2014 International Conference on Wireless Communication and Sensor Network
Bus Simulation System based on Wireless Communication and Sensor Network
Rui-dong Zhang, Tian-yuan Chen, Xin-feng Shen, Zi-chen Zheng, Kai Hu
School of Information and Control, Nanjing University of Information Science and Technology
Nanjing, China
Abstract—With the considerable development of city bus system, people have been troubled by the scarcity of city bus, traffic jam and inaccuracies of stations speaker system. Based on the problems, the simulation system implements accurate positioning of the buses by using multiple wireless modules for wireless communication and applying SCM (Single Chip Microcomputer) to be the central data processing unit.
Keywords-wireless communications; public transportation; SCM; Sensor Network
- INTRODUCTION
Currently, problems such as insufficient capacity of public transport, traffic jam and uncertainty of waiting time bring troubles to us. To improve the disadvantage of present bus arrival timer, this simulation system uses wireless module for wireless communication and microcontroller as the central processing unit of data through a flexible programming algorithm, therefore the location of all buses on the same route can be known.
- OVERALL SOLUTION
The whole bus arrival timer system mainly consist of MCU control module, wireless module, LCD component module and power supply modules.
The system structure [1] is as shown in Fig. 1: the microcontroller STC89C52RC is the host chip of the whole system, which powered by the power supply module.
The automatic tracking bus is partly used as the model bus and photoelectric pair tubes are used to detect the black line at the bus stop for simulation bus arrival. Moreover, the LCD tells the current stop and location information is sent to the host site. Part of platform uses LCD to show every busrsquo;s position on the route, and data transference through the wireless module between sites, which achieves the function of accurate display of the location.
As shown in figure 1, the hardware structure of bus routes to circle simulation, a clockwise circle within the driving circuit, outer ring to run anti-clockwise circuits; solid rectangular lines on both sides of the platform, in the middle of the attachment as the simulation bus station signal lines; hollow rectangle for the bus, on the route. Diagram straight arrows represent the data transfer direction of wireless module, data signals by the bus
first the data to master station, by the main control platform to other platform to handle and send again.
Figure 1. System structure
- HARDWARE
Fig. 2 for the overall structure of hardware, as shown in figure, the whole system is divided into three parts: the simulation of the bus , master platform and other platforms. The whole system can transmit data by multiple wireless module [2] with multiple single-chip microcomputer, successfully simulate function of bus stops.
Figure 2. Hardware structure
- Single-chip Microcomputer Control Module
Use STC89C52 [3][4] produced by STC company as the main controller. STC89C52 is the production of a low-power 8-bit micro controller. It uses the external clock and the crystal frequency can reach 12 MHZ. It has 32 general IO pins, and
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978-1-4799-7091-9/14 $31.00 copy; 2014 IEEE |
3342 |
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DOI 10.1109/WCSN.2014.75 |
from the point of view of the speed and the number of pins, STC89C52 can meet the requirements of each part of this system.
In this system, the simulation of tracking the bus parts use the microcontroller P0.0-P0.3 as photoelectric pair tubes pins, P0.4 - P0.7 to control the motor driver L298N. Port ENA and ENB of L298N connected directly to high level. P2.0 - P2.5 of STC89C52 connected respectively to the wireless module nRF24L01. LCD 1602 parallel data port connected to the microcontroller P1.0~P1.7 and RS, RW, EN respectively connected to P2.6, P2.7 and P3.4. P3.2 pin is used to trigger the external interrupt using the falling edge detecting the black line. Simulation platform parts use the P2.0 - P2.5 pin to connect the wireless module nRF24L01, LCD 1602 parallel data port connected to the microcontroller P1.0 - P1.7, RS, RW, EN connecting respectively to P0.0, P0.1, P0.2.
- The Wireless Module
Wireless data transmission module nRF24L01 [5] works at
-
- GHz to 2.5 GHz with six channels. It has the characteristics of low power consumption and easy programming. The wireless module nRF24L01 works between 1.9 V to 3.6 V, so we need to use the AMS1117-3.3 to supply wireless module for working. This system uses only channel 1 of the wireless module. Through the flexible application of the characteristics of the wireless module, the reliable operation of the entire bus simulation system has been realized and other channels can provides convenience for other function.
- LCD Module
The display part of this system uses M1602 module. The module has two lines, 16 characters for each line to display. It can meet the demand of the bus s and the display of the platforms. LCD for the model bus shows bus number in the first line and the second line shows the platform Number 'Position: 2' ( bus no.1 at platform no.2, for example). LCD for
Platform displays lsquo;Positon: 1rsquo; in the first line and displays the nearest bus number and the number how many platforms the bus is away from the platform. It displays lsquo;Bus2 Distance 1rsquo; for example to platform no.1, assuming that the nearest bus is bus no.2 and the bus is 1 platform away from this platform.
D. Power Supply
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翻译文献1：
摘要 - 随着城市公交系统的发展，人们对城市公交稀缺，交通堵塞和车站扬声器系统的不准确感到困扰。 基于这些问题，仿真系统通过使用多个无线模块进行无线通信，并应用SCM（单片微机）作为中央数据处理单元，实现总线的精确定位。
关键词：无线通信; 公共交通工具;SCM; 传感器网络
一、介绍
目前，公共交通工具不足，交通堵塞，等待时间不确定等问题给我们带来麻烦。为了解决现有总线到达定时器的缺点，该仿真系统通过灵活的编程算法将无线通信和微控制器的无线模块用作数据的中央处理单元，因此可以知道所有总线在同一路径上的位置。
二、整体解决方案
整个总线到达定时器系统主要由MCU控制模块，无线模块，LCD组件模块和电源模块组成。系统结构如图1所示：微控制器STC89C52RC是整个系统的主机芯片，由电源模块供电。
图1系统结构
自动跟踪总线部分用作模型总线，光电对管用于检测公交车站的黑线，以模拟总线到达。此外，LCD告诉当前停止位置信息被发送到主机站点。平台的一部分使用液晶显示器来显示每个总线在路线上的位置，并通过站点之间的无线模块进行数据传输，实现位置准确显示的功能。
如图1所示，总线线路的硬件结构为圆形仿真，驱动电路内为顺时针圆，外环运行逆时针回路;在平台两侧的实心矩形线，在附件的中间作为模拟总线站的信号线;中空矩形为公交车，在路上。图中直线箭头表示无线模块的数据传输方向，数据信号由总线首先将数据传输到主站，由主控平台向其他平台处理并发送。
三、硬件
图2为整体硬件结构，如图所示，整个系统分为三部分：模拟总线，主平台等平台。 整个系统可以通过多个单片机通过多个无线模块[2]传输数据，成功模拟公交车站的功能。
图2 硬件结构
1、单片微机控制模块
使用STC公司生产的STC89C52 [3] [4]作为主控制器。 STC89C52是生产低功耗的8位微控制器。 它使用外部时钟，晶振频率可达12 MHZ。 它有32个通用IO引脚，从速度和引脚数来看，STC89C52可以满足该系统各部分的要求。
在该系统中，跟踪总线部件的仿真使用微控制器P0.0-P0.3作为光电对管脚P0.4〜P0.7来控制电机驱动器L298N。 L298N的端口ENA和ENB直接连接到高电平。 STC89C52的P2.0 - P2.5分别连接到无线模块nRF24L01。 LCD 1602并行数据端口连接到微控制器P1.0〜P1.7，RS，RW，EN分别连接到P2.6，P2.7和P3.4。 P3.2引脚用于触发外部中断，使用下降沿检测黑线。模拟平台部件使用P2.0 - P2.5引脚连接无线模块nRF24L01，LCD 1602并行数据端口连接到单片机P1.0 - P1.7，RS，RW，EN分别连接到P0.0，P0 .1，P0.2。
2、无线模块
无线数据传输模块nRF24L01 [5]在2.4GHz至2.5GHz，具有6个通道。 具有功耗低，易于编程的特点。 无线模块nRF24L01工作在1.9 V至3.6 V之间，因此我们需要使用AMS1117-3.3为无线模块提供工作。 该系统仅使用无线模块的通道1。 通过灵活应用无线模块的特点，实现了整个总线仿真系统的可靠运行，其他通道可以为其他功能提供方便。
3、电源模块
根据系统，大多数元件需要5伏电源，而nRF24L01无线模块需要3.3 V电源，因此我们选择可充电锂离子电池提供7.4 V直流电，然后通过三端稳压器集成电路LM7805 形成5 V直流电供应微控制器。之后，我们使用AMS1117-3.3形成稳定的3.3 V直流供电nRF24L01模块。
4、模型总线
采用STC89C52作为主控芯片，以四路光电对管为黑线检测器。 如图所示3，当总线向前移动时，4个光电对管将在黑线上方，另外2个将位于白色部分之上。 如果我们使用1来标记一个高电平，另外0个标记一个低电平，当公共汽车向前移动时，四个光电对管将分别发送给MCU的四个信号。 当有弯曲线时，来自四个光电对管的信号将被改变。 例如，如果线路向右弯，此时总线没有改变方向，所以发送到MCU的管的信号可能是：0010或0001.传输时不难知道 信号为0010，总线偏离线路的角度不大。 我们可以给出L298N信号1000，使右轮停止一点，左轮就像以前一样向前移动，这样可以使公共汽车向右转。 当发送到MCU的信号为0001时，与线路偏离的角度不是很小，所以我们可以给出L298N信号1001，使右轮向后移动，左边的滚轮向前移动，使整个模型总线旋转几次 顺时针方向，这使得公共汽车尽快回到2光电对管中间的黑线。
四、软件
1、模型总线程序
如图所示3，我们首先初始化无线模块nRF24L01和LCD 1602，然后通过使Tx [0]等于1标记总线1，以同样的方式通过使Tx [0]分别等于2和3标记其他总线。我们定义全局变量N来记录有关每条总线平台的位置信息。每辆公共汽车默认从平台1出发，当公共汽车通过平台1时，使N等于0，无论是顺时针还是逆时针运行。
图3 总流程图
由于STC89C52的中断量受限，程序在主回路中运行跟踪部分。当专门用于检测平台黑线的光电对管改变其电平时，程序进入中断程序。在中断程序中，我们首先关闭外部中断，并发送0000到L298N的信号使总线停止。然后我们使N = N 1，Tx [1] = N，将无线模块nRF24L01设置为传送模式，并发送阵列Tx []。之后，再次打开外部中断，准备下一站的公交车。
2、主平台程序
无线模块nRF24L01和LCD 1602的初始化程序完成后，主站平台的nRF24L01仍然保持等待接收信息的状态。如图所示4，当主机平台从总线接收信息时，我们读取Rx [0]，知道哪个总线发送阵列，并使用数字#39;N#39;来标记总线，然后将Rx [1]数据放入Tx [N]将被发送到其他平台。之后，主平台的无线模块切换到发送模式并发送Tx []数组。目前，我们已将所有公交车的位置信息从主平台发送给其他人员。
成功发送信息后，主控单片机开始计算阵列Tx []。由于主平台为平台1，所以在通过平台1时，所有总线的位置编号“N”将被刷新为0。通过公式D [n] =（4-Tx [n]）％4，我们可以计算出离开平台的每条单总线的数量，并将这些数字放入数组D []。我们从D []中选择最小值，并在液晶显示屏上显示相应的总线号码，方便人们选择循环总线的方向。
3、其他平台程序
当其他平台的nRF24L01无线模块和LCD 1602的初始化程序完成时，该平台的nRF24L01仍然是等待接收信息的状态。 如图所示5，当其他无线模块收到信息时，单片机读取Rx [0]数据。 如果Rx [0]不是字符#39;p#39;，我们可以知道以前收到的信息不是来自主平台，而是来自模型总线。我们忽略信息，并重新将无线模块切换到接收模式，等待接下来的数据接收。当Rx[0]是字符#39;p#39;时，它标记数据是从主平台发送的，我们读取阵列并进行计算。
平台2，例如，当接收到Rx[]数组时，不难发现我们可以分别使用公式D [1] =（5-Rx [1]）％4，D [2] =（5-Rx [2]）％4和D [3] =（Rx [3] 1）％4计算 从该平台剩余的平台数量最少。 平台号 3和否 4类似于平台号。 我们还可以轻松计算阵列，并了解最近的巴士距离该平台的距离。 我们显示最近的公共汽车远离这个平台的平台数量和LCD上最近的总线的序列号。 这样可以方便人们选择循环巴士的方向。
五、总结
本文提出了一种使用多个无线模块进行通信的方法，建立公共交通模拟系统。 无线数据传输模块的灵活运用和阵列数据的灵活运行，使得整个系统能够准确地显示离平台最近的公交车平台数量以及每个平台最近的公交车序列号[6-13]。 模拟系统的研究和实际应用也将为公共交通系统的不断发展提供解决循环客车问题的解决方案。
外文文献2：
摘要 - 在实际生产中，许多情况下都要考虑温湿度环境的影响和精确控制，然后来到数据采集系统。 因为CAN总线可以提高数据的抗干扰能力和可靠性，纠正能力等。因此，使用CAN总线接口传输数据，然后由上位机监控。
本文介绍了由温湿度传感器，SCM系统，电脑，CAN总线组成的数据采集系统设计。 SHT75数字温湿度传感器收集仓库中的温湿度测量数据后，通过总线接口向C8051F060 SCM系统发送数据.C8051F060 SCM通过CAN总线接口将数据通过CAN总线接口简单快速处理到计算机上实时监控。 通过测试，系统可以实现数据采集，处理和通信。
关键词：温湿度传感器，C8051F060数据采集，CAN总线）
一、介绍
在实际生活中，许多情况下都要考虑到温湿度环境的影响和精确的控制，如食品储藏和烟草生产，自动控制空调，汽车等。
由于IC制造技术不断增强，出现了高性能，高可靠性单芯片DAS数据采集系统。 数据采集技术已成为专业技术，在工业领域得到广泛应用，数据采集系统采用更先进的模块类型结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，结合系统编程，可以扩展 或modify系统，迅速组成了一个新的系统。
温湿度数据采集系统始终是相关科研单位，公司致力于开发项目，其早期系统采用单片机8031核心，采用热敏电阻和湿敏电容作为温度传感器和湿度传感器，整个系统成本低， 但是尺寸大，准确度低，通信距离受限，差异化，克服了缺点，本文研究了基于单片机处理器的温湿度数据采集系统，实现了仓库场景的温湿度监测，具有良好的 实时，高精度，简单方便，信号收发器易于维护和使用的优点[2l。
二、温度和湿度数据获取系统易于使用
1、C8051单片机介绍
为了方便系统扩展，与其他兼容性和单片机系统相比，采用C8051F060 C8051F060是全集成混合信号芯片系统类型，具有59个MCU数字VO引脚，内部集成两个16位ADC，64KB 1 Msps在系统编程的FLASH存储器中，4352字节（RAM，可寻址64KB地址空间的外部数据存储接口，硬件实现SPI，SM总线/ 12C和两个UART串行接口，控制器LAN控制器，5通用16定时器， 可编程计数器阵列，VDD监视器和温度传感器，两个12 DAC，具有可编程数据更新方式。
2、温湿度传感器
本文采用瑞士盛世瑞安传感器公司（debid SENSIRION）整合成型和湿度传感器设计SHT75作为系统中的核心传感单元，任务要求使用具有数字温湿度传感器SHT75的高精度，提供整体校准数字输出。 SHT75采用CMOS专利技术开发的高度集成，湿度传感器芯片，确保产品具有高可靠性和优异的长期稳定性。传感器包括A电容式聚合物湿度敏感元件和A间隙材料与温度敏感元件，两个敏感元件和A 14 A / D转换器和A串行接口电路设计在同一芯片上面。传感器质量卓越，响应速度快（4秒），抗干扰能力强，测量精度高，温度测量精度CNC 0.3“C，湿度测量精度CNC 1.8％RH），体积小，功耗低等优点。芯片非常准确镜面冷凝计为参考，校准系数通过校准系统存入芯片本身OTP存储器，通过两线串行接口和内部电压调整，使周边系统集成快速简单[31
3、现场总线CAN
CAN都称为“控制器”，即控制器区域为局域网，目前是世界上应用最广泛的现场总线。 CAN最早出现在19世纪末的汽车行业中，德国博世公司是第一个提出来的人，目的是解决现代汽车在大型电子设备之间的沟通问题。 它以高速率，可靠性，连接方便性，性价比更高的特点进行通信，是有效支持串行通信网络的分布式控制或实时控制，因此在行业发展迅速。 现在可以将高速网络的应用范围从低成本更多到线路网络，可以用于汽车系统，农业机械和技术设备以及几乎任何类型的数据通信中的工业自动化。
三、基于单片机温湿度数据采集
通过cs051f060单片机控制SHT75数字式温湿度传感器测量仓库的温度和湿度，并通过总线接口cs051f06发送数据0单片机系统，单片机经过简单快速处理后通过CAN总线接口传送到上位机监控。
1、CAN传输驱动模块
CAN传输驱动模块由微控制器硬件CS051 F060，高速光TLP113和隔离TJA I 050高速CAN收发器等组成。其中CS051F060实现了CAN总线的应用层功能，TJAI050实现了CAN总线物理层和数据链路层的功能。该模块主要用于向上放置机器发送温湿度数据并接受控制命令。 TJAI050 CAN提供总线发送功能的差分，CAN提供差分接收控制器功能，并且完全符合“ISO l1S9S”标准，高速率，低电磁辐射，差分接收器输入范围广，可以抗电磁干扰，不用于总线节点不是由干扰引起的，发送数据（TXD）控制超时功能，瞬态自动到总线引脚进行保护，输入级和3.3 V器件兼容，并且为电源和接地保护，防止短路功能。
2、电源电路
整个系统稳定，可靠工作是稳定电源的基础，开关是由电源转换芯片MAX165S和电气隔离芯片B0505S等器件组成。 5V转3.3V电源模块通过外部电源MAX165S将转换5V 3.3 V，适用于CS051F060单片机和SHT75数字温湿度传感器电源。 5V电源隔离模块通过将5V电源隔离成两部分，分别为设备两端的每一个灯。
电源隔离芯片B0505S具有恒压输入，单输出电压隔离效率高电源模块（SO％），体积小，价格低，可靠性高，冲击强度高，隔离特性好，温度范围宽（40°C S5 °C）等。为了保证模块的高效可靠运行，可以额定负载，并且输出5％ 100％负载之间，应避免长时间工作在空载状态。
3、温湿度数据采集和处理
温湿度数据采集系统由以下部分组成，1）湿度传感器
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