【正文】 描尋找一個(gè)空閑信道來(lái)創(chuàng)建新網(wǎng)絡(luò)；接收新節(jié)點(diǎn)加入并分配網(wǎng)絡(luò)地址，維護(hù)一個(gè)目前連接設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)列表。對(duì)于六車道的高速公路，需要 12 個(gè)傳感器。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 24 圖 傳感器網(wǎng)絡(luò)與通信 圖 傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信 Sensor work munication 本章小結(jié) 本章中首先確定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，建立了傳感器硬件框架，確定了傳感器系統(tǒng)的組成，對(duì)硬件進(jìn)行了選型，Zigbee 無(wú)線通信選用了 TI 公司的 CC2430，該芯片除了無(wú)線通信功能外，還有一個(gè)功能強(qiáng)大的 C8051F CPU 和最高達(dá) 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，不需要單獨(dú)的A/D 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行磁阻傳感器的采樣，選用該款 CPU 使得傳感器的體積和功耗大大減小。這種天線的設(shè)計(jì)需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和測(cè)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(duì)尺寸的要求。根據(jù) CC2430 的數(shù)據(jù)手冊(cè)，工作在 32MHz 時(shí)，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(huì)超過(guò) 15mA，故選擇 600mAh 的鋰電池作為電源。采用的是面向?qū)ο蟮慕M織方式，即一個(gè)設(shè)備就是一個(gè)對(duì)象（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)） 。任何一個(gè)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。在設(shè)備發(fā)送中斷請(qǐng)求后，系統(tǒng)便會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序中的中斷處理程序。表 45DB161 的引腳引腳 功能CS 片選信號(hào)SCK 串行時(shí)鐘SI 串行輸入SO 串行輸出WP 硬件頁(yè)寫(xiě)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(yè) E8H讀 BUFFER1 52H讀 BUFFER2 D2H讀狀態(tài)寄存器 54H寫(xiě) BUFFER1 84H寫(xiě) BUFFER2 87H帶擦除的將 Buffer1 編程到主存頁(yè) 83H帶擦除的將 Buffer2 編程到主存頁(yè) 86H不帶擦除的將 Buffer1 編程到主存頁(yè) 88H不帶擦除的將 Buffer2 編程到主存頁(yè) 89H頁(yè)擦除 81H塊擦除 50H通過(guò) Buffer1 的主存頁(yè)編程 82H通過(guò) Buffer2 的主存頁(yè)編程 85H中國(guó)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(chǔ)器的操作方法可參考 45DB161B 的技術(shù)資料，這里不再介紹。P3OUT amp。DM_RESET_H。}DM_CS_H。return 1。DM_RESET_H。delay(10)。P2DIR |= DM_CS + DM_RESET。= ~DM_SCLK//數(shù)據(jù)輸入口 1, 0define DM_SI_H P3OUT |= DM_SIdefine DM_SI_L P3OUT amp。在實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，需要對(duì)時(shí)鐘操作的函數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如時(shí)鐘的啟動(dòng)、停止和時(shí)間設(shè)置。在有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)系統(tǒng)軟件就會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序中的寫(xiě)函數(shù)，而當(dāng)從設(shè)備接收數(shù)據(jù)或是查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序中的讀函數(shù)。對(duì)上層的應(yīng)用而言，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序隱藏了設(shè)備的具體細(xì)節(jié)，為各種不通型號(hào)、不通種類的設(shè)備提供了簡(jiǎn)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(duì)此設(shè)備進(jìn)行操作。從位置上來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)程序位于設(shè)備和應(yīng)用之間。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。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(jì)算機(jī)USB 接口中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 25 4. 過(guò)車傳感器的硬件電路和驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)過(guò)車傳感器的硬件系統(tǒng)由 CPU,數(shù)據(jù)存儲(chǔ),RF 電路和電源電路組成。車輛數(shù)據(jù)采集過(guò)程如下：當(dāng)有車通過(guò)時(shí)，傳感器 1 檢測(cè)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(jì)時(shí)器并開(kāi)始計(jì)時(shí)；在此之后，當(dāng)傳感器 2 檢測(cè)到車輛時(shí)，讀出計(jì)時(shí)器值并放入環(huán)形緩沖器。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的程序流程如圖 所示。PM3常用在CPU需要等待外部信號(hào)的情況下。在CPU進(jìn)入此模式后，開(kāi)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(shí)，高速振蕩器被啟動(dòng)，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 芯片延用了以往CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。磁阻傳感器信號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換電路對(duì)本系統(tǒng)非常重要，直接關(guān)系測(cè)量的精度。精度有絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種表示方法。斯，,～ 范圍內(nèi)變化。因此，過(guò)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(jiān)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(shí)間長(zhǎng)，可靠穩(wěn)定? 采用電池供電? 耗電量低? 無(wú)線傳輸且抗干擾能力強(qiáng) 過(guò)車無(wú)線傳感器先由磁阻傳感器采集信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后將傳感器采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由微處理器對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，無(wú)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(jì)，分析使用。 本章小結(jié) 本章中對(duì)嵌入式技術(shù)，磁阻傳感器原理和新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。中國(guó)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(kāi)始接受其他新節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)的申請(qǐng)?；旌暇W(wǎng)一般適用于覆蓋范圍較大的網(wǎng)絡(luò)。星型網(wǎng)（）是由一個(gè)PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成的。原語(yǔ)都是發(fā)送給服務(wù)實(shí)體相鄰層的。ZigBee中每個(gè)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(gè)，而每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納65535個(gè)節(jié)點(diǎn)。簡(jiǎn)化功能設(shè)備（Reduced Function Device，RFD）：一些功能簡(jiǎn)單的設(shè)備，僅能與FFD通信彼此之間不能直接通信,，無(wú)法作為網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器或路由器。確認(rèn)幀：確認(rèn)幀僅包含控制域，序列號(hào)和校驗(yàn)碼。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。 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(duì)等層之間的幀格式、意義和交換方式。 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 目前，市場(chǎng)上的近距離無(wú)線通信技術(shù)主要有無(wú)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。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(chǎng)強(qiáng)度大約是 500600 毫高斯，當(dāng)一輛汽車在路面上行駛時(shí)，由于其材料含有大量的鐵磁物質(zhì)，可以看作一個(gè)鐵磁性物質(zhì)模型，當(dāng)行進(jìn)的車輛經(jīng)過(guò)低場(chǎng)磁阻感應(yīng)器時(shí)，相當(dāng)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 8 于一個(gè)鐵磁性物體切割位于傳感器附近的地磁場(chǎng)，因此會(huì)引起地面附近地磁場(chǎng)的擾動(dòng)，而磁阻傳感器可以準(zhǔn)確檢測(cè)出坐標(biāo)分量上地球磁場(chǎng) 1/12022 的強(qiáng)度和方向的變化，可以精確地檢測(cè)到車輛通過(guò)時(shí)地磁場(chǎng)的畸變。 磁阻效應(yīng) 磁阻MR(Magio Resistor)效應(yīng)是指物質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下電阻發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。硬件部分作為整個(gè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，要為軟件運(yùn)行平臺(tái)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。軟件包括驅(qū)動(dòng)程序，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)傳輸和命令處理程序的開(kāi)發(fā)。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(guó)移動(dòng)現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)，方便快捷，接入時(shí)間短，傳輸速率高。（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(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，通過(guò)以太網(wǎng)傳送給控制終端，控制終端再對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行分析處理，得出結(jié)論并反饋給現(xiàn)場(chǎng)。該種檢測(cè)器，是目前世界上使用最普遍的一種檢測(cè)設(shè)備，一般利用電磁感應(yīng)傳感器，通過(guò)檢測(cè)車輛經(jīng)過(guò)時(shí)引起電磁感應(yīng)的變化來(lái)計(jì)算出車輛的速度，流量，時(shí)間占有率和長(zhǎng)度等交通參數(shù)，并上傳給控制裝置，具有易于掌握、計(jì)數(shù)精確、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。 [4] 但目前各個(gè)省、市的車輛信息采集系統(tǒng)所使用的軟硬件五花八門(mén)，各不相同不能有效地協(xié)同與整合，集成度很低，完全處于獨(dú)立狀態(tài)，這非常不利于對(duì)汽車這種經(jīng)?？绲赜蛐旭偟慕煌üぞ哌M(jìn)行全程檢測(cè)，對(duì)組建跨地域大，規(guī)模的車輛檢測(cè)系統(tǒng)造成了巨大的障礙。供電方式采用電瓶供電或是太陽(yáng)能供電。 歐洲道路檢測(cè)上進(jìn)行理論和實(shí)際應(yīng)用的研究也具有一定的代表性，在上個(gè)世紀(jì) 80 年代，為改善公路檢測(cè)設(shè)備的升級(jí)，歐洲各國(guó)家投入資金多達(dá) 50 多億美元以上，現(xiàn)正計(jì)劃在歐盟國(guó)家內(nèi)部建立起專用的交通無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，使車輛控制、信息服務(wù)以及電子收費(fèi)等系統(tǒng)等能夠有機(jī)的在統(tǒng)一在一個(gè)完整的監(jiān)控、指揮以體系中，同時(shí)利用地球同步衛(wèi)星準(zhǔn)確定位確認(rèn)交通事故的交通警示系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)車輛在高速公路的安全運(yùn)行。為適應(yīng)交通量不斷增大的趨勢(shì)，交通量采集系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有更高的精度和高容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在對(duì)交通發(fā)展規(guī)劃和預(yù)測(cè)未來(lái)的交通運(yùn)輸需求這一工作中，交通數(shù)據(jù)量的采集是不可少的環(huán)節(jié)和步驟，是規(guī)劃內(nèi)容的一個(gè)重要組成部分，也是制定決策與規(guī)劃的依據(jù)和基礎(chǔ)。交通管理、科研、設(shè)計(jì)工作也要適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的社會(huì)發(fā)展。其次，完成了傳感器電路硬件的具體設(shè)計(jì)，利用磁阻傳感器的工作原理，通過(guò)磁阻傳感器對(duì)經(jīng)過(guò)采集儀的車輛類型，車輛速度進(jìn)行檢測(cè)。本文首先分析了現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車性能檢測(cè)儀器的不足,并結(jié)合其發(fā)展的實(shí)際需要提出了采用ZigBee 技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車性能檢測(cè)傳感器數(shù)據(jù)采集的新方法。Secondly，We finished the hardware design of magic resistance sensor circuit, and use this sensor for collecting imofrmations such as type and speed of passing vehicles vehicle；At the end， we also design a data collection system based on the ZigBee CC2430 chip wireless munication ，and plish the software design of 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文this systerm ，finish application software ZigBee technology have not been applicated in the field of vehicle detection, so it gives more space for researching and applicationKeywords: Trafficvolume，MagoresistiveSensor，Zigbeewireless Communication Technology， Embedded system.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文目 錄目 錄 ........................................................................71 緒論 ........................................................................1 本課題的研究目的和意義 ..................................................1 交通量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................3 常用車輛檢測(cè)傳感器 ..................................................3 本課題的研究?jī)?nèi)容 ........................................................52．過(guò)車傳感器相關(guān)技術(shù) .........................................................6 嵌入式技術(shù) ..............................................................6 磁阻傳感器工作原理 ......................................................6 磁阻效應(yīng) ............................................................7 磁阻傳感器在車輛檢測(cè)中應(yīng)用 ..........................................7 ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ..........................................................9 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)各層幀結(jié)構(gòu) ..............................................10 ZigBee 技術(shù)的原語(yǔ) ........................................