基于微控制器與傳感器的無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)方案

概述

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們生活水平的日益提高，汽車持有量逐年遞增，但同時(shí)也導(dǎo)致了交通狀況的日益惡化，為解決不斷加劇的交通擁堵問(wèn)題，提高交通質(zhì)量與通行能力，在目前的市場(chǎng)上許多的智能運(yùn)輸交通系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其中就包括無(wú)線停車場(chǎng)的空位檢測(cè)系統(tǒng)等。

本文介紹的無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)方案基于Energymicro公司的32位Cortex-M3內(nèi)核的超低功耗微控制器EFM32與美新公司的高集成度MMC3282傳感器，能夠充分發(fā)揮EFM32的超低功耗與高運(yùn)算能力的特點(diǎn)及MMC3282高精度的測(cè)量能力;它將成為低功耗無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)方案中的最優(yōu)之選。

系統(tǒng)框架

圖 1 無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)方案框圖

無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的框架如圖 1所示，無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)包括超低功耗微控制器EFM32TG110F32、地磁傳感器MMC3282、2.4G低功率無(wú)線數(shù)傳模塊以及系統(tǒng)供電部分。

系統(tǒng)通過(guò)地磁傳感器檢測(cè)地磁信號(hào)得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)， 然后由微控制器通過(guò)相應(yīng)的算法分析處理地磁信號(hào)數(shù)據(jù)，最終通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

整個(gè)系統(tǒng)可由3.6V鋰電池供電;由于EFM32TG110F32的高處理性能以及各種低功耗外設(shè)，再配合超低功耗的地磁傳感器MMC3282與2.4G低功率無(wú)線數(shù)傳模塊，整個(gè)系統(tǒng)極大地降低了功耗。

無(wú)線停車位檢測(cè)裝置是無(wú)線智能停車場(chǎng)管理的一部分，它安裝在車位的特定位置，一旦有車停放，地磁傳感器通過(guò)檢測(cè)汽車的磁場(chǎng)變化來(lái)判斷車輛的停放和離開(kāi)，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MCU的處理，通過(guò)RF的傳輸給無(wú)線節(jié)點(diǎn)控制器，在傳輸至控制終端，這樣可以通過(guò)控制終端引導(dǎo)和分流進(jìn)入停車場(chǎng)的車輛更加快捷尋找到空閑車位。

硬件設(shè)計(jì)

1、主控制器電路部分

無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)采用EFM32TG110F32做為主控制器，該控制器采用ARM公司的32位的Cortex-M3內(nèi)核，比傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)具有更高的處理性能與代碼密度以及更低的功耗。

圖2 主控制器電路

EFM32TG110F32具有EM0-EM4共5種低功耗模式。在EM2的低功耗模式下，微控制器仍具有LEUART、LETIMER及LESENSE的通信或控制功能，而功耗僅需900nA。而且它具有靈活的喚醒方式和自主工作的PRS系統(tǒng)，可以由外部I/O、I2C通信接口、LEUART通信信號(hào)等等方式喚醒。主控制器的硬件電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

2、地磁傳感器硬件電路

MMC3282是美新半導(dǎo)體公司推出的3軸地磁傳感器，它集成了地磁信號(hào)檢測(cè)與地磁信號(hào)數(shù)據(jù)處理的功能，并將最終包含14位數(shù)據(jù)位的檢測(cè)結(jié)果保存在相應(yīng)寄存器中，再通過(guò)I2C接口與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;MMC3282的地磁測(cè)量精度范圍為±8 高斯，可檢測(cè)X、Y、Z三軸地磁信號(hào);該傳感器采用LGA(3.0×3.0×1.0mm)的超小封裝，它的供電電壓范圍為2.5V~3.6V，是一款超低功耗地磁檢測(cè)產(chǎn)品。

圖3 MMC3282硬件電路圖

MMC3282的軟硬件設(shè)計(jì)都非常簡(jiǎn)單，其中硬件電路圖的設(shè)計(jì)如圖3所示。

2、無(wú)線通訊模塊電路

無(wú)線傳輸模塊采用華奧通的HAC-LBee/S 低功率無(wú)線數(shù)傳模塊，HAC-LBee/S 是一款采用802.15.4 協(xié)議棧的低功率無(wú)線數(shù)傳模塊。它的發(fā)射功率 為100mW(20dBm)，接收靈敏度為-105dBm (BER=10-2)，HAC-LBee/S使用開(kāi)放式的頻段，無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)，載頻頻率為2.4GHz，且具有高抗干擾能力和低誤碼率;HAC-LBee/S的空中傳輸速率高達(dá)250kbps，在視距情況下，可靠傳輸距離可達(dá)1000m。它的接收電流≤50mA，發(fā)射電流≤160mA，體積小、重量輕,采用單片射頻和 MCU 集成電路，同時(shí)所需的外圍電路少，可靠性高，故障率低。它的硬件電路如圖4所示。

圖4 無(wú)線傳輸模塊電路

在圖4中，ZXM61P03做為開(kāi)關(guān)管，當(dāng)PD7為高電平時(shí)，無(wú)線數(shù)傳模塊的供電引腳相當(dāng)于斷路，這樣可更加有效的降低系統(tǒng)的功耗。

4、系統(tǒng)電源

整個(gè)系統(tǒng)可通過(guò)Power口外接電源對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，也可以直接通過(guò)板上的3.6V電池對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電，電路圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)電源電路

軟件設(shè)計(jì)

無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的軟件可分為3個(gè)部分：微控制器與無(wú)線數(shù)傳模塊之間的UART通訊、微控制器與地磁傳感器模塊之間的I2C通訊以及分析地磁數(shù)據(jù)的算法。

微控制器EFM32TG110F32的LEUART可工作在EM2低功耗模式，它使用32.768KHz的時(shí)鐘，最高通訊波特率為9600baud/s;通過(guò)LEUART與DMA的相互配合，整個(gè)系統(tǒng)可極大地降低功耗。

地磁傳感器模塊采用I2C通訊接口，MMC3282的器件地址為0x6x，主控制器通過(guò)器件地址尋址到傳感器后，通過(guò)操作傳感器內(nèi)部控制寄存器0進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量，并可從傳感器內(nèi)部的6個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中讀取測(cè)量的結(jié)果。在讀取到了傳感器采集的地磁數(shù)據(jù)后，主控制器通過(guò)相應(yīng)的算法對(duì)地磁數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并可將最終的結(jié)果通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送給其他設(shè)備。為了控制功耗，系統(tǒng)在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，可通過(guò)相應(yīng)引腳關(guān)閉無(wú)線傳輸模塊的電源，從而更有效的降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。

方案優(yōu)勢(shì)

基于EFM32TG110F32與MMC3282等實(shí)現(xiàn)的無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)包括：

1、EFM32TG110F32與MMC3282均具有低功耗的優(yōu)勢(shì)，綜合使得整個(gè)系統(tǒng)的功耗更低，增長(zhǎng)系統(tǒng)的電池壽命，間接降低了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于電池的需求成本;

2、相對(duì)于傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)，EFM32TG110F32以Cortex-M3為內(nèi)核，具有更強(qiáng)運(yùn)算處理能力，使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提升;

3、EFM32TG110F32集成了DMA、LEUART以及I2C等低功耗功能模塊，同時(shí)它的Flash可用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，使得整體方案的外圍元件減少，降低方案成本。

總結(jié)

綜述上文，以EFM32TG110F32為主控MCU，MMC3282為關(guān)鍵檢測(cè)元器件而設(shè)計(jì)的無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，充分地發(fā)揮了EFM32TG110F32的高性能、低功耗、良好集成度的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合MMC3282易開(kāi)發(fā)、高集成以及低功耗的優(yōu)勢(shì)，使得它將成為無(wú)線停車場(chǎng)檢測(cè)方面的最佳選擇。