【正文】 體積和功耗大大減小。 傳感器電路傳感器的硬件包括以下幾個部分：CPU，數(shù)據(jù)存儲，A/D 轉(zhuǎn)換，電源等。這種天線的設(shè)計需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和測試設(shè)備，而課題研究中不具備這些條件，故采用市售的 CC2430 電路版，板子的面積為 ，能夠滿足傳感器對尺寸的要求。這是一款串口連接的閃存芯片，只需要 7 根 CPU的 I/O 口線。根據(jù) CC2430 的數(shù)據(jù)手冊，工作在 32MHz 時，8051CPU 的電流為 ，A/D 轉(zhuǎn)換的電流為 ，考慮到其它電路的耗電量，總的平均電流不會超過 15mA，故選擇 600mAh 的鋰電池作為電源。因此，驅(qū)動程序開發(fā)是整個嵌入式系統(tǒng)研發(fā)過程中必不可少的一個組成部分。采用的是面向?qū)ο蟮慕M織方式，即一個設(shè)備就是一個對象（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)） 。設(shè)備對象實(shí)際上是一個代表該設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一個全局變量。任何一個硬件都要同系統(tǒng)中的其他部件（CPU 、系統(tǒng)中線、設(shè)備控制器）進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。另一方面，設(shè)備也需要中斷工作方式來提高其實(shí)時性。在設(shè)備發(fā)送中斷請求后，系統(tǒng)便會調(diào)用驅(qū)動程序中的中斷處理程序。無線通信在 ZStack 中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。表 45DB161 的引腳引腳 功能CS 片選信號SCK 串行時鐘SI 串行輸入SO 串行輸出WP 硬件頁寫保護(hù)RESET 復(fù)位RDY/BUSY 就緒/忙表 45DB161 的命令表命令 操作碼讀連續(xù)陣列 68H讀主存頁 E8H讀 BUFFER1 52H讀 BUFFER2 D2H讀狀態(tài)寄存器 54H寫 BUFFER1 84H寫 BUFFER2 87H帶擦除的將 Buffer1 編程到主存頁 83H帶擦除的將 Buffer2 編程到主存頁 86H不帶擦除的將 Buffer1 編程到主存頁 88H不帶擦除的將 Buffer2 編程到主存頁 89H頁擦除 81H塊擦除 50H通過 Buffer1 的主存頁編程 82H通過 Buffer2 的主存頁編程 85H中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 29 有關(guān)數(shù)據(jù)存儲器的操作方法可參考 45DB161B 的技術(shù)資料，這里不再介紹。P3DIR amp。P3OUT amp。= ~(DM_CS + DM_RESET)。DM_RESET_H。// 延時 10uS 以上，復(fù)位 DataFlashfor(i = 0。}DM_CS_H。delay(10)。return 1。}//忙狀態(tài)檢測int dm_busy_check(void){if((P3IN amp。DM_RESET_H。 i++)。delay(10)。dmreset()。P2DIR |= DM_CS + DM_RESET。P3SEL amp。= ~DM_SCLK//數(shù)據(jù)輸入口 1, 0define DM_SI_H P3OUT |= DM_SIdefine DM_SI_L P3OUT amp。 數(shù)據(jù)存儲器的操作函數(shù)數(shù)據(jù)存儲器的操作包括：讀，寫和擦除。在實(shí)現(xiàn)驅(qū)動程序時，需要對時鐘操作的函數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如時鐘的啟動、停止和時間設(shè)置。驅(qū)動程序還要為設(shè)備的中斷請求提供響應(yīng)。在有數(shù)據(jù)要發(fā)送時系統(tǒng)軟件就會調(diào)用驅(qū)動程序中的寫函數(shù)，而當(dāng)從設(shè)備接收數(shù)據(jù)或是查詢設(shè)備狀態(tài)時，系統(tǒng)就會調(diào)用驅(qū)動程序中的讀函數(shù)。每個硬件設(shè)備的驅(qū)動程序必須有一個初始化函數(shù)，根據(jù)硬件的特征檢查硬件是否存在，配置和初始化硬件，將設(shè)備初始化等相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對上層的應(yīng)用而言，設(shè)備驅(qū)動程序隱藏了設(shè)備的具體細(xì)節(jié)，為各種不通型號、不通種類的設(shè)備提供了簡便、高效的接口，應(yīng)用程序可以如同調(diào)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一樣對此設(shè)備進(jìn)行操作。另外，由于硬件在具體工作的時候難免會出現(xiàn)各種差錯，因此驅(qū)動程序還應(yīng)當(dāng)包括一些錯誤處理函數(shù)，具備一定的糾錯能力，能夠使設(shè)備能從錯誤的工作狀態(tài)中恢復(fù)過來。從位置上來說，驅(qū)動程序位于設(shè)備和應(yīng)用之間。CC2430 的電源電壓為 ，所以使用 的鋰電池供電。為節(jié)省電能和減小體積，使用 CC2430 本身的 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。CPU 電路包括復(fù)位、晶振和天線電路。行駛方向傳感器1傳感器2傳感器1傳感器2傳感器1傳感器2車道車道車道Zigbee 協(xié)調(diào)器計算機(jī)USB 接口中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 25 4. 過車傳感器的硬件電路和驅(qū)動開發(fā)過車傳感器的硬件系統(tǒng)由 CPU,數(shù)據(jù)存儲,RF 電路和電源電路組成。發(fā)送時使用的目標(biāo)地址將由應(yīng)用支持子層從綁定表中自動獲得，從而能使消息順利被目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的一個或多個應(yīng)用服務(wù)，乃至分組接收。車輛數(shù)據(jù)采集過程如下：當(dāng)有車通過時，傳感器 1 檢測到車輛后，立即給同車道的傳感器 2 發(fā)送信息，傳感器 2 清零計時器并開始計時；在此之后，當(dāng)傳感器 2 檢測到車輛時，讀出計時器值并放入環(huán)形緩沖器。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 23 圖 終端設(shè)備的工作流程 Terminal equipment working process一個傳感器只能檢測一個車道的車輛。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的程序流程如圖 所示。其特點(diǎn)如下：? 具有96%高效率? 高輸出電流，（Vin）時可達(dá)800mA? 能夠在步進(jìn)和Boost模式之間自動過渡? 高截止性，器件靜態(tài)電流小于50mA? 輸入電壓范圍較寬：~? ~ ? 溫度檢測與過溫保護(hù) 過車傳感器相關(guān)的通信 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備有兩種，協(xié)調(diào)器和終端。PM3常用在CPU需要等待外部信號的情況下。PM2較適合喚醒時間較長，CPU模式切換不太頻繁的情況，常使用睡眠定時器來喚醒CPU的運(yùn)行。在CPU進(jìn)入此模式后，開始執(zhí)行低功耗的程序序列，當(dāng)程序從低功耗模式PM1跳出到正常模式PM0時，高速振蕩器被啟動，CPU工作在高速RC振蕩器下，直到高速XSOC振蕩器被設(shè)置好并選中。 CC2430具有四個工作模式，以適應(yīng)對芯片低功耗有不同要求的應(yīng)用。CC2430 芯片延用了以往CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。這樣，進(jìn)一步減少了傳感器的體積和功耗。磁阻傳感器信號的 A/D 轉(zhuǎn)換電路對本系統(tǒng)非常重要，直接關(guān)系測量的精度。2) 相對誤差是指整個轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，任意數(shù)字量所對應(yīng)的模擬輸入量的實(shí)際值與理論值之差，用模擬滿量程的百分比表示。精度有絕對精度和相對精度兩種表示方法。A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇需要考慮以下幾個指標(biāo)。斯，,～ 范圍內(nèi)變化。2μGs，工作溫度在 40℃～85℃之間。因此，過車傳感器應(yīng)滿足以下要求：? 體積小，厚度薄，安裝后不能影響車輛正常行駛? 整體結(jié)構(gòu)堅固，在大型車輛的碾壓后仍然保持正常的工作狀態(tài)? 工作時間長，可靠穩(wěn)定? 采用電池供電? 耗電量低? 無線傳輸且抗干擾能力強(qiáng) 過車無線傳感器先由磁阻傳感器采集信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后將傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由微處理器對這些數(shù)字信號進(jìn)行處理，無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)進(jìn)一步數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析使用。 系統(tǒng)設(shè)計原則和硬件框架在實(shí)際中，過車傳感器往往放置在高速公路的各車道路面上，工作條件惡劣。 本章小結(jié) 本章中對嵌入式技術(shù)，磁阻傳感器原理和新型無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大體上可分為三類：周期性數(shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率根據(jù)不同的應(yīng)用而確定，例如傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；間歇性數(shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸狀態(tài)根據(jù)應(yīng)用或者外部激勵而確定，例如電燈開關(guān)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；反復(fù)性的、反應(yīng)時間低的數(shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸狀態(tài)是由時隙分配而確定的，例如我們電腦上無線鼠標(biāo)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 15 當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的PAN協(xié)調(diào)器選定網(wǎng)絡(luò)地址后，便開始接受其他新節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)的申請。PAN 標(biāo)識符一旦確定，就說明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)，此后，如果遇到另一個 PAN 協(xié)調(diào)器掃描該信道，這個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器就會響應(yīng)并聲明這個新網(wǎng)絡(luò)的存在。混合網(wǎng)一般適用于覆蓋范圍較大的網(wǎng)絡(luò)。Mesh網(wǎng)中，通常將發(fā)起建立網(wǎng)絡(luò)的那個FFD節(jié)點(diǎn)設(shè)置為PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)。星型網(wǎng)（）是由一個PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)和一個或多個終端節(jié)點(diǎn)組成的。 N1 的 M 層向用戶發(fā)送確認(rèn)原語，指示氣球原語執(zhí)行的結(jié)果。原語都是發(fā)送給服務(wù)實(shí)體相鄰層的。所謂的服務(wù)原語是代表相應(yīng)服務(wù)的符號和參數(shù)的一種格式化，規(guī)范化的表示，它與服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)方式?jīng)]有關(guān)系。ZigBee中每個協(xié)調(diào)點(diǎn)直接連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可以達(dá)到255個，而每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納65535個節(jié)點(diǎn)。和RFD不同，F(xiàn)FD增加了內(nèi)存和其他電路，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，F(xiàn)FD扮演著在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中匯聚節(jié)點(diǎn)的角色，通常稱作PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)。簡化功能設(shè)備（Reduced Function Device，RFD）：一些功能簡單的設(shè)備，僅能與FFD通信彼此之間不能直接通信,，無法作為網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器或路由器。APS 幀的結(jié)構(gòu)如表 所示表 幀結(jié)構(gòu) Structure of APS frame1 字節(jié) 0/1 字節(jié) 0/1 字節(jié) 0/2 字節(jié) 0/1 字節(jié) 可變目的端點(diǎn) 簇標(biāo)識符 模板標(biāo)識符 源端點(diǎn)幀控制域幀地址域幀載荷APS 首部 APS 載荷 由上圖可以看出，APS 首部由幀控制域和地址域組成。確認(rèn)幀：確認(rèn)幀僅包含控制域，序列號和校驗(yàn)碼。由圖可見，幀首部有幀控制域，序列號，地址域等，其中地址域又包含目的PAN 標(biāo)識符，目的地址，源 PAN 標(biāo)識符和源地址等。采用發(fā)送同步包頭的方法引導(dǎo)接收端與發(fā)送端實(shí)現(xiàn)同步，同步包頭由 4 字節(jié)的前同步碼和 1 字節(jié)的幀定界。以下是ZigBee各層幀結(jié)構(gòu)示意圖： （1）物理層按分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，每一層都要在發(fā)送的數(shù)據(jù)上附加上自己的協(xié)議信息，以形成協(xié)議數(shù)據(jù)單元 [11]。 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)各層幀結(jié)構(gòu)Zigbee 是基于IEEE , 協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)對等層之間的幀格式、意義和交換方式。因?yàn)槠鋫鬏斔俾实?，協(xié)議免費(fèi)，所以使成本大大降低了；短時延：設(shè)備搜索時延典型值為 30ms，休眠激活時延典型值是 15ms，活動設(shè)備信道接入時延為 15ms；網(wǎng)絡(luò)容量大：一個 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)可以容納 1 到 255 臺設(shè)備，利用該技術(shù)可由多到 65535個無線微功率收發(fā)機(jī)組成無線網(wǎng)絡(luò)平臺。 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 目前，市場上的近距離無線通信技術(shù)主要有無線局域網(wǎng)WiFi、藍(lán)牙和一些專用標(biāo)準(zhǔn)(如Ad hoc網(wǎng)等)的產(chǎn)品。將一個三軸的AMR磁場計安裝在車道上，車輛通過傳感器時，地磁場磁偏角發(fā)生明顯的變化,可以用于進(jìn)行車輛檢測。R Δ R R + Δ RR + Δ RR Δ RV b+_V o u t 惠斯通電橋 Fig Hui stone bridge地磁場強(qiáng)度大約是 500600 毫高斯，當(dāng)一輛汽車在路面上行駛時，由于其材料含有大量的鐵磁物質(zhì)，可以看作一個鐵磁性物質(zhì)模型，當(dāng)行進(jìn)的車輛經(jīng)過低場磁阻感應(yīng)器時，相當(dāng)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 8 于一個鐵磁性物體切割位于傳感器附近的地磁場，因此會引起地面附近地磁場的擾動，而磁阻傳感器可以準(zhǔn)確檢測出坐標(biāo)分量上地球磁場 1/12022 的強(qiáng)度和方向的變化，可以精確地檢測到車輛通過時地磁場的畸變。橋臂的典型阻值為1000 歐姆，典型帶寬為15MHz。 磁阻效應(yīng) 磁阻MR(Magio Resistor)效應(yīng)是指物質(zhì)在磁場的作用下電阻發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。人們利用地磁大約已有 2022 年的歷史。硬件部分作為整個系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，要為軟件運(yùn)行平臺和其他設(shè)備進(jìn)行通信提供接口；軟件部分則包括操作系統(tǒng)件和應(yīng)用程序編程。 嵌入式技術(shù) 嵌入式系統(tǒng)（嵌入的系統(tǒng)）簡單的說，就是作為智能控制部件嵌入到設(shè)備體中的專用計算機(jī)。軟件包括驅(qū)動程序，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)傳輸和命令處理程序的開發(fā)。 本課題的研究內(nèi)容傳統(tǒng)車輛檢測方法在安置檢測設(shè)備時大都需要破壞路面，不僅提高使用成本和維護(hù)成中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 5 本，而且也嚴(yán)重影響公路使用壽命。采用該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交通量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是可以利用中國移動現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)，方便快捷，接入時間短，傳輸速率高。DDN方式DDN 是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)的簡稱，主要是是由數(shù)字傳輸電路和相應(yīng)的數(shù)字交叉復(fù)用設(shè)備組成，采用該方式時，可根據(jù)實(shí)際需求申請帶寬，它主要提供中、高速率，高質(zhì)量點(diǎn)到及點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)字專用鏈路，其優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率和質(zhì)量很高，并且協(xié)議簡單，組網(wǎng)靈活，但是DDN網(wǎng)組建和維護(hù)成本較高，長期使用存在局限性.光纖信道光纖信道有傳輸質(zhì)量高、信道穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。（1）有線網(wǎng)絡(luò)接入方式有線網(wǎng)絡(luò)方式是將傳感器在現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)變?yōu)閿?shù)字信號，通過以太網(wǎng)傳送給控制終端，控制終端再對收到的信號進(jìn)行分析處理，得出結(jié)論并反饋給現(xiàn)場。其優(yōu)點(diǎn)是無需破壞路面，在為交通狀況采集數(shù)據(jù)同時還可以提供直觀可視圖像參考，缺點(diǎn)是設(shè)備維護(hù)成本較高，檢測精度依賴于客觀環(huán)境，容易受惡劣天氣、燈光、路面揚(yáng)塵等因素的影響，汽車的動態(tài)陰影也會為檢測帶來干擾，特別是在夜間工作時誤報率比較高。該種檢測器，是目前世界上使用最普遍的一種檢測設(shè)備，一般利用電磁感應(yīng)傳感器，通過檢測車輛經(jīng)過時引起電磁感應(yīng)的變化來計算出車輛的速度，流量，時間占有率和長度等交通參數(shù)，并上傳給控制裝置，具有易于掌握、計數(shù)精確、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。主要問題是：數(shù)據(jù)存儲容量偏小，主要采用串行口與計算機(jī)通信，速度慢，沒有網(wǎng)絡(luò)接口，不能滿足當(dāng)前公路網(wǎng)絡(luò)化管理和智能交通的要求。 [4] 但目前各個省、市的車輛信息采集系統(tǒng)所使用的軟硬件五花八門，