基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的車(chē)流量檢測系統設計

2.3 串口模塊

　　串口通信模塊主要針對數據的接收基站，將終端檢測節點(diǎn)通過(guò)路由設備上傳來(lái)的數據，傳輸到 PC 機，在 PC 端進(jìn)行處理。因此，必須在協(xié)調器上設計串口通信模塊。本文所采用串口獨立設計的方法，可以使協(xié)調器與路由節點(diǎn)共用同一種硬件節點(diǎn)，也就是不把串口電路集成到協(xié)調器節點(diǎn)上面，而是利用編程接口把串口通信模塊與 ZigBee 節點(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)，可以不把這三種設備區分開(kāi)來(lái)，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)節點(diǎn)進(jìn)行調試，看在做板時(shí)候是否達到性能上的要求，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 系統軟件設計

3.1 ZigBee協(xié)議簡(jiǎn)介

　　ZigBee協(xié)議層從下到上分別為物理層(PHY)、介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò )層(NWK)、應用層(APL)等。其中PHY層和MAC層標準由IEEE802.15.4標準定義，NWK層和APL層由ZigBee標準定義。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(guò)一個(gè)服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(SAP)為上層提供服務(wù)。ZigBee協(xié)議棧的頂層由應用框架、ZigBee設備對象(ZDO)和應用支持(APS)子層組成。軟件設計部分基于TI公司的Z-Stack協(xié)議棧，結合IAR Workbech進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。

3.2 軟件部分設計

　　本文中為了使節點(diǎn)的設計具有通用性和便于開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，采用了 TI 公司開(kāi)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 的片上系統解決方案，另外它還支持豐富的新特性，比如無(wú)線(xiàn)下載，通過(guò) ZigBee網(wǎng)絡(luò )，可以將程序以無(wú)線(xiàn)的方式下載到節點(diǎn)去。

　　TI 公司的 Z-stack 協(xié)議棧是基于 IAR 開(kāi)發(fā)環(huán)境的，IAR Embedded Workbench功能非常強大，不僅可以提供編譯下載等常用開(kāi)發(fā)功能，同時(shí)也能結合下載器對程序進(jìn)行單步跟蹤調試，這種單步調試在編程時(shí)非常有用，對于快速發(fā)現問(wèn)題有很好的效果。在 IAR 環(huán)境下打開(kāi)工程文件 SampleApp.eww，就可以看到從 HAL到 APP 層的文件夾樹(shù)狀結構，Z-stack 協(xié)議棧采用 OSAL 片上操作系統，事件輪循機制，下載好相應的程序，系統進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入低功耗模式，監聽(tīng)事件的發(fā)生，當有事件發(fā)生，系統自動(dòng)喚醒，進(jìn)入中斷處理事件當中，處理完后退回到原處繼續監聽(tīng);若同時(shí)有幾個(gè)事件發(fā)生，系統會(huì )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功耗。整個(gè) Z-stack 協(xié)議棧的工作流程一般為系統啟動(dòng)，驅動(dòng)初始化，OSAL 初始化，然后進(jìn)入任務(wù)輪循階段開(kāi)始處理事件，其中最重要的部分是在 SampleApp_Init()函數上進(jìn)行的各類(lèi)初始化工作。軟件流程如圖5所示。

3.3 結果分析

　　為了驗證分析系統的準確性，要在某一時(shí)段檢測正確來(lái)衡量，應從多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)運行一個(gè)比較長(cháng)的時(shí)間來(lái)檢驗其性能。因此，在前面搭接平臺的基礎上，檢驗4個(gè)傳感器節點(diǎn)上每通過(guò)30輛車(chē)的準確性。記錄結果如表1所示。

　　從表1可以看到，基于該無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的車(chē)輛檢測系統具有較高的準確率，平均在 98%以上，良好的高精確度使得車(chē)輛檢測系統擁有很好市場(chǎng)應用前景，在未來(lái)智能交通發(fā)展的具有一席之地。

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