導(dǎo)航門牌設(shè)計(jì)方案探究

物聯(lián)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在21世紀(jì)來(lái)臨之際最重要的發(fā)展趨勢(shì)之一，它指各種物體通過(guò)傳感器和無(wú)處不在的信息網(wǎng)絡(luò)連接在一起，將以往只能被動(dòng)處理的“物”變成可以產(chǎn)生和傳播信息的主體，將自身的空間位置和狀態(tài)利用通訊系統(tǒng)傳輸?shù)礁鱾€(gè)有識(shí)別權(quán)限的裝置上，以便對(duì)其進(jìn)行智能化的定位、跟蹤、分析、檢測(cè)、控制和管理［1］。
　　物聯(lián)網(wǎng)的概念自1999年在傳感器網(wǎng)的基礎(chǔ)上首次提出以來(lái)，已得到了各國(guó)政府和國(guó)際組織的普遍重視。產(chǎn)業(yè)界也將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為下一個(gè)能帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的增長(zhǎng)點(diǎn)，進(jìn)行了積極的資金和研發(fā)力量的投入。例如IBM公司在2008年提出了“智慧地球”（Smart Planet）的概念，將傳感器嵌入到電網(wǎng)、交通網(wǎng)、水網(wǎng)、油氣網(wǎng)等各種基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中，再通過(guò)獨(dú)有的數(shù)據(jù)通訊和信息處理系統(tǒng)將其連接成完整的信息搜集和反饋控制系統(tǒng)，達(dá)到將基礎(chǔ)設(shè)施管理和城市管理完全信息化和智能化的目的［2］。國(guó)務(wù)院總理溫家寶2009年在中科院無(wú)錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心視察時(shí)，明確提出要將“感知中國(guó)”作為信息產(chǎn)業(yè)重要機(jī)遇來(lái)抓。工信部于2011年11月發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中指出：“物聯(lián)網(wǎng)已成為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步具有重要的現(xiàn)實(shí)意義”［3］。
　　門牌號(hào)碼是城市管理的基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是在街道和建筑物內(nèi)尋址定位的基本依據(jù)。但是傳統(tǒng)的門牌僅僅是一種用于人眼識(shí)別的普通標(biāo)志物，既不能提供豐富的多媒體信息，也不能為使用者提供門牌所處位置和其他門址的空間位置信息，因此難以用作路線導(dǎo)航。本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)概念和技術(shù)，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)和藍(lán)牙通訊為基礎(chǔ)的電子門牌，通過(guò)手機(jī)或其他具有藍(lán)牙通訊功能的終端設(shè)備，可以與電子門牌間實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，獲取到門牌所對(duì)應(yīng)地址更豐富的信息，并利用局部地圖實(shí)現(xiàn)門牌周邊的自動(dòng)導(dǎo)航。
　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　1.1 總體特性
　　導(dǎo)航門牌是一種特殊的電子門牌，它既具有普通門牌的地址展示功能，又具有更加豐富的多媒體信息和便利的交互功能，從總體上，導(dǎo)航門牌需要具有以下特性：肉眼可識(shí)別；內(nèi)置多媒體信息；可通過(guò)移動(dòng)終端進(jìn)行訪問(wèn)；具有自我電源保障能力。
　　1.2 功能設(shè)計(jì)
　　電子化的門牌系統(tǒng)如需實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能，必須在門牌內(nèi)部存儲(chǔ)相應(yīng)的門址信息和其他數(shù)據(jù)，并具有將自身數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊方式傳送給識(shí)別裝置的能力。門牌所對(duì)應(yīng)的門址信息應(yīng)該包含基本的地圖數(shù)據(jù)和多維坐標(biāo)，以定位門址的空間位置。同時(shí)，門牌內(nèi)還必須存儲(chǔ)相鄰門址的基本信息和位置信息，以提供方位導(dǎo)航。系統(tǒng)的工作模式可分為設(shè)置模式和導(dǎo)航模式。
　?。?）設(shè)置模式
　　設(shè)置模式中，識(shí)別裝置檢測(cè)到附近處于待機(jī)狀態(tài)的導(dǎo)航門牌，首先進(jìn)行通訊握手，建立通訊連接；然后識(shí)別裝置向?qū)Ш介T牌發(fā)送設(shè)置口令，表示需要對(duì)導(dǎo)航門牌的內(nèi)置數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，導(dǎo)航門牌收到設(shè)置口令后，對(duì)比內(nèi)置的口令進(jìn)行驗(yàn)證，如果不一致，則返回到待機(jī)狀態(tài)；如果設(shè)置口令正確，則導(dǎo)航門牌向識(shí)別裝置發(fā)送自身門址代碼，識(shí)別裝置收到門址代碼后進(jìn)行驗(yàn)證，如果確定要對(duì)該門址進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置，則從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出與該門址有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送給導(dǎo)航門牌；門址信息發(fā)送完畢斷開通訊連接。設(shè)置模式功能流程圖如圖1所示。
　　
　?。?）導(dǎo)航模式
　　導(dǎo)航模式中，識(shí)別裝置檢測(cè)到附近處于待機(jī)狀態(tài)的導(dǎo)航門牌，首先進(jìn)行通訊握手，建立通訊連接；然后導(dǎo)航門牌向識(shí)別裝置發(fā)送自身門址信息，識(shí)別裝置接收到門址信息后進(jìn)行顯示，通過(guò)文字和地圖等多媒體信息進(jìn)行局部導(dǎo)航。功能流程圖如圖2所示。
　　
　　1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　根據(jù)導(dǎo)航門牌的總體特性要求和工作模式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由4部分組成，如圖3所示。
　?。?）控制系統(tǒng)。導(dǎo)航門牌的核心部分，管理整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，接收識(shí)別裝置的指令并與識(shí)別裝置交換數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)控制工作量和導(dǎo)航門牌的體積要求，本系統(tǒng)以低功耗單片機(jī)為核心控制設(shè)備，通過(guò)軟件編程完成系統(tǒng)各項(xiàng)功能。
　?。?）存儲(chǔ)系統(tǒng)。導(dǎo)航門牌的主要特點(diǎn)之一是可以存儲(chǔ)相應(yīng)門址大量的多媒體信息，而且門址信息不僅可以通過(guò)移動(dòng)終端讀取，而且可以用具有權(quán)限的移動(dòng)終端寫入。因此存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)該是電可擦且非易失的。Flash存儲(chǔ)芯片是一種理想的選擇，它容量大、功耗低、體積小，可反復(fù)擦寫，數(shù)據(jù)可掉電長(zhǎng)期保存。
　?。?）通訊系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)中常用的無(wú)線通訊技術(shù)包括RFID、ZigBee和藍(lán)牙（Bluetooth）。為提高對(duì)各種移動(dòng)終端的兼容性，簡(jiǎn)化使用方式，以移動(dòng)終端上普遍配備的藍(lán)牙通訊接口作為導(dǎo)航門牌的基本通訊模式是一種理想的選擇。
　?。?）電源系統(tǒng)。導(dǎo)航門牌必須具備自我電源保障能力，因此采用以太陽(yáng)能電池板和蓄電池構(gòu)成的電源系統(tǒng)。電源系統(tǒng)還包括電源管理模塊和穩(wěn)壓系統(tǒng)，以確保電力供應(yīng)的平穩(wěn)和蓄電池的正常充放電過(guò)程。