基于無線hart的車輛速度檢測(cè)器設(shè)計(jì)

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1、基于無線HART的車輛速度檢測(cè)器設(shè)計(jì)　　摘要：目前，對(duì)車輛進(jìn)行交通數(shù)據(jù)采集的常用方法是借助感應(yīng)線圈檢測(cè)器，但容易破壞路面。采用霍尼韋爾HMC1022地磁感應(yīng)器，根據(jù)車輛經(jīng)過會(huì)引起地磁場(chǎng)擾動(dòng)這一現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)，不僅不會(huì)破壞路面，而且安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。地磁感應(yīng)器采集信號(hào)后，通過K近鄰算法對(duì)車輛分類識(shí)別，STM32完成數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而得到車輛速度參數(shù)，并通過無線HART技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面交通信息的監(jiān)控?！　￡P(guān)鍵詞：地磁感應(yīng)器；HMC1022；無線HART；K近鄰算法；STM32；車輛速度檢測(cè)　　DOIDOI：10

2、.11907/rjdk.161797　　中圖分類號(hào)：TP319　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16727800（2016）010007604　　0引言8　　當(dāng)前，國內(nèi)針對(duì)路面車輛信息采集的主要方法是通過埋入道路的感應(yīng)線圈檢測(cè)器，但往往道路施工頻繁，導(dǎo)致線圈完好度較低、維護(hù)費(fèi)用高，且感應(yīng)線圈安裝極易破壞路面，所以線圈檢測(cè)器使用功效并不高[1]。本文采用磁阻傳感器與無線HART技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型的無線車輛檢測(cè)器，具有安裝簡(jiǎn)易、占用空間小和不易損壞等特點(diǎn)[2]。如今無線HART技術(shù)已較為成熟，廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)測(cè)、控制等

3、領(lǐng)域[3]。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，無線HART技術(shù)提供了一種高性價(jià)比的替代通信方式[4]，將傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中高成本的測(cè)量通過無線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)并融入監(jiān)控系統(tǒng)中[5]。本設(shè)計(jì)采用無線HART收發(fā)模塊，具有實(shí)時(shí)性與抗干擾能力強(qiáng)以及低功耗的特點(diǎn)，提高了檢測(cè)效率，降低了道路維護(hù)成本[6]。　　1無線HART簡(jiǎn)介　　無線HART是一種Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，其每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是終端也是路由，支持調(diào)頻，分時(shí)通訊可靠性高。無線HART可以讓用戶在保持現(xiàn)有設(shè)備、工具和系統(tǒng)一致性的基礎(chǔ)上，為HART協(xié)議增加無線功能[7]。不但為過程應(yīng)用提供了一種

4、可靠的專用無線協(xié)議，而且為用戶提供了一種行業(yè)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，使其在進(jìn)行無線應(yīng)用決策時(shí)具有選擇依據(jù)[8]?！　?檢測(cè)器硬件設(shè)計(jì)　　2.1工作原理　　地球是一個(gè)巨大的磁場(chǎng)，當(dāng)車輛經(jīng)過某一路段時(shí)，會(huì)導(dǎo)致地磁場(chǎng)產(chǎn)生微弱變化，通過采集地磁場(chǎng)變化數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，根據(jù)變化持續(xù)的時(shí)間即可得出車輛在經(jīng)過該路段時(shí)的速度以及在某一時(shí)間段內(nèi)的車流信息[9]?！　≤囕v檢測(cè)器安裝好后，加入到無線HART網(wǎng)絡(luò)，將每個(gè)傳感器作為一個(gè)HART節(jié)點(diǎn)，其獲得車輛信息后，由MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在顯示屏上同步顯示車速，并通過XDM2510H傳輸至控制中心

5、/網(wǎng)關(guān)。車輛檢測(cè)器系統(tǒng)如圖1所示。　　基于無線HART的車輛檢測(cè)器采用樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)地磁信號(hào)的采集、放大、濾波以及與上位節(jié)點(diǎn)的通信等功能?！　?.2硬件電路設(shè)計(jì)8　　磁阻感應(yīng)器采集的信號(hào)是一個(gè)差分輸出的毫伏級(jí)信號(hào)，需要對(duì)其進(jìn)行差分放大，以產(chǎn)生更好的放大效果[11]。濾波放大后，用AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并采用MCU進(jìn)行處理，通過顯示屏顯示，然后將處理后的數(shù)據(jù)通過無線HART模塊發(fā)送至網(wǎng)關(guān)。系統(tǒng)框架如圖2所示。　　2.2.1無線HART模塊　　系統(tǒng)的無線HART收發(fā)模塊采用RFM公

6、司的XDM2510H模塊，電路如圖3所示。工作原理如下：①發(fā)送一個(gè)時(shí)間戳數(shù)據(jù)包，通過單片機(jī)向/TIME管腳發(fā)送一個(gè)低電平進(jìn)行觸發(fā)；②模塊投遞數(shù)據(jù)包時(shí)，通過/MT_RTS管腳給單片機(jī)一個(gè)置低信號(hào)；③模塊向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包完成的標(biāo)志是/MT_CTS管腳置低；④通過單片機(jī)向/RESETIN管腳發(fā)送低電平實(shí)現(xiàn)模塊復(fù)位?！　纹瑱C(jī)通信接口通過串口與模塊的UART_TX和UART_RX管腳相連，單片機(jī)向/SP_CTS管腳發(fā)送低電　　平時(shí)，表示單片機(jī)準(zhǔn)備好接收一個(gè)數(shù)據(jù)包。LED燈信號(hào)行為對(duì)應(yīng)的XDM2510H狀態(tài)如表1所示

7、?！　?.2.2感應(yīng)器模塊　　傳感器工作電路如圖4所示，感應(yīng)器選取霍尼韋爾公司的HMC1022，其輸出一個(gè)毫伏級(jí)的差分模擬電壓信號(hào)，需要通過差分放大器進(jìn)行放大；差分放大器選用AD620，其具有體積小、功耗低、噪聲小及供電電源范圍廣的優(yōu)點(diǎn)；置位復(fù)位電路用于在突發(fā)情況下保護(hù)傳感器核心電路；采用的芯片為IRF7105，它可以產(chǎn)生一個(gè)以20ms為周期的方波，作為磁阻感應(yīng)器的復(fù)位輸入信號(hào)。同時(shí)把12V電源通過一個(gè)1000Ω8的電阻連接到IRF7105的4管腳，將第5管腳和第8管腳短接，分別與HMC1002的第8管腳和第

8、14管腳相連，即可完成對(duì)傳感器的保護(hù)?！　?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)　　3.1整體設(shè)計(jì)　　為了使軟件容易擴(kuò)展和維護(hù)，本設(shè)計(jì)采用模塊化架構(gòu)，每個(gè)功能都包含在相應(yīng)的模塊中。系統(tǒng)需要調(diào)用該模塊時(shí)，只需include相應(yīng)的頭文件即能直接使用，從而使程序結(jié)構(gòu)清晰、易于移植?！　∠到y(tǒng)模塊分為兩層：驅(qū)動(dòng)層與設(shè)備層。驅(qū)動(dòng)層實(shí)現(xiàn)MCU內(nèi)部的功能驅(qū)動(dòng)和調(diào)用，設(shè)備層實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和調(diào)用。有些設(shè)備需要利用驅(qū)動(dòng)層模塊才能實(shí)現(xiàn)調(diào)用，如