基于ZigBee停車場短信尋車系統的設計

咸愛國，唐慧強

（南京信息工程大學 信息與控制學院，江蘇 南京 210044）

隨著經濟的發展以及技術的進步，現代停車場逐漸向多空間、多功能、智能化方向發展，相應的停車場管理系統也應用而生，例如區域車位引導系統、刷卡系統和自動車型區分收費系統等[1]。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能夠將車輛所停位置信息通過短信方式發送給車主，從而方便車主尋車。考慮到現代停車場空間大、車位多，用傳統的485或CAN方式將浪費大量的時間在布485總線或CAN總線上，且一旦總線出現問題整個系統將癱瘓，所以該停車場短信尋車系統采用ZigBee無線傳輸方式。ZigBee定義了3種網絡節點形式，分別是網絡協調器節點 （Coordinator）、 路由器節點 （Router） 和終端節點（End Device）[2]。網絡終端節點用于發送手機號碼和其對應的地址信息；路由器節點用于將終端節點模塊發送的信息轉發給協調器；協調器節點負責網絡的建立、網絡地址的分配以及接收路由器模塊和終端節點模塊發送來的信息。由于采用無線形式，終端節點模塊可以很方便地安裝在停車場的各個角落，且ZigBee采用自組織網絡通信，當一個終端節點模塊出現問題時，不會影響整個系統的運行，同時該停車場短信尋車系統具有功耗低，操作簡單和便于維護的特點。

1 停車場短信尋車系統的工作原理

停車場短信尋車系統的總體結構圖如圖1所示。當車主在停車場停好位置后，通過終端節點的鍵盤輸入自己的手機號碼，按發送鍵后終端節點會將手機號碼和終端節點的地址信息無線發送給距離最近的路由器或協調器，路由器接收到信息后會轉發給協調器，當協調器接收到路由器或終端節點發送的信息時會進行地址匹配，然后發送一條包含車位所在的區域和如何從入口到達該位置的短信到車主的手機號碼上，從而實現短信尋車。

圖1 停車場短信尋車結構圖Fig.1 Structure of SMS's searching vehicles in the parking lot

2 終端節點模塊的設計

終端節點模塊由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ZigBee RF4CE標準，提供101 dB的鏈路質量，具有優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[3]，其傳輸距離在10～100 m，在增加RF發射功率后，傳輸距離可達1～3 km。

按鍵電路采用3×4的矩陣鍵盤，用于輸入0到9、刪除和發送；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。終端節點模塊的CC2530連接電路圖如圖2所示。

CC2530所用的協議棧為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絡終端節點，并在協議棧中添加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，并更改協議棧中的子程序SampleApp_SendFlashMessage（）的發送內容。當車主在終端節點模塊上輸入手機號碼，按發送鍵后程序會調用SampleApp_SendFlashMessage（），把手機號碼和地址信息發送給距離最近的協調器或路由器。

圖2 終端節點模塊總體電路圖Fig.2 Overall schematic of terminal node module

3 路由器模塊的設計

考慮到路由器模塊距終端節點模塊較近，離協調器模塊較遠，單獨使用CC2530作為路由器模塊可能會出現數據的丟失，由于CC2591的傳輸距離可達1～3 km[4]，所以這里采用CC2530+CC2591構成。當路由器模塊接收到終端節點發送的信息時，會把信息轉發給協調器；當接收到協調器發送來的反饋信息時，會轉發給對應的終端節點，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。

圖3 路由器模塊總體電路圖Fig.3 Overall schematic of router module

這里需要把CC2530的設備類型設置成網絡路由器節點，則在ZigBee協議[5]棧中只需要更改應用層事件處理函數SampleApp_ProcessMSGCmd （afIncomingMSGPacket_t*pkt），使其在接收到信息后調用 SampleApp_SendFlashMessage（），把接收到的信息發送出去即可。

4 協調器模塊的設計

協 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[6]。C8051F040的串口0與CC2530相連，用于接收CC2530發送的手機號碼和地址信息；串口1與GSM模塊，用于發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，同時對各個終端節點的時間進行校準，當時間為00時00分00秒時，C8051F040會發送校準命令給CC2530，由CC2530通過ZigBee發送給各個終端節點，從而實現校準各個終端節點的時間為00時00分00秒。C8051F040采用Keil C51編程[7]，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。協調器模塊的顯示電路和存儲電路如圖4所示。

圖4 顯示和存儲電路圖Fig.4 Schematic of display and storage circuit

協調器模塊的CC2530的設備類型為網絡協調器節點，在ZigBee協議棧中需要添加串口發送子程序和串口接收子程序，同時需要在ZigBee協議棧中更改協議棧中的應用層事件處理函數SampleApp_ProcessMSGCmd（afIncomingMSGPacket_t*pkt），使其在接收到信息后調用串口發送子程序把信息發送給C8051F040。當串口接收到C8051F040發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送給各個終端節點模塊。

協調器模塊是整個停車場短信尋車系統的核心部分，起到接收終端節點發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模塊發送給車主。例如當協調器模塊接收到終端節點為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”發送到13800000000的手機號碼上，從而實現短信尋車。

5 結束語

基于ZigBee停車場短信尋車系統實現了將車輛在停車場所停的位置通過短信發送給車主，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，且對于已經使用的停車場，不需要布線就能夠快速的安裝和使用。

[1]劉文利.國內停車場管理系統的現狀與發展趨勢[J].信息技術，2011（1）：20.

LIU Wen-li.The current situation and development trend of management systems for domestic parking lots[J].Information and Technology，2011（1）：20.

[2]李文仲，段朝玉.ZigBee無線網絡技術入門與實戰[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007：21-43.

[3]Texas Instroments.CC2530 product web site[EB/OL].（2010）[2011-12].http：//www.ti.com/lit/ds/symlink/cc2530.pdf.

[4]Texas Instroments.CC2530-CC2591EMK Quick Start Guide[EB/OL].（2009）[2011-12].http：//www.ti.com/lit/ml/swru247/swru247.pdf.

[5]柴維路，牛一波，宋云濤.光伏發電和ZigBee協議在智能防盜系統中的應用[J].現代電子技術，2011（21）：183-185.

CHAI Wei-lu，NIU Yi-bo，SONG Yun-tao.Application of photovoltaic power generation and ZigBee wireless network in intelligent anti-theft system[J].Modern Electronic Technique，2011（21）：183-185.

[6]張喜紅，祁懷遠，李鵬.C8051F系列單片機開發與C語言編程[J].計算機科學與技術，2011（3）：40-43.

ZHANG Xi-hong，QI Huai-yuan，LI Peng.Design of C8051 and Programmingwith C [J].ComputerScience and Technology， 2011（3）：40-43.

[7]戴仙金.51單片機及其C語言程序開發實例[M].北京：清華大學出版社，2008.