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1、10申请公布号CN104159326A43申请公布日20141119CN104159326A21申请号201410415802922申请日20140821H04W84/18200901H04L29/08200601G08G1/01200601G08C17/0220060171申请人四川大学地址610065四川省成都市武侯区一环路南一段24号72发明人胡四泉佘春东王俊峰74专利代理机构成都信博专利代理有限责任公司51200代理人邓金涛舒启龙54发明名称一种无线车辆检测传感节点及其检测车辆的方法57摘要本发明公开了一种无线车辆检测传感节点及其检测车辆的方法，无线车辆检测传感节点包括地磁传感器MMC。
2、3282、控制器MSP430F1611和433MHZ无线收发模块CC1101，所述控制器MSP430F1611通过SPI接口和433M无线收发模块CC1101相连接，所述地磁传感器MMC3282通过I2C接口和控制器MSP430F1611相连接。本发明能够使得监测人员非常直观的观察到车辆的变化，还可以结合本地时间来查看这个变化，整个传输采用无线传输，传输不受地形的影响，部署简单，传输速度较快，效率高，上位机软件能够实时动态的显示数据，当车辆移动后，能够及时的通知监测人员，供工作人员及时处理，同时软件能够把大量的数据保存入数据库中，可以生成图表，供工作人员分析车辆流量等信息使用。51INTCL权。
3、利要求书1页说明书8页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书8页附图4页10申请公布号CN104159326ACN104159326A1/1页21一种无线车辆检测传感节点，其特征在于包括地磁传感器MMC3282、控制器MSP430F1611和433MHZ无线收发模块CC1101，所述控制器MSP430F1611通过SPI接口和433M无线收发模块CC1101相连接，所述地磁传感器MMC3282通过I2C接口和控制器MSP430F1611相连接。2根据权利要求1所述的一种无线车辆检测传感节点，其特征在于所述控制器MSP430F1611通过SPI接口和433M。
4、无线收发模块CC1101相连接具体是SPI时钟线SCLK_RF、SPI主到从数据线SI_RF、SPI从到主数据线SO_RF、SPI片选信号线CSN_RF、无线数据包接收完成中断线GDO0,射频芯片就绪中断线GDO2、电源VCC和地GND的连接。3根据权利要求1或2所述的一种无线车辆检测传感节点，其特征在于所述地磁传感器MMC3282通过I2C接口和控制器MSP430F1611相连接具体是I2C时钟线MAG_SCL、I2C数据线MSG_SDA、电源VCC和地GND的连接。4一种权利要求1所述的无线车辆检测传感节点检测车辆的方法，其特征在于包括以下步骤步骤一，控制器MSP430F1611周期性地控。
5、制地磁传感器MMC3282采集地磁信号数据，数据包括X、Y、Z三轴地磁信号各14位数据位；数据采集是由控制器通过I2C接口向地磁传感器发出采集命令，地磁传感器接受命令后启动采集，在数据就绪后通过I2C接口向控制器返回采集结果；步骤二，控制器MSP430F1611接收到地磁传感器MMC3282传出的地磁检测数据后进行数据打包操作以便后续的无线数据发送，地磁检测数据无线传送的最终目的地址是与监控计算机相连的汇聚节点，如果检测节点离汇聚节点距离较远，无法直接无线通讯，就必须借助其他节点进行转发，即下一跳目的节点，当距离较远时需多次转发才能到达汇聚节点，当控制器MSP430F1611将三轴的地磁检测数。
6、据加入数据包中的对应数据段，形成应用层数据，然后加入网络层报头和媒体访问控制层报头，同时根据无线传感器网络路由协议维护的路由表来选择发送的下一跳目的节点，在NWK报头填入节点自身地址，在MAC层报头中填入下一跳目的节点，组成一个完整的报文，控制器MSP430F1611完成组包操作后通过SPI接口控制433MHZ无线收发模块CC1101把该数据包无线发送出去；步骤三，控制器MSP430F1611周期性地启动433MHZ无线收发模块CC1101检查有无发给自己的无线数据包，如果本节点不是汇聚节点，还需根据路由表找到下一跳节点的地址并更新数据包中MAC报头中的目的地址，将原始报文转发给再下一跳节点；。
7、步骤四，作为汇聚节点的无线传感节点将接收的完整的报文通过串口、USB口或网口传输至监控计算机中存入数据库，并根据历史数据判断是否存在车辆经过地磁检测节点时引起的地磁数据变化，进而判断车辆的存在或运动状态，并最终将数据显示在计算机上。权利要求书CN104159326A1/8页3一种无线车辆检测传感节点及其检测车辆的方法技术领域0001本发明涉及车辆监测领域，具体涉及一种无线车辆检测传感节点及其检测车辆的方法。背景技术0002随着我国经济的快速发展，城市化进程的不断加快，伴随而来的是公路上的汽车越来越多。也使汽车的疏导和停泊管理问题日趋严峻。使车辆检测系统的完善和提高成为一个重要的课题。0003当。
8、前的通过地磁方法监测车辆的系统，大多采用磁阻传感器AMR，这些早期的2轴或3轴的地磁传感器，精度大多不高，一般输出的都是模拟信号，还需要搭建相应的滤波放大电路才能正常工作，信号的采集还需模数转换电路，其内部没有数字的IC，可操作性差。0004这些系统的无线传感网络，几乎全部采用了ZIGBEE协议，ZIGBEE协议的确是无线传感网的一种重要组网方式，现在也非常成熟，但在该车辆检测的应用场景下，却有诸多不适用的地方，ZIGBEE协议对于硬件的要求很高，给硬件成本带来极大的压力，最要的一点是ZIGBEE的拓扑结构，它需要一些长期供电的设备，ROUTER，COORDINATOR，这给工程的实施带来极大。
9、的麻烦。发明内容0005本发明的目的在于提供一种无线车辆检测传感节点及其检测车辆的方法，解决现有的车辆检测存在场地工程实施、网络易部署复杂困难，适用范围和场景非常有限的问题。0006为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案0007一种无线车辆检测传感节点，包括地磁传感器MMC3282、控制器MSP430F1611和433MHZ无线收发模块CC1101，所述控制器MSP430F1611通过SPI接口和433M无线收发模块CC1101相连接，所述地磁传感器MMC3282通过I2C接口和控制器MSP430F1611相连接。0008更进一步的技术方案是，所述控制器MSP430F1611通过SPI接。
10、口和433M无线收发模块CC1101相连接具体是SPI时钟线SCLK_RF控制器MSP430F1611的P53引脚连接433M无线收发模块CC1101的SCLK引脚、SPI主到从数据线SI_RF控制器MSP430F1611的P51引脚连接433M无线收发模块CC1101的SI引脚、SPI从到主数据线SO_RF控制器MSP430F1611的P52引脚连接433M无线收发模块CC1101的SO引脚、SPI片选信号线CSN_RF控制器MSP430F1611的P50引脚连接433M无线收发模块CC1101的CSN引脚、无线数据包接收完成中断线GDO0控制器MSP430F1611的P11引脚连接433M。
11、无线收发模块CC1101的GDO0引脚,射频芯片就绪中断线GDO2控制器MSP430F1611的P14引脚连接433M无线收发模块CC1101的GDO2引脚、电源VCC和地GND的连接。0009更进一步的技术方案是，所述地磁传感器MMC3282通过I2C接口和控制器MSP430F1611相连接具体是I2C时钟线MAG_SCL控制器MSP430F1611的P12引脚连接说明书CN104159326A2/8页4433M无线收发模块CC1101的SCL引脚、I2C数据线MSG_SDA控制器MSP430F1611的P13引脚连接433M无线收发模块CC1101的SDA引脚、电源VCC和地GND的连接。。
12、0010一种权利要求1所述的无线车辆检测传感节点检测车辆的方法，包括以下步骤0011步骤一，控制器MSP430F1611周期性地控制地磁传感器MMC3282采集地磁信号数据，数据包括X、Y、Z三轴地磁信号各14位数据位；数据采集是由控制器通过I2C接口向地磁传感器发出采集命令，地磁传感器接受命令后启动采集，在数据就绪后通过I2C接口向控制器返回采集结果；0012步骤二，控制器MSP430F1611接收到地磁传感器MMC3282传出的地磁检测数据后进行数据打包操作以便后续的无线数据发送，地磁检测数据无线传送的最终目的地址是与监控计算机相连的汇聚节点，如果检测节点离汇聚节点距离较远，无法直接无线通。
13、讯，就必须借助其他节点进行转发，即下一跳HOP目的节点，当距离较远时需多次转发才能到达汇聚节点，当控制器MSP430F1611将三轴的地磁检测数据加入数据包中的对应数据段，形成应用层数据，然后加入网络层NWK报头和媒体访问控制层MAC报头，同时根据无线传感器网络路由协议维护的路由表来选择发送的下一跳HOP目的节点，在NWK报头填入节点自身地址，在MAC层报头中填入下一跳HOP目的节点，组成一个完整的报文，控制器MSP430F1611完成组包操作后通过SPI接口控制433MHZ无线收发模块CC1101把该数据包无线发送出去；0013步骤三，控制器MSP430F1611周期性地启动433MHZ无线。
14、收发模块CC1101检查有无发给自己的无线数据包，如果本节点不是汇聚节点，还需根据路由表找到下一跳节点的地址并更新数据包中MAC报头中的目的地址，将原始报文转发给再下一跳节点；0014步骤四，作为汇聚节点的无线传感节点将接收的完整的报文通过串口、USB口或网口传输至监控计算机中存入数据库，并根据历史数据判断是否存在车辆经过地磁检测节点时引起的地磁数据变化，进而判断车辆的存在或运动状态，并最终将数据显示在计算机上。0015与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明能够使得监测人员非常直观的观察到车辆的变化，还可以结合本地时间来查看这个变化，整个传输采用无线传输，传输不受地形的影响，部署简单，传输速。
15、度较快，效率高，上位机软件能够实时动态的显示数据，当车辆移动后，能够及时的通知监测人员，供工作人员及时处理，同时软件能够把大量的数据保存入数据库中，可以生成图表，供工作人员分析车辆流量等信息使用。附图说明0016图1为本发明一种无线车辆检测传感节点一个实施例中控制器MSP430F1611的结构示意图。0017图2为本发明一种无线车辆检测传感节点一个实施例中433MHZ无线收发模块CC1101的结构示意图。0018图3为本发明一种无线车辆检测传感节点一个实施例中地磁传感器MMC3282的结构示意图。0019图4为本发明一种无线车辆检测传感节点检测车辆的方法一个实施例的网络系统图。0020图5为本。
16、发明一种无线车辆检测传感节点检测车辆的方法一个实施例的流程示说明书CN104159326A3/8页5意图。0021图6为MAC介质访问流程。具体实施方式0022为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。0023为克服这些弊端，国外的科研机构，厂商提出了新的解决方法，首先是推出了新型的传感器即地磁传感器MMC3282，这种传感器的精度更高，并且集成度更高，集成了信号处理和模数电路及IC，输出的是数字信号，芯片的面积更小，简化了监测节点的设计，减小了节点的面积。而针对无线。
17、传感网，伯克利分校相继推出了基于嵌入式无线网络设计的开发平台TIOYOS，OPENWSN，便于开发者自行开发适应各种场景的协议，目前已开发出多种具有低功耗，多跳性的无线传感网络。0024图1图4示出了本发明一种无线车辆检测传感节点的一个实施例一种无线车辆检测传感节点，包括地磁传感器MMC3282、控制器MSP430F1611和433MHZ无线收发模块CC1101，所述控制器MSP430F1611通过SPI接口和433M无线收发模块CC1101相连接，所述地磁传感器MMC3282通过I2C接口和控制器MSP430F1611相连接。0025根据本发明一种无线车辆检测传感节点的一个优选实施例，002。
18、6所述控制器MSP430F1611通过SPI接口和433M无线收发模块CC1101相连接具体是SPI时钟线SCLK_RF控制器MSP430F1611的P53引脚连接433M无线收发模块CC1101的SCLK引脚、SPI主到从数据线SI_RF控制器MSP430F1611的P51引脚连接433M无线收发模块CC1101的SI引脚、SPI从到主数据线SO_RF控制器MSP430F1611的P52引脚连接433M无线收发模块CC1101的SO引脚、SPI片选信号线CSN_RF控制器MSP430F1611的P50引脚连接433M无线收发模块CC1101的CSN引脚、无线数据包接收完成中断线GDO0控制器。
19、MSP430F1611的P11引脚连接433M无线收发模块CC1101的GDO0引脚,射频芯片就绪中断线GDO2控制器MSP430F1611的P14引脚连接433M无线收发模块CC1101的GDO2引脚、电源VCC和地GND的连接。0027根据本发明一种无线车辆检测传感节点的另一个优选实施例，所述地磁传感器MMC3282通过I2C接口和控制器MSP430F1611相连接具体是I2C时钟线MAG_SCL控制器MSP430F1611的P12引脚连接433M无线收发模块CC1101的SCL引脚、I2C数据线MSG_SDA控制器MSP430F1611的P13引脚连接433M无线收发模块CC1101的S。
20、DA引脚、电源VCC和地GND的连接。0028图5示出了本发明一种权利要求1所述的无线车辆检测传感节点检测车辆的方法的一个实施例一种权利要求1所述的无线车辆检测传感节点检测车辆的方法，包括以下步骤0029步骤一，控制器MSP430F1611周期性地控制地磁传感器MMC3282采集地磁信号数据，数据包括X、Y、Z三轴地磁信号各14位数据位；数据采集是由控制器通过I2C接口向地磁传感器发出采集命令，地磁传感器接受命令后启动采集，在数据就绪后通过I2C接口向控制器返回采集结果；说明书CN104159326A4/8页60030步骤二，控制器MSP430F1611接收到地磁传感器MMC3282传出的地磁。
21、检测数据后进行数据打包操作以便后续的无线数据发送，地磁检测数据无线传送的最终目的地址是与监控计算机相连的汇聚节点，如果检测节点离汇聚节点距离较远，无法直接无线通讯，就必须借助其他节点进行转发，即下一跳HOP目的节点，当距离较远时需多次转发才能到达汇聚节点，当控制器MSP430F1611将三轴的地磁检测数据加入数据包中的对应数据段，形成应用层数据，然后加入网络层NWK报头和媒体访问控制层MAC报头，同时根据无线传感器网络路由协议维护的路由表来选择发送的下一跳HOP目的节点，在NWK报头填入节点自身地址，在MAC层报头中填入下一跳HOP目的节点，组成一个完整的报文，控制器MSP430F1611完成。
22、组包操作后通过SPI接口控制433MHZ无线收发模块CC1101把该数据包无线发送出去；0031步骤三，控制器MSP430F1611周期性地启动433MHZ无线收发模块CC1101检查有无发给自己的无线数据包，如果本节点不是汇聚节点，还需根据路由表找到下一跳节点的地址并更新数据包中MAC报头中的目的地址，将原始报文转发给再下一跳节点；0032步骤四，作为汇聚节点的无线传感节点将接收的完整的报文通过串口、USB口或网口传输至监控计算机中存入数据库，并根据历史数据判断是否存在车辆经过地磁检测节点时引起的地磁数据变化，进而判断车辆的存在或运动状态，并最终将数据显示在计算机上0033MAC层协议003。
23、4如图6所示，在MAC层上，节点主要通过两个策略进行数据的传输，一个是CCACLEARCHANNELASSESSMENT信道评估，即在发送数据之前先对信道进行检查，是否处于忙状态，另一个是随机数退避机制，即当信道为忙时，产生一个随机数时间，等待该时长后尝试发送。0035路由协议0036广播生成树的树生成算法00371节点在一跳氛围内周期广播HELLO报文，发送节点信息，探测链路状态。00382节点通过接收其它节点发出的HELLO报文，生成一跳范围拓扑结构表。00393加入网络的节点周期发送并接收由其它节点发送的HELLO报文，生成和0040更新自己的LINKTABLE表。00414为新加入广播。
24、生成树的节点定义其节点级别和父子关系，更新STTTSPANNINGTREETOPOLOGYTABLE表。00425将STTT表封装在STCSPANNINGTREECONTROL报文里发送给邻居节点。00436各节点根据STTT表更新自己RT表。00447如此反复，直至所有的节点加入生成树。至此，广播生成树形成。0045广播生成树的维护算法00461当节点成功加入广播生成树之后，通过STC协议，周期性的向自己的父节点和子节点发送特定格式的STC报文，以声明自己的存在。00472每个节点收到父节点和子节点的声明报文后，更新与之相关的定时器。00483若一定时间未收到STC报文，则说明自己与此邻居节。
25、点的连接中断。00494若子节点的定时器超时，则将通过节点更新协议将此子节点和此节点以下的DESC节点从网络上删除。说明书CN104159326A5/8页700505若父节点的定时器超时，则说明该节点及其子节点和DESC节点已经从网络上脱离，这些节点将通过节点加入协议重新加入生成树。00516对于再次加入广播生成树的节点，当其在树上的位置发生了变化时，将通过节点更新协议将此节点的新的位置信息通告给相关的节点。0052节点发现过程在网络中的节点会不断的发送HELLO报文，告知一跳范围内的邻居节点自己的存在。同时接收由其它一跳邻居节点发送来的HELLO报文，掌握一跳链路信息，从而生成一跳链路信息表。
26、。当树上节点发现一跳范围内有新节点加入时，通过JOIN_MESSAGE报文将生成树信息发给新加入节点。新加入节点一旦收到JOIN_MESSAGE报文，得知自己已经被加入生成树，立即生成STC报文，并在生成树上广播。新加入节点发送的STC报文表明该节点已经加入生成树。0053树拓扑维护过程当生成树上的节点计算MPR值生成新的树结构后，通过发送JOIN_MESSAGE报文将此信息告诉被加入的节点，并周期性的发送STC报文维护树形拓扑结构。新加入的节点接收到由树上节点发送的JOIN_MESSAGE报文后，知道自己已经加入生成树，会生成自己的STC报文，在树上以广播形式发送。0054树拓扑更新过程节点。
27、更新协议用于节点之间交换有关生成树拓扑结构变化的信息，即交换生成树拓扑结构表。生成树结构的更新可以由以下条件触发00551新节点加入网络。00562节点自身离开网络。00573下级节点离开网络。00584节点重新加入网络。0059广播生成树路由协议中节点会不断的向邻居节点发送更新的STC报文，同时也会不断接收到由邻居节点传来的STC报文。每当节点接收到该报文都以同一周期内最新一个STC报文，即最后一个到达的STC报文作为标准来更新自己的STT表，以保证路由的最新。0060本发明用到的帧结构0061链路信息表LINKTABLE0062NEIGHBORIPLEVELLINKMESSAGESIZE0。
28、063NEIGHBORIP此字段描述与此节点在一跳氛围内能直接通信的节点的网络信道接口的IP地址。0064LEVEL邻居节点在生成树上的级别。若该节点不在生成树上，则为“NULL”。0065LINKMESSAGESIZELINK控制消息大小，单位元BYTE。0066生成树拓扑结构表SPANNINGTREETOPOLOGYTABLE0067IPHASHLEVELSTATEIPPARENTIP0068IPHASH以节点的IP作为HASH键值的索引。系统编址中，由于所有节点都位于说明书CN104159326A6/8页8同一个C类IP网络，所以HASH算法为取IP地址的最后一个八位组。0069LEVE。
29、L节点在生成树上的级别。0070STATE此节点的状态。0071共有3种可选的状态0072ACTIVE启动状态，表明此节点已经成功加入网络。0073对邻居节点表明已成功加入邻居。0074CANDIDATE候选状态，表明此节点正在加入网络。0075对邻居节点无效。0076NA状态区位无效，用于其它中间状态。0077IP此节点及其所有下级节点的网络信道接口的IP地址。0078PARENTIP此节点及其每个下级节点对应的父节点的网络信道接口的IP地址。0079选路表ROUTINGTABLE0080SOURCEIPDESTINATIONIPLINKSTATENEXTHOP0081SOURCEIP源节点。
30、的网络信道接口的IP地址。0082DESTINATIONIP目的节点的网络信道接口的IP地址。0083LINKSTATE描述此路由条目的状态。可能的状态有以下几种0084ACTIVE此路由可用。0085INACTIVE此路由曾经可用，现已失效。0086TEMP此路由为临时路由，用于节点加入网络的过程。0087NEXTHOP该节点的下一跳节点0088HELLO报文格式00890090TYPE报文类型，此处为“1”，表示为HELLO报文。0091VERSION协议版本号，此处为“1”。0092TIMETOLIVE设置成1，表示HELLO控制消息只在本地广播，不能被转发。0093LEVEL1邻居节点。
31、在生成树上的级别。若该节点不在生成树上，则为“NULL”。0094SENDERIP发送此报文的节点的网络信道的接口IP地址。0095STC报文格式0096说明书CN104159326A7/8页90097TYPE报文类型，此处为“3”，表示为STC报文。0098LEVEL发送此STC报文的节点的级别。0099VERSION协议版本号，此处为“3”。0100CODE保留字段。0101STTT生成树拓扑结构表，记录该节点所在广播树的树形拓扑结构。0102SENDERIP发送此报文的节点的网络信道的接口IP地址。0103JOIN_MESSAGE01040105TYPE报文类型，此处为“2”，表示为JO。
32、IN_MESSAGE报文。0106LEVEL发送此JOIN_MESSAGE的节点的级别。0107VERSION协议版本号，此处为“2”。0108CODE保留字段。0109STTT生成树拓扑结构表，记录该节点所在广播树的树形拓扑结构。0110SENDERIP发送此报文的节点的网络信道的接口IP地址。0111DESTINATIONIP目的节点的网络信道的接口IP地址。0112本发明的优点如下01131在安装地磁传感器时可以选择是否要将传感器埋在地下，不必像电感线圈一样要埋在地下才可以工作，可以选择在选定的检测地点吊架或者侧面安装，对路面破坏小，当传感器出现问题时只需维修地磁传感器即可，不必封闭道路。
33、掘开地面且监测点不易遭到破坏，不受路面移动影响。01142根据地磁传感器的特性，只有在铁磁性物体经过时才产生变化，对于非铁磁物体的经过没有任何反应，因此可以有效的减少误检，相较于视频检测、红外检测或者超声波检测等更不易受外界环境的影响。01153对传感器检测到的磁场强度的变化的阈值进行设置，可以对磁干扰源进行更准确的蹄选，可以排除非机动车辆引起的干扰，而且在设置了灵敏度之后，可以识别出不同大小的铁磁物体从而判断出车辆的类型。0116尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可说明书CN104159326A8/8页10以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。说明书CN104159326A101/4页11图1图2图3说明书附图CN104159326A112/4页12图4说明书附图CN104159326A123/4页13图5说明书附图CN104159326A134/4页14图6说明书附图CN104159326A14。