無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
現(xiàn)有較多的無線傳感網(wǎng)解決方案，包括各芯片產(chǎn)商推出的單片機(jī)外接射頻芯片和集成射頻、微處理器的單芯片等。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中較常采用的ZigBee射頻芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。此外，芯片產(chǎn)商推出了單芯片解決方案，如TI CC2430延用了CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee 射頻前端、內(nèi)存和微控制器；Freescale的MC1321x/MC1322x和Jennic的JN5121/JN513x單芯片解決方案等。
●基于Atmel的AT86RF230射頻芯片和AVR單片機(jī)設(shè)計(jì)方案
典型的終端節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖4所示，采用Atmel的8位RISC結(jié)構(gòu)低功耗ATMegal1281V MCU作為系統(tǒng)控制核心。采用512 KB 的AT45DB041D作為外部程序存儲(chǔ)器。射頻模塊使用Atmel的支持ZigBee協(xié)議的AT86RF230，RF功率達(dá)到3dBm，室外傳輸距離可達(dá)300米以上節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展接口可連接模擬輸入、數(shù)字I/O、I2C、SPI和UART接口，這些擴(kuò)展接口使其易于與傳感器及其它外設(shè)連接，例如外接光度、溫溫度、氣壓、聲、地磁和加速度等傳感器。
圖4 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[ref: www.xbow.com/products/IRIS]
●基于TI的CC2420芯片和ARM單片機(jī)設(shè)計(jì)方案
在設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)時(shí)，需要較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，用以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路由協(xié)議以及信息處理等。如圖5所示Crossbow的imote2節(jié)點(diǎn)采用了Marvell PXA271 高性能、低功耗處理器。該處理器使用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，頻率范圍13MHz~416MHz，可工作于低電壓(0.85V)低頻率(13MHz)模式，具備了優(yōu)良的動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)。此外，該處理器封裝內(nèi)集成三個(gè)芯片256KB SRAM，32MB FLASH以及32MB SDRAM，減小了體積。通過提供多種I/O，能夠靈活的支持不同種類的傳感器。該處理器還支持一個(gè)MMX協(xié)處理器，提高多媒體處理能力，可以用于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的語(yǔ)音和圖像處理。Imote2使用TI的CC2420 ZigBee射頻芯片，支持2.4GHz 、16通道250kb/s數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送功率-24～0dBm。有效通訊距離是30米，可以通過SMA接口外接天線來增加傳輸距離。
圖5 Imote2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
●節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)其他考慮
在智能交通系統(tǒng)專用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)需要如下考慮：
?、俟?jié)點(diǎn)低功耗設(shè)計(jì)。終端節(jié)點(diǎn)都是電池(可用太陽(yáng)能蓄電池)供電。
?、?節(jié)點(diǎn)成本要低廉。在進(jìn)行大規(guī)模交通信息采集等部署時(shí)，節(jié)點(diǎn)成本將是項(xiàng)目關(guān)鍵。
?、酃?jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)能力。一些節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行高速信息采集并且運(yùn)行識(shí)別算法，所以需要數(shù)據(jù)處理能力。還需要考慮在有限的空間之內(nèi)存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)、以及支持代碼在線更新等功能。
?、艽送?，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要，無線傳感器節(jié)點(diǎn)要具有不同的傳感器接口，能外接不同的傳感器。
其中，能耗管理應(yīng)該作為重點(diǎn)考慮。特別是采用32位ARM處理器外接射頻芯片的解決方案，需要有效降低節(jié)點(diǎn)能耗，需要在系統(tǒng)級(jí)軟件上進(jìn)一步改善能耗管理，例如優(yōu)化TinyOS或嵌入式Linux電源管理功能。
結(jié)語(yǔ)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用與研究得到更多關(guān)注。本文結(jié)合智能交通系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)等問題。隨著技術(shù)發(fā)展與成熟，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以在智能交通系統(tǒng)中更多關(guān)鍵性場(chǎng)合得到應(yīng)用，例如電子收費(fèi)、交通安全與自動(dòng)駕駛、停車管理、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)等，更進(jìn)一步推動(dòng)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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評(píng)論