基于msp430的無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能交通的實(shí)現(xiàn)

基于msp430的無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能交通的實(shí)現(xiàn)

0智能交通的應(yīng)用隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市人口的增加趨勢城市車輛的數(shù)量也顯著增加，伴隨著運(yùn)輸問題。解決問題的方法有兩種:一是減少車的數(shù)量;二是收集交通車輛的實(shí)時(shí)信息,有效地實(shí)時(shí)控制。可以明顯看出前者是不可取的,所以采用后者已經(jīng)是解決現(xiàn)在城市交通問題的一個(gè)有效手段,同時(shí)它也是屬于智能交通(ITS)的范疇。交通車輛的實(shí)時(shí)信息有很多,譬如有車流量、車速等。怎樣實(shí)時(shí)獲取車流量的信息,已是智能交通的核心內(nèi)容之一。文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是利用了超低功耗單片機(jī)MSP430。MSP430的超低功耗使其在電池供電、便攜式設(shè)備的應(yīng)用中表現(xiàn)出非常優(yōu)良的特性。同時(shí)該系統(tǒng)還使用了射頻模塊,射頻模塊中選擇的射頻芯片是CC1100。單片機(jī)、射頻模塊以及其它相關(guān)的模塊組合在一起做成端機(jī)與基站,文中是對之硬件的設(shè)計(jì)與軟件的控制加以分析,在此基礎(chǔ)上,把該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)用到智能交通上,從而達(dá)到實(shí)時(shí)測車流量的目的。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示。1智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1.1msp330及射頻系統(tǒng)一般端機(jī)是埋在馬路下面的,一個(gè)要保證圓柱匣子的密封性能好,一定要防水,二個(gè)是端機(jī)采用是蓄電池供電,不可能不間斷地更換電池,這就要求端機(jī)板消耗電能要少,必須用超低功耗性能的單片機(jī),MSP430F149工作在1.8～3.6V電壓下,有正常工作模式(AM)和4種低功耗工作模式(LPM1、LPM2、LPM3、LPM4),各種模式的工作電流分別為AM:344μA、LPM1:74μA、LPM2:19μA、LPM3:3μA、LPM4:0.2μA。從上述的數(shù)據(jù)可以看出MSP430系列單片機(jī)作為控制機(jī)恰好符合要求,在文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中使用的是MSP430F149系列。端機(jī)板上由控制單元MSP430F149、射頻模塊與磁敏傳感器三大部分組成,如圖2所示,其中磁敏傳感器的作用是感知磁性物體的存在或者磁性強(qiáng)度,所以當(dāng)一輛車走過,會對周圍的磁場產(chǎn)生影響,這就能被磁敏傳感器檢測到,同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)信號的有效放大加了一個(gè)數(shù)字電位器與一個(gè)二級放大電路,本系統(tǒng)中數(shù)字電位器使用的芯片是AD8403,而二級放大電路使用的芯片是LM324,它與MSP430F149內(nèi)的SPI0接口一起通過改變電阻的方式來實(shí)現(xiàn)信號的實(shí)時(shí)有效放大,把放大的有效信號Sensor傳給控制器MSP430中帶有中斷的引角P1.4,端機(jī)利用控制器MSP430F149內(nèi)部具有另一個(gè)USART的同步接受/發(fā)送模式SPI1(MSP4309F149內(nèi)部有2個(gè)SPI接口)來實(shí)現(xiàn)對外部通信,最后把該信息利用射頻模塊中射頻芯片CC110來實(shí)現(xiàn)把該通過天線把信息發(fā)送出去,再利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)把多個(gè)端機(jī)獲得的信息分別發(fā)送到基站上。在端機(jī)板上,還有其它的幾個(gè)模塊在調(diào)試中使用,譬如串口通信,還有穩(wěn)壓電路,保證給控制器與射頻模塊提供穩(wěn)定的電壓,本系統(tǒng)使用的電壓是3.3伏,使用的穩(wěn)壓芯片是MAX604。1.2u2009sp-4sp-4和msp-3基站的作用是利用無線傳感網(wǎng)接收各個(gè)端機(jī)檢測到的車流量信息,接受信息的模塊就是射頻模塊,如圖3所示,其次射頻模塊把得到信息傳送給單片機(jī)MSP430F149,基站利用控制器MSP430F149內(nèi)部具有USART的同步接受/發(fā)送模式SPI1(MSP4309F149內(nèi)部有2個(gè)SPI接口)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信,當(dāng)控制器接收后經(jīng)過處理把數(shù)據(jù)通過一定的方式發(fā)送到上位機(jī),而上位機(jī)是在在公路交通的實(shí)時(shí)指控中心內(nèi),從基站發(fā)送到上位機(jī)上的方式可以是通過串口,通過MAX3221電平轉(zhuǎn)換芯片,把該芯片的引角EN,FORCEOFF,INVALID,R1OUT,T1IN都與該控制單元芯片對應(yīng)的引角相連接。也可以通過串口服務(wù)器利用網(wǎng)絡(luò)把信息傳到上位機(jī)上,該系統(tǒng)我們使用的是后者,一般情況下常把串口服務(wù)器集成到基站板上,這樣把網(wǎng)絡(luò)接到基站板上的網(wǎng)口上就可以利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)有效數(shù)據(jù)發(fā)送到上位PC機(jī)上。1.3端機(jī)板及端板的放大電路來實(shí)現(xiàn)信號的放上述的敘述過程中已經(jīng)完成了該智能交通系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),但是有時(shí)如果考慮到基站與端機(jī)之間的距離太遠(yuǎn)還要在基站板與端機(jī)板上分別加上功率放大電路來實(shí)現(xiàn)信號的放大,以便于可以遠(yuǎn)距離收發(fā)數(shù)據(jù)。2控制模式2智能交通系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包含兩大部分:1)端機(jī)與基站的控制電路的軟件設(shè)計(jì);2)端機(jī)與基站的射頻電路的軟件設(shè)計(jì)。上述的兩類軟件設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖4所示,包括主程序與中斷程序,可以看出首先是對系統(tǒng)初始化,其次進(jìn)入循環(huán)內(nèi),看看狀態(tài)寄存器的值來判斷具體的狀態(tài),一般狀態(tài)寄存器默認(rèn)的值是0X0D,這個(gè)狀態(tài)就是讓射頻處于接受狀態(tài),等待數(shù)據(jù)的接受。如果發(fā)射緩沖器為空就等待,發(fā)射緩沖器不為空就立即執(zhí)行發(fā)射數(shù)據(jù),當(dāng)判斷發(fā)射緩沖器中為空時(shí),就會停止發(fā)射,進(jìn)入循環(huán),發(fā)送后邊到來的新數(shù)據(jù)。但如果在程序運(yùn)行過程中,當(dāng)P1.0這個(gè)I/O口的中斷標(biāo)志位置位,就會立即進(jìn)入中斷,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是基站通過中斷的方式接收各個(gè)端機(jī)發(fā)送來的車流量數(shù)據(jù)。一旦進(jìn)入中斷,先讓P1.0這個(gè)I/O口的中斷標(biāo)志位復(fù)位,再通過一個(gè)命令濾波來禁止接受或發(fā)送狀態(tài),然后再接受數(shù)據(jù),直到接受緩沖器為空為止,當(dāng)接收緩沖器為空時(shí)還要通過一個(gè)命令濾波使得基站或者端機(jī)處于接受狀態(tài),等待下次再進(jìn)入中斷。3界面的顯示形式當(dāng)端機(jī)上有車輛經(jīng)過,這個(gè)信息就會通過天線發(fā)射出來被基站接受,然后基站再把這個(gè)信息通過網(wǎng)口傳到上位機(jī)上,通過界面在報(bào)表中顯示出來,形式如圖5所示。從上圖可以看出,使用4個(gè)端機(jī)板,分別埋在4車道中,(1,n)車道指的是n個(gè)車道,在這個(gè)報(bào)表上可以清楚地看到每個(gè)小時(shí)在各個(gè)車道上來往的車輛,此時(shí)下發(fā)設(shè)定上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)間是3分鐘(這個(gè)時(shí)間可以通過上位機(jī)軟件進(jìn)行修改),也就是每隔3分鐘從端機(jī)中上報(bào)一次數(shù)據(jù)到上位機(jī)的報(bào)表中。3.1與傳統(tǒng)控制法檢測流量比較把利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)到智能交通上測流量與通過傳統(tǒng)的線圈檢測流量這兩種方法與實(shí)際的每個(gè)車道上的流量進(jìn)行比較,表1是在上海的一個(gè)馬路上從凌晨到中午車流輛實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)。3.2車道增上檢驗(yàn)了,系統(tǒng)沒有檢測出,上述數(shù)據(jù)反映出車流量的信息,可以得到下面的結(jié)果:1)從凌晨到中午這段時(shí)間內(nèi),可以看出從00-06這段時(shí)間內(nèi)車流量很小,從06-08這段時(shí)間內(nèi)車流輛才回升,到09-10這個(gè)小時(shí)是車流量高峰期,在從10-12這段時(shí)間內(nèi)又從車流量又得到適當(dāng)下降。2)可以看到車道(1,0)與(1,3)流量很少,而(1,1)與(1,2)車流量很多,原因是前者是在馬路的兩邊,車輛一般是從中間的兩個(gè)車道走過的。3)從端機(jī)檢測與實(shí)際檢測的數(shù)據(jù)看,端機(jī)的檢測結(jié)果比實(shí)際的車流量數(shù)目要大,實(shí)際檢測3847輛車,而端機(jī)檢測的是3859輛車,端機(jī)的檢測結(jié)果比實(shí)際的的車流量數(shù)目要大,相對誤差是(3890—3847)/3847=2.18%。而線匝的檢測結(jié)果比實(shí)際的車流量也是大,它的相對誤差是(3974—3847)/3847=3.3%?？梢钥闯鲇枚藱C(jī)檢測比線匝檢測相對誤差更小。4)無論哪種檢測都是在車流量高峰期,誤差比較大,而在車流量小的時(shí)間內(nèi)誤差是比較小的。4上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)從上述的分析可以看出,該系統(tǒng)檢測比線圈檢測準(zhǔn)確度高,穩(wěn)定性能好。為了提高車流量高峰期檢測車流量的準(zhǔn)確性,還可以通過修改下載到端機(jī)內(nèi)部的程序,把磁敏傳感器的靈敏度升高或者降低,來更好地適應(yīng)對應(yīng)馬路上的車流量的檢測。同時(shí)為了保證實(shí)時(shí)性,可以通過上位機(jī)軟件來下發(fā)配置修改端機(jī)上報(bào)數(shù)據(jù)的