基于ZigBee停車場短信尋車系統(tǒng)的設計

摘要：基于ZigBee停車場短信尋車系統(tǒng)實現(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)點模塊、路由器模塊和協(xié)調器模塊構成。終端節(jié)點模塊由CC2530、矩陣鍵盤和顯示電路等構成，用于輸入并發(fā)送手機號碼和模塊所在的地址信息給距離該節(jié)點最近的路由器或協(xié)調器；路由器模塊由CC2530和CC2591構成，用于將終端節(jié)點發(fā)送的信息轉發(fā)給協(xié)調器；協(xié)調器模塊由CC2530、C8051F040和GSM模塊等組成，作為協(xié)調器的CC2530當接收到路由器或終端節(jié)點發(fā)送來信息時，會將信息發(fā)送給C8051F040的串口0。C8051F040接收到信息后進行地址匹配，然后將匹配信息和手機號碼通過串口1發(fā)送給GSM模塊，由GSM將車輛所停位置信息發(fā)送給對應的手機號碼。
關鍵詞：CC2530；停車場；C8051F040；GSM

    隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及技術的進步，現(xiàn)代停車場逐漸向多空間、多功能、智能化方向發(fā)展，相應的停車場管理系統(tǒng)也應用而生，例如區(qū)域車位引導系統(tǒng)、刷卡系統(tǒng)和自動車型區(qū)分收費系統(tǒng)等。當停車場空間較大，停車車位較多時，車主會很容易忘記車輛所停位置，從而浪費一些時間在尋找車輛上。停車場短信尋車系統(tǒng)能夠將車輛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。考慮到現(xiàn)代停車場空間大、車位多，用傳統(tǒng)的485或CAN方式將浪費大量的時間在布485總線或CAN總線上，且一旦總線出現(xiàn)問題整個系統(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)絡節(jié)點形式，分別是網(wǎng)絡協(xié)調器’節(jié)點(Coordinator)、路由器節(jié)點(Router)和終端節(jié)點(End Device)。網(wǎng)絡終端節(jié)點用于發(fā)送手機號碼和其對應的地址信息；路由器節(jié)點用于將終端節(jié)點模塊發(fā)送的信息轉發(fā)給協(xié)調器；協(xié)調器節(jié)點負責網(wǎng)絡的建立、網(wǎng)絡地址的分配以及接收路由器模塊和終端節(jié)點模塊發(fā)送來的信息。由于采用無線形式，終端節(jié)點模塊可以很方便地安裝在停車場的各個角落，且ZigBee采用自組織網(wǎng)絡通信，當一個終端節(jié)點模塊出現(xiàn)問題時，不會影響整個系統(tǒng)的運行，同時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的特點。

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)的總體結構圖如圖1所示。當車主在停車場停好位置后，通過終端節(jié)點的鍵盤輸入自己的手機號碼，按發(fā)送鍵后終端節(jié)點會將手機號碼和終端節(jié)點的地址信息無線發(fā)送給距離最近的路由器或協(xié)調器，路由器接收到信息后會轉發(fā)給協(xié)調器，當協(xié)調器接收到路由器或終端節(jié)點發(fā)送的信息時會進行地址匹配，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該位置的短信到車主的手機號碼上，從而實現(xiàn)短信尋車。

2 終端節(jié)點模塊的設計
    終端節(jié)點模塊由CC2530、按鍵電路、顯示電路和時鐘電路等構成。CC2530是TI公司以C51為內核的ZigBee芯片，它支持國際802．15．4標準以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE標準，提供101 dB的鏈路質量，具有優(yōu)秀的接收器靈敏度和強大的抗干擾性，同時具有低功耗、低成本、低速率、時延短、高容量、高安全等特點，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間；顯示電路采用串口通訊12864，12864能顯示4行，每行顯示16個字符，完全滿足顯示11位手機號碼、時間和日期等。終端節(jié)點模塊的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的設備類型設置成網(wǎng)絡終端節(jié)點，并在協(xié)議棧中添加LCD顯示子程序、矩陣鍵盤子程序、1302讀寫子程序和時間校準子程序，并更改協(xié)議棧中的子程序SampleApp_SendFlashMessage()的發(fā)送內容。當車主在終端節(jié)點模塊上輸入手機號碼，按發(fā)送鍵后程序會調用Sample App_Se nd Flash Message()，把手機號碼和地址信息發(fā)送給距離最近的協(xié)調器或路由器。

3 路由器模塊的設計
    考慮到路由器模塊距終端節(jié)點模塊較近，離協(xié)調器模塊較遠，單獨使用CC2530作為路由器模塊可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失，由于CC2591的傳輸距離可達1～3 km，所以這里采用CC2530+CC2591構成。當路由器模塊接收到終端節(jié)點發(fā)送的信息時，會把信息轉發(fā)給協(xié)調器；當接收到協(xié)調器發(fā)送來的反饋信息時，會轉發(fā)給對應的終端節(jié)點，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的設備類型設置成網(wǎng)絡路由器節(jié)點，則在ZigBee協(xié)議棧中只需要更改應用層事件處理函數(shù)SampleApp_ProcessMSGCmd(aflncomingMSGPacket_t*pkt)，使其在接收到信息后調用SampleApp_SendFlashMessage()，把接收到的信息發(fā)送出去即可。

4 協(xié)調器模塊的設計
    協(xié)調器由CC2530、C8051F040、NANDFLASH、DS12887、1602和GSM模塊組成。由于普通的51單片機只有1個串口，無法滿足設計的要求，所以這里采用C8051F040，C8051F040有1個12位多通道ADC，2個12位DAC，2個電壓比較器，1個電壓基準，1個32KB的FLASH存儲器，2個UART口，與MCS-51指令集完全兼容的高速CIP-51內核。C8051F040的串口0與CC2530相連，用于接收CC2530發(fā)送的手機號碼和地址信息；串口1與GSM模塊，用于發(fā)送地址信息到對應的手機號碼上。NANDFLASH用于保存停車場各個區(qū)域的地址和如何從入口到達該地址的說明。DS12887高精度時鐘芯片用于顯示時間和日期，同時對各個終端節(jié)點的時間進行校準，當時間為00時00分00秒時，C8051F040會發(fā)送校準命令給CC2530，由CC2530通過ZigBee發(fā)送給各個終端節(jié)點，從而實現(xiàn)校準各個終端節(jié)點的時間為00時00分00秒。C8051F040采用Keil C51編程，包含單片機初始化程序、1602顯示子程序、NANDFLASH讀寫子程序、串口0接收子程序、時鐘程序、時間校準子程序和串口1接收子程序。協(xié)調器模塊的顯示電路和存儲電路如圖4所示。

    協(xié)調器模塊的CC2530的設備類型為網(wǎng)絡協(xié)調器節(jié)點，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，同時需要在ZigBee協(xié)議棧中更改協(xié)議棧中的應用層事件處理函數(shù)SampleApp_ProcessMSGCmd(afIncomingMSGPacket_t*pkt)，使其在接收到信息后調用串口發(fā)送子程序把信息發(fā)送給C8051F040。當串口接收到C8051F040發(fā)送的時間校準命令時，調用串口接收子程序，使CC2530以廣播的形式把校準命令發(fā)送給各個終端節(jié)點模塊。
    協(xié)調器模塊是整個停車場短信尋車系統(tǒng)的核心部分，起到接收終端節(jié)點發(fā)來的地址信息和手機號碼，并對接收的地址信息進行比對，比對后把對應的地址信息的短信通過GSM模塊發(fā)送給車主。例如當協(xié)調器模塊接收到終端節(jié)點為0x01、手機號碼為13800000000的信息時，會進行地址比對，比對后將保存在NANDFLASH中所對應的短信“尊敬的客戶，您好，您所停車位為A00-A09，從1號電梯向右50 m可到達該位置”發(fā)送到13800000000的手機號碼上，從而實現(xiàn)短信尋車。

5 結束語
    基于ZigBee停車場短信尋車系統(tǒng)實現(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設計，功耗低、便于安裝和維護。相對于采用485或CAN總線，ZigBee不需要花費大量時間在布各種總線上，且對于已經(jīng)使用的停車場，不需要布線就能夠快速的安裝和使用。