城市智能交通ITS高清卡口LED爆闪灯应用场景分析ZigB精.docx
《城市智能交通ITS高清卡口LED爆闪灯应用场景分析ZigB精.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市智能交通ITS高清卡口LED爆闪灯应用场景分析ZigB精.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
城市智能交通ITS高清卡口LED爆闪灯应用场景分析ZigB精
ZigBee技术在车辆检测传感器网络中的应用
引言
ZigBee是一种新型的短距离无线接入技术。
与蓝牙相比，ZigBee具有低速
率、低成本、低功耗、组网方便等优点。
一个基于ZigBee的WPAN网络能支持高
达254个用户节点，外加一个全功能器件或主器件，即可实现双向通信［1］。
另
外，ZigBee组网方便，可实现自路由功能和实现数据的可靠传输，可广泛应用于家庭网络、工业自动化网络等场合。
车辆检测器是ITS中最重要的交通数据采集设备之一。
目前，车辆检测传感器分为感应线圈式检测器、磁性检测器、脉冲超声检测器、视频检测器等［2］。
感应
线圈式车辆检测传感器是一种基于电磁感应原理的车辆传感器，具有稳定性好，性价比高等优点，因而在工程中广泛应用［3］。
为了避免漏检车辆，需要在路口安装多台车辆检测器，将检测数据通过电缆向上位机传输，并实现网络传输。
因此，安装时要破坏大片路面，阻断交通，安装工程量比较大。
为了解决这些问题，早在上世纪70年代末，J.F.Scarzello［4就提出了一种利用射频方式通信的磁性检测器，以便省掉馈线的安装，降低安装工程量。
本文根据国内外车辆检测器技术的发展，采用ZigBee模块构建感应线圈式车辆检测传感器网络，不仅可以省去通信电缆的安装，降低安装工程量，还可以安全可靠地实现数据传输和网络互联。
1.IEEE802.15.4简介
ZigBee即IEEE802.15.4技术标准，是WPAN（IEEE802.15工作组的标准之一。
在ZigBee的七层协议中，IEEE802.15.4只定义了ZigBee的PHY和MAC层⑸，而ZigBee兼容性平台则在IEEE802.15.4的基础上包含了网络与安全层、以及应用开发框架（ApplicationFramework的定义。
因此只有采用与ZigBee标准兼容的平台方案，才能确保ZigBee网络的互通性。
而采用标准兼容性平台的设计者
（OEM，Originalequipmentmanufacture），只需开发自己的应用层软件，对网络
层或ZigBee堆栈模块进行调用即可。
因此，采用ZigBee可降低开发成本
和开发周期。
其协议结构如图1所示。
高层
IEEE合令2.15.4逻辑笹路控制层
IEEE802.15-4
媒质接入控制层
aea/9ii5HH2
2.4GHZ辆理S
图1IEEE802.15.4协议结构
Fig.1IEEE802.15.4ProtocolStructure
2.硬件设计
感应线圈式车辆检测器由探测模块、电源模块、控制模块和通信模块组成，其
原理框图如图2所示。
探测模块是一个由探测线圈和反相器构成振荡器的选频模
块；控制模块采用具有智能控制功能的低功耗单片机，用于测量振荡器频率的变化来判断是否有车辆通过，并管理和协调系统各部分的工作；电源模块采用可充电电
池为车辆传感器供电；发射模块用于与
ZigBee技术在车辆检测传感器网络中的应
夕卜界通信，发送检测到的相关信息。
率、低成本、低功耗、组网方便等优点，
考虑到ZigBee无线接入技术具有低速
以及系统的低功耗要求，本文选用TI公
司的MSP430F149[6]低功耗单片机作为控制模块，选用Chipeon公司的CC2420EM
射频模块作为通信模块。
MSP430系列单片机与CC2420EM射频模块接口容易实现且有协议栈支持。
J"
J"
图2感应线圈式车辆检测器原理框图
Fig.2Theblockdiagramoftheinductiveloopvehicledetector
CC2420是ChipeonAS公司推出的首款符合2.4GHzIEEE802.15.4标准的射频收发器。
它只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低，可确保短距离通信的有效性和可靠性。
利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps，可以
实现多点对多点的快速组网［7］。
CC2420EM模块集成了CC2420及其所需的外围电路。
MSP430F149通过高速SPI总线配置和控制CC2420［8］，其接口电路如图3所示。
图3MSP430F149与CC2420的接口电路
Fig.3InterfaceofMSP430F149andCC2420
MSP430F149通过4线SPI总线（STE1、SIMO1、SOMI1、UCLK1控制和设置
芯片的工作模式，并实现读/写缓存数据，读/写状态寄存器等。
通过控制FIFO和
SFD引脚应该接到单片
FIF0P引脚接口的状态可设置发射/接收缓存器，FIF0P引脚必须连接到单片机的中断引脚。
通过CCA引脚状态可以得到空闲信道估计。
通过SFD引脚状态可以得
到发射帧和接收帧的定时信息从而判断系统的工作状态,机的时钟捕捉引脚。
3.软件设计
3.1CC2420配置
MSP430F149通过SPI接口配置CC2420的工作状态。
CC2420有33个16位的
配置和ZigBee技术在车辆检测传感器网络中的应用2
ZigBee技术在车辆检测传感器网络中的应用3状态寄存器，15个命令脉冲寄
存器和两个8位寄存器分别用于访问发射和接收FIFOs。
为了实现可靠的数据传
输及网络互联就需要在相应的寄存器中写入适当的值。
3.2数据帧的设计
3.2.1同步头的设计
帧的同步头包括前导码和帧起始定界符（SFD。
为了使CC2420兼容
IEEE802.15.4,前导码的4个字节设置为0x00，帧起始定界符（SFD的1字节设置
为0xA7。
3.2.2物理层头的确定
物理层头定义数据单元的长度。
对于所有帧，物理层头是第一个写入发射缓冲区的。
物理层头在发射模式和接收模式都将使用，所以物理层头是必不可少的。
本文所设计的数据单元长度为8个字节，其中帧控制域为2个字节，帧序号域为1个字节，地址域为6个字节，帧检验序列为2个字节，因此物理层头应为OxOBH。
323MAC层协议数据单元的设计
MAC层协议数据单元包括帧控制域，帧序列号，地址域，数据包以及帧检验序列。
在本设计中，帧控制域设计为0010001000100010即帧类型为数据帧，安全使能子域确定该帧受密码保护，补充帧子域指定发射器所发送的帧无附加数据，
确认请求子域指定不返回确认帧，PAN网内指示子域指定MAC帧在PAN网内发送，目的地址和源地址寻址方式子域确定寻址方式为16位短地址。
帧序列号的初始化值由系统随机产生，该值将被存于macDSN中。
在每次发
射帧时，帧序列号将从macDSN中复制，而在发射后macDSN中的序列号值自动
加1。
地址域由目的PANid、目的节点地址、源PANid和源节点地址组成。
由于我
们设定PAN网内指示子域为1,所以本设计中的地址域不包含该子域。
因此，本文地址域设计为6个字节，而各个地址的确定根据节点在网络中的位置确定。
每个节点的地址可在配置CC2420时写入RAM的SHORTADR和PANID中。
在设计中，主要发射的信号种类有小型车信号、中型车信号、大型车信号、需充电信号、故障信号这五种信号，因此，数据域设计为1个字节。
表1为各种信号
与其所对应的值。
表1发射信号种类与其对应值Table1ValuesoftheTransmissionInformation
发射信号类型
小型车信号中型车信号大型车信号需充电信号故障信号值帧检验序列域为
2个字节，由CC2420的硬件计算并插入帧中。
3.3组网设计
为了保证车辆不被漏检，需要在路口安装多台车辆检测器，这些车辆检测器检
测到的数据需通过网络传输。
采用什么样的网络结构以及如何设置ZigBee模块以
保证数据的可靠传输是十分重要的。
ZigBee主要采用了三种组网方式：
星型网、对等网及混合网。
智能车辆传感器网络设计如图4所示，可以保证车辆不会被漏检，不会被多
检。
由于系统设备数量较少，所以本文采用了配置简单的星型网。
图中RFD代表
传感器节点，安装于车道下方，其ZigBee模块设置为RFD，用于采集车辆信息,
并发送相关信息给FFD节点；FFD代表PAN协调者，安装于路侧，用于接收
RFD节点发送的信息并负责传送给上级系统。
如果较远处的RFD节点无法直接把
信息传送给FFD节点，可以利用离FFD节点较近的RFD节点作为中继，把信息转发给FFD。
通过设置MDMCTRL0寄存器中的PAN_COORDINATOR位可以把CC2420
设置为RFD或者FFD。
当CC2420当作PAN协调者即FFD使用时，该位设为
1;当CC2420当作RFD使用时，该位设为0。
RFD和FFD的PANid和地址可在配置CC2420时写入RAM的SHORTADR和
PANID中。
-0^-
□□
□口
11
11
11
FFD0
11
RFDRF0RFD□□□
11
11
1
OFIFO
O*««P醐协调*节点.BPFFO节点
口！
代*传0PRFO节点
图4智能车辆传感器的网络构成
Fig.4NetworkofIntelligentVehicleSensors
4.结论
本文采用ZigBee模块CC2420组成感应线圈式车辆检测传感器网络，不仅可以省去通信电缆的安装，降低安装工程量，还可以安全可靠地实现数据传输和网络互联，降低开发成本和开发周期，为智能交通系统准确有效地提供车流量、车速度、占有率等重要交通数据，具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]金纯，蒋小宇，罗祖秋.ZigBee与蓝牙的分析与比较[J].信息技术与标准
化,2004，6：
17-20
BluetoothJ].InformationTechnology&Standardization,2004,6:
17-20
[2]姜紫峰，谭光莉.车辆检测器的进展[J].公路交通科技，1996,13（1:
62-65
JiangZifeng,TanGuangli.DevelopmentofVehicleDetector[J].Journalof
HighwayandTransportationResearchandDevelopment,1996,13（1:
62-65
[3]孙国栋，姜永林，梁起.智能环形线圈车辆检测器的设计与实现[J].微计算
机信息,
2003，19（9:
54-57SunGuodong,JiangYonglin,LiangQi.TheDesignand
RealizationofIntelligentLoop-coilDetectorin
Traffic[J].Control&Automation,2003,19（9:
54-57
[4]ScarzelloJF,LenkoDS,BrownRE,KrallAD,SPVD:
AMagneticVehicle
DetectionSystemUsingALow
PowerMagnetometer,IEEETRANSACTIONSONMAGNETICS,1978,14（5:
574-576
⑸IEEEstd.802.15.4-2003:
WirelessMediumAccessControl（MACandPhysical
Layer（PHYspecifications
forLowRateWirelessPersonalAreaNetworks（LR-WPANs[S].2003
⑹TexasInstruments.MSP430x14xMixedSignalMicrocontrollerdatasheet[Z].
TICorporation,2001
[7]ChipeonAS.CC24202.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee-readyRFTransceiver
DataSheet[Z].ChipeonAS,
2003
usingMSP430F1612[Z].Texas
Instruments,2005ZigBee技术在车辆检测传感器网络中的应用4
升级会员 