交通运输道路交通流量监测系统技术手册.docx
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交通运输道路交通流量监测系统技术手册
道路交通信息监测系统
技术手册
2010年6月
第一部分数据采集器硬件设计
1.硬件结构
2.资源分配
A.GPIO资源分配
GPIO管脚
功能和作用
GPIO管脚
功能和作用
P0.7
GPIO,接LED
P1.7
接SHT11的SDA信号
P0.6
未用,接PCF8563的CLKOUT
P1.6
接SHT11的SCL信号
P0.5
IRQ1,接WT3224模块中断
P1.5
IRQ2,传感器A的中断信号
P0.4
IRQ0,两个传感器同时有效中断
P1.4
IRQ3,传感器B的中断信号
P0.3
未用,JTAG的TRST信号
P1.3
I2C接口的SDA信号
P0.2
接外部RAM的BHE
P1.2
I2C接口的SCL信号
P0.1
接外部RAM的BLE
P1.1
串口TXD信号
P0.0
未用,专门用于下载
P1.0
串口RXD信号
P2.7
未用
P2.6
未用
P4.0-P4.7
外部RAM的D8-D15
P2.5
配置选通信号,低有效
P3.0-P3.7
外部RAM的D0—D7
P2.4
外部RAM的CS信号
P2.3
外部RAM的AE信号
P2.2
外部RAM的RD信号
P2.1
外部RAM的WR信号
P2.0
未用
B.数据采集部分
1）模拟信号数据采集
ADC0----传感器A的输入信号
ADC1----传感器B的输入信号
ADC2----电池电压
ADC16----ADuC芯片内部工作温度
2）数字信号采集
SHT11----温湿度采集，由P1.7/P1.6接口
PCF8563----实际时间采集，标准I2C接口
配置信息----由D7—D0数据线连接，由P2.5片选（用GPIO方式采集）
C.DAC参考电压输出部分
DAC3----传感器A的低阀值
DAC2----传感器A的高阀值
DAC1----传感器B的低阀值
DAC0----传感器B的高阀值
DAC输出需要增加一个跟随器以提高阻抗能力
D.I2C接口部分
用于连接实时时钟芯片PCF8563
E.外部扩展存储器RAM部分
外部RAM选用ISSI的IS61WV12816，共有64X16K空间
F.无线通讯模块部分
选用WT3224。
G.电源部分
选用7.4V锂电池，为了保证电源的稳定性，使用BL1085进行稳压到5V给传感器供电，同时转换到3.3V给主控芯片供电。
H.其它（指示灯和配置）
指示灯共有三个,其中有3.3V电源指示灯、工作状态指示灯、RF模块工作指示灯，3.3V电源灯可以根据需要使用（实际使用时不需要）；工作状态指示灯的表现为工作时亮休眠时灭；RF模块指示灯为模块工作时亮，RF模块不工作时灭。
3.数据采集部分原理
采用GMR传感器实时采集地磁信号，经放大后送A/D采样，同时送阀值比较电路。
当突然来车时，GMR发生变化，阀值比较电路产生信号引起CPU中断，从而获得需要的车流量和相关的车速和车长估计；最后通过RF模块将数据发送出去。
为了避免干扰信号造成GMR信号变化，使用CPU的DAC功能输出跟踪地磁信号的变化；为了省电，主CPU采用休眠模式工作，RF模块只有在发送的时候才打开工作。
另外使用了外部RAM进行数据保存，使用了日历芯片控制程序流程。
可以手工配置工作模式、阀值大小和RF模块地址。
第二部分数据采集器软件设计
1.软件结构
软件系统使用u-Vision3.0编写，程序结构如下：
TMS-Aproject-----main.c主程序（包括初始化、流程控制程序）
------IRQ.c中断服务程序（包括车流量检测程序）
-------sub.c子程序（包括各类数据采集、保存、发送子程序）
-------myADuC7026.h头文件
2.主程序框图
数据采集器的设计思路是尽量快速而有效地采集车流量和计算车速和车长，同时为了节约能源，在软件设计时，所有的车辆信息测量（包括车流量、车速、车长）都有GMR传感器的中断服务程序完成（GMR-A管理进入，GMR-B负责退出）。
也就是说平常时刻，系统都处于休眠状态，来车后才唤醒工作。
为了保证地磁跟踪，采集周期为2秒。
整个软件有工作模式配置，分为三个模式：
Mode=1为定时发送，一小时为一个循环，包括存取、发送和计数；Mode=2为实时发送模式，即来一辆车发送一次，但计数按天计算；Mode=3为测试方式，每分种发送一次最新的测试数据（即使没有车辆信息），同时也实时发送实际测量信息，需要注意的是发送的测试数据地址是0X20，结果数据发送地址为0x10，Mode3下的计数不清零。
计数值就是车流量。
3.各种函数定义
主程序main.c----main（）;
中断服务程序IRQ.c-----IRQ_hander（）__irq唤醒中断
------FIQ_hander（）__fiq车流量/车速/车长测试程序
子程序sub.c-----ADC（）模拟信号采集子程序
-----DACout（）模拟信号输出子程序（阀值跟踪）
----Get_T_H（）温度湿度采集子程序（包括各类相关子程序）
----Get_Real_time（）实际时间采集子程序（包括各类相关子程序）
----UART_Send_Buffer（）数据发送子程序（包括各类发送相关子程序）
----常用延时子程序
----Save_Current_Data（）保存当前测试结果子程序（Mode1使用）
----Send_Save_Data（）发送保存数据子程序（Mode1使用）
----Send_Current_Data（）发送当前测试结果子程序（Mode2使用）
----Send_Test_Data（）发送当前测试数据子程序（Mode3使用）
4.各种全程变量定义
流程控制类:
unsignedshortMode1_Counter,Mode2_Counter,Mode3_Counter----车流量计数器
unsignedcharLocal_Addreee----RF模块本地地址
unsignedcharConfig_Data-------配置数据
unsignedcharWork_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）
参数类：
unsignedcharStart_time[6],Real_time[6]--------初始化时间，实际时间
unsignedshortSensorA_Data,SensorB_Data----两个GMR传感器信号
unsignedshortTemperature,Humidity------------地表温度和湿度
unsignedshortOperation_Temperature,Battery_Voltage----工作温度和电池电压
unsignedshortCar_Speed,Car_Length------------车速和车长
unsignedshortVerf_Bias----------------------------阀值
其它：
UnsignedcharUART_Buffer_length,UART_Buffer_Data[90]-----串口发送长度和数据
自定义：
UART_Test_Address0x20----RF模块发送测试数据地址为0x20
UART_Object_Address0x10----RF模块发送结果数据地址为0x10
5.发送信息格式
标准WSN设计，发送信息就一条，总共27个字节，格式如下：
AA5510模块地址2016时间车流量车速车长温度湿度工作温度电池电压校验
其中：
所有数据均为16进制
AA55---------为帧头；
10------------目标地址，为固定值；
模块地址------为本地RF模块地址；
20--------------为RF模块要求固定值；
16--------------为RF模块要求后续信息长度（20个字节）；
时间------------为6个字节，分别为年、月、日、时、分、秒；
车流量---------为2个字节，高位在前，低位在后；
车速------------为2个字节，高位在前，低位在后；
车长------------为2个字节，高位在前，低位在后；
温度------------为2个字节，高位在前，低位在后，实际温度为除以10再减40；
湿度------------为2个字节，高位在前，低位在后；
工作温度------为2个字节，高位在前，低位在后，实际温度为除以10；
电池电压------为2个字节，高位在前，低位在后，实际电压为除以10；
校验------------为1个字节，为上述所有字节的异或值。
第三部分数据集中器硬件设计
1.硬件结构
2.资源分配
A.GPIO资源分配
GPIO管脚
功能和作用
GPIO管脚
功能和作用
P0.7
GPRS-RXD
P1.7
接SHT11的SDA信号
P0.6
T1功能，接风速传感器记数
P1.6
接SHT11的SCL信号
P0.5
IRQ1,接GPRS模块中断
P1.5
IRQ2,雨量传感器中断信号
P0.4
IRQ0,接WT3224中断
P1.4
GPIO，接蜂鸣器控制
P0.3
未用,JTAG的TRST信号
P1.3
I2C接口的SDA信号
P0.2
接外部RAM的BHE
P1.2
I2C接口的SCL信号
P0.1
接外部RAM的BLE
P1.1
串口TXD信号（WT3224）
P0.0
接LED灯，同时用于下载
P1.0
串口RXD信号（WT3224）
P2.7
GPIO，接GPRS的DTR信号
P2.6
GPIO，接配置选通信号，低有效
P3.0-P3.7
外部RAM的D0—D7
P2.5
GPIO，接风向选通信号，低有效
P4.0-P4.7
外部RAM的D8-D15
P2.4
外部RAM的CS信号
P2.3
外部RAM的AE信号
P2.2
外部RAM的RD信号
P2.1
外部RAM的WR信号
P2.0
GPRS-TXD
B.数据采集部分
1）模拟信号数据采集
ADC0-----大气压力传感器
ADC9-----能见度传感器（选配）
ADC10----电池电压
ADC11----太阳光总辐射
ADC16----ADuC芯片内部工作温度
2）数字信号采集
SHT11----温湿度采集，由P1.7/P1.6接口
PCF8563----实际时间采集，标准I2C接口
配置信息----由D7—D0数据线连接，由P2.6片选（用GPIO方式采集）
风向采集----由D7—D0数据线连接，由P2.5片选（用GPIO方式采集）
风速采集----由定时器T1计数
雨量采集----有IRQ2中断计数
3）RF信号采集
通过IRQ0中断（WT3224）来获取数据采集器的交通信息测试数据
C.EEPROM部分
标准EEPROM（BL24C32），存储配置信息，标准I2C接口，存取内容为：
Page1：
WinTechTMSV1.02010-5-30-------公司名，项目名称，版本号，生成日期
Page2：
SIM卡卡号，共6个字节，BCD码格式
Page3：
IP地址和端口号，共6个字节，16进制格式
D.I2C接口部分
用于连接实时时钟芯片PCF8563
E.外部扩展存储器RAM部分
外部RAM选用ISSI的IS61WV12816，共有64X16K空间
F.无线通讯模块部分
选用WT3224。
北京沃英泰科有限公司设计。
G.无线远程通讯模块部分
选用M580，为深圳有方科技有限公司设计。
H.电源部分
选用12V太阳能，为了保证电源的稳定性和省电，使用LM2596进行稳压到5V给传感器供电，同时转换到3.3V给主控芯片供电。
I.其它（指示灯和配置）
指示灯共有五个,其中有3.3V电源指示灯、工作状态指示灯、RF模块工作指示灯各一个，GPRS模块用指示灯2个。
3.3V电源灯可以根据需要使用（实际使用时不需要）；工作状态指示灯的表现为工作时亮休眠时灭；RF模块指示灯为模块工作时亮，RF模块不工作时灭；GPRS灯为GPRS专用，可以省去电源指示灯。
3.数据集中器工作原理
数据集中器主要有两个任务，一是采集本地的气象环境数据，包括气象7要素和光能见度，这些功能都是选配，可根据需要使用；另一个是通过RF模块（WT3224）接收来自地面数据采集器的数据，然后转发给远程数据监控中心。
另外使用了内部EEPROM进行关键信息的保存，主要分为3个页面，分别保存项目信息、SIM卡的卡号、远程传输的IP地址；同时还使用了外部RAM进行气象数据的临时保存；又使用了日历芯片控制程序流程。
可以手工配置RF模块的地址（后四位+0X10）、工作模式（采样时间和发送时间）以及工作模式。
第四部分数据集中器软件设计
1.软件结构
软件系统使用u-Vision3.0编写，程序结构如下：
TMS-Aproject-----main.c主程序（包括初始化、流程控制程序）
------IRQ.c中断服务程序（包括RF中断车流量检测程序和GPRS中断配置）
-------Get_Data.c数据获取子程序（包括各类数据采集子程序）
-------Send_Data.c数据发送子程序（包括数据发送、保存子程序）
-------Common.c通用子程序库（包括延时和初始化相关子程序）
-------myADuC7026.h头文件
2.主程序框图
数据集中器的设计思路比较清晰，其主要工作就是将下端数据采集器通过RF模块发来的车辆交通（车流量、车速、车长）转发到远程的数据管理中心，为了使产品功能更加丰富，增加了气象数据采集功能，特别是交通部门需要的能见度采集数据。
所有下端数据的RF采集和转发都由中断服务程序完成，这样设计的主要目的是为了节约能源，为了防止SIM卡被意外停机，每分钟发送一次信息（包括实际时间、气象数据）。
设计了一小时保存一次气象数据，由远程数据中心根据需要是否获取，具体的采样时间可以由系统配置（采样时间有5秒、10秒、20秒、30秒四种选择）。
为方便调试，还设计了测试数据发送功能。
注意测试数据地址为0x20。
3.中断服务程序框图
中断服务程序是整个数据集中器的核心部分，RF模块接收到下端发来的车辆交通信息后产生外部中断（XIRQ1），进入中断服务程序后，通过串口接收数据（为了保证数据接收的完整性，采用了定时接收的办法，总计时间为100ms），然后对接收到的数据进行分析判断，如果是测试地址发来的信息（0X20）就认为是配置信息（配置时间、IP地址、SIM-ID号等），如果是下端发来的信息（0X00—0X0F），就说明是测试数据，那就将测试数据转发给远程数据接收中心。
中断服务程序中还有唤醒中断和雨量计数中断，上述框图中没有说明。
同时中断程序中还有GPRS中断服务程序，图中没有标出。
4.各种函数定义
主程序main.c----main（）;
中断服务程序IRQ.c-----IRQ_hander（）__irq唤醒中断/雨量中断/WT3224中断服务程序
------FIQ_hander（）__fiqGPRS中断服务程序
子程序Get_Data.c-----Get_Analog_Data（）模拟信号采集及相关子程序
------Get_Digital_Data（）数字信号采集及相关子程序
------Get_Real_time（）实际时间采集及相关子程序
子程序Send_Data.c-----Send_Heart_Data（）发送心跳报子程序
----Send_Test_Data（）发送测试数据子程序
----Save_Current_Data（）保存当前气象数据子程序
子程序Common.c----通用延时子程序
----串口和GPRS初试化子程序
5.各种全程变量定义
流程控制类:
unsignedcharLocal_Addreee----RF模块本地地址
unsignedcharConfig_Data-------配置数据
unsignedcharERROR_Code------GPRS出错代码
其中：
Config_Data=Test_Flag（D7）+D6+Sample_Time（D5/D4）+Local_Address（D3_D0）
Local_Address=D3—D0+0x10
参数类：
unsignedcharStart_time[6],Real_time[6]--------初始化时间，实际时间
unsignedshortWind_Speed,Wind_Direction----风速，风向
unsignedshortAir_Temperature,Humidity------大气温度和湿度
unsignedshortAir_Pressure,Precipitation_Intensity----大气压力和降水强度
unsignedshortRadiation_Intensity,Light_Visibility----光辐射和能见度
unsignedshortOperation_Temperature,Battery_Voltage----工作温度和电池电压
其它：
unsignedcharUART_Buffer_length,UART_Buffer_Data[90]-----串口发送长度和数据
unsignedcharSensor_ID[4],IP_Address[4]---------------------------ID号，IP地址
unsignedshortIP_Port---------------------------------------------------IP端口号
自定义：
UART_Test_Address0x20----RF模块发送测试数据地址为0x20
UART_Object_Address0x10----RF模块发送结果数据地址为0x10
6.发送信息格式
信息格式有两种，一种是心跳报文，一种是转发下端发来的结果数据。
A）心跳报报文格式：
总共为33个字节
AA55SIM_ID10时间风速风向温度湿度压力雨量光辐射能见度工作温度电池电压校验
其中：
所有数据均为16进制
AA55---------为帧头；
SIM_ID--------为3个字节的SIM_ID号，是SIM卡的后6位手机号；
10---------------为本数据集中器的RF模块地址；
时间------------为6个字节，分别为年、月、日、时、分、秒；
风速---------为2个字节，高位在前，低位在后；
风向------------为2个字节，高位在前，低位在后；
温度------------为2个字节，高位在前，低位在后，实际温度为除以10再减40；
湿度------------为2个字节，高位在前，低位在后；
压力------------
雨量------------
光辐射---------
能见度---------
工作温度------为2个字节，高位在前，低位在后，实际温度为除以10；
电池电压------为2个字节，高位在前，低位在后，实际电压为除以10；
校验------------为1个字节，为上述所有字节的异或值。
B）结果数据报文：
共有27个字节
AA55SIM_ID模块地址时间车流量车速车长温度湿度工作温度电池电压校验
其中：
所有数据均为16进制
AA55---------为帧头；
SIM_ID--------为3个字节的SIM_ID号，是SIM卡的后6位手机号；
模块地址------为下端的RF模块地址；
时间------------为6个字节，分别为年、月、日、时、分、秒；
车流量---------为2个字节，高位在前，低位在后；
车速------------为2个字节，高位在前，低位在后；
车长------------为2个字节，高位在前，低位在后；
温度------------为2个字节，高位在前，低位在后，实际温度为除以10再减40；
湿度------------为2个字节，高位在前，低位在后；
工作温度------为2个字节，高位在前，低位在后，实际温度为除以10；
电池电压------为2个字节，高位在前，低位在后，实际电压为除以10；
校验------------为1个字节，为上述所有字节的异或值。
注意：
1）时间为当前数据集中器的时间；
2）通过模块地址可以判定是哪个下端数据采集器设备发来的数据。
如果地址是0x10就说明是心跳报数据。
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