车载无线传感器网络监测系统设计

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       引言

  为了满足人们对车载安全性、操控性以及舒适性的要求,车载上集成了越来越多的电子系统。目前,汽车电子设备广泛采用16位或32位微处理器进行控制。本文基于IEEE 802.15.4和ZigBee标准的无线传感器网络构建车载监测系统,设计实现更加优化的无线传感器网络,逐步实现车载系统的网络化、智能化和可控性,以提,高车载系统的安全性。

  1 系统设计方案

  本文在现有的车载系统上,将数据传输的方式扩展为无线传输方式,实现一个星型网络的数据采集系统。并能分别将各个数据采集节点的所获得的数据传输到网关,网关通过串口将数据上传到主机上,在主机中实现数据的实时波形显示,并以数据库的方式加以保存,供后续数据处理。该采集系统的应用对象由温度传感器、油压传感器、转速传感器、速度传感器、电流传感器、压力传感器等传感器子系统所组成。这样设计的目的是用一个监控主机端来检测多个待测目标环境,考虑到接入的数据吞吐量和软件系统的复杂程度,采用时分复用的方式,逐个对网内的终端采集点进行控制采集。

  如图1所示,该车载系统分3个部分:车载监控中心、车载网关和车载传感器节点。车载网关是整个车载系统的核心,可以和所有的车载传感器节点通信。车载监控中心可以向车载网关发出控制命令,由车载网关将控制命令转换为射频信号后发送给车载传感器节点。当车载传感器节点发送数据时,车载网关进入数据接收状态,并将数据上传到车载监控中心作进一步处理。此外,车载传感器节点之间不能互相通信。监控中心的监控软件与车载网关之间以RS232的接口标准进行通信。

 

  车载传感器节点的生命周期由活跃期和休眠期构成。节点在活跃期完成数据采集,向网关发送数据,接收并执行网关命令;在休眠期关闭无线射频模块以节省能量,直到下一个活跃期来临。系统通过这种休眠机制来减少系统的能量消耗,延长系统整体寿命。

  本系统用PC机作为监控中心,PC机上的监控软件在VB环境下开发,是一个基于对话框的应用软件。为了提高通信传输模块的智能化水平,在设计中,它的功能不限于数据的实时显示,所有的数据采集由监控软件通过发送请求信号的方式触发。考虑到原始数据需要进行后续的处理与深入的分析,才能对车载系统的状况进行准确的判定,软件中还添加了数据文件形式的保存与数据文件回显功能。

  总体上来讲,整个网络的所有节点都受控于主机监控软件,工作过程中网络的每一个节点都不需要人为的参与。

  2 系统硬件设计

  2.1 应用芯片介绍

  Freescale公司的MC13192符合IEEE 802.15.4标准,工作频率是2.405~2.480 GHz,数据传输速率为250kbps,采用0-QPSK调试方式。这种功能丰富的双向2.4 GHz收发器带有一个数据调制解调器,可以在ZigBee技术应用中使用。它还具有一个优化的数字核心,有助于降低MCU处理功率,缩短执行周期。

  主控MCU选用Freescale公司HCS08系列的低功耗、高性能微处理器MC9S08GB60。该处理器具有60 KB的应用可编程Flash、4 KB的RAM、8通道的10位ADC、2个异步串行通信接口(SCI)、1个同步串行外部接口(SPI)以及I2C总线模块,完全能够满足车载网关和节点对处理器的要求。

  2.2 MCl3192与MC9S08GB60的硬件连接

  MC13192与MC9S08GB60的硬件连接图如图2所示。MC13192的控制和数据传送依靠4线串行外设接口(SPI)完成,其4个接口信号分别是MOS-I、MISO、b.jpg、SPICLK。主控MCU通过控制信号c.jpg退出睡眠模式或休眠模式,通过d.jpg来复位收发器,通过RXTXEN来控制数据的发送和接收,或者强制收发器进入空闲模式。由传感器输出的模拟信号经过MCU的8通道10位ADC转换后输入到MCU。MCU通过SPI口进行MC13192的读写操作,并把传感器采集的信号经过处理后通过MC13192发射出去。MC13192的中断通过IRQ引脚和中断寄存器来判断中断类型。MC908GB60通过f.jpg引脚来控制MC13192进入不同的工作模式。对传感器的控制信号可以从MC13192的天线接收进来,通过SPI传送到MCU上,经过MCU的判断处理后通过GPIO口传送到传感器上,完成对传感器的控制。同时,MCU完成MC13192收发控制和所需要的MAC层操作。

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