基于ZigBee和地磁传感器的新型无线交通监控系统的研究与实现

摘要

城市交通及其引起的问题日益成为制约我国大中城市经济发展的“瓶颈”，所以改善交通的研究越来越受到各国政府的重视与民众的关心。同时，随着经济的飞速发展和城市规模的不断扩大，城市的交通网络也日益复杂，但目前大多交通指挥设备都没有与监控中心联网，城市交通指挥与指挥设备间的协同工作也一直是个难题。所以对现有设备进行网络化、智能化的升级势在必行，而寻求一种低成本的解决方案又是在设备的升级中首要考虑的问题。
　　当前这种交通现状的有效解决办法就是在城市交通管理部门建立比较完善的交通监控系统。对此，本文在借鉴和消化吸收国内外先进技术、先进交通建设与管理经验的情况下，结合中国城市发展的特点，提出了一种实际可行的解决方案：基于ZigBee和地磁传感器的新型无线交通监控系统（Wireless Transport Monitoring System，WTMS）。WTMS是将交通检测与无线传感器网络从硬、软件两个方面融合起来，即基于地磁传感器的交通检测器，集成低功耗、低成本和组网灵活的短距离无线通信ZigBee技术，并将其应用到现代城市交通系统中，从而真正做到了无线交通监控的一体化。
　　WTMS的主要目标是适应动态交通状况的变化。地磁传感器采集交通数据并将其传输到交通监控中心，然后中心根据分析的结果，就可以通过监控车辆出入和信号灯的方式来更好地管制交通。同时监控中心还可以利用这些数据在发生交通事故时迅速采取措施，这样有助于减缓交通拥挤和优化行车路线。总之，WTMS的运行可以显著地提高现有道路的通行能力、协调处理突发性的交通事故，以及缓和交通阻塞，从而可以有效地改善交通状况。
　　本文根据ZigBee技术和地磁传感器的原理及其在交通监控中的具体应用，通过详细对比和分析实现WTMS不同设计方案的优缺点及其可行性，全面系统地阐述了WTMS的具体实现。同时针对ZigBee无线射频处理器和地磁传感器的具体芯片选型，进行了详细的系统软硬件框架设计，并对WTMS的道路交通实测结果做出了简要的数据分析。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究和发展现状

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本文的组织结构

1.5 本章小结

第二章 ZigBee无线通信技术及其协议栈的分析

2.1 ZigBee技术简介及其特点

2.2 ZigBee协议栈分析

2.3 ZigBee组网

2.4 ZigBee与其它无线通信技术的比较

2.5 本章小结

第三章 地磁传感器及其在交通检测中的应用

3.1 地磁传感器简介

3.2 地磁传感器的检测原理及特性

3.3 车辆检测原理及其应用研究

3.4 本章小结

第四章 系统的总体架构设计

4.1 系统的总体方案架构设计

4.2 系统设计方案选择及其可行性分析

4.3 系统可能存在的问题及解决办法

4.4 本章小结

第五章 系统传感节点的芯片选型与硬件设计实现

5.1 系统总体硬件设计方案

5.2 ZigBee无线射频处理器CC2430

5.3 ZigBee处理器模块

5.4 ZigBee无线射频模块

5.5 地磁传感器模块

5.6 硬件抗干扰技术

5.7 本章小结

第六章 系统软件的设计与实现

6.1 系统总体软件设计方案

6.2 ZigBee处理器软件设计

6.3 基于ZigBee协议栈的软件设计

6.4 地磁传感器软件设计

6.5 系统实验与结果分析

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 论文总结及创新点

7.2 未来研究展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果