(jié)點(diǎn)(Router)和終端節(jié)點(diǎn)(End Device)。網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送手機(jī)號(hào)碼和其對(duì)應(yīng)的地址信息；路由器節(jié)點(diǎn)用于將終端節(jié)點(diǎn)模塊發(fā)送的信息轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立、網(wǎng)絡(luò)地址的分配以及接收路由器模塊和終端節(jié)點(diǎn)模塊發(fā)送來的信息。由于采用無線形式，終端節(jié)點(diǎn)模塊可以很方便地安裝在停車場的各個(gè)角落，且ZigBee采用自組織網(wǎng)絡(luò)通信，當(dāng)一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)模塊出現(xiàn)問題時(shí)，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)該停車場短信尋車系統(tǒng)具有功耗低，操作簡單和便于維護(hù)的特點(diǎn)。

1 停車場短信尋車系統(tǒng)的工作原理
    停車場短信尋車系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。當(dāng)車主在停車場停好位置后，通過終端節(jié)點(diǎn)的鍵盤輸入自己的手機(jī)號(hào)碼，按發(fā)送鍵后終端節(jié)點(diǎn)會(huì)將手機(jī)號(hào)碼和終端節(jié)點(diǎn)的地址信息無線發(fā)送給距離最近的路由器或協(xié)調(diào)器，路由器接收到信息后會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器，當(dāng)協(xié)調(diào)器接收到路由器或終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息時(shí)會(huì)進(jìn)行地址匹配，然后發(fā)送一條包含車位所在的區(qū)域和如何從入口到達(dá)該位置的短信到車主的手機(jī)號(hào)碼上，從而實(shí)現(xiàn)短信尋車。

2 終端節(jié)點(diǎn)模塊的設(shè)計(jì)
    終端節(jié)點(diǎn)模塊由CC2530、按鍵電路、顯示電路和時(shí)鐘電路等構(gòu)成。CC2530是TI公司以C51為內(nèi)核的ZigBee芯片，它支持國際802．15．4標(biāo)準(zhǔn)以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE標(biāo)準(zhǔn)，提供101 dB的鏈路質(zhì)量，具有優(yōu)秀的接收器靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性，同時(shí)具有低功耗、低成本、低速率、時(shí)延短、高容量、高安全等特點(diǎn)，其傳輸距離在10～100 m，在增加RF發(fā)射功率后，傳輸距離可達(dá)1～3 km。
    按鍵電路采用3x4的矩陣鍵盤，用于輸入0到9、刪除和發(fā)送；時(shí)鐘電路采用DS1302。DS1302接口簡單、使用方便、功耗低，只需添加少許程序就可以在顯示電路上顯示時(shí)間；顯示電路采用串口通訊12864，12864能顯示4行，每行顯示16個(gè)字符，完全滿足顯示11位手機(jī)號(hào)碼、時(shí)間和日期等。終端節(jié)點(diǎn)模塊的CC2530連接電路圖如圖2所示。

    CC2530所用的協(xié)議棧為ZStack-CC2530-2．3．0-1．4．0，編程軟件版本為IAR Embedded Workbench for MCS-51 7．51A，這里需要把CC2530的設(shè)備類型設(shè)置成網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)，并在協(xié)議棧中添加LCD顯示子程序、矩陣鍵盤子程序、1302讀寫子程序和時(shí)間校準(zhǔn)子程序，并更改協(xié)議棧中的子程序SampleApp_SendFlashMessage()的發(fā)送內(nèi)容。當(dāng)車主在終端節(jié)點(diǎn)模塊上輸入手機(jī)號(hào)碼，按發(fā)送鍵后程序會(huì)調(diào)用Sample App_Se nd Flash Message()，把手機(jī)號(hào)碼和地址信息發(fā)送給距離最近的協(xié)調(diào)器或路由器。

3 路由器模塊的設(shè)計(jì)
    考慮到路由器模塊距終端節(jié)點(diǎn)模塊較近，離協(xié)調(diào)器模塊較遠(yuǎn)，單獨(dú)使用CC2530作為路由器模塊可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失，由于CC2591的傳輸距離可達(dá)1～3 km，所以這里采用CC2530+CC2591構(gòu)成。當(dāng)路由器模塊接收到終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息時(shí)，會(huì)把信息轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器；當(dāng)接收到協(xié)調(diào)器發(fā)送來的反饋信息時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)，所以路由器主要起到中繼路由的作用。路由器模塊的CC2591連接電路圖如圖3所示。

    這里需要把CC2530的設(shè)備類型設(shè)置成網(wǎng)絡(luò)路由器節(jié)點(diǎn)，則在ZigBee協(xié)議棧中只需要更改應(yīng)用層事件處理函數(shù)SampleApp_ProcessMSGCmd(aflncomingMSGPacket_t*pkt)，使其在接收到信息后調(diào)用SampleApp_SendFlashMessage()，把接收到的信息發(fā)送出去即可。

4 協(xié)調(diào)器模塊的設(shè)計(jì)
    協(xié)調(diào)器由CC2530、C8051F040、NANDFLASH、DS12887、1602和GSM模塊組成。由于普通的51單片機(jī)只有1個(gè)串口，無法滿足設(shè)計(jì)的要求，所以這里采用C8051F040，C8051F040有1個(gè)12位多通道ADC，2個(gè)12位DAC，2個(gè)電壓比較器，1個(gè)電壓基準(zhǔn)，1個(gè)32KB的FLASH存儲(chǔ)器，2個(gè)UART口，與MCS-51指令集完全兼容的高速CIP-51內(nèi)核。C8051F040的串口0與CC2530相連，用于接收CC2530發(fā)送的手機(jī)號(hào)碼和地址信息；串口1與GSM模塊，用于發(fā)送地址信息到對(duì)應(yīng)的手機(jī)號(hào)碼上。NANDFLASH用于保存停車場各個(gè)區(qū)域的地址和如何從入口到達(dá)該地址的說明。DS12887高精度時(shí)鐘芯片用于顯示時(shí)間和日期，同時(shí)對(duì)各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)間為00時(shí)00分00秒時(shí)，C8051F040會(huì)發(fā)送校準(zhǔn)命令給CC2530，由CC2530通過ZigBee發(fā)送給各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的時(shí)間為00時(shí)00分00秒。C8051F040采用Keil C51編程，包含單片機(jī)初始化程序、1602顯示子程序、NANDFLASH讀寫子程序、串口0接收子程序、時(shí)鐘程序、時(shí)間校準(zhǔn)子程序和串口1接收子程序。協(xié)調(diào)器模塊的顯示電路和存儲(chǔ)電路如圖4所示。

    協(xié)調(diào)器模塊的CC2530的設(shè)備類型為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，在ZigBee協(xié)議棧中需要添加串口發(fā)送子程序和串口接收子程序，同時(shí)需要在ZigBee協(xié)議棧中更改協(xié)議棧中的應(yīng)用層事件處理函數(shù)SampleApp_ProcessMSGCmd(afIncomingMSGPacket_t*pkt)，使其在接收到信息后調(diào)用串口發(fā)送子程序把信息發(fā)送給C8051F040。當(dāng)串口接收到C8051F040發(fā)送的時(shí)間校準(zhǔn)命令時(shí)，調(diào)用串口接收子程序，使CC2530以廣播的形式把校準(zhǔn)命令發(fā)送給各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)模塊。
    協(xié)調(diào)器模塊是整個(gè)停車場短信尋車系統(tǒng)的核心部分，起到接收終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來的地址信息和手機(jī)號(hào)碼，并對(duì)接收的地址信息進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)后把對(duì)應(yīng)的地址信息的短信通過GSM模塊發(fā)送給車主。例如當(dāng)協(xié)調(diào)器模塊接收到終端節(jié)點(diǎn)為0x01、手機(jī)號(hào)碼為13800000000的信息時(shí)，會(huì)進(jìn)行地址比對(duì)，比對(duì)后將保存在NANDFLASH中所對(duì)應(yīng)的短信“尊敬的客戶，您好，您所停車位為A00-A09，從1號(hào)電梯向右50 m可到達(dá)該位置”發(fā)送到13800000000的手機(jī)號(hào)碼上，從而實(shí)現(xiàn)短信尋車。

5 結(jié)束語
    基于ZigBee停車場短信尋車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將車輛在停車場所停的位置通過短信發(fā)送給車主，方便車主離開停車場后快速找到自己的車輛。該系統(tǒng)采用ZigBee設(shè)計(jì)，功耗低、便于安裝和維護(hù)。相對(duì)于采用485或CAN總線，ZigBee不需要花費(fèi)大量時(shí)間在布各種總線上，且對(duì)于已經(jīng)使用的停車場，不需要布線就能夠快速的安裝和使用。