基于ZigBee的串口監(jiān)控軟件設計與實現(xiàn)

王中生，曹 梅

（西安工業(yè)大學 計算機科學與工程學院，陜西 西安 710032）

隨著城市的發(fā)展，車輛的增加，使人們出行越來越不便。如何能有效解決當前面臨的交通擁堵問題是公交系統(tǒng)目前需要重點解決的任務。筆者設計的系統(tǒng)通過ZigBee模塊來實現(xiàn)對車輛的定位，將車輛的現(xiàn)行信息傳輸回路由節(jié)點，通過串口通信與計算機相連，將數(shù)據(jù)顯示在屏幕上使調(diào)度人員能夠實時了解車輛行車信息，從而能夠有效地對道路擁堵狀況有所了解并進行及時的處理，對司機的行車情況及時了解。

1 ZigBee技術

ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術，采用IEEE802.15.4協(xié)議。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。

2 串口通信

串口通信是工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中至關重要的環(huán)節(jié)，主要采用基于RS232的串口開發(fā)。目前在Windows下實現(xiàn)串口通信主要有3種方式[1]：1）利用 MSComm控件串口通信編程；2）利用win32 API函數(shù)來實現(xiàn)；3）利用CSerialPort類進行串口編程。本系統(tǒng)采用MSComm控件進行開發(fā)是因為它是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，通過串行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，VC為其提供了使用RS232進行數(shù)據(jù)通信的所有協(xié)議，并提供了標準的事件處理函數(shù)和過程，軟件開發(fā)人員可以方便地通過屬性和方法的設置進行串口通信。

3 系統(tǒng)結構設計

本系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。下位機采用ZigBee模塊進行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，上位機采用VC++6.0開發(fā)軟件。如圖1所示。ZigBee模塊將車輛信息、站臺信息無線發(fā)送，避免了布線的麻煩。與其配套的上位機軟件是一個擁有良好界面的數(shù)據(jù)監(jiān)控和存儲中心。下位機主要完成數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送，上位機完成數(shù)據(jù)分析與存儲。本系統(tǒng)將ZigBee模塊安裝到公交車上，通過ZigBee模塊的無線通信功能將車輛信息與到站信息經(jīng)由網(wǎng)關節(jié)點最終通過串口傳送給上位機，由界面直觀顯示給調(diào)入人員。并將車輛ID、線路名固定地寫入到ZigBee模塊中，發(fā)送數(shù)據(jù)時就將這些信息發(fā)送給其他ZigBee模塊；公交站牌上同樣也安裝ZigBee模塊，當其接收到公交車輛上的節(jié)點模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)時，就將自己的站臺號加入該模塊的信息中并轉發(fā)給其他站牌節(jié)點模塊，判斷該發(fā)送信息是公交車輛上節(jié)點模塊發(fā)送還是站牌節(jié)點模塊發(fā)送，如果是公交車輛節(jié)點模塊發(fā)送的信息，判斷站臺號信息是否已經(jīng)加入到該模塊中，如果已經(jīng)加入就將其轉發(fā)給網(wǎng)關節(jié)點；如果未加入站臺號信息，就將自身的站臺號信息加入其中。如果是站牌節(jié)點模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，就將其轉發(fā)給網(wǎng)關節(jié)點，網(wǎng)關節(jié)點匯集信息后將其通過串口傳輸給上位機，上位機程序將信息進行解碼后顯示給調(diào)度人員。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖Fig.1 Overall structure diagram of system

3.1 串行通信模塊

主要進行數(shù)據(jù)的傳輸，對所收到的數(shù)據(jù)進行處理、分析、存儲。這里，下位機單片機將車輛ID、線路名、站臺號的十六進制碼傳輸給計算機，上位機需將這些字碼解碼后展示給調(diào)度人員。

在進行串口數(shù)據(jù)傳輸時，必須制定通信協(xié)議[2]。通過對系統(tǒng)的分析，幀格式為無奇偶校驗位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，波特率為38 400 B/s幀格式如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)幀格式Fig.2 Frame of system

3.2 數(shù)據(jù)接收模塊

為實現(xiàn)下位機數(shù)據(jù)能夠傳輸?shù)缴衔粰C上，本程序采用MSComm控件進行軟件開發(fā)，MSComm控件提供了多種屬性，通過使用這些屬性，能夠方便地進行開發(fā)[3]。

數(shù)據(jù)接收模塊流程圖如圖3所示。

1）打開串口。使用 PortOpen（）函數(shù)；2）初始化串口，設置串口參數(shù)；3）建立串口通信事件。通信控件提供了2種處理串口通信的方法：查詢法和事件驅使法。本系統(tǒng)中，采用事件驅使法實現(xiàn)，當發(fā)生通信事件或錯誤時，將觸發(fā)OnComm事件。用戶將在OnComm事件中添加代碼，實現(xiàn)想要的功能。部分代碼如下：

圖3 數(shù)據(jù)接收模塊流程圖Fig.3 Flow chart of data receiver module

4）關閉串口。

3.3 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)從下位機傳過來后，需要進行分析、轉換等操作，從而得到所需的數(shù)據(jù)[4]。將數(shù)據(jù)按照規(guī)定的幀格式傳輸，每幀包含3個數(shù)據(jù)，分別為車輛ID、線路名、站臺號，以十六進制形式表示。ZigBee[7]終端節(jié)點儲存的數(shù)據(jù)包含固定字節(jié)的車輛ID、線路名，而站臺號初始設為00x，當安裝在站牌上的ZigBee路由節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后，判斷站臺號數(shù)據(jù)位是否為00x，如果是則認為該數(shù)據(jù)是由終端節(jié)點發(fā)送，在該位將自己的站臺號加入后轉發(fā)給其他節(jié)點；如果不是則認為該幀已經(jīng)加入了其他站臺號，轉發(fā)數(shù)據(jù)即可。

上位機接收到數(shù)據(jù)后，分離出其中的數(shù)據(jù)位，將車輛ID、線路名、站臺號依次取出其中的值，進行數(shù)據(jù)類型轉換后保存到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)處理模塊的流程圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)處理模塊流程圖Fig.4 Flow chart of data processing module

3.4 數(shù)據(jù)顯示模塊

完成對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，將車輛到站信息直觀地顯示給調(diào)度人員，同時能夠對車輛信息、線路信息進行管理。調(diào)度人員還能查詢每天車輛的行進路線，從而對公交司機的考勤進行管理，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)主界面Fig.5 Main interface of system

3.5 數(shù)據(jù)保存模塊

為了方便數(shù)據(jù)的查詢，采用access數(shù)據(jù)庫作為存儲數(shù)據(jù)的工具。VC提供了多種方法連接數(shù)據(jù)庫，這里采用ADO連接方法[5]。ADO（ActiveX Data Objects）是一個用于存取數(shù)據(jù)源的COM組件，它提供了編程語言和統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問方式OLE DB的一個中間層。允許開發(fā)人員編寫訪問數(shù)據(jù)的代碼而不用關心數(shù)據(jù)庫是如何實現(xiàn)的。本系統(tǒng)采用ADO類連接數(shù)據(jù)庫，具體方法如下：

1）建立數(shù)據(jù)庫 在access里創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫Bus.mdb，分別建立 4張表：BusT、LineT、GetDataT、TS。BusT 表中字段如下：ID（車輛 ID）、Name（線路名）、Stnum（站臺數(shù)）。LineT 表中字段如下：lname（線路名）、sID（站臺號）、sname（站臺名）。GetDataT表中字段如下：bID（車輛 ID）、bNO（線路名）、LID（站臺名）、Ctime（車輛到達時間）、TS（趟數(shù)）。

2）添加對ADO數(shù)據(jù)庫的支持 在文件stdafx.h中添加#import"c:program filescommon filessystemadomsado15.dll"no_namespace rename（"EOF"，"adoEOF"），實現(xiàn) ADO 類的導入[6]。在數(shù)據(jù)處理函數(shù)中OnOnCommMscomm（）完成對接收到的數(shù)據(jù)及接收到的時間存入數(shù)據(jù)庫的操作，在儲存數(shù)據(jù)時，通過對信息的過濾，將發(fā)送多條相同的信息只取出第一條，其余信息過濾掉。將公交車從起點到終點定位一趟，計算公交車當日一共跑了幾趟，從而對公交司機進行考核。部分代碼如下：

4 結束語

本系統(tǒng)能夠及時地將車輛信息與道路信息顯示給調(diào)度人員，從而對行車狀況進行及時的掌握與調(diào)控。經(jīng)過調(diào)試，該系統(tǒng)能夠將數(shù)據(jù)穩(wěn)定地傳輸?shù)缴衔粰C，方便進行監(jiān)控，其數(shù)據(jù)庫管理也具有良好的操作。根據(jù)相關顯示的信息，調(diào)度人員能夠對車輛進行及時調(diào)控與調(diào)度，具有一定的應用價值。

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