道路交通流量監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)手冊

1、道路交通信息監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)手冊2010 年 6 月第一部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器硬件設(shè)計1. 硬件結(jié)構(gòu)道路交通信息監(jiān)測系統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集器氐埋框冒2. 資源分配A. GPIO資源分配GPIO管腳功能和作用GPIO管腳功能和作用P0.7GPIO,接 LEDP1.7接SHT11的SDA信號P0.6未用，接 PCF8563 的 CLKOUTP1.6接SHT11的SCL信號P0.5IRQ1,接 WT3224模塊中斷P1.5IRQ2,傳感器A的中斷信號P0.4IRQ0,兩個傳感器冋時有效中斷P1.4IRQ3,傳感器B的中斷信號P0.3未用,JTAG的TRST信號P1.3I2C接口的SDA信號P0.2接外部RAM的BHEP

2、1.2I2C接口的SCL信號P0.1接外部 RAM的BLEP1.1串口 TXD信號P0.0未用,專門用于下載P1.0串口 RXD信號P2.7未用P2.6未用P4.0-P4.7外部RAM的D8-D15P2.5配置選通信號，低有效P3.0-P3.7外部RAM的D0 D7P2.4外部RAM的CS信號P2.3外部RAM的AE信號P2.2外部RAM的RD信號P2.1外部RAM的WR信號P2.0未用B.數(shù)據(jù)采集部分1） 模擬信號數(shù)據(jù)采集ADC0 傳感器 A 的輸入信號ADC1 傳感器 B 的輸入信號ADC2 電池電壓ADC16ADuC 芯片內(nèi)部工作溫度2） 數(shù)字信號采集SHT11溫濕度采集，由 P1.7/

3、P1.6 接口PCF8563實際時間采集，標(biāo)準(zhǔn) I2C 接口配置信息-由D7 DO數(shù)據(jù)線連接，由P2.5片選（用GPIO方式采集）C. DAC 參考電壓輸出部分DAC3 傳感器 A 的低閥值DAC2 傳感器A的高閥值DAC1 傳感器 B 的低閥值DACO 傳感器B的高閥值DAC 輸出需要增加一個跟隨器以提高阻抗能力D. I2C 接口部分用于連接實時時鐘芯片 PCF8563E. 外部擴(kuò)展存儲器 RAM 部分外部RAM 選用ISSI的IS61WV12816，共有64X16K空間F. 無線通訊模塊部分 選用 WT3224 。G. 電源部分選用 7.4V 鋰電池，為了保證電源的穩(wěn)定性，使用 BL1O8

4、5 進(jìn)行穩(wěn)壓到 5V 給傳感器 供電，同時轉(zhuǎn)換到 3.3V 給主控芯片供電。H. 其它 （指示燈和配置 ）指示燈共有三個 ,其中有 3.3V 電源指示燈、工作狀態(tài)指示燈、 RF 模塊工作指示燈， 3.3V 電源燈可以根據(jù)需要使用（實際使用時不需要） ；工作狀態(tài)指示燈的表現(xiàn)為工 作時亮休眠時滅；RF模塊指示燈為模塊工作時亮， RF模塊不工作時滅。3. 數(shù)據(jù)采集部分原理采用 GMR 傳感器實時采集地磁信號， 經(jīng)放大后送 A/D 采樣， 同時送閥值比較電路。 當(dāng) 突然來車時， GMR 發(fā)生變化， 閥值比較電路產(chǎn)生信號引起 CPU 中斷， 從而獲得需要的車流 量和相關(guān)的車速和車長估計；最后通過 RF

5、模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。為了避免干擾信號造成 GMR 信號變化， 使用 CPU 的 DAC 功能輸出跟蹤地磁信號的變 化；為了省電，主 CPU 采用休眠模式工作， RF 模塊只有在發(fā)送的時候才打開工作。另外使用了外部 RAM 進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，使用了日歷芯片控制程序流程。 可以手工配置工 作模式、閥值大小和 RF 模塊地址。第二部分 數(shù)據(jù)采集器軟件設(shè)計1. 軟件結(jié)構(gòu)軟件系統(tǒng)使用u-Vision 3.0編寫，程序結(jié)構(gòu)如下:TMS-A project mai n.cIRQ.csub.c主程序（包括初始化、流程控制程序）中斷服務(wù)程序（包括車流量檢測程序）子程序（包括各類數(shù)據(jù)采集、保存、發(fā)送子程序）myADu

6、C7026.h 頭文件2. 主程序框圖數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計思路是盡量快速而有效地采集車流量和計算車速和車長，同時為了節(jié)約能源，在軟件設(shè)計時，所有的車輛信息測量（包括車流量、車速、車長）都有GMR傳感器的中斷服務(wù)程序完成（GMR-A管理進(jìn)入，GMR-B負(fù)責(zé)退出）。也就是說平常時刻，系統(tǒng) 都處于休眠狀態(tài)，來車后才喚醒工作。為了保證地磁跟蹤，采集周期為2秒。整個軟件有工作模式配置，分為三個模式：Mode=1為定時發(fā)送，一小時為一個循環(huán)，包括存取、發(fā)送和計數(shù)；Mode=2為實時發(fā)送模式，即來一輛車發(fā)送一次，但計數(shù)按天計算；Mode=3為測試方式，每分種發(fā)送一次最新的測試數(shù)據(jù)（即使沒有車輛信息），同時也實時

7、發(fā)送實際測量信息，需要注意的是發(fā)送的測試數(shù)據(jù)地址是0X20 ,結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送地址為 0x10，Mode3下的計數(shù)不清零。計數(shù)值就是車流量。3. 各種函數(shù)定義主程序 main.c - main();中斷服務(wù)程序 IRQ.c IRQ_hander()_irq 喚醒中斷 FIQ_hander()_fiq 車流量 /車速 /車長測試程序 子程序 sub.c ADC() 模擬信號采集子程序DACout() 模擬信號輸出子程序(閥值跟蹤)Get_T_H() 溫度濕度采集子程序(包括各類相關(guān)子程序)Get_Real_time() 實際時間采集子程序(包括各類相關(guān)子程序)UART_Send_Buffer() 數(shù)

8、據(jù)發(fā)送子程序(包括各類發(fā)送相關(guān)子程序)常用延時子程序Save_Current_Data()保存當(dāng)前測試結(jié)果子程序(Mode 1 使用)Send_Save_Data() 發(fā)送保存數(shù)據(jù)子程序( Mode 1 使用)Send_Current_Data() 發(fā)送當(dāng)前測試結(jié)果子程序( Mode 2 使用)Send_Test_Data()發(fā)送當(dāng)前測試數(shù)據(jù)子程序( Mode 3 使用)4. 各種全程變量定義流程控制類 :unsigned short Mode1_Counter,Mode2_Counter,Mode3_Counter 車流量計數(shù)器unsigned char Local_Addreee RF 模

9、塊本地地址unsigned char Config_Data 配置數(shù)據(jù)unsigned char Work_Mode 配置信息(工作模式)其中： Config_Data = Work_Mode (D7/D6)+ Vref_Bias(D5/D4) + Local_Address(D3 D0)參數(shù)類：unsigned char Start_time6,Real_time6 初始化時間，實際時間unsigned short SensorA_Data,SensorB_Data 兩個 GMR 傳感器信號unsigned short Temperature,Humidity 地表溫度和濕度unsigned

10、 short Operation_Temperature,Battery_V oltage 工作溫度和電池電壓unsigned short Car_Speed,Car_Length 車速和車長unsigned short Verf_Bias 閥值其它：Unsigned char UART_Buffer_length,UART_Buffer_Data90 串口發(fā)送長度和數(shù)據(jù)自定義：UART_Test_Address 0x20 RF 模塊發(fā)送測試數(shù)據(jù)地址為 0x20UART_Object_Address 0x10 RF 模塊發(fā)送結(jié)果數(shù)據(jù)地址為 0x105. 發(fā)送信息格式標(biāo)準(zhǔn) WSN 設(shè)計，發(fā)送信息

11、就一條，總共 27 個字節(jié)，格式如下：AA 55 10模塊地址20 16時間車流量車速車長溫度濕度工作溫度其中：所有數(shù)據(jù)均為16進(jìn)制AA 55為幀頭；10 目標(biāo)地址，為固定值；模塊地址-為本地RF模塊地址；20 為RF模塊要求固定值；16 為RF模塊要求后續(xù)信息長度（20個字節(jié)）；時間為6個字節(jié)，分別為年、月、日、時、分、秒；車流量為2個字節(jié)，高位在前，低位在后；車速為2個字節(jié)，高位在前，低位在后；車長為2個字節(jié)，高位在前，低位在后；10再減40;10；10；溫度為2個字節(jié)，高位在前，低位在后，實際溫度為除以濕度為2個字節(jié)，高位在前，低位在后；工作溫度為2個字節(jié)，高位在前，低位在后，實際溫度為

12、除以電池電壓-為2個字節(jié)，高位在前，低位在后，實際電壓為除以 校驗為1個字節(jié)，為上述所有字節(jié)的異或值。第三部分?jǐn)?shù)據(jù)集中器硬件設(shè)計1硬件結(jié)構(gòu)國路立迪信忌盈刻系哎數(shù)拒班屮器廉理框隹2資源分配A. GPIO資源分配GPIO管腳功能和作用GPIO管腳功能和作用P0.7GPRS-RXDP1.7接SHT11的SDA信號P0.6T1功能，接風(fēng)速傳感器記數(shù)P1.6接SHT11的SCL信號P0.5IRQ1,接GPRS模塊中斷P1.5IRQ2,雨量傳感器中斷信號P0.4IRQO,接 WT3224 中斷P1.4GPIO，接蜂鳴器控制P0.3未用,JTAG的TRST信號P1.3I2C接口的SDA信號P0.2接外部RA

13、M的BHEP1.2I2C接口的SCL信號P0.1接外部 RAM的BLEP1.1串口 TXD 信號（WT3224 ）P0.0接LED燈，冋時用于下載P1.0串口 RXD 信號（WT3224 ）P2.7GPIO，接GPRS的DTR信號P2.6GPIO，接配置選通信號，低有效P3.0-P3.7外部RAM的D0 D7P2.5GPIO，接風(fēng)向選通信號，低有效P4.0-P4.7外部RAM的D8-D15P2.4”卜部RAM的CS信號P2.3外部RAM的AE信號P2.2外部RAM的RD信號P2.1外部RAM的WR信號P2.0GPRS-TXDB.數(shù)據(jù)采集部分1）模擬信號數(shù)據(jù)采集ADC0 大氣壓力傳感器ADC9

14、能見度傳感器（選配）ADC10 電池電壓ADC11 太陽光總輻射ADC16ADuC 芯片內(nèi)部工作溫度2）數(shù)字信號采集SHT11溫濕度采集，由 P1.7/P1.6 接口PCF8563實際時間采集，標(biāo)準(zhǔn) I2C 接口配置信息-由D7 DO數(shù)據(jù)線連接，由P2.6片選（用GPIO方式采集） 風(fēng)向采集-由D7 DO數(shù)據(jù)線連接，由P2.5片選（用GPIO方式采集） 風(fēng)速采集 由定時器 T1 計數(shù)雨量采集一有IRQ2中斷計數(shù)3）RF 信號采集通過IRQ0中斷（WT3224 ）來獲取數(shù)據(jù)采集器的交通信息測試數(shù)據(jù)C. EEPROM 部分標(biāo)準(zhǔn)EEPROM（ BL24C32），存儲配置信息，標(biāo)準(zhǔn)I2C接口，存取內(nèi)容

15、為：Page 1：WinTech TMS V1.O 2O1O-5-3O 公司名，項目名稱，版本號，生成日期Page 2： SIM 卡卡號，共 6個字節(jié)， BCD 碼格式Page 3: IP地址和端口號，共 6個字節(jié)，16進(jìn)制格式D. I2C 接口部分用于連接實時時鐘芯片 PCF8563E. 外部擴(kuò)展存儲器 RAM 部分外部 RAM 選用 ISSI 的 IS61WV12816 ，共有 64X16K 空間F. 無線通訊模塊部分選用 WT3224 。北京沃英泰科有限公司設(shè)計。G. 無線遠(yuǎn)程通訊模塊部分選用M580,為深圳有方科技有限公司設(shè)計。H. 電源部分選用12V太陽能，為了保證電源的穩(wěn)定性和省電

16、，使用LM2596進(jìn)行穩(wěn)壓到5V給傳感器供電，同時轉(zhuǎn)換到 3.3V 給主控芯片供電。I. 其它 （指示燈和配置 ）指示燈共有五個 ,其中有 3.3V 電源指示燈、 工作狀態(tài)指示燈、 RF 模塊工作指示燈各 一個，GPRS模塊用指示燈2個。3.3V電源燈可以根據(jù)需要使用（實際使用時不需 要）；工作狀態(tài)指示燈的表現(xiàn)為工作時亮休眠時滅；RF模塊指示燈為模塊工作時亮，RF 模塊不工作時滅； GPRS 燈為 GPRS 專用，可以省去電源指示燈。3. 數(shù)據(jù)集中器工作原理數(shù)據(jù)集中器主要有兩個任務(wù)， 一是采集本地的氣象環(huán)境數(shù)據(jù)， 包括氣象 7 要素和光能見 度，這些功能都是選配，可根據(jù)需要使用；另一個是通過R

17、F 模塊（ WT3224 ）接收來自地面數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。另外使用了內(nèi)部 EEPROM 進(jìn)行關(guān)鍵信息的保存，主要分為3 個頁面，分別保存項目信息、SIM卡的卡號、遠(yuǎn)程傳輸?shù)?IP地址；同時還使用了外部 RAM進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的臨時保 存；又使用了日歷芯片控制程序流程?？梢允止づ渲肦F模塊的地址（后四位+0X10 ）、工作模式（采樣時間和發(fā)送時間）以及工作模式。第四部分 數(shù)據(jù)集中器軟件設(shè)計1. 軟件結(jié)構(gòu)軟件系統(tǒng)使用u-Vision 3.0編寫，程序結(jié)構(gòu)如下：TMS-A project ma in .c 主程序（包括初始化、流程控制程序）IRQ.c中斷服務(wù)程序（包括RF中斷

18、車流量檢測程序和 GPRS中斷配置）Get_Data.c 數(shù)據(jù)獲取子程序（包括各類數(shù)據(jù)采集子程序）Send_Data.c數(shù)據(jù)發(fā)送子程序（包括數(shù)據(jù)發(fā)送、保存子程序）Common .c 通用子程序庫（包括延時和初始化相關(guān)子程序）myADuC7026.h 頭文件2. 主程序框圖(WT3224/M590/RES)葫稈灰際時間WATCHDOG工作惰示吧蠢時閶JT新垸逵心眺加時間更新 猱存機(jī)垃憲粧數(shù)據(jù)集中器的設(shè)計思路比較清晰，其主要工作就是將下端數(shù)據(jù)采集器通過RF模塊發(fā)來的車輛交通（車流量、車速、車長）轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)管理中心，為了使產(chǎn)品功能更加豐富，增加了氣象數(shù)據(jù)采集功能，特別是交通部門需要的能見度采集

19、數(shù)據(jù)。所有下端數(shù)據(jù)的RF采集和轉(zhuǎn)發(fā)都由中斷服務(wù)程序完成，這樣設(shè)計的主要目的是為了節(jié)約能源，為了防止 SIM卡被意外停機(jī)，每分鐘發(fā)送一次信息（包括實際時間、氣象數(shù)據(jù)）。設(shè)計了一小時保存一次氣象數(shù)據(jù)，由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心根據(jù)需要是否獲取，具體的采樣時間可以由系統(tǒng)配置（采樣時間有 5秒、10秒、20秒、30秒四種選擇）。為方便調(diào)試，還設(shè)計了測試數(shù)據(jù)發(fā)送功能。注意測試數(shù)據(jù)地址為0x20。3. 中斷服務(wù)程序框圖中新邀人W1T3224.電吭禁止耳它中斷（GPR0中斷 S=摂收數(shù)克 （總0100msh時風(fēng)到就逼出）中斷服務(wù)程序是整個數(shù)據(jù)集中器的核心部分，RF模塊接收到下端發(fā)來的車輛交通信息后產(chǎn)生外部中斷（XIRQ

20、1），進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，通過串口接收數(shù)據(jù)（為了保證數(shù)據(jù)接收 的完整性，采用了定時接收的辦法，總計時間為100ms）,然后對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，如果是測試地址發(fā)來的信息（0X20）就認(rèn)為是配置信息（配置時間、 IP地址、SIM-ID號等），如果是下端發(fā)來的信息（0X00 0X0F），就說明是測試數(shù)據(jù)，那就將測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) 給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收中心。中斷服務(wù)程序中還有喚醒中斷和雨量計數(shù)中斷，上述框圖中沒有說明。 同時中斷程序中還有GPRS中斷服務(wù)程序，圖中沒有標(biāo)出。4.各種函數(shù)定義主程序 main.c - main();中斷服務(wù)程序 IRQ.c - IRQ hander() irqFIQ_hand

21、er()_fiq子程序 Get_Data.c Get_Analog_Data()Get_Digital_Data()Get_Real_time()子程序 Send_Data.cSend_Heart_Data()-Sen d_Test_Data()-Save_Curre nt_Data()子程序Common.c -通用延時子程序喚醒中斷/雨量中斷/WT3224中斷服務(wù)程序 GPRS中斷服務(wù)程序模擬信號采集及相關(guān)子程序數(shù)字信號采集及相關(guān)子程序 實際時間采集及相關(guān)子程序 發(fā)送心跳報子程序發(fā)送測試數(shù)據(jù)子程序保存當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)子程序-串口和GPRS初試化子程序5.各種全程變量定義流程控制類：unsigne

22、d char Local_Addreee -RF 模塊本地地址unsigned char Config_Data 配置數(shù)據(jù)unsigned char ERROR_CodeGPRS 出錯代碼其中：Config_Data = Test_Flag (D7)+D6 +Sample_Time(D5/D4) + Local_Address(D3_D0)Local_Address = D3 D0 + 0x10參數(shù)類:unsigned char Start_time6,Real_time6 初始化時間，實際時間unsigned short Wind_Speed,Wind_Direction-風(fēng)速，風(fēng)向unsi

23、gned short Air_Temperature,Humidity 大氣溫度和濕度unsigned short Air_Pressure, Precipitation_lntensity- 大氣壓力和降水強(qiáng)度unsigned short Radiation_Intensity, Light_Visibility-光輻射和能見度un sig ned short Operati on _Temperature,Battery_V oltage-工作溫度和電池電壓其它：un sig ned char UART_Buffer_le ngth,UART_Buffer_Data90串口發(fā)送長度和數(shù)據(jù)unsigned char Sensor_ID4,IP_Address4ID 號，IP 地址un sig ned short IP_PortIP 端口號自定義:UART_Test_Address 0x20 -RF模塊發(fā)送測試數(shù)據(jù)地址為0x20UART_Object_Address 0x10-RF模塊發(fā)送結(jié)果數(shù)據(jù)地址為