无线传感网络地磁车辆检测系统的研究

摘要

当今社会,城市交通拥堵问题影响了社会生产效率的提高。拥堵问题也促进了智能交通系统(Intelligent Transport System,简称ITS)的不断发展与完善。车辆检测技术是IST中提供交通流信息参数的技术之一,能够为实施交通状况监控及交通管理决策提供有效的依据。
　　无线传感网络(Wireless sensor networks,简称WSNs)有着许多不同的应用。传统的有线传感网络需要较高的电缆配置及维修费用,并且在缺乏合适的有线供电架构下很难覆盖较大的测量区域,这种网络因此变得不切实际。相比之下,无线传感网络将会更加经济且实用。无线传感网络车辆检测器应该具有体积小、耐用、低功耗、成本小,容易安装和维护的特点。目前,现有的基于感应线圈、超声和红外都不满足上述的要求,这导致了研究另一种解决方案的必要。
　　本文在研究了传感器技术以及无线局域网技术的基础上,探究了无线传感网络在交通数据采集方面的应用可能和优势。根据悉尼自适应交通控制系统(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System,简称SCATS)的需求,提出了无线传感网络地磁车辆检测系统的设计方案。该方案将系统分为车辆检测器,接收机与中继器以及数据转换单元三部分。车辆检测器,接收机与中继器采用固化了WSN网络协议栈的STM32W108作为系统的主控制芯片,采用AMR异向磁阻传感器采集车辆信息,数据转换单元采用MSP430F1232作为模拟线圈的控制器。车辆检测器,接收机与中继器共同实现车辆信息的检测与数据的综合分析,数据转换单元通过串口接收由接收机处理后的数据,实现了模拟感应线圈式检测器的数据输出。文中详细介绍了系统的各个组成部分的硬件、软件设计。在软件中,阐述了无线传感网的低功耗设计,无线通信过程及车辆检测算法及各单元模块的运行机制。
　　实验表明,本文设计的车辆检测器具有灵敏度高,产品体积小,具有在不破坏车道的情形下实现安装与维护。能够为SCATS交通信号控制系统提供前端路口的交通信息,为道路优化和控制系统提供实时、准确、具体的交通参数。具有较高的推广价值和广阔的应用前景。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 研究的目的和意义

1.2 车辆检测器发展现状

1.3 无线传感网在交通监测中的特征

1.4 研究的主要内容

第二章 无线传感网络

2.1 IEEE 802.15.4协议简介

2.2 无线传感网络

2.3 MAC协议分类

2.4 本章小结

第三章 磁阻车辆检测器

3.1 异向磁阻传感器

3.2 车辆检测原理

3.3 车辆检测算法

3.4 本章小结

第四章 系统总体设计

4.1 设计目标

4.2 方案设计

4.3 可行性分析

4.4 本章小结

第五章 硬件电路设计

5.1 检测器硬件设计

5.2 2.4G天线选择与设计

5.3 Sink节点硬件设计

5.4 数据转换单元模块硬件设计

5.5 本章小结

第六章 软件程序设计

6.1 软件工具及开发流程简介

6.2 MAC协议栈操作

6.3 检测器软件设计

6.4 主节点机程序设计

6.5 数据转换单元程序设计

第七章 试验与调试

7.1 系统测试方案

7.2 系统测试小结

7.3 本章小结

第八章 设计评价、结论与展望

8.1 设计评价

8.2 全文总结

8.3 需进一步研究的工作

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢