基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的車流量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3 串口模塊

　　串口通信模塊主要針對數(shù)據(jù)的接收基站，將終端檢測節(jié)點(diǎn)通過路由設(shè)備上傳來的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)?PC 機(jī)，在 PC 端進(jìn)行處理。因此，必須在協(xié)調(diào)器上設(shè)計(jì)串口通信模塊。本文所采用串口獨(dú)立設(shè)計(jì)的方法，可以使協(xié)調(diào)器與路由節(jié)點(diǎn)共用同一種硬件節(jié)點(diǎn)，也就是不把串口電路集成到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上面，而是利用編程接口把串口通信模塊與 ZigBee 節(jié)點(diǎn)相連。這樣做的好處有兩點(diǎn)，一是可以在批量生產(chǎn)時(shí)，可以不把這三種設(shè)備區(qū)分開來，只需要生產(chǎn)一種硬件電路即可;二是可以方便地對每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，看在做板時(shí)候是否達(dá)到性能上的要求，篩選出不合格品。串口通信模塊的電路原理圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 ZigBee協(xié)議簡介

　　ZigBee協(xié)議層從下到上分別為物理層(PHY)、介質(zhì)訪問控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中PHY層和MAC層標(biāo)準(zhǔn)由IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義，NWK層和APL層由ZigBee標(biāo)準(zhǔn)定義。每一層為它的上層提供一套特定的服務(wù)，每一個(gè)服務(wù)實(shí)體通過一個(gè)服務(wù)訪問點(diǎn)(SAP)為上層提供服務(wù)。ZigBee協(xié)議棧的頂層由應(yīng)用框架、ZigBee設(shè)備對象(ZDO)和應(yīng)用支持(APS)子層組成。軟件設(shè)計(jì)部分基于TI公司的Z-Stack協(xié)議棧，結(jié)合IAR Workbech進(jìn)行軟件開發(fā)。

3.2 軟件部分設(shè)計(jì)

　　本文中為了使節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)具有通用性和便于開發(fā)的特點(diǎn)，采用了 TI 公司開發(fā)的Z-stack協(xié)議棧，這個(gè)協(xié)議棧最明顯的特點(diǎn)是兼容性非常好，完全支持 IEEE 802.15.4 的片上系統(tǒng)解決方案，另外它還支持豐富的新特性，比如無線下載，通過 ZigBee網(wǎng)絡(luò)，可以將程序以無線的方式下載到節(jié)點(diǎn)去。

　　TI 公司的 Z-stack 協(xié)議棧是基于 IAR 開發(fā)環(huán)境的，IAR Embedded Workbench功能非常強(qiáng)大，不僅可以提供編譯下載等常用開發(fā)功能，同時(shí)也能結(jié)合下載器對程序進(jìn)行單步跟蹤調(diào)試，這種單步調(diào)試在編程時(shí)非常有用，對于快速發(fā)現(xiàn)問題有很好的效果。在 IAR 環(huán)境下打開工程文件 SampleApp.eww，就可以看到從 HAL到 APP 層的文件夾樹狀結(jié)構(gòu)，Z-stack 協(xié)議棧采用 OSAL 片上操作系統(tǒng)，事件輪循機(jī)制，下載好相應(yīng)的程序，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入低功耗模式，監(jiān)聽事件的發(fā)生，當(dāng)有事件發(fā)生，系統(tǒng)自動喚醒，進(jìn)入中斷處理事件當(dāng)中，處理完后退回到原處繼續(xù)監(jiān)聽;若同時(shí)有幾個(gè)事件發(fā)生，系統(tǒng)會首先判斷他們的優(yōu)先級，逐一處理，利用中斷模式可以在一定程度上降低系統(tǒng)功耗。整個(gè) Z-stack 協(xié)議棧的工作流程一般為系統(tǒng)啟動，驅(qū)動初始化，OSAL 初始化，然后進(jìn)入任務(wù)輪循階段開始處理事件，其中最重要的部分是在 SampleApp_Init()函數(shù)上進(jìn)行的各類初始化工作。軟件流程如圖5所示。

3.3 結(jié)果分析

　　為了驗(yàn)證分析系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，要在某一時(shí)段檢測正確來衡量，應(yīng)從多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)運(yùn)行一個(gè)比較長的時(shí)間來檢驗(yàn)其性能。因此，在前面搭接平臺的基礎(chǔ)上，檢驗(yàn)4個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上每通過30輛車的準(zhǔn)確性。記錄結(jié)果如表1所示。

　　從表1可以看到，基于該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的車輛檢測系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確率，平均在 98%以上，良好的高精確度使得車輛檢測系統(tǒng)擁有很好市場應(yīng)用前景，在未來智能交通發(fā)展的具有一席之地。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]楊東凱.智能交通系統(tǒng)(ITS)的發(fā)展及其模型化研究[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2000(1):73-78

　　[2]劉曉林,彭達(dá)峰. 線圈與視頻車輛檢測器在道路檢測中的應(yīng)用比較[J]. 廣東自動化與信息工程, 2004.4:55-56

　　[3]李建.熱釋電傳感器原理與應(yīng)用[J].傳感器世界, 2005,11(7):34-35

　　[4]趙明,徐科軍,倪偉,等.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和通信協(xié)議研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2005.8(26):630-632