【正文】 DM_CS_H。 i 0x1ff。P2OUT |= DM_CS + DM_RESET。= ~(DM_SO + DM_RDY)。我們只需要開發(fā)數(shù)據(jù)存儲器和 A/D 轉(zhuǎn)換的基本操作函數(shù)。因此中斷服務(wù)對于設(shè)備的正常運行非常重要。應(yīng)用對這個設(shè)備的所有操作（讀取或改寫設(shè)備的參數(shù)，調(diào)用設(shè)備的功能等）都通過這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)中連接和控制硬件的關(guān)鍵模塊，主要工作包括對硬件初始化、中斷響應(yīng)、讀寫等，保證設(shè)備的基本功能能夠正常實現(xiàn)。技術(shù)指標如下：單一 — 電源供電SPI 兼容最大 20MHz 時鐘頻率頁編程操作支持頁和塊擦除操作低功耗：讀電流 4mA，待機電流 2uA硬件數(shù)據(jù)保護容量 4096 頁 X528 字節(jié) 電源電路 過車傳感器一般被安置于路面，工作環(huán)境惡劣，因此要保證傳感器穩(wěn)定工作首先需要可靠的供電設(shè)計，雖然數(shù)據(jù)采集的實時性要求很高，但一般情況下數(shù)據(jù)的發(fā)送在可以滯后一段時間或是集中發(fā)送，因此完全可以采用電池作為系統(tǒng)唯一的能量來源。 CPU 電路系統(tǒng) CPU 采用 CC2430 系列的 Zigbee 芯片，該芯片內(nèi)部整合有一個功能強大的8051CPU，本課題中采用具有 128k 閃存的 CC2430F128。綁定機制允許一個應(yīng)用服務(wù)在不知道目標地址的情況下向?qū)Ψ剑ǖ膽?yīng)用服務(wù)）發(fā)送數(shù)據(jù)包。終端設(shè)備的程序流程如圖 所示。本課題中采用新型的PWM調(diào)制的穩(wěn)壓電源模塊TPS63000，與傳統(tǒng)的線性分壓穩(wěn)壓芯片相比，明顯節(jié)能。當(dāng)CPU進入PM2后，、外部中斷、和睡眠定時器是激活狀態(tài)的，其他所有電路都處于掉電狀態(tài)，電壓調(diào)節(jié)器也被關(guān)閉。CC2430的從休眠模式轉(zhuǎn)換到主動模式使用超短時間的特性，特別適合那些對電池壽命要求非常嚴格的應(yīng)用。三個引腳輸出 05V 的電壓( 代表磁場強度為 0) ,因此可以直接將信號輸出接到 CC2430 的 A/D 通道。絕對誤差包括量化誤差和其它所有誤差。 [15] HMC2022結(jié)構(gòu)原理圖 Structure diagram of HMC2022 A/D 轉(zhuǎn)換器磁阻傳感器輸出為模擬信號，需要經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換讀入計算機?；旌想娐房墒褂?~15V單電源供電，并內(nèi)置+ 基準電壓,每個坐標軸都有模擬輸出可供外部接口使用, 可檢測的磁場強度范圍能達到40μ～177。對于工作在復(fù)雜環(huán)境下的過車傳感器，做好硬件設(shè)計至關(guān)重要。網(wǎng)絡(luò)中每個具備路由器功能的節(jié)點都具有一個路由表和一個路由發(fā)現(xiàn)表，并參與數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護，以及關(guān)聯(lián)其它節(jié)點來擴展網(wǎng)絡(luò)。在找到合適的空閑信道后，ZigBee 協(xié)調(diào)器就會選擇一個 PAN 標識符和新網(wǎng)絡(luò)匹配?！　esh網(wǎng)（）一般是由若干個FFD連接在一起形成，這幾個FFD之間通信是完全的對等的，在其無線通訊范圍內(nèi)，每個節(jié)點都可以與其它節(jié)點通信。N2 用戶通過響應(yīng)原語作出回應(yīng)。這些服務(wù)是設(shè)備中的實體通過發(fā)送服務(wù)原語來實現(xiàn)的。相對于FFD，RFD占用資源少，需要的存儲容量也小，成本比較低。其結(jié)構(gòu)如圖 所示表 網(wǎng)絡(luò)幀控制域結(jié)構(gòu) Control field structure of work frame中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 12 01 25 67 8 9 1015幀類型 協(xié)議版本 發(fā)現(xiàn)路由 保留 安全性 保留 （4）應(yīng)用層APS 幀（APDU）由以下兩部分組成：APS 首部，包含幀控制及地址信息；APS 幀載荷，即幀傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)，其長度可變。MAC 層幀結(jié)構(gòu)如表 所示。而從下層向上層傳輸時，各層將附加信息去掉。該技術(shù)在無線傳輸領(lǐng)域具有以下優(yōu)勢：省電：其工作方式中有休眠模式，收發(fā)信息時所耗的電量是非常少的，在某些應(yīng)用中兩節(jié)電池可以用到兩年左右；可靠性高：MAC 層采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，也就是當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送后，需等待接收方返回的確認信息；成本極低：芯片的現(xiàn)價是在在 3 美元以下。 車輛引起的地磁場改變 The magic field changes caused by vehicles 三軸智能數(shù)字磁場計HMR2300有X，Y，Z三個輸出引腳，可檢測傳感器所在位置磁場的三個方向強度變化, 并可與計算機直接通訊以輸出X、Y、Z三個軸向的分量。磁阻傳感器由四個鐵－鎳合金（Permalloy）薄膜沉積在硅片上形成的電阻條電阻組成，這四個電阻挑連接成一個惠斯通電橋，該電橋可以測出沿著單一軸線的磁場的強度和方向。 嵌入式系統(tǒng)框架示意圖 The embedded system frame diagram 磁阻傳感器工作原理地球本身就所是一個巨大的磁體，它在空間產(chǎn)生的磁場稱為地磁場。而無線通信技術(shù)大大提高了傳感器的技術(shù)水平和實用性。其網(wǎng)絡(luò)容量大，組網(wǎng)靈活，非常適合交通量采集的傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種方式優(yōu)點是采用普通電話網(wǎng)絡(luò)就可以實現(xiàn)信號的傳輸，無需另外組網(wǎng)，可大大降低系統(tǒng)費用，一般用于城市交管部門監(jiān)控視頻的傳輸方案。視頻圖像型檢測器也是各國目前普遍采用的一種檢測方法，通過攝像裝置將道路上運行的車輛拍攝成圖像，再利用視頻圖像技術(shù)處理圖像信息，檢測出交通數(shù)據(jù)。隨著時間的推移，該儀器已不能滿足當(dāng)前對交通量統(tǒng)計的需求。在 20 世紀 70 年代從國外引進了一些相關(guān)項目，進行了一些 ITS 或與 ITS 相關(guān)的基礎(chǔ)項目的研究和應(yīng)用，但也只是局限于研究城市交通信號的控制試驗。國外儀器的特點是工作穩(wěn)定，抗干擾能力強，使用方便。 國外發(fā)展現(xiàn)狀美國作為當(dāng)今世界上高速公路建設(shè)里程最多、高速公路路網(wǎng)最發(fā)達、人均車輛占有率最高的發(fā)達國家，充分利用其雄厚的資金支持和車載通信、衛(wèi)星通信等通信技術(shù)上的優(yōu)勢，成為在道路車輛檢測技術(shù)上最為先進最為成熟的國家之一。 [2]通過對交通量的分析交通工作者可以準確掌握交通現(xiàn)狀及其變化規(guī)律，同時也為實現(xiàn)與未來的交通需求相適應(yīng)的道路工程設(shè)施及交通管理控制手段提供依據(jù)。隨著汽車普及率也在不斷提高，高速公路網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，城市路網(wǎng)密度和路面車流量也越來越大，交通情況調(diào)查工作的任務(wù)將更為艱巨。關(guān)鍵詞：交通量，磁阻傳感器，zigbee 無線通信技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)ABSTRACT With the social and economic development in our country， cars have got into numberable families and bee the important daily traffic tools in human lifes。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文摘 要隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，汽車逐漸走進千家萬戶，成為人類日常生活的重要交通工具。For making sure traffic in our city adapt to the development of national economy,and realizing the traffic intelligent, scientific management of urban road，it is necessary to do traffic vehicle information collection and transmission well。而交通管理、科研、設(shè)計等工作也要同互聯(lián)網(wǎng)時代的社會發(fā)展相適應(yīng)，因此，研制新的交通量采集系統(tǒng)對于提高公路部門的技術(shù)、管理水平和適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時代的發(fā)展具有重要的意義。 目前國內(nèi)外廣泛使用的交通量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括線圈檢測設(shè)備、視頻檢測設(shè)備、道路雷達檢測、GPS浮動車檢測等，但大部分檢測設(shè)施都需要路面鋪設(shè)和現(xiàn)場人員的進行操作, 不能滿足當(dāng)前公路網(wǎng)絡(luò)化管理和智能交通的要求。美國準備在 2022 年到 2022 年十年間投資高達到 2022 億美元構(gòu)造全國 ITS，采用現(xiàn)代化的通信技術(shù)、智能控制技術(shù)以及計算機技術(shù)等技術(shù)手段加強與提高公路監(jiān)控、車輛檢測能力，進而對整個公交網(wǎng)絡(luò)進行科學(xué)管理和維護，降低公路引發(fā)的交通事故，減少因交通事故所引起的嚴重損失。這些儀器結(jié)構(gòu)上一般采用上、下位機的形式。90 年代中期以來，我國開始研究并發(fā)展戰(zhàn)略和地理信息中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 3 系統(tǒng) GIS、全球定位系統(tǒng) GPS 在交通中的應(yīng)用等。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。其優(yōu)點是無需破壞路面，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，缺點是設(shè)備維護成本較高，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。DDN方式DDN 是數(shù)字數(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)實際需求申請帶寬，它主要提供中、高速率，高質(zhì)量點到及點到多點的數(shù)字專用鏈路，其優(yōu)點是傳輸速率和質(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。 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成中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 5 本，而且也嚴重影響公路使用壽命。 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。人們利用地磁大約已有 2022 年的歷史。橋臂的典型阻值為1000 歐姆，典型帶寬為15MHz。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,可以用于進行車輛檢測。因為其傳輸速率低，協(xié)議免費，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)機組成無線網(wǎng)絡(luò)平臺。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]。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 標識符，目的地址，源 PAN 標識符和源地址等。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 簇標識符 模板標識符 源端點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。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)點的角色，通常稱作PAN協(xié)調(diào)點。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)的具體實現(xiàn)方式?jīng)]有關(guān)系。 N1 的 M 層向用戶發(fā)送確認原語，指示氣球原語執(zhí)行的結(jié)果。Mesh網(wǎng)中，通常將發(fā)起建立網(wǎng)絡(luò)的那個FFD節(jié)點設(shè)置為PAN協(xié)調(diào)點。PAN 標識符一旦確定，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。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傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 系統(tǒng)設(shè)計原則和硬件框架在實際中，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。2μGs，工作溫度在 40℃～85℃之間。A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇需要考慮以下幾個指標。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)的模擬輸入量的實際值與理論值之差，用模擬滿量程的百分比表示。這樣，進一步減少了傳感器的體積和功耗。 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。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的運行。其特點如下：? 具有96%高效率? 高輸出電流，（Vin）時可達800mA? 能夠在步進和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 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。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。發(fā)送時使用的目標地址將由應(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節(jié)點的一個或多個應(yīng)用服務(wù)，乃至分組接收。CPU 電路包括復(fù)位、晶振和天線電路。CC2430 的電源電壓為 ，所以使用 的鋰電池供電。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。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)。驅(qū)動程序還要為設(shè)備的中斷請求提供響應(yīng)