基于微控制器與傳感器的無線停車場檢測系統方案

　　摘要：本文介紹的無線停車場檢測系統方案基于Energymicro公司的32位Cortex-M3內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，能夠充分發揮EFM32的超低功耗與高運算能力的特點及MMC3282高精度的測量能力;它將成為低功耗無線停車場檢測方案中的*之選。
　　
　　概述
　　
　　隨著經濟的快速發展以及人們生活水平的日益提高，汽車持有量逐年遞增，但同時也導致了交通狀況的日益惡化，為解決不斷加劇的交通擁堵問題，提高交通質量與通行能力，在目前的市場上許多的智能運輸交通系統應運而生，其中就包括無線停車場的空位檢測系統等。
　　
　　本文介紹的無線停車場檢測系統方案基于Energymicro公司的32位Cortex-M3內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，能夠充分發揮EFM32的超低功耗與高運算能力的特點及MMC3282高精度的測量能力;它將成為低功耗無線停車場檢測方案中的*之選。
　　
　　系統框架

　　　　
　　無線停車場檢測系統的框架如圖1所示，無線停車場檢測系統包括超低功耗微控制器EFM32TG110F32、地磁傳感器MMC3282、2.4G低功率無線數傳模塊以及系統供電部分。
　　
　　系統通過地磁傳感器檢測地磁信號得到相應的數據，然后由微控制器通過相應的算法分析處理地磁信號數據，zui終通過無線數傳模塊與其他系統實現數據交互。
　　
　　整個系統可由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，再配合超低功耗的地磁傳感器MMC3282與2.4G低功率無線數傳模塊，整個系統極大地降低了功耗。
　　
　　無線停車位檢測裝置是無線智能停車場管理的一部分，它安裝在車位的特定位置，一旦有車停放，地磁傳感器通過檢測汽車的磁場變化來判斷車輛的停放和離開，同時將采集的數據經過MCU的處理，通過RF的傳輸給無線節點控制器，在傳輸至控制終端，這樣可以通過控制終端引導和分流進入停車場的車輛更加快捷尋找到空閑車位。
　　
　　硬件設計
　　
　　1、主控制器電路部分
　　
　　無線停車場檢測系統采用EFM32TG110F32做為主控制器，該控制器采用ARM公司的32位的Cortex-M3內核，比傳統的8位、16位單片機具有更高的處理性能與代碼密度以及更低的功耗。
　　　　
　　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，可以由外部I/O、I2C通信接口、LEUART通信信號等等方式喚醒。主控制器的硬件電路設計如圖2所示。
　　
　　2、地磁傳感器硬件電路
　　
　　MMC3282是美新半導體公司推出的3軸地磁傳感器，它集成了地磁信號檢測與地磁信號數據處理的功能，并將zui終包含14位數據位的檢測結果保存在相應寄存器中，再通過I2C接口與外圍設備進行數據交互;MMC3282的地磁測量精度范圍為±8高斯，可檢測X、Y、Z三軸地磁信號;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產品。　　　　
　　MMC3282的軟硬件設計都非常簡單，其中硬件電路圖的設計如圖3所示。
　　
　　3、無線通訊模塊電路
　　
　　無線傳輸模塊采用華奧通的HAC-LBee/S低功率無線數傳模塊，HAC-LBee/S是一款采用802.15.4協議棧的低功率無線數傳模塊。它的發射功率為100mW（20dBm），接收靈敏度為-105dBm（BER=10-2），HAC-LBee/S使用開放式的頻段，無需申請頻點，載頻頻率為2.4GHz，且具有高抗*力和低誤碼率;HAC-LBee/S的空中傳輸速率高達250kbps，在視距情況下，可靠傳輸距離可達1000m。它的接收電流≤50mA，發射電流≤160mA，體積小、重量輕,采用單片射頻和MCU集成電路，同時所需的外圍電路少，可靠性高，故障率低。它的硬件電路如圖4所示。　　　　
　　在圖4中，ZXM61P03做為開關管，當PD7為高電平時，無線數傳模塊的供電引腳相當于斷路，這樣可更加有效的降低系統的功耗。
　　
　　4、系統電源
　　
　　整個系統可通過Power口外接電源對整個系統供電，也可以直接通過板上的3.6V電池對系統進行供電，電路圖如圖5所示。　　　　
　　軟件設計
　　
　　無線停車場檢測系統的軟件可分為3個部分：微控制器與無線數傳模塊之間的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據的算法。
　　
　　微控制器EFM32TG110F32的LEUART可工作在EM2低功耗模式，它使用32.768KHz的時鐘，zui高通訊波特率為9600baud/s;通過LEUART與DMA的相互配合，整個系統可極大地降低功耗。
　　
　　地磁傳感器模塊采用I2C通訊接口，MMC3282的器件地址為0x6x，主控制器通過器件地址尋址到傳感器后，通過操作傳感器內部控制寄存器0進行數據的測量，并可從傳感器內部的6個數據寄存器中讀取測量的結果。在讀取到了傳感器采集的地磁數據后，主控制器通過相應的算法對地磁數據進行分析，并可將zui終的結果通過無線數傳模塊發送給其他設備。為了控制功耗，系統在沒有數據傳輸的時候，可通過相應引腳關閉無線傳輸模塊的電源，從而更有效的降低整個系統的功耗。
　　
　　方案優勢
　　
　　基于EFM32TG110F32與MMC3282等實現的無線停車場檢測系統具有的優勢包括：
　　
　　1、EFM32TG110F32與MMC3282均具有低功耗的優勢，綜合使得整個系統的功耗更低，增長系統的電池壽命，間接降低了整個系統對于電池的需求成本;
　　
　　2、相對于傳統的8位、16位單片機，EFM32TG110F32以Cortex-M3為內核，具有更強運算處理能力，使整個系統的性能得到提升;
　　
　　3、EFM32TG110F32集成了DMA、LEUART以及I2C等低功耗功能模塊，同時它的Flash可用于數據存儲功能，使得整體方案的外圍元件減少，降低方案成本。
　　
　　總結
　　
　　綜述上文，以EFM32TG110F32為主控MCU，MMC3282為關鍵檢測元器件而設計的無線停車場檢測系統，充分地發揮了EFM32TG110F32的高性能、低功耗、良好集成度的特點，同時結合MMC3282易開發、高集成以及低功耗的優勢，使得它將成為無線停車場檢測方面的*選擇。