6ES7232-0HB22-0XA8详细使用

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无线传感网促进智能交通的发展 
  
     智能交通系统（ITS）应用在城市交通中主要体现在微观的交通信息、交通控制和诱导等方面，通过提高对交通信息的有效使用和管理来提高交通系统的效率，主要是由信息输入、策略控制、输出执行、各子系统间与通信等子系统组成。信息子系统通过传感器采集车辆和路面信息，策略控制子系统根据设定的目标（如通行量较大、或平均候车时间较短等）运用计算方法（例如模糊控制、遗传算法等）计算出较佳方案，并输出控制信号给执行子系统（一般是交通信号控制器），以引导和控制车辆的通行，达到预设的目标。
   
      无线传感器网络是一种融合短程无线通讯技术、微电子传感器、嵌入式系统的新技术，逐渐被用于智能交通系统等需要数据采集与检测的相关领域。基于IEEE802.15.4规范的ZigBee技术，具备以下良好特性：①功耗低，2节普通5号电池可支持一个节点工作6～24个月；②组网能力强，网络较多可达个节点，并支持树状、星状、网状等多种组网方式；③传输距离远，两节点室外传输距离可达几百米，在增加发射功率后可达几千米；④可靠性高，具备多级安全模式；⑤，开放的简化ZigBee协议栈，工作在2.4GHz免执照的ISM频段。 
   
      无线传感器网络具备优良特性，可以为智能交通系统的提供一种有效手段，可以监测路口各个方向上的车辆，根据监测结果，改进简化、改进信号控制算法，提高交通效率。无线传感器网络可以应用于执行子系统中的控制子系统和引导子系统等方面。例如可以应用该技术改进信号控制器，实现智能公交系统的公交**功能。 
  
用于ITS的无线传感器网络构建 
    
      如图1所示，在无线传感器网络结构中，安装道路两旁的汇聚节点组成一个自组织的多跳网状Mesh基础网络构架，交通信息**的传感器终端节点与每个临近的汇聚节点组成星型网络进行通讯，较终的数据将被汇聚到网关节点上。网关节点可以作为一个模块安装在交叉路口的交通信号控制器内，通过信号控制器的专有网络，将所采集到的数据发送到交管中心作进一步处理。 
  
      在无线传感器网络部署中，汇聚节点可以安装在路边立柱、横杠等交通设施上，网关节点可以集成再交叉路口的交通信号控制器内，**传感器终端节点可以填埋在路面下或者安装在路边，道路上的运动车辆也可以安装传感器节点动态加入传感器网络。 
  

采用无线传感器网络进行交通信息 
  
     在交通信息中，终端节点可采用非接触式地磁传感器来定时收集和感知区域内车辆的速度、车距等信息。当车辆进入传感器的监控范围后，终端节点通过磁力传感器来采集车辆的行驶速度等重要信息，并将信息传送给下一个定时醒来的节点。当下一个节点感应到该车辆时，结合车辆在两个传感器节点间的行驶时间估计，就可估算出车辆的平均速度。多个终端节点将各自采集并初步处理后的信息通过汇聚节点汇聚到网关节点，进行数据融合，获得道路车流量与车辆行使速度等信息，从而为路通信号控制提供精确的输入信息。通过给终端节点安装温湿度、光照度、气体检测等多种传感器，还可以进行路面状况、能见度、车辆尾气污染等检测。  

   
用于交通信息的无线传感器网络部署 
   
无线传感器网络在ITS中的应用 
   
      实现智能公交系统中的公交**功能需要对现有交通信号控制器进行改造。通过添加传感器等辅助设备，交通信号控制器可以估算出公交车辆到达交叉路口的时间（旅行时间），计算出公交车辆在路口是否需要给予**（可选择乘客数量作为**权重），然后选择合适的**控制策略，通过调整绿信比来**放行公交车辆。交通信号控制器的改造包括： 
    
①车载无线通讯终端节点； 
②交叉路通信号控制器上集成无线网关； 
③用于公交车辆定位的终端节点； 
④通过构建基于ZigBee的无线传感器网络可以实现上述功能。 
  
      当要临近路口时，车载ZigBee无线终端节点进行公交车辆信息广播，路边部署的无线传感器网络获取信息后，公交车辆定位的终端节点对其跟踪获取信息并汇聚到无线传感器网络网关节点上，通过内部连接最后信息传送给交通信号控制器，进行相应的**处理。
  
网络节点和网关节点的设计 
  
网络节点软件功能设计 
  
     在ITS无线传感器网络的设计中，网络节点按照功能不同，需要分别进行设计。终端节点、汇聚节点和网关节点的软件功能如图3所示。终端节点安装不同的传感器用于运动车辆信息和道路信息获取等。其功能实现可按照精简功能设备（RFD，ReducedFunctionDevice）标准来实现。终端节点与汇聚节点按照星型网络组网，在固定时间点由睡眠状态醒来与汇聚节点主动通讯。信息路由则交给父（汇聚）节点及网络中具有路由功能的协调器和路由器完成，降低了节点功耗和软件实现复杂度。汇聚节点是终端节点软件功能上的扩展，实现了扩展网络及路由消息的功能，允许更多重点节点接入网络。可按照全功能设备（FFD，FullFunctionDevice）标准进行设计。 

无线传感器网络节点软件功能 

     网关节点是网络中所需要的协调器，负责启动网络、配置网络成员地址、维护网络、维护节点的绑定关系表等，还负责将所采集的数据初步处理并交付交通信号控制器传输到上一级信息中心，需要较多存储空间、计算及通讯能力。 

网络节点硬件功能设计 
  
      现有较多的无线传感网解决方案，包括各芯片产商推出的单片机外接射频芯片和集成射频、微处理器的单芯片等。在节点设计中较常采用的ZigBee射频芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。此外，芯片产商推出了单芯片解决方案，如TICC2430延用了CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频、内存和微控制器；Freescale的MC1321x/MC1322x和Jennic的JN5121/JN513x单芯片解决方案等。 
  
●基于Atmel的AT86RF230射频芯片和AVR单片机设计方案 
  
      典型的终端节点和汇聚节点设计如图4所示，采用Atmel的8位RISC结构低功耗ATMegal1281VMCU作为系统控制核心。采用512KB的AT45DB041D作为外部程序存储器。射频模块使用Atmel的支持ZigBee协议的AT86RF230，RF功率达到3dBm，室外传输距离可达300米以上节点的扩展接口可连接模拟输入、数字I/O、I2C、SPI和UART接口，这些扩展接口使其易于与传感器及其它外设连接，例如外接光度、温温度、气压、声、地磁和加速度等传感器。 

传感器节点设计 
   
●基于TI的 CC2420芯片和ARM单片机设计方案 
    
      在设计无线传感器网络网关时，需要较强的数据处理能力，用以实现复杂路由协议以及信息处理等。如图5所示Crossbow的imote2节点采用了MarvellPXA271高性能、低功耗处理器。该处理器使用动态电压调节技术，频率范围13MHz～416MHz，可工作于低电压（0.85V）低频率（13MHz）模式，具备了优良的动态电源管理技术。此外，该处理器封装内集成三个芯片256KBSRAM，32MBFLASH以及32MBSDRAM，减小了体积。通过提供多种I/O，能够灵活的支持不同种类的传感器。该处理器还支持一个MMX协处理器，提高多媒体处理能力，可以用于无线多媒体传感器网络中的语音和图像处理。Imote2使用TI的CC2420ZigBee射频芯片，支持2.4GHz、16通道250kb/s，发送功率-24～0dBm。有效通讯距离是30米，可以通过SMA接口外接天线来增加传输距离。 

Imote2系统结构 

●节点设计其他考虑 

在智能交通系统**无线传感器网络节点设计时需要如下考虑： 

①节点低功耗设计。终端节点都是电池（可用太阳能蓄电池）供电。 

②节点成本要低廉。在进行大规模交通信息等部署时，节点成本将是项目关键。 

③节点的数据处理及存储能力。一些节点需要进行高速信息并且运行识别算法，所以需要数据处理能力。还需要考虑在有限的空间之内存储程序、数据、以及支持代码在线更新等功能。 

④此外，根据不同应用场合的需要，无线传感器节点要具有不同的传感器接口，能外接不同的传感器。 

      其中，能耗管理应该作为重点考虑。特别是采用32位ARM处理器外接射频芯片的解决方案，需要有效降低节点能耗，需要在系统级软件上进一步善能耗管理，例如优化TinyOS或嵌入式Linux电源管理功能。 

一 概述

温度是一种较基本的环境参数，与人民生活和工农业生产有着密切的关系，在电力供应中离不开温度测量。液压操作动机的断路器是电网的重要设备，保证断路器液压操作机构油路的正常运转对保电网安全具有重要意义。当环境温度降低到一定程度后，断路器的油路流动受到影响，液压油黏度增大不利于油路的流动，影响断路器的特性。正常情况下，该装置显示当时温度值。当气温升高或降低到规定值时，此装置会立即自动安全关闭或打开加温装置，防止发生事故，是变电站不可缺少的保护装置。因此研究温度的测量方法和测量装置在实际生产中有着重要的意义。

测量温度的关键是温度传感器。随着技术飞速发展，传感器已进入*三代数字传感器。本测温系统采用的DS18B20就是属于这种传感器。

DALLAS半导体公司生产的DS18B20是一种但总线温度传感器属于新一代是配微处理器的智能温度传感器，这种传感器具有体积小、精度高、接口方便、传输距离远等特点。广泛应用在工业、农业、军事等领域的控制仪器、测控系统中。

二 DS18B20的介绍

1.DS18B20的几个特点：

a. DS18B20因为采用了单总线技术，可通过串行口线，也可通过其他I/O口线与微机直接接 传感器直接输出被测温度值（二进制数）。

b.其测量温度范围为：-55℃————+125℃,

c.测量分辨率为：0.0625℃,是其他传感器无法相比的。

d.内含64位只读存储器ROM,（内存出厂序列号，是对应每一个器件的一号），还又RAM 存有温度当前转换值及符号。

e.用户可分别设定每个器件的温度上、下限。

f.内含寄生电源。

2. DS18b20的结构：

a. 64位光刻ROM ，可以看作是DS18B20的地址序列号，如表一所示。

b.高速暂存器RAM共占0、1两个单元：

两个8位的RAM中，存放二进制的数，高五位是符号位，如果温度大于0OC,这五位数为0，将测到的数值乘以0.0625，即得到实际的温度值;如果温度小于0OC,高五位为1，测到的数值需要取反加1，再乘以0.0625 ，才得到实际的温度值。

c. 九个寄存器的名称及作用：

三 DS18B20 的控制方法

DS18B20的操作是通过执行操作命令实现的， 其控制程序是按照DS18B20的通讯协议编制的。单片机与DS18B20交换数据，CPU按照单总线协议在总线上产生复位时序和读写时序来实现的。其中包含复位脉冲、响应脉冲、读、写时序，只有响应脉冲是DS18B20发出的，其他都有单片机发出。时序的具体要求如下：

（1） 复位脉冲：单片机发出一个宽为480—960μs的负脉冲之后再发出5—60μs的正脉冲，此时DS18B20会发出一个60—240μs的响应脉冲，复位时序结束。也就是呼应阶段。

（2） 写时间片：写一位二进制的信息，周期至少为61μS,其中含1μS的恢复时间，单片机启动写程序后15—60μs期间DS18B20自动采样数据线，低电平为“0”，高电平为“1”。单片机写“0”时，要持续低电平60—120μs,写“1”时，要在启动后15μs之内使数据线变为高电平。

（3） 读时间片：读一位二进制数据，周期及恢复时间要求与写时间片相同。单片机启动读时序之后，至少保持1μs低电平，然后在接近启动后15μs之前读入数据。低电平为“0”，高电平为“1”。

（4） ROM 操作命令的执行：

在 ROM 操作命令中，有两条命令专门用于获取传感器序列号:读ROM命令（33H）和搜索ROM命令（FOH）。读ROM命令只在总线上只有一个传感器的情况下使用。具体 的 搜 索过程为:（1）单片机发出复位脉冲进行初始化，连接在P3。5口上的传感器则发出存在脉冲做出响应。（2）单片机在单总线上发出搜索ROM命令。（3）单片机从单总线上读一位数据。ds18b20的工作时序分别有初始化时序、写时序、读时序、转换时序等，根据传感器的这些时序要求编写出子程序、主程序

四 测温系统的硬件设计

本系统选择体积小、、内带2K EEPROM的89C2051作为控制芯片，晶振采用12MHZ，用74LS07，74LS04驱动三个LED数码管和一个继电器线圈从而驱动电加热设备。P3.5口作为采集温度信号线，P1口作为显示数据线，与P3.3,P3.4组成显示的个位、十位及符号位，采用动态扫描显示。在本系统中测控一路温度信号，DS18B20通过单总线方式连接在单片机的P3。5.引脚上，用户可设定所需的温度测定值（包括上限值和下限值），P3.1引脚控制电热设备启动与停止，从而达到控制温度效果。整个硬件系统简单、明晰。

五 系统软件设计：

系统对温度检测控并实时显示温度值。所选用的温度传感器芯片DS18B20属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，时序复杂，在编程及运行中均须严格安照时序进行。

测温系统的工作流程:初始化——-获取序列号的ROM操作命令——-写存储器操作命令——-读转换数据——-处理数据—-显示温度—-启动控制设备。主程序功能是调用各功能子程序、控制电热设备开启与停止。子程序包括：对DS18B20初始化子程序、读子程序、写子程序、温度转换子程序、数值计算子程序、显示子程序。（见程序方框图）

此系统程序编写虽然比AD590测温复杂，但省去A/D转换环节硬件，提高精度及抗干扰能力，系统稳定

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