摘要：ZigBee 是基于一种短距离、低功耗的无线通信语言，通过协调器、路由器、终端设备能够组成一个拓展 性极强的无线网络，从而为各个领域的应用提供基本的无线网络技术支持。当前我国中、长途公路运输中缺乏在行驶过程中对乘客安全的保护。尤其是大客运输，受乘客传统观念及车内监督不力的因素的影响，乘客在应对突发事故时可能会发生跌倒、碰撞甚至抛出座位等安全事件，针对以上问题，提出基于 ZigBee 技术的乘客安全监测系统，实现对乘客在行驶过程中的安全状态的全程监控。
关键词：ZigBee无线网络；客车；安全监测无线通讯
一、ZigBee 无线网络技术
ZigBee 协议栈是 ZigBee 无线网络的核心部分，协议栈主要由一组子层组成，每一层之间相互联系，并为上一层提供一组指定服务，数据实体向上层传输数据，管理实体则完成其他全部服务工作。服务接入点 （SAP）是各个服务实体和上层之间的服务接口。ZigBee 无线网络由路由器、协调器与终端节点组 成，通过星型、网状、簇状三种拓扑结构组成。星型结构中，协调器负责组建并维护网络，其他设备则作为终 端设备与 PAN 协调器完成一对一的通信。簇状结构中，协调器负责完成网络的组建，并决定网络 ID、信道等关键性的网络参数，路由器负责完成网络覆盖范围的拓展，并通过层次路由发送数据，路由器和终端节点 可以采取跟踪的方式完成与协调器之间的通信，也可以由终端节点对路由器或协调器进行定时轮询，以提取所需的网络信息。
ZigBee 无线网络首先需要完成网络地址的分配工作，确保地址的唯一性，因此，需要设计合适的寻址算法，以确保子设备只能与其父辈设备进行通信并接收 一个唯一的网络地址，寻址算法会在路由器加入网络前配置部分参数。其次是数据发送，ZigBee 无线网络 的数据发送包括单点发送、间接发送与广播发送，应用 层需要向网络中的所有设备发送数据包时，会使用广播发送的方式，目标地址的设置方式需要设置为广播 地址模式。ZigBee 无线网络的路由协议基于 AODV 网络的专用路由协议执行网络连接服务，经过简化后， 网络层可以通过该协议将路由器接收的单点发送数据 包直接传输出去，当目标节点为相邻路由器时，则直接发送到目标设备中，当目标节点为记录中的某个符合目标地址的活动路由时，则会将数据包传送到记录中对应的下一级地址中。若无路由记录，则会通过路径寻找、发现与选择完成数据发送，在寻找过程中，数据包会在缓冲区中存储，直至路径寻找完成。最后，发现并选择路径。网络设备之间建立一个路径，任一路由器均可发现并选择路径。路径发现是对源地址与目标地址之间所有路径的发现与选择，并选择最佳路径。 每个终端节点在接收到路由请求数据包后，都会依次进行转发，转发前，会将最新连接成本加入到数据包中，以更新成本值，当到达目标设备后，数据包中就包含了路径所需的全部成本值，目标设备再对数据包中的成本值进行选择，将最小连接成本的路径发送到源设备。
二、系统整体设计
整个系统由车内封闭的无线传感网络及独立的传感器构成。为保证对乘客乘坐状态的准确判断，系统采用短距离无线数据传输采集数据 , 即传感器采集的数据依靠 ZigBee 网络进行传输。ZigBee 是一种新兴的短距离、无线网络技术，由于采用了 IEEE802.15.4 的无线物理层规定，其传输速率可以达 250kb/s，该技术不但能够避免复杂的车内布线，更具有低功耗、低成本、安全、可靠、抗干扰强等优良特点，既能满足对车内乘客就坐转态数据实时传输的要求，又能解决车内有限空间改装难的问题。
系统的基本工作模式如下：汽车发动后，系统通电自动启动，驾驶员可通过 LED 显示屏或语音播报了解乘客的就坐状态，为了及时获取乘客的就坐信息，系统中设置的两类传感器：用于收集安全带状况的安全带卡扣传感器，以及位于座椅背部采集乘客就坐状态的压力传感器。系统通过设置 ZigBee 组播网络实现对采集信息的传输。由于自身不负责数据传输，协调器的实际定位可根据施工要求现场灵活布置；终端节点连接传感器，并根据座位位置进行分组控制，每个组内的节点数可能不同，必须要包括两类终端。
1、系统架构及主要工作流程。系统协议构架主要依托 Z_STACK 软件架构。Z_STACK 协议栈是一个基于轮转查询的操作系统，当协议栈中有任何事件发生时，可以通过设标记有事件发生，以便主循环函数能够及时加以处理。当系统开始工作后，通过在 main（）中的设置，程序将按如下图所示流程开始工作，具体工作流程如下：
（1）车辆发动后，所有节点通电自动寻找协调器；协调器收到来自节点的请求，发送反馈信息，开始构建网络；节点根据收到的信息自动加入设置的分组，完成网络构建。当有乘客入座后，座椅靠背中的压力传感器采集信号并向路由器发送；若无人入座，则传感器进入睡眠转态；
（2）乘客安全带卡扣卡好后，安全带中的监测电路闭合，传感器采集信号并向路由器发送，否则将保持断路状态，直到有人入坐；
（3）路由器接收到分组信号后，将依据路由设置将分组信息中转发到显示终端；
（4）显示终端收到分组信息后，将依据分组编号在LED 屏及广播上显示对应的座位提示信息；
（5）除非接收到新的分组状态变化信息，路由器将不会向终端发送新信号。
2、系统硬件设计。整个Zigbee 无线网络主要由电源模块、传感器模块、处理器模块和无线通信模块构。无线通信模块的终端和协调器、路由器均采用了 CC2530 芯片，该芯片是 TI公司提供的支持 ZigBee 协议的片上系统解决方案，延用了以往 CC2430 芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee 射频前端 MEMORY 和 MCU，同时拥有可编程的 I/O 口引脚，其中 P0、P1 口是完全的 8 位口，P2 口只有 5 个可使用的位，通过软件对特殊功能寄存器的某些位和字节进行设置，可使这些引脚作为通常的 I/O 口或作为连接模数转换控制器、计时器或 UART 部件的外围设备 I/O 口使用。
随着电子工业的方向和汽车工业的紧密结合，车载电子系统越来越多的融入到乘车安全及其相关技术领域之中。zigbee 网络因为其天生所具备的低功耗、自组网络、自我修复等特点，在提高汽车行车安全以及行车人员安全方面有着天然的优势和不可替代的重要性，采用zigbee 网络将是未来窃取客车安全所面临的诸多问题的最佳方案之一。利用无线网络芯片的检测设备实现对客车在线监测，特别是对现有客车的改造不需要大量改动车上的结构，因此该系统十分适合客车在线安全监测。
参考文献：
[1] 谢飞翔 . 基于 zigbee 无线传感器网络在智能家居中的应用研究 [J]. 自动化仪表,2019(19):13.
[2] 陈扬鹏 .基于 zigbee 无线传感器网络在智能家居中的应用研究 [J]. 自动化与仪器仪表 ,2018(3).