【正文】 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。 [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，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。（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)。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發(fā)。 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。 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。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。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。原語(yǔ)都是發(fā)送給服務(wù)實(shí)體相鄰層的。混合網(wǎng)一般適用于覆蓋范圍較大的網(wǎng)絡(luò)。 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。斯，,～ 范圍內(nèi)變化。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。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(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。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的程序流程如圖 所示。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。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。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)。= ~DM_SCLK//數(shù)據(jù)輸入口 1, 0define DM_SI_H P3OUT |= DM_SIdefine DM_SI_L P3OUT amp。delay(10)。return 1。DM_RESET_H。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 BUFFER1 84H寫 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。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。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。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。ZigBee 協(xié)調(diào)器上電后通過(guò)掃描尋找一個(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。 CC2430的工作模式 CC2430 working mode工作模式 功能PM0主時(shí)鐘振蕩器開，電源電壓調(diào)節(jié)器開，為全功能模式。對(duì)于大多數(shù) ADC，轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)即為轉(zhuǎn)換速率。X、Y、Z 磁傳感器橋路與放大器相連，輸出0～5V的信號(hào)。在有信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)通過(guò)定期地向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)廣播信標(biāo)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)保持同步；在無(wú)信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，終端節(jié)點(diǎn)會(huì)被設(shè)定工作周期，定期睡眠，定期醒來(lái)，而終端節(jié)點(diǎn)以外的各個(gè)節(jié)點(diǎn)要始終保證處于激活的工作狀態(tài)，終端節(jié)點(diǎn)每次醒來(lái)后會(huì)主動(dòng)向它的協(xié)調(diào)點(diǎn)發(fā)出詢問(wèn)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送給自己。 Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) Zigbee work topologyMesh網(wǎng)可以通過(guò)FFD擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，組成Mesh網(wǎng)與星型網(wǎng)構(gòu)成的混合網(wǎng)（） 。在 ZigBee 技術(shù)中存在著以下四種類型的原語(yǔ)? 請(qǐng)求原語(yǔ)? 指示原語(yǔ)? 響應(yīng)原語(yǔ)? 確認(rèn)原語(yǔ)原語(yǔ)的書寫形式包含了服務(wù)的實(shí)體，原語(yǔ)的功能及原語(yǔ)的類型，物理層數(shù)據(jù)訪問(wèn)類型原語(yǔ)用 PD 開頭，物理層管理類原語(yǔ)用 PLME 開頭；MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)原語(yǔ)用 MCPS 開頭，MAC 層管理服務(wù)原語(yǔ)用 MLME 開頭；網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)原語(yǔ)用 NLDE 開頭，網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)原語(yǔ)用 NLME 開頭；應(yīng)用層支持子層數(shù)據(jù)服務(wù)原語(yǔ)用 APSED 開頭，應(yīng)用支持子層管理服務(wù)原語(yǔ)用 APSME 開頭等。幀控制域的長(zhǎng)度為 1 字節(jié)，包含了有關(guān)幀類型，尋址，標(biāo)志等信息。表 物理層幀結(jié)構(gòu) Physical layer frame structure4 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 可變前同步碼 幀定界符 幀長(zhǎng)度 保留位 1 位 PSDU同步包頭 物理層包頭 物理層載荷由于發(fā)送端按一定的是延發(fā)送連續(xù)的位流，而接收端必須在時(shí)間上保持與發(fā)送端相同才能正確的接收數(shù)據(jù)，這稱為同步。 車輛引起的地磁擾動(dòng) the geomagic disturbance by vehicle由于磁阻傳感器具有體積小，功耗低，易于安裝，溫度特性好，抗干擾能力強(qiáng)，誤差中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 9 不隨時(shí)間累積等特點(diǎn)，適合做成體積微小的過(guò)車傳感器，安裝在車道上，既不影響車輛的安全行使，同時(shí)能夠準(zhǔn)確地記錄交通量數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步, 現(xiàn)代各種各樣的磁傳感器已不僅僅限于測(cè)量地球磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向, 還可以測(cè)量由于金屬物體移動(dòng)、電流，甚至腦電波的活動(dòng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。本論文的主要工作是分析研究現(xiàn)有交通量檢測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，采用磁阻傳感器、Zigbee無(wú)線通信技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)，研究開發(fā)新的過(guò)車傳感器。借助于計(jì)算機(jī),互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)形成交通檢測(cè)網(wǎng),依靠傳感器實(shí)時(shí)獲得的數(shù)據(jù)才能得到及時(shí)的處理與反饋，交通控制中心才能了解掌握道路中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 4 交通情況,對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在制定國(guó)家發(fā)展的“十一五”計(jì)劃和 2022 年長(zhǎng)期規(guī)劃時(shí)， ITS 已作為一個(gè)重要項(xiàng)目列入戰(zhàn)略研究計(jì)劃。并且建立了“車輛、道路與交通智能協(xié)會(huì)” ，建設(shè)省、通產(chǎn)省、運(yùn)輸省和警察廳各部門之間緊密配合與共同參與到 ITS 建設(shè)，保證了上路的每輛汽車均處于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)范圍內(nèi)，目前在日本上路行駛的車輛中，有超過(guò)了兩百萬(wàn)輛的汽車裝備了車輛導(dǎo)航定位設(shè)備，大規(guī)模的檢測(cè)覆蓋率不僅可以使監(jiān)控中心實(shí)時(shí)了解每一輛車輛行駛情況而且通過(guò)該設(shè)備能夠向駕駛員提供實(shí)時(shí)的道路信息服務(wù)。通過(guò)這些交通智能設(shè)備采集，處理車流量、車速、飽和度等交通數(shù)據(jù)并通過(guò)直觀的方式實(shí)時(shí)反饋給交通管理部門。及時(shí)準(zhǔn)確的了解到路面車輛信息，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路面的實(shí)時(shí)管理，使路面交通高質(zhì)量高效率的運(yùn)行，同時(shí)也為決策部門進(jìn)行交通預(yù)測(cè)，道路規(guī)劃，和建設(shè)提供可參考依據(jù)。因此，研制新的交通量采集系統(tǒng)對(duì)于提高公路部門的技術(shù)、管理水平和適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展具有重要的意義。還應(yīng)當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)接口和移動(dòng)存儲(chǔ)接口以跟上計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展和公路交通管理和科研的要求。在我國(guó)使用時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題主要有：價(jià)格昂貴，不適合普遍使用；由于使用環(huán)境的不同，國(guó)外儀器在使用的過(guò)程中遇到一些困難，如傳感器容易丟失，車流比國(guó)外密集，造成統(tǒng)計(jì)精度下降；維修困難。超聲波檢測(cè)器一般是利用設(shè)置在車道上方的超聲波探頭，接收由超聲波發(fā)生器發(fā)射的超聲波束并經(jīng)車輛反射的超聲回波來(lái)檢測(cè)車輛。但是GPRS小區(qū)容量有限，GPRS對(duì)容量影響程度取決于預(yù)留GPRS使用時(shí)隙個(gè)數(shù)，在網(wǎng)絡(luò)使用的高峰期，數(shù)據(jù)傳送容易堵塞，實(shí)際傳送速度要大大降低。可以為實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行和功能實(shí)現(xiàn)提供控制方法。 [4]利用磁原理測(cè)量地磁場(chǎng)沿車體縱向坐標(biāo)系分量變化，通過(guò)數(shù)值計(jì)算、誤差校正，從而得出需要的車輛信息。其結(jié)構(gòu)由物理層(PHY)、介質(zhì)訪問(wèn)層(MAC) 、網(wǎng)絡(luò)層(NWK) 、應(yīng)用層四層框架組成，各層之間的關(guān)系分布如下圖所示。命令幀：設(shè)備通過(guò)發(fā)送命令與協(xié)調(diào)建立連接。 [19]在本研究課題中，過(guò)車傳感器是RFD設(shè)備，只負(fù)責(zé)車輛數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)和發(fā)送。PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)起建立和管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此它必須是FFD，而其它的終端節(jié)點(diǎn)一般為RFD，在PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)的控制之下，直接與PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)進(jìn)行通信。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它首先通過(guò)信道掃描來(lái)搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)搜尋到了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，它就會(huì)通過(guò)關(guān)聯(lián)過(guò)程來(lái)加入網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)zigbee網(wǎng)絡(luò)中具備路由功能的節(jié)點(diǎn)可以允許或拒絕別的節(jié)點(diǎn)通過(guò)它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)采用霍尼韋爾HM2022三軸固態(tài)低磁混合電路磁阻傳感器對(duì)車輛擾動(dòng)地磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，CC2431整合了單片機(jī)模塊和zigbee無(wú)線通訊模塊,因此,以成都無(wú)線龍CC2431模塊作為數(shù)據(jù)的處理和發(fā)送模塊。1) 絕對(duì)誤差在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字量的實(shí)際模擬輸入電壓和理想的模擬輸入電壓之差的最大值，定義為“絕對(duì)誤差” 。它使用1個(gè)8 位MCU（8051），具有32/64/128 KB 可編程閃存和8KB的RAM，還包含模擬\數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、定時(shí)器（Timer）、看門狗定時(shí)器（Watchdog Timer）、AES128密保協(xié)同處理器、32 kHz晶振的休眠狀態(tài)定時(shí)器、掉電檢測(cè)功能電路(Brown Out Detection)、內(nèi)置上電復(fù)位電路(Power On Reset)等。 CC2430芯片架構(gòu) CC2430 chip architectureCC2430芯片的主要特點(diǎn)如下：?低功耗的高性能工業(yè)級(jí)8051單片機(jī)內(nèi)核；? ；?高接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性能；?大容量閃存；?具備在各種供電方式下穩(wěn)定數(shù)據(jù)保持能力的8KB sRAM；?具備強(qiáng)大的DMA功能；?高集成度，只需極少的外圍元件；?最小基本系統(tǒng)只需一個(gè)晶體，即可滿足ZigBee組網(wǎng)需要；?低電流消耗 (當(dāng)內(nèi)核運(yùn)行在32 MHz總線頻率時(shí)，接收為27mA，發(fā)射為25mA)；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 21 ?，通過(guò)外部中斷或者實(shí)時(shí)鐘(RTc)能夠喚醒系統(tǒng)；?掛起方式的電流消耗小于 ，通過(guò)外部中斷能夠喚醒系統(tǒng)；?硬件直接支持避免沖突的載波偵聽多路存?。?電源供電電壓范圍寬(～ V)；?內(nèi)置數(shù)字化的接收信號(hào)強(qiáng)度指示器/鏈路質(zhì)量指示(RssI/LQI)；?內(nèi)置電池監(jiān)視器和溫度傳感器；?具有8路8～14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；?內(nèi)置高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)協(xié)處理器；?具有2個(gè)支持通用串行通信協(xié)議的串口；?內(nèi)置硬件看門狗；?具有1個(gè)IEEE 媒體存取控制(MAC)定時(shí)器；?具有1個(gè)通用的16位和2個(gè)8位定時(shí)器；?硬件調(diào)試支持；?具有獨(dú)立的定位檢測(cè)硬件核心。傳感器之間的通信只限于同一車道的兩個(gè)傳感器之間，所以采用 Zigbee 中的綁定進(jìn)行兩個(gè)傳感器之間的通信。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路車輛記錄的存儲(chǔ)采用 AT45DB161B。典型的驅(qū)動(dòng)程序一般都會(huì)有以下幾部分：硬件的初始化：在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序中的初始化函數(shù)來(lái)創(chuàng)建設(shè)備對(duì)象。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 28 過(guò)車傳感器的驅(qū)動(dòng)程序過(guò)車傳感器的硬件設(shè)備有 A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)讀寫和無(wú)線通信。P2SEL amp。DM_CS_L。{_NOP()。= ~(DM_SCLK + DM_SI + DM_SO)。通常是將一個(gè)或