【正文】 85 模塊。而本系統(tǒng)只是初步的對(duì) AMR 傳感器 的檢測(cè)精度做相對(duì)較深刻的研究，所以在傳輸節(jié)點(diǎn)方面，本系統(tǒng)就采取了 RS485 作為傳輸?shù)囊环N方式。 2） 12bit 的 ADC 與低干擾 AMR 傳感器，能在正負(fù) 8 高斯 。 3）內(nèi)置自檢功能， I2C 數(shù)字借口 。 5）能適用于電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。 7）工作溫度為負(fù)的 30 度到正的 85 度。 與其它類型的單片機(jī)相比本文 選取此款單片機(jī)的原因在于： （ 1） 工作電壓范圍適合， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓一般采用 的低電壓，RAM 數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅 [1]。不久還將推出 25～ 30MIPS 的產(chǎn)品 [1]。 （ 4） 系統(tǒng)工作穩(wěn)定，上電復(fù)位后，首先由 DCO_CLK 啟動(dòng) CPU，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體震蕩器有足夠的起振以及穩(wěn)定時(shí)間，然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的 統(tǒng)時(shí)鐘頻率。這種結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制， 在目前各 列單片機(jī)中是絕無(wú)僅有的 [1]。此芯片可以應(yīng)用的范圍很廣 [8]： （ 1） 運(yùn)行于 470/950 MHz ISM/SRD 頻帶的超低功耗無(wú)線應(yīng)用 （ 2） 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) （ 3） 家庭和樓宇自動(dòng)化 （ 4） 高級(jí)抄表架構(gòu) （ 5） 無(wú)線計(jì)量 （ 6） 無(wú)線告警和安全系統(tǒng) 此芯片的一些關(guān)鍵性能為： （ 1） 高靈敏度 （ 2） 低電流消耗 （ 3） 所有支持頻率下高達(dá) +10dBm 的可編程輸出功率 （ 4） 卓越的接收機(jī)選擇性和阻斷性能 （ 5） 到 500Kbaud 的可編程數(shù)據(jù)速率 （ 6） 頻帶： 470510 MHz 和 950 960 MHz 綜上該芯片的自身特性再和本文中的課題相結(jié)合，所以最終選定了 TI 公司的這款CC1101 的射頻收發(fā)芯片。當(dāng)三軸都存有數(shù)據(jù)的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生有一種中斷引腳產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的中斷信號(hào)。因此要想完成主器件與從器件的 21 通訊就必須了解并掌握 I2C 接口的通訊原理 。因此在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下均為高電平，此信號(hào)則代表主機(jī)空閑。 而每個(gè) I2C 總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)通過(guò)對(duì)從器件尋址來(lái)進(jìn)行和從機(jī)通訊 ，通過(guò)查詢 HMC5883L 得知此器件的 I2C 地址為 0X3C。 I2C 是雙向通信總線，結(jié)合實(shí)際通訊中的兩種情況，分別是主機(jī)向從機(jī)發(fā)送信息，和主機(jī)從從機(jī)的接受數(shù)據(jù)兩種情況，其過(guò)程分別是： 1） 主機(jī)向從機(jī)發(fā)送信息 （ 1） 主機(jī)通過(guò)地址查詢找到從機(jī) （ 2） 主機(jī)向從機(jī)發(fā)送信息 （ 3） 主機(jī)發(fā)出終止命令，停止數(shù)據(jù)的傳輸 2） 主機(jī)讀取從機(jī)數(shù)據(jù) （ 1） 主機(jī)尋址找到從機(jī) （ 2） 主機(jī)向從機(jī)發(fā)送接受數(shù)據(jù)的請(qǐng)求 （ 3） 從機(jī)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù) （ 4） 主機(jī)發(fā)出終止命令，終止數(shù)據(jù)傳輸 4． 1． 2 數(shù)據(jù)的 傳輸 1）數(shù)據(jù)的有效性 在時(shí)鐘線 SCL 線的高電平期間，數(shù)據(jù)線（ SDA） 上的數(shù)據(jù)必須要保持穩(wěn)定。 2）傳輸?shù)钠鹗己屯Ｖ箺l件 I2C 協(xié)議中的傳輸起始和停止條件包括信號(hào)傳輸?shù)钠鹗寂c終止的時(shí)序。而起始條件和停止條件一般都由主機(jī)產(chǎn)生 。所以一個(gè)完整的 I2C 器件是從一個(gè)起始位的開(kāi)始到一個(gè)停止位的結(jié)束。 如果從機(jī)要完成自己的一些特定任務(wù) ，例如從機(jī)收到數(shù)據(jù)后要進(jìn)行一些類似中斷服務(wù)程序的執(zhí)行后，才能接受主機(jī)發(fā)送給它的命令的話，此時(shí)就可以使 主機(jī)提供的 SCL 拉低，這樣就可以使主機(jī)處于等待狀態(tài)。 4）總線的尋址 I2C 的總線地址決定主機(jī)選擇哪一個(gè)從機(jī)與其通信，即使系統(tǒng)里面只有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)從機(jī)，尋址過(guò)程也是比不可少的 ，否則從機(jī)不進(jìn)行應(yīng)答，一般都是在起始條件后的第一個(gè)字節(jié)寫入從機(jī)地址進(jìn)行尋址。 2)主機(jī)從從機(jī)讀取數(shù)據(jù) ，其數(shù)據(jù)格式大致和單方向?qū)憯?shù)據(jù)形式差不多。 23 4． 2 HMC5883L 的配置與數(shù)據(jù)讀取 4． 2． 1 讀取 HMC5883L 的程序設(shè)置 由上文的簡(jiǎn)介可以知道單片機(jī)與傳感器節(jié)點(diǎn)的通信是按照 I2C 時(shí)序的要求編寫的。 此款 AMR 傳感器內(nèi)部有 13 個(gè)寄存器，其中可配置寄存器由三個(gè)、六個(gè)數(shù)據(jù)寄存、一個(gè)狀態(tài)寄存器和三個(gè)識(shí)別寄存器。此寄存器用來(lái)設(shè)定裝置的操作模式。具體如下： 表 41 HMC5883L 在本檢測(cè)系統(tǒng)中的寄存器配置 寄存器 數(shù)值（ 8 位） 意義 配置寄存器 A 0X68 采樣平均數(shù) 8 次，輸出速率 3HZ 配置寄存器 B 0X20(默認(rèn) ) 1090 的增益，輸出數(shù)據(jù)為 2048— 2047 模式寄存器 0X00 連續(xù)測(cè)量模式 配置好 AMR 傳感器并讓它開(kāi)始在工作狀態(tài)下的時(shí)候，其會(huì)自動(dòng)檢測(cè)周圍磁場(chǎng)。當(dāng)有磁性物體如手機(jī)靠近傳感器時(shí)，傳感器就會(huì)出現(xiàn)比較明顯的改變，而手機(jī)做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)輸出也呈現(xiàn)不規(guī)則的狀態(tài)。 第五章 車停位的檢測(cè)算法 滑動(dòng)平均值濾波 24 本位為方便更好的敘 述和研究，就取一些數(shù)據(jù)來(lái)命名，方便以后的數(shù)據(jù)處理的區(qū)分。而本文中影響車停位檢測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確度的就是這兩個(gè)基準(zhǔn)值，尤其是靜態(tài)基準(zhǔn)值得準(zhǔn)確跟新。這種算法就能大大減小信號(hào)處理的運(yùn)算量，但是它的問(wèn)題也是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)閭鞲衅鞯臋z測(cè)環(huán)境相較來(lái)說(shuō)很復(fù)雜，要檢測(cè)的車輛類型也是不盡相同的，所以就導(dǎo)致它們對(duì)地磁輸出信號(hào)的影響強(qiáng)度大不一樣，初次之外， AMR 傳感器會(huì)收到隨著時(shí)間的流動(dòng)，自身的靈敏度以及靜態(tài)基準(zhǔn)點(diǎn)的漂移等影響。 如果傳感器的返回值不能準(zhǔn)確的反應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)的輸出，那么就會(huì)使此檢測(cè)系統(tǒng)失去所有意義，不能正常工 作，還有可能造成更嚴(yán)重的后果。從主控芯片的處理能力和 其濾波性能來(lái)說(shuō)，本文最終選擇了滑動(dòng)平均值的濾波方式。為得出系統(tǒng)的計(jì)算一次的平均值 ??ky ，保證系統(tǒng)的可實(shí)時(shí)性，再設(shè)數(shù)組 ??iX ，其中 i 為數(shù)組的長(zhǎng)度，那么： ? ? ? ???? Ni iXnky 11 （ 51） 其中本文中將采取 8 次采樣的數(shù)據(jù)值作為采樣平均值進(jìn)行滑動(dòng)平均值的濾波。車停 25 位的檢測(cè)更在乎的是車輛各部分對(duì)磁場(chǎng)的擾動(dòng)情況，大多時(shí)候車輛并不會(huì)全部從傳感器的上方經(jīng)過(guò) ，有時(shí)候車輛在傳感器上方走走停停，前進(jìn)后退的，這種情況很正常，也很常見(jiàn)。所以要想準(zhǔn)確的探測(cè)到車停位的具體停車信息，就必須經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際測(cè)試，然后經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察和分析傳感器對(duì)車體的各個(gè)部分其輸出的改變情況。讓車輛的行駛方向和傳感器的 Y 軸指向方向一致， X 軸的方向垂直于車輛行駛方向。圖 分別 如下： X車 輛 行 駛 方 向 圖 51 實(shí)際測(cè)量中 AMR 擺放情況 0 50 100 150 200 250 300 35015001600170018000 50 100 150 200 250 300 3502100220023000 50 100 150 200 250 300 3501800190020xx2100 圖 52 實(shí)際測(cè)量中磁場(chǎng)輸出曲線 上圖從上到下，依次是 Z、 X、 Y 軸的輸出數(shù)據(jù)。從上圖得數(shù)據(jù)反應(yīng)和實(shí)際測(cè)量對(duì)應(yīng)車輛行駛情況來(lái)看， Z 軸 X 軸和 Y 軸都是在橫軸坐標(biāo)為 26 150 得位置得時(shí)候分別輸出自己的最大磁場(chǎng)值或者最低磁場(chǎng)值，而由實(shí)際情況得出當(dāng)達(dá)到此值得時(shí)候正是車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)部分位于傳感器正上方的時(shí)候。 由上圖就可以歸納得出 代檢車輛只要處于在傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)，它輸出的數(shù)據(jù)就與沒(méi)有鐵磁性物 體時(shí)候輸出的數(shù)據(jù)大不一樣。 待檢測(cè)車輛上的強(qiáng)磁性部分會(huì)引起 AMR 傳感器輸出信號(hào)的突變，容易形成磁場(chǎng)值得波峰或波谷，且如果車輛在此時(shí)選擇長(zhǎng)時(shí)間停留的話，那么傳感器的輸出值也會(huì)在此基礎(chǔ)上輸出的值也會(huì)趨于平穩(wěn)。 仔細(xì)的觀察上圖然后再對(duì)上圖進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)提取標(biāo)記處理，也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)容易再車輛存在性的判別上引起誤判的點(diǎn)，處理標(biāo)記圖如下： 0 50 100 150 200 250 300 3501500160017001800 X : 4 3Y : 1 7 0 7X : 2 7 9Y : 1 7 0 9X : 2 2 4Y : 1 7 0 1 0 50 100 150 200 250 300 350210022002300X : 4 5Y : 2 1 6 9X : 3 0 0Y : 2 1 7 1X : 2 2 4Y : 2 1 6 6 0 50 100 150 200 250 300 3501800190020xx2100X : 4 3Y : 1 9 2 6X : 2 9 8Y : 1 9 2 6X : 2 2 4Y : 1 9 2 9 Y 軸X 軸Z 軸 圖 53 標(biāo)記處 理后的數(shù)據(jù)曲線圖 上圖是在原始的數(shù)據(jù)反饋圖上做過(guò)處理之后的波形數(shù)據(jù)曲線圖，不難看出，從待檢測(cè)車輛進(jìn)入 AMR 傳感器的檢測(cè)趨于范圍內(nèi)時(shí)候，傳感器返回的數(shù)據(jù)一直都有一個(gè)或大或小的波動(dòng)，一般就算有一個(gè)軸在車輛某個(gè)部位上返回的數(shù)據(jù)與靜態(tài)值幾乎一樣，但是其它兩個(gè)軸也不會(huì)都存在這樣得趨勢(shì)（車子完全駛?cè)z測(cè)范圍除外），但是此數(shù)據(jù)曲線得反饋看出三個(gè)軸在點(diǎn) 224 時(shí)間點(diǎn)得時(shí)候，此時(shí)三軸所返回的動(dòng)態(tài)值與各自原始靜態(tài)值相差很小。 27 車輛檢測(cè)算法 本文中采取的數(shù)據(jù)點(diǎn)是基于時(shí)間順序而依次 輸出的，可以得到數(shù)據(jù)組合為 X 的離散數(shù)據(jù)，因此車位檢測(cè)的算法就可以依照時(shí)間順序展開(kāi)，具體如下：時(shí)間間隔相等的時(shí)間數(shù)據(jù)集合就是數(shù)據(jù)序列，其可以表達(dá)為 ? ?nxxxxX , 321 ???? ，其中 ? ?iii vtx ,? ，其中 ix 為其時(shí)間序列的狀態(tài)點(diǎn)， iv 則表示在對(duì)應(yīng)的 it 時(shí)刻所輸出的磁場(chǎng)值大小。就是說(shuō)，當(dāng)車輛還 完全駛?cè)?傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)范圍后，就可以觸發(fā)一個(gè)狀態(tài)機(jī)，此時(shí)就進(jìn)入連續(xù)計(jì)數(shù)狀態(tài)， 當(dāng)連續(xù)計(jì)數(shù)計(jì)到一定數(shù)額的時(shí)候就可以進(jìn)行車停位的狀態(tài)判斷翻轉(zhuǎn)，即 有車占有停車位的信息數(shù)據(jù)反饋。當(dāng)有車進(jìn)入半觸發(fā)狀態(tài)的時(shí)候就會(huì)對(duì)傳感器有超出外界環(huán)境的影響，或拉低所測(cè)得的磁場(chǎng)值，或升高所測(cè)得的磁場(chǎng)值，而 minT 和 maxT 就是用來(lái)分別記錄這兩個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)臨界點(diǎn)。 其狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換的條件和關(guān)系可以由下圖表示： 28 待 檢 測(cè) 區(qū) 域時(shí) 間 序 列 的 輸 入半 觸 發(fā) 區(qū) 域T m i n |▲ V | T m a x全 觸 發(fā) 區(qū) 域|▲ V | T m a x|▲ V | T m a x計(jì) 數(shù) 狀 態(tài) 機(jī) （ 不 能連 續(xù) 記 滿 則 清 零 ）|▲ V | T m a xT m i n |▲ V | T m a x|▲ V | T m i n|▲ V | T m i n|▲ V | T m a x有 車 判 斷 信 息 無(wú) 車 判 斷 信 息記 滿未 滿 圖 54 車停位的狀態(tài)機(jī)判斷 具體檢測(cè)方法如下：當(dāng)安裝好 AMR 傳感器節(jié)點(diǎn)，而后用磁鐵進(jìn)行復(fù)位之后，本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)舍棄前 N 次三軸采集的磁場(chǎng)值，此處本文取 N 值為 16，即舍棄前十六次所測(cè)磁場(chǎng)值，視為系統(tǒng)剛剛上電此時(shí)所采集的數(shù)據(jù)不能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以進(jìn)行舍棄。 待檢測(cè)區(qū)域就是指車輛還沒(méi)有駛?cè)雮鞲衅鞯臋z測(cè)范圍內(nèi)的時(shí)候，此時(shí)傳感器穩(wěn)定后的返回 值為其純外界條件的返回值，即靜態(tài)基準(zhǔn)值。否則計(jì)數(shù)狀態(tài)機(jī)則清零，不認(rèn)為此時(shí)有車占據(jù)了車位。其中的 V? 依舊是 avrVV? ，當(dāng)檢測(cè)到的 V? 超過(guò) minT 且小于 maxT 進(jìn)入半觸發(fā)狀態(tài)，意思就是指待檢測(cè)車輛已經(jīng)開(kāi)始駛離停車位，但是還沒(méi)有完全駛離，此時(shí)車輛的鐵磁性物體還是對(duì)傳感器的檢測(cè)帶有影響，當(dāng) V? 與原靜態(tài)基準(zhǔn)值相差很小的時(shí)候就進(jìn)入待檢區(qū)域，此時(shí)代表停車位上已經(jīng)沒(méi)有車輛占有。 本文中采用了一種有效的靜態(tài)基準(zhǔn)的更新方案。 傳感器節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)控制基站的通信 前文中講述， AMR 傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過(guò) TI 公司的無(wú)線射頻芯片 CC11O1 進(jìn)行鏈接通信 ，由于本文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般為停車場(chǎng)或者路邊停車位，所以再考慮到不影響檢測(cè)準(zhǔn)確度的前提下，本文采取一個(gè)數(shù)據(jù)控制基站可以控制多個(gè) AMR 傳感器前端。而此結(jié)構(gòu)也是在實(shí)際中被應(yīng)用最多的一種通信方式。 無(wú)線星型網(wǎng)絡(luò)最不同于有線星型網(wǎng)絡(luò)的地方是，其不需要一一對(duì)應(yīng)的物理連線，所以就避免了有線星型網(wǎng)絡(luò)鏈接的一個(gè)缺點(diǎn) —— 物理上的連線成本高，且鋪線麻煩，線纜的利用不高等。則本文中區(qū)別每個(gè) AMR 傳感器節(jié)點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)就是其獨(dú)有的 ID 號(hào)，此 ID號(hào)就作為傳感器節(jié)點(diǎn)前端的“身份證”，這就是節(jié)點(diǎn) ID，但是要想讓主機(jī)對(duì)此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效識(shí)別，從機(jī)地址就必須在主機(jī)上進(jìn)行過(guò)有效“注冊(cè)”，就是在數(shù)據(jù)控制基站里綁定對(duì)應(yīng)節(jié) 點(diǎn)的固定 ID。所有的從機(jī)都將以這樣得數(shù)據(jù)傳輸模式進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)基站有道數(shù)據(jù)后就會(huì)拿出每個(gè)從機(jī)的固有 ID 號(hào)與自己的已經(jīng)存儲(chǔ)的 ID 號(hào)進(jìn)行比較匹配，如果最后能夠成功匹配，則基站可以響應(yīng)從機(jī)所要求得具體動(dòng)作，否則主機(jī)不與相應(yīng)此從機(jī)的數(shù)據(jù)處理要求。 傳感器節(jié)點(diǎn)的有效數(shù)據(jù)包傳輸格式 本文中為了方便的觀察停車位上的具體信息，規(guī)定傳感器前端只是在停車信息進(jìn)行翻 31 轉(zhuǎn)跳變的時(shí)候才進(jìn)行一次有效的數(shù)據(jù)發(fā)送，且分別為有車數(shù)據(jù)包和無(wú)車數(shù)據(jù)包。 ID