導航門牌設計方案探究
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物聯網的概念自1999年在傳感器網的基礎上首次提出以來，已得到了各國政府和國際組織的普遍重視。產業界也將物聯網技術作為下一個能帶來巨大經濟和社會效益的增長點，進行了積極的資金和研發力量的投入。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、交通網、水網、油氣網等各種基礎設施網絡中，再通過獨有的數據通訊和信息處理系統將其連接成完整的信息搜集和反饋控制系統，達到將基礎設施管理和城市管理完全信息化和智能化的目的［2］。國務院總理溫家寶2009年在中科院無錫高新微納傳感網工程技術研發中心視察時，明確提出要將“感知中國”作為信息產業重要機遇來抓。工信部于2011年11月發布的《物聯網“十二五”發展規劃》中指出：“物聯網已成為當前世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點之一，發展物聯網對于促進經濟發展和社會進步具有重要的現實意義”［3］。
門牌號碼是城市管理的基礎設施之一，也是在街道和建筑物內尋址定位的基本依據。但是傳統的門牌僅僅是一種用于人眼識別的普通標志物，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航。本系統基于物聯網概念和技術，設計了以單片機和藍牙通訊為基礎的電子門牌，通過手機或其他具有藍牙通訊功能的終端設備，可以與電子門牌間實現雙向數據傳輸，獲取到門牌所對應地址更豐富的信息，并利用局部地圖實現門牌周邊的自動導航。
1 系統設計
1.1 總體特性
導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，導航門牌需要具有以下特性：肉眼可識別；內置多媒體信息；可通過移動終端進行訪問；具有自我電源保障能力。
1.2 功能設計
電子化的門牌系統如需實現導航功能，必須在門牌內部存儲相應的門址信息和其他數據，并具有將自身數據通過無線通訊方式傳送給識別裝置的能力。門牌所對應的門址信息應該包含基本的地圖數據和多維坐標，以定位門址的空間位置。同時，門牌內還必須存儲相鄰門址的基本信息和位置信息，以提供方位導航。系統的工作模式可分為設置模式和導航模式。
（1）設置模式
設置模式中，識別裝置檢測到附近處于待機狀態的導航門牌，首先進行通訊握手，建立通訊連接；然后識別裝置向導航門牌發送設置口令，表示需要對導航門牌的內置數據進行設置，導航門牌收到設置口令后，對比內置的口令進行驗證，如果不一致，則返回到待機狀態；如果設置口令正確，則導航門牌向識別裝置發送自身門址代碼，識別裝置收到門址代碼后進行驗證，如果確定要對該門址進行數據設置，則從數據庫中提取出與該門址有關的數據信息，發送給導航門牌；門址信息發送完畢斷開通訊連接。設置模式功能流程圖如圖1所示。
（2）導航模式
導航模式中，識別裝置檢測到附近處于待機狀態的導航門牌，首先進行通訊握手，建立通訊連接；然后導航門牌向識別裝置發送自身門址信息，識別裝置接收到門址信息后進行顯示，通過文字和地圖等多媒體信息進行局部導航。功能流程圖如圖2所示。
1.3 結構設計
根據導航門牌的總體特性要求和工作模式設計系統，其結構由4部分組成，如圖3所示。
（1）控制系統。導航門牌的核心部分，管理整個系統的運行，接收識別裝置的指令并與識別裝置交換數據。根據系統控制工作量和導航門牌的體積要求，本系統以低功耗單片機為核心控制設備，通過軟件編程完成系統各項功能。
（2）存儲系統。導航門牌的主要特點之一是可以存儲相應門址大量的多媒體信息，而且門址信息不僅可以通過移動終端讀取，而且可以用具有權限的移動終端寫入。因此存儲系統應該是電可擦且非易失的。Flash存儲芯片是一種理想的選擇，它容量大、功耗低、體積小，可反復擦寫，數據可掉電長期保存。
（3）通訊系統。物聯網中常用的無線通訊技術包括RFID、ZigBee和藍牙（Bluetooth）。為提高對各種移動終端的兼容性，簡化使用方式，以移動終端上普遍配備的藍牙通訊接口作為導航門牌的基本通訊模式是一種理想的選擇。
（4）電源系統。導航門牌必須具備自我電源保障能力，因此采用以太陽能電池板和蓄電池構成的電源系統。電源系統還包括電源管理模塊和穩壓系統，以確保電力供應的平穩和蓄電池的正常充放電過程。
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