基于ZigBee技术的车辆交通信息采集系统研究

论文摘要

车辆交通信息采集是智能交通系统的一个重要环节。通过对车辆信息的采集和分析获取准确的交通参数,为交通状况监控和交通诱导管理等提供可靠的数据支持,提高现有基础设施的利用率。为了克服常用车辆信息检测系统不易安装、维修不便、受环境因素影响较大等缺点,本文应用ZigBee技术研究设计了一种无线车辆交通信息采集系统。本文详细分析研究了ZigBee技术,通过对ZigBee组网研究,剖析了网络的组建、设备加入网络和设备退出网络的流程,研究了网络路由算法,并以ZigBee协议为基础,结合系统硬件资源,设计实现了满足系统要求的采集网络。本文以TI公司的CC2430为系统核心,利用磁阻传感器和地震动传感器为感知元件设计了系统硬件资源。主要进行了中心节点模块、子节点连接模块、地震动信号探测模块、磁信号探测模块和节点供电模块的设计,完成了相应电路模块实物的制作,并应用它们完成了系统硬件设计。实验表明,各模块性能可满足系统要求。通过分析磁扰动信号的特性,提出了基于平均磁场扰动强度的车型识别算法；分析了基于波形变化的行驶方向判断方法；研究了基于单节点和双节点的车速估计方法；结合采集的地震动信号,提出了一种以磁信号为主、地震动信号为辅的是否有车辆经过的判别算法；给出了上位机软件的设计方法,并初步实现了检测结果查询的可视化。实验室和道路现场实验表明,该系统具有一定的有效性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 智能交通系统常用车辆检测技术
• 1.3 国内外研究现状与发展趋势
• 1.4 本文的研究目标与内容
• 2 基于ZigBee的无线传感器网络
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.2 IEEE802.15.4标准和ZigBee协议规范
• 2.2.1 IEEE802.15.4标准概述
• 2.2.2 ZigBee协议规范概述
• 2.2.3 ZigBee协议栈结构和原理
• 2.3 ZigBee网络组网研究
• 2.3.1 ZigBee原语
• 2.3.2 网络组建
• 2.3.3 设备加入网络
• 2.3.4 设备退出网络
• 2.4 ZigBee网络基本路由算法研究
• 2.5 本章小结
• 3 系统总体设计
• 3.1 磁场扰动信号概述
• 3.1.1 磁电阻效应
• 3.1.2 常见磁阻传感器的比较
• 3.1.3 AMR传感器检测原理
• 3.2 地震动信号概述
• 3.2.1 地震波传播理论概述
• 3.2.2 地震动传感器工作原理
• 3.3 系统总体结构设计
• 3.4 本章小结
• 4 系统硬件设计与实现
• 4.1 主控芯片平台选择和节点设计
• 4.1.1 硬件平台选择
• 4.1.2 射频模块电路设计
• 4.1.3 中心节点模块设计
• 4.1.4 子节点模块设计
• 4.2 节点传感器选择
• 4.2.1 地震动传感器
• 4.2.2 磁阻传感器
• 4.3 地震动探测模块设计
• 4.3.1 地震动信号放大电路
• 4.3.2 地震动信号滤波电路
• 4.4 磁探测模块设计
• 4.4.1 传感器置位/复位电路设计
• 4.4.2 磁信号放大电路
• 4.4.3 磁信号滤波电路
• 4.5 节点供电模块设计
• 4.6 系统抗干扰设计
• 4.7 探测节点实现与实验
• 4.8 本章小结
• 5 系统软件设计与实现
• 5.1 ZigBee组网设计与实现
• 5.1.1 IAR开发环境介绍
• 5.1.2 采集网络的设计与实现
• 5.1.3 系统节点间数据传输测试实验
• 5.2 车辆交通检测算法设计与实现
• 5.2.1 车辆类型识别算法
• 5.2.2 车辆行驶方向判断方法
• 5.2.3 车速估计算法
• 5.2.4 基于地震动信号的有无车辆目标的判别算法
• 5.3 系统上位机软件设计与实现
• 5.4 系统实验验证
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录