基于msp430的無線傳感網絡智能交通的實現

0智能交通的應用隨著社會經濟的發展，城市人口的增加趨勢城市車輛的數量也顯著增加，伴隨著運輸問題。解決問題的方法有兩種:一是減少車的數量;二是收集交通車輛的實時信息,有效地實時控制。可以明顯看出前者是不可取的,所以采用后者已經是解決現在城市交通問題的一個有效手段,同時它也是屬于智能交通(ITS)的范疇。交通車輛的實時信息有很多,譬如有車流量、車速等。怎樣實時獲取車流量的信息,已是智能交通的核心內容之一。文中設計的系統是利用了超低功耗單片機MSP430。MSP430的超低功耗使其在電池供電、便攜式設備的應用中表現出非常優良的特性。同時該系統還使用了射頻模塊,射頻模塊中選擇的射頻芯片是CC1100。單片機、射頻模塊以及其它相關的模塊組合在一起做成端機與基站,文中是對之硬件的設計與軟件的控制加以分析,在此基礎上,把該設計的系統應用到智能交通上,從而達到實時測車流量的目的。該系統的網絡模型如圖1所示。1智能網絡系統的硬件設計1.1msp330及射頻系統一般端機是埋在馬路下面的,一個要保證圓柱匣子的密封性能好,一定要防水,二個是端機采用是蓄電池供電,不可能不間斷地更換電池,這就要求端機板消耗電能要少,必須用超低功耗性能的單片機,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。從上述的數據可以看出MSP430系列單片機作為控制機恰好符合要求,在文中設計的系統中使用的是MSP430F149系列。端機板上由控制單元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度,所以當一輛車走過,會對周圍的磁場產生影響,這就能被磁敏傳感器檢測到,同時為了實現信號的有效放大加了一個數字電位器與一個二級放大電路,本系統中數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內的SPI0接口一起通過改變電阻的方式來實現信號的實時有效放大,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,端機利用控制器MSP430F149內部具有另一個USART的同步接受/發送模式SPI1(MSP4309F149內部有2個SPI接口)來實現對外部通信,最后把該信息利用射頻模塊中射頻芯片CC110來實現把該通過天線把信息發送出去,再利用無線傳感網絡把多個端機獲得的信息分別發送到基站上。在端機板上,還有其它的幾個模塊在調試中使用,譬如串口通信,還有穩壓電路,保證給控制器與射頻模塊提供穩定的電壓,本系統使用的電壓是3.3伏,使用的穩壓芯片是MAX604。1.2u2009sp-4sp-4和msp-3基站的作用是利用無線傳感網接收各個端機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MSP430F149,基站利用控制器MSP430F149內部具有USART的同步接受/發送模式SPI1(MSP4309F149內部有2個SPI接口)來實現實時通信,當控制器接收后經過處理把數據通過一定的方式發送到上位機,而上位機是在在公路交通的實時指控中心內,從基站發送到上位機上的方式可以是通過串口,通過MAX3221電平轉換芯片,把該芯片的引角EN,FORCEOFF,INVALID,R1OUT,T1IN都與該控制單元芯片對應的引角相連接。也可以通過串口服務器利用網絡把信息傳到上位機上,該系統我們使用的是后者,一般情況下常把串口服務器集成到基站板上,這樣把網絡接到基站板上的網口上就可以利用網絡實現有效數據發送到上位PC機上。1.3端機板及端板的放大電路來實現信號的放上述的敘述過程中已經完成了該智能交通系統的硬件設計,但是有時如果考慮到基站與端機之間的距離太遠還要在基站板與端機板上分別加上功率放大電路來實現信號的放大,以便于可以遠距離收發數據。2控制模式2智能交通系統軟件設計包含兩大部分:1)端機與基站的控制電路的軟件設計;2)端機與基站的射頻電路的軟件設計。上述的兩類軟件設計的程序流程圖如圖4所示,包括主程序與中斷程序,可以看出首先是對系統初始化,其次進入循環內,看看狀態寄存器的值來判斷具體的狀態,一般狀態寄存器默認的值是0X0D,這個狀態就是讓射頻處于接受狀態,等待數據的接受。如果發射緩沖器為空就等待,發射緩沖器不為空就立即執行發射數據,當判斷發射緩沖器中為空時,就會停止發射,進入循環,發送后邊到來的新數據。但如果在程序運行過程中,當P1.0這個I/O口的中斷標志位置位,就會立即進入中斷,該系統設計的是基站通過中斷的方式接收各個端機發送來的車流量數據。一旦進入中斷,先讓P1.0這個I/O口的中斷標志位復位,再通過一個命令濾波來禁止接受或發送狀態,然后再接受數據,直到接受緩沖器為空為止,當接收緩沖器為空時還要通過一個命令濾波使得基站或者端機處于接受狀態,等待下次再進入中斷。3界面的顯示形式當端機上有車輛經過,這個信息就會通過天線發射出來被基站接受,然后基站再把這個信息通過網口傳到上位機上,通過界面在報表中顯示出來,形式如圖5所示。從上圖可以看出,使用4個端機板,分別埋在4車道中,(1,n)車道指的是n個車道,在這個報表上可以清楚地看到每個小時在各個車道上來往的車輛,此時下發設定上報數據的時間是3分鐘(這個時間可以通過上位機軟件進行修改),也就是每隔3分鐘從端機中上報一次數據到上位機的報表中。3.1與傳統控制法檢測流量比較把利用無線傳感網絡到智能交通上測流量與通過傳統的線圈檢測流量這兩種方法與實際的每個車道上的流量進行比較,表1是在上海的一個馬路上從凌晨到中午車流輛實驗得到的數據。3.2車道增上檢驗了,系統沒有檢測出,上述數據反映出車流量的信息,可以得到下面的結果:1)從凌晨到中午這段時間內,可以看出從00-06這段時間內車流量很小,從06-08這段時間內車流輛才回升,到09-10這個小時是車流量高峰期,在從10-12這段時間內又從車流量又得到適當下降。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車道走過的。3)從端機檢測與實際檢測的數據看,端機的檢測結果比實際的車流量數目要大,實際檢測3847輛車,而端機檢測的是3859輛車,端機的檢測結果比實際的的車流量數目要大,相對誤差是(3890—3847)/3847=2.18%。而線匝的檢測結果比實際的車流量也是大,它的相對誤差是(3974—3847)/3847=3.3%。可以看出用端機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,而在車流量小的時間內誤差是比較小的。4上位機軟件設計從上述的分析可以看出,該系統檢測比線圈檢測準確度高,穩定性能好。為了提高車流量高峰期檢測車流量的準確性,還可以通過修改下載到端機內部的程序,把磁敏傳感器的靈敏度升高或者降低,來更好地適應對應馬路上的車流量的檢測。同時為了保證實時性,可以通過上位機軟件來下發配置修改端機上報數據的