车辆的无线检测系统研究

发布时间：2017-04-13 04:27

  本文关键词：车辆的无线检测系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：汽车工业的迅猛发展、城市化进程的加快、人口的快速增长,多种因素造成了当今社会交通运输的拥堵,而现阶段采用的增加道路容量,已不能满足人们的出行需求。随着传感技术、通信技术等新科技的发展,智能交通系统随之而出。车辆检测作为智能交通系统的一个基础部分,通过对车辆磁场数据的分析,获取交通信息,使人们可以方便的确定出行安排,从而缓解交通拥堵,减少大气污染。车辆作为一种双极性铁磁类物质,其移动会对地球磁场造成扰动,而磁阻传感器利用其内部结构的特殊性可以将这种扰动检测出来。根据这一原理,采用无线通信技术将具有这种检测能力的节点组成一个无线传感网络,完成磁场数据的采集、处理、传输。本文采用无线传感技术ZigBee和霍尼韦尔磁阻传感器组成车辆无线检测系统,对车辆的交通参数如车流量、车速等进行信息提取。在该检测系统中,磁阻传感器检测车辆移动引起的波动的磁场信号,唯一的协调器和多个具有检测功能的终端节点组成无线网络进行数据通信。本文的具体研究内容如下:一、车辆无线检测系统的总体结构设计深入研究短距离无线传感网络-ZigBee,分析其网络参考模型和协议架构,为检测系统的网络通信奠定基础;研究分析磁阻传感器在车辆检测应用中的工作原理,将两种技术联合使用,提出车辆无线检测系统的整体架构。二、车辆无线检测系统的硬件设计在对系统节点硬件结构分析的基础上,设计车辆无线检测系统的硬件模块电路。选择数字式磁阻传感器HMC5883L作为传感检测芯片,其集成度高,同时测得X、Y、Z轴的磁场数据,并输出数字信号,减少信号处理电路。选择CC2530作为ZigBee的硬件支持,集成了无线射频芯片和微处理单元,外围电路简单,为系统低功耗设计提供条件。三、车辆无线检测系统的软件设计研究分析ZStack协议栈,进行网络节点设备的星状网络结构的组网与入网设计,同时在设计驱动磁阻传感器工作的程序,完成磁场数据的采集与传输。提出一种改进的多状态机检测算法和双节点车速检测算法对磁场数据进行计算与分析,最后得出车辆参数,利用C++编写上位机软件显示出来。经过测试结果表明,该检测系统的ZigBee无线通信质量强、检测算法的准确度高,同时体积小、功耗低、方便安装,适合应用于车辆检测。
【关键词】：智能交通系统 无线传感器网络 磁阻传感器 ZigBee
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U491.116
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 论文研究背景和意义11-12
• 1.2 车辆检测技术12-13
• 1.3 车辆无线检测的研究现状13-15
• 1.4 本文的研究内容15-16
• 第二章 短距离无线通信技术-Zig Bee16-26
• 2.1 无线传感器网络16-18
• 2.1.1 无线传感器网络的体系结构16-17
• 2.1.2 短距离无线传感器网络协议17-18
• 2.2 Zig Bee技术特点18-19
• 2.3 Zig Bee协议栈19-22
• 2.3.1 IEEE 802.15.4 通信层20-21
• 2.3.2 网络层21-22
• 2.3.3 应用层22
• 2.4 Zig Bee组网研究22-24
• 2.4.1 网络模型22-23
• 2.4.2 Zig Bee组网原语23-24
• 2.4.3 Zig Bee网络组建24
• 2.5 本章小结24-26
• 第三章 车辆的无线检测系统总体设计26-34
• 3.1 磁阻传感器26-29
• 3.1.1 电磁阻效应26
• 3.1.2 各向异性磁电阻AMR效应26-27
• 3.1.3 磁阻传感器工作原理27-29
• 3.2 磁阻传感器HMC5883L29-30
• 3.3 车辆检测原理30-32
• 3.3.1 车辆检测磁场模型30-31
• 3.3.2 车辆存在检测31-32
• 3.4 车辆无线检测系统结构设计32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 车辆的无线检测系统硬件设计34-42
• 4.1 系统的硬件结构设计34-35
• 4.2 数据采集模块35-36
• 4.3 无线收发模块36-39
• 4.4 电源模块39-40
• 4.5 串口通信模块40-41
• 4.6 硬件电路的抗干扰设计41
• 4.7 本章小结41-42
• 第五章 车辆的无线检测系统软件设计42-63
• 5.1 ZStack协议栈42-45
• 5.1.1 ZStack协议栈软件开发平台42-43
• 5.1.2 ZStack协议栈初始化43-45
• 5.2 Zig Bee组网设计与实现45-51
• 5.2.1 协调器节点软件功能实现45-48
• 5.2.2 终端节点软件功能设计48-49
• 5.2.3 星状网络拓扑实现49-51
• 5.3 磁阻传感器软件设计51-54
• 5.3.1 I2C总线寻址51-52
• 5.3.2 基于HMC5883L的软件设计52-54
• 5.4 车辆检测算法54-58
• 5.4.1 滑动平均滤波55-57
• 5.4.2 自适应基线调准57-58
• 5.4.3 多中间状态检测58
• 5.5 车速检测算法58-61
• 5.6 上位机软件设计与实现61-62
• 5.7 本章小结62-63
• 第六章 系统测试与结论63-67
• 6.1 系统节点间数据传输测试实验63-64
• 6.2 车辆检测实验与结果64-65
• 6.3 总结与展望65-67
• 参考文献67-71
• 发表论文和科研情况说明71-72
• 致谢72-73

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