機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法，該方法包括：將車載傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過IEEE 802.15.4無線信道傳輸至路由器和WSN協(xié)調(diào)器，并在傳輸過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，根據(jù)信息類型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得出最優(yōu)整理結(jié)果，將最優(yōu)值通過串口通信傳輸?shù)奖O(jiān)控總平臺(tái)。本發(fā)明提出了一種機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法，增強(qiáng)數(shù)據(jù)在無線傳輸過程中的可靠性與實(shí)時(shí)性，降低節(jié)點(diǎn)功耗和延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，最終達(dá)到在車輛內(nèi)部復(fù)雜的電磁環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸。
【專利說明】
機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及信息傳感和采集，特別涉及一種機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來我國機(jī)動(dòng)車消費(fèi)需求旺盛，機(jī)動(dòng)車化進(jìn)程不斷加快，國內(nèi)機(jī)動(dòng)車年產(chǎn)量和 保有量持續(xù)快速增長。用戶對(duì)機(jī)動(dòng)車性能的要求也越來越高，隨之而來的是機(jī)動(dòng)車相關(guān)檢 測技術(shù)的不斷完善。目前，針對(duì)機(jī)動(dòng)車性能檢測有兩種方法，一種是用于車輛常規(guī)性能檢測 和安全測試的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車檢測線，其需要較大的測試空間和較多的測試設(shè)備。另一種是用 于車輛道路測試，直接反映車輛行駛過程中實(shí)時(shí)狀況的便攜式車載測試設(shè)備，其架構(gòu)采用 控制器搭載傳感器組成嵌入式片上系統(tǒng)。在車輛測試中，各測試模塊需要根據(jù)各自功能安 裝于車輛的不同部位，數(shù)據(jù)和供電布線非常不方便。車載測試的便攜性體現(xiàn)在設(shè)備體積上， 而不是傳感器與設(shè)備之間的連接方式上。對(duì)于無線傳感器技術(shù)在車載測試中的應(yīng)用，目前 各廠商所搭建的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大部分使用的是高功耗的射頻模塊，沒有形成統(tǒng)一的開發(fā) 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，增加了開發(fā)難度和后期維護(hù)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提出了一種機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸 方法，包括：
[0004] 將車載傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過IEEE 802.15.4無線信道傳輸至路由器和WSN 協(xié)調(diào)器，并在傳輸過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，根據(jù)信息類型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得出最優(yōu)整理 結(jié)果，將最優(yōu)值通過串口通信傳輸?shù)奖O(jiān)控總平臺(tái)。
[0005] 優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)整理進(jìn)一步包括分別在路由器、協(xié)調(diào)器上根據(jù)其自身功能實(shí)現(xiàn) 不同的數(shù)據(jù)整理過程：
[0006]在路由器端，以節(jié)點(diǎn)剩余電量作為選取簇頭的首要參數(shù)，動(dòng)態(tài)分配簇頭;將所有節(jié) 點(diǎn)的剩余電量Es按下式轉(zhuǎn)換為一個(gè)時(shí)間量Δ t，
[0007]
[0008] 式中，Es為節(jié)點(diǎn)的剩余電量，E〇為初始電量，τ為最大等待時(shí)間，Ns為組網(wǎng)次數(shù)，Emin 為成為簇頭的最小電量值；
[0009] 選取簇頭時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)都等待一個(gè)統(tǒng)一設(shè)定時(shí)延，最先到達(dá)該時(shí)延的為簇頭，周圍 節(jié)點(diǎn)則取消時(shí)延；
[0010] 根據(jù)協(xié)調(diào)器與簇頭距離da來確定是否對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理：
[0011]
[0012]式中，Ee為節(jié)點(diǎn)壓縮1比特所消耗能量，η為組網(wǎng)個(gè)數(shù)，ε表示信號(hào)放大器向單位面 積發(fā)射1比特?cái)?shù)據(jù)所消耗的電量；當(dāng)協(xié)調(diào)器與簇頭節(jié)點(diǎn)距離大于da時(shí)，在協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)整 理；
[0013] 在協(xié)調(diào)器端，針對(duì)精度不相等的測量值，采用權(quán)重值W來衡量不同數(shù)據(jù)的不同精 度，將測得的不同數(shù)據(jù)按照精度分別乘以其最優(yōu)權(quán)重值，然后將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值處 理，最終得到最優(yōu)整理結(jié)果：
[0014] 傳感器的測量值^???;經(jīng)過遞歸估計(jì)運(yùn)算后得到111，再分別乘加權(quán)因子￥1后 求和，得到最優(yōu)整理結(jié)果尤，其中#與加權(quán)因子Wi滿足：
[0015]
[0016] 基于第η個(gè)傳感器第k次測量值計(jì)算出時(shí)空融合總均方誤差：
[0017]
[0018] S為傳感器數(shù)量，最終得到總的均方誤差為：
[0019]
[0020] 其中〇12(n)為終端傳感器節(jié)點(diǎn)初步得到的均方誤差。
[0021] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 本發(fā)明提出了一種機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法，增強(qiáng)數(shù)據(jù)在無線傳輸過程中的 可靠性與實(shí)時(shí)性，降低節(jié)點(diǎn)功耗和延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，最終達(dá)到在車輛內(nèi)部復(fù)雜的電磁環(huán) 境下，實(shí)現(xiàn)可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸。
【附圖說明】
[0023] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下文與圖示本發(fā)明原理的附圖一起提供對(duì)本發(fā)明一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描 述。結(jié)合這樣的實(shí)施例描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于任何實(shí)施例。本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利 要求書限定，并且本發(fā)明涵蓋諸多替代、修改和等同物。在下文描述中闡述諸多具體細(xì)節(jié)以 便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。出于示例的目的而提供這些細(xì)節(jié)，并且無這些具體細(xì)節(jié)中的 一些或者所有細(xì)節(jié)也可以根據(jù)權(quán)利要求書實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0025] 本發(fā)明的一方面提供了一種機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí) 施例的機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法流程圖。
[0026]本發(fā)明使用IEEE 802.15.4無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的搭建與網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)的傳輸，在機(jī)動(dòng)車內(nèi)部構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，完成機(jī)動(dòng)車內(nèi)部信號(hào)的采集與傳輸。車輛信 息無線采集系統(tǒng)包括監(jiān)控總平臺(tái)、WSN協(xié)調(diào)器和大量的終端傳感器節(jié)點(diǎn)。IEEE 802.15.4WSN 協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立無線網(wǎng)絡(luò)和收集數(shù)據(jù)，本發(fā)明的無線采集系統(tǒng)中需要采集的數(shù)據(jù)分為車載 和環(huán)境監(jiān)測兩部分，終端傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和采集，然后通過無線射頻模塊 進(jìn)行傳送，協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡(luò)接收終端傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，再通過串口傳輸?shù)?監(jiān)控總平臺(tái)中，監(jiān)控總平臺(tái)的責(zé)任是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看和存儲(chǔ)。本發(fā)明的無線采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一方面增強(qiáng)了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃院透咝?，另一方面大大減少 了傳感器節(jié)點(diǎn)安裝、維護(hù)的工作量。
[0027]車輛信息無線采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取車輛局部溫濕度、胎壓、加速度和環(huán)境監(jiān)測等多 種傳感器數(shù)據(jù)，并能夠進(jìn)行人員管理和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洌员慵皶r(shí)采取相關(guān)手段將 突發(fā)的事件進(jìn)行報(bào)警和處理，更加高效、準(zhǔn)確的對(duì)機(jī)動(dòng)車行駛過程中的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 與管理。
[0028]車輛信息無線采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集模塊、數(shù)據(jù)通信、處理分析模塊和監(jiān)控總 平臺(tái)、移動(dòng)客戶端組成。在數(shù)據(jù)的傳輸量少、設(shè)備的成本低等條件下，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過 放置在車體內(nèi)部的各類傳感器采集機(jī)動(dòng)車內(nèi)部各種狀態(tài)信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳感器傳輸?shù)?路由器后，再通過協(xié)調(diào)器將各類信息進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，將最優(yōu)值輸入到監(jiān)控總平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫 中進(jìn)行保存并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，客戶端可根據(jù)接口地址調(diào)用信息，同時(shí)監(jiān)控總平臺(tái)向協(xié)調(diào)器 進(jìn)行指令發(fā)送，協(xié)調(diào)器接收到命令后再通過無線傳感器將此命令發(fā)送到終端目標(biāo)設(shè)備，終 端采集設(shè)備能夠響應(yīng)操作命令執(zhí)行動(dòng)作。
[0029] 每個(gè)節(jié)點(diǎn)攜帶多種傳感器，將采集的環(huán)境信息和機(jī)動(dòng)車電子信號(hào)組成數(shù)據(jù)幀，以 無線電波的形式經(jīng)由路由器和協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控總平臺(tái)，IEEE 802.15.4技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸格 式簡單、數(shù)據(jù)傳輸量少、抗干擾能力強(qiáng)，特別適用于本發(fā)明的無線采集系統(tǒng)的開發(fā)，現(xiàn)場的 傳感器設(shè)備能夠以無線傳感器節(jié)點(diǎn)的形式特點(diǎn)自動(dòng)組網(wǎng)，并能省去大量的布線工作。因此 本發(fā)明將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分成以下模塊。
[0030] 數(shù)據(jù)采集模塊包括溫濕度傳感器、胎壓傳感器、光敏傳感器、加速度傳感器，實(shí)現(xiàn) 車載和環(huán)境各傳感器數(shù)據(jù)信息采集，并將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成中心節(jié)點(diǎn)可處理的數(shù)字 信號(hào)，等待命令發(fā)送數(shù)據(jù)信息，接下來通過IEEE 802.15.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)把收到的數(shù)據(jù)發(fā) 送到上級(jí)模塊。
[0031] WSN協(xié)調(diào)器在收到請(qǐng)求后需要依次對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)發(fā)出喚醒信號(hào)，而節(jié)點(diǎn)只有被 喚醒后才能將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，當(dāng)協(xié)調(diào)器收集到一段時(shí)間所有終端傳感器 節(jié)點(diǎn)的發(fā)送的信息后，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)處理操作，提取出冗余信息和錯(cuò)誤信息，統(tǒng)一上傳 到數(shù)據(jù)監(jiān)控總平臺(tái)。
[0032] 數(shù)據(jù)通信模塊由兩大部分組成，第一部分是終端傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)路由器 跳轉(zhuǎn)傳輸?shù)絎SN協(xié)調(diào)器，第二部分是數(shù)據(jù)由WSN協(xié)調(diào)器傳輸至監(jiān)控總平臺(tái)，并在數(shù)據(jù)庫中存 儲(chǔ)。因此數(shù)據(jù)通信模塊需要采用兩種不相同的通信方式：兩部分分別采用的是基于IEEE 802.15.4技術(shù)的無線通信網(wǎng)絡(luò)，和采用串口通信的方式上傳。在數(shù)據(jù)采集階段，底層IEEE 802.15.4數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)數(shù)量非常多，需要收集大量傳感器信息，傳感器信息相似度較高，冗 余信息較多，所以需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。數(shù)據(jù)整理模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的數(shù)據(jù)處理工 作，需要對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、整合、分類和封裝，然后根據(jù)不同的信息類型，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn) 行分析計(jì)算，得出最優(yōu)整理結(jié)果，將最優(yōu)值通過串口通信傳輸?shù)奖O(jiān)控總平臺(tái)上。整個(gè)模塊設(shè) 計(jì)的思想是希望能夠?qū)⒌讓拥臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控總平臺(tái)進(jìn)行通信連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車信 息無線采集系統(tǒng)的無線監(jiān)控與管理。
[0033] 監(jiān)控總平臺(tái)實(shí)時(shí)讀取車載內(nèi)部狀態(tài)信息和測試環(huán)境監(jiān)測信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 與存儲(chǔ)，當(dāng)某一傳感器數(shù)據(jù)超過閾值時(shí)向監(jiān)控總平臺(tái)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，監(jiān)控總平臺(tái)根據(jù)節(jié)點(diǎn) 配置的唯一地址信息迅速定位傳感器節(jié)點(diǎn)位置。此外，監(jiān)控總平臺(tái)還對(duì)不同傳感器的狀態(tài) 信息和控制功能具有選擇的功能；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示和查詢；數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)保存以及參數(shù)設(shè) 置。
[0034] 基于WebService+Android客戶端的組合方式來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端方案，監(jiān)控總平臺(tái)將 測試數(shù)據(jù)和分析結(jié)果封裝發(fā)布到WebService中，Android客戶端調(diào)用WebService信息并解 析成所需數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握測試信息和分析結(jié)果。
[0035] WSN協(xié)調(diào)器是整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)中心，路由器和終端傳感器節(jié)點(diǎn)都是通過 它與監(jiān)控總平臺(tái)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。WSN協(xié)調(diào)器上電后，首先進(jìn)行硬件和協(xié)議棧操作系統(tǒng)的 初始化，然后執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)建立操作，建立網(wǎng)絡(luò)的過程中包括信道掃描，選擇信道、節(jié)點(diǎn)地址分 配操作，這樣便可以啟動(dòng)協(xié)調(diào)器建立一個(gè)新的IEEE 802.15.4無線網(wǎng)絡(luò)。
[0036] 在路由器和終端傳感器節(jié)點(diǎn)順利加入網(wǎng)絡(luò)后，終端傳感器節(jié)點(diǎn)要先發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求 命令，協(xié)調(diào)器接到請(qǐng)求命令后監(jiān)聽所分配的數(shù)據(jù)信道，確保信道空閑后返回允許命令，終端 傳感器節(jié)點(diǎn)接到允許命令后才能開始發(fā)送數(shù)據(jù)信息，這樣就避免了信息碰撞和信道堵塞。
[0037] 檢測到空間數(shù)據(jù)后，判斷數(shù)據(jù)信息的可用性，剔除冗余信息和錯(cuò)誤信息后，將節(jié)點(diǎn) 的各類信息封裝、壓縮通過串口傳輸給監(jiān)控總平臺(tái)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，協(xié)調(diào)器隨后進(jìn)入睡眠 狀態(tài)。
[0038] 路由器作為無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的跳轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)接收終端傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，整 理數(shù)據(jù)信息后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給WSN協(xié)調(diào)器。路由器工作過程可分為路由搜索初始化、接收路由 命令幀、接收應(yīng)答命令幀，工作包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)壓縮、丟包檢測、選擇最佳路徑以防止造 成數(shù)據(jù)阻塞，在完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)起到優(yōu)化節(jié)能的作用。本發(fā)明的無線采集系統(tǒng)中當(dāng)路 由器也搭載傳感器，在其完成路由功能的同時(shí)也能進(jìn)行終端傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集功能。
[0039] 終端傳感器節(jié)點(diǎn)的作用是采集測試環(huán)境中的各種傳感器信息，經(jīng)路由器最終發(fā)送 給WSN協(xié)調(diào)器，因此它上電初始化后的工作是掃描信道確定是否存在網(wǎng)絡(luò)和協(xié)調(diào)器的位置， 發(fā)現(xiàn)后立即與WSN協(xié)調(diào)器進(jìn)行連接確認(rèn)，成功后它便可以按照協(xié)調(diào)器發(fā)送的指令采集車載 和環(huán)境監(jiān)測的各類數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)信息上傳至協(xié)調(diào)器中，空閑時(shí)間它便處于睡眠狀態(tài)等 待喚醒命令。在完成加入網(wǎng)絡(luò)后，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠等待模式，一旦接收到協(xié)調(diào)器的喚醒命令 后，立即檢測接收數(shù)據(jù)，先對(duì)接收的數(shù)據(jù)幀頭和命令頭進(jìn)行判斷，根據(jù)命令頭執(zhí)行相應(yīng)的操 作，將采集后的測量值以3個(gè)字節(jié)的空間存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送給監(jiān)控總平臺(tái)。
[0040] 協(xié)調(diào)器通過串口與監(jiān)控總平臺(tái)相連的，監(jiān)控總平臺(tái)通過串口發(fā)送控令和接收返回 的傳感器數(shù)據(jù)，為了提高數(shù)據(jù)管理能力，需要執(zhí)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信格在系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)間通信 核協(xié)調(diào)器與監(jiān)控總平臺(tái)的通信的數(shù)據(jù)都是采用數(shù)據(jù)幀的方式發(fā)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的IEEE 802.15.4協(xié)議幀的格式如下，每一幀長度為32字節(jié)，包括幀命令頭、地址、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)位和幀 尾組成。
[0041] 命令頭:所執(zhí)行的命令。
[0042] 地址：目標(biāo)模塊8位物理地址+2位網(wǎng)絡(luò)地址。
[0043]數(shù)據(jù):包括命令標(biāo)示符和返回?cái)?shù)據(jù)。
[0044]校驗(yàn):用于判斷數(shù)據(jù)是否正確。
[0045]胎壓監(jiān)測模塊包括發(fā)射芯片和接收芯片，發(fā)射芯片將每一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)位調(diào)制成 經(jīng)過433MHZ電磁波發(fā)送的信號(hào)，接收芯片以固定波特率接受發(fā)射芯片所發(fā)射的射頻信號(hào)， 并進(jìn)行解調(diào)然后輸出一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。采用中斷觸發(fā)的方式，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送，經(jīng)過接收芯 片轉(zhuǎn)換成高低電平二進(jìn)制數(shù)據(jù)位到達(dá)監(jiān)控總平臺(tái)時(shí)，立即觸發(fā)監(jiān)控總平臺(tái)進(jìn)行本次數(shù)據(jù)的 接收。每次數(shù)據(jù)發(fā)送的中間并不影響監(jiān)控總平臺(tái)其他數(shù)據(jù)的采集和處理。
[0046]為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性的目標(biāo)，在車載終端的實(shí)現(xiàn)中采用了兩個(gè)采集MCU。分別標(biāo)記為 MCU1和MCU2，MCU1負(fù)責(zé)采集有嚴(yán)格實(shí)時(shí)性要求的傳感器數(shù)據(jù)。MCU2，則負(fù)責(zé)其他非嚴(yán)格實(shí)時(shí) 性要求的數(shù)據(jù)，如無線傳輸?shù)?，然后同時(shí)將所有數(shù)據(jù)通過無線協(xié)議發(fā)送。MCU1和MCU2之間通 過串口相連，Μ⑶1定時(shí)將期間采集到的所有傳感器數(shù)據(jù)一次性發(fā)送給Μ⑶2，然后MCU2負(fù)責(zé) 將其發(fā)送至協(xié)調(diào)器。
[0047]傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，獨(dú)占 MCU1的一個(gè)串口收發(fā)對(duì)。MCU1和MCU2的通信分別占用 MCU1的串口的發(fā)送端，MCU2的串口的接收端。
[0048] MCU1的完整操作為:主動(dòng)循環(huán)采集環(huán)境傳感數(shù)據(jù)，被動(dòng)接收胎壓監(jiān)測采集數(shù)據(jù)，然 后統(tǒng)一將數(shù)據(jù)發(fā)送給MCU2。先建立數(shù)據(jù)池，傳感器數(shù)據(jù)采集程序作為主程序，保持循環(huán)采 集，然后按照幀格式順序，依次寫入數(shù)據(jù)池。每10次傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集完畢，啟動(dòng)一次發(fā) 送程序，一起發(fā)送給MCU2。
[0049] 對(duì)于異步胎壓數(shù)據(jù)，占用額外單獨(dú)的數(shù)據(jù)區(qū)。以中斷方式接收到的胎壓變化數(shù)據(jù) 先放入胎壓數(shù)據(jù)區(qū)，并設(shè)置胎壓數(shù)據(jù)標(biāo)志位。然后，在每次數(shù)據(jù)發(fā)送給MCU2之前，主程序先 檢查胎壓數(shù)據(jù)標(biāo)志位是否被置位。如果置位，說明期間有胎壓數(shù)據(jù)完整接收。則就將胎壓數(shù) 據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)拷貝至程序數(shù)據(jù)區(qū)，然后清除胎壓數(shù)據(jù)標(biāo)志位。最后將配置好傳感器數(shù)據(jù)和胎壓 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)發(fā)送到MCU2。如果胎壓數(shù)據(jù)標(biāo)志位沒有置位，則不做處理，數(shù)據(jù)區(qū)相應(yīng)段的信 息是上一次胎壓傳感器的數(shù)據(jù)值。
[0050] MCU2先進(jìn)行無線協(xié)議模塊的初始化，發(fā)送配置命令，進(jìn)行編程參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的配 置和網(wǎng)絡(luò)連接。初始化好無線協(xié)議模塊并在收到MCU1發(fā)送來的傳感器數(shù)據(jù)后，開始進(jìn)行無 線協(xié)議傳送;仍采用中斷異步的方式接收MCU1的數(shù)據(jù)。當(dāng)異步收到MCU1的數(shù)據(jù)后，設(shè)置數(shù)據(jù) 接收標(biāo)志位。主程序循環(huán)查看是否收到MCU1發(fā)來的傳感器數(shù)據(jù)，如果是，則就將傳感器數(shù)據(jù) 拷貝至數(shù)據(jù)區(qū)，然后發(fā)送。
[0051] 結(jié)合本發(fā)明的無線采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求，采用一種分布式的數(shù)據(jù)整 理算法，分別在路由器、協(xié)調(diào)器上根據(jù)其自身功能實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)整理算法。在路由器采用 動(dòng)態(tài)分簇路由算法;協(xié)調(diào)器采用空間自適應(yīng)加權(quán)數(shù)據(jù)整理算法；
[0052]本發(fā)明以節(jié)點(diǎn)剩余電量作為選取簇頭的首要參數(shù)來進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配簇頭。將所有節(jié) 點(diǎn)的剩余電量Es按下式轉(zhuǎn)換為一個(gè)時(shí)間量Δ t，
[0053]
[0054] 式中，Es為節(jié)點(diǎn)的剩余電量，Eo為初始電量，τ為最大等待時(shí)間，Ns為組網(wǎng)次數(shù)，Emin 為成為簇頭的最小電量值。
[0055]選取簇頭時(shí)所有節(jié)點(diǎn)都等待一個(gè)統(tǒng)一設(shè)定時(shí)延，最先到達(dá)時(shí)延的為簇頭，周圍節(jié) 點(diǎn)則取消時(shí)延。
[0056]是否對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，取決于協(xié)調(diào)器與簇頭距離da，da的計(jì)算公式如下：
[0057]
[0058]式中，Ee為節(jié)點(diǎn)壓縮1比特所消耗能量，η為組網(wǎng)個(gè)數(shù)，ε表示信號(hào)放大器向單位面 積發(fā)射1比特?cái)?shù)據(jù)所消耗的電量。當(dāng)協(xié)調(diào)器與簇頭節(jié)點(diǎn)距離大于da時(shí)，在協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)整 理。
[0059] 對(duì)于協(xié)調(diào)器，針對(duì)大量精度不相等的測量值，采用權(quán)重值W來衡量不同數(shù)據(jù)的不同 精度，將測得的不同數(shù)據(jù)按照精度分別乘以其最優(yōu)權(quán)重值，然后將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值 處理，最終得到最優(yōu)整理結(jié)果：
[0060] 傳感器的測量值XhXf'Xn經(jīng)過遞歸估計(jì)運(yùn)算后得到Jn，再分別乘加權(quán)因子I 后求和，得到最優(yōu)整理結(jié)果X。X與加權(quán)因子I滿足：
[0061]
[0062] 利用輸出數(shù)據(jù)相互獨(dú)立的關(guān)系，第η個(gè)傳感器第k次測量值計(jì)算出時(shí)空融合總均方
η=ι[0064] S為傳感器數(shù)量，最終得到總的均方誤差為： 誤差
[0063]
[0065]
[0066] 其中〇12(n)為終端傳感器節(jié)點(diǎn)初步得到的均方誤差。
[0067] 綜上所述，本發(fā)明提出了 一種機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法，增強(qiáng)數(shù)據(jù)在無線傳 輸過程中的可靠性與實(shí)時(shí)性，降低節(jié)點(diǎn)功耗和延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，最終達(dá)到在車輛內(nèi)部復(fù) 雜的電磁環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸。
[0068]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用 的計(jì)算系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算系統(tǒng)上，或者分布在多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)所組成 的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算系統(tǒng)可執(zhí)行的程序代碼來實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它們存儲(chǔ) 在存儲(chǔ)系統(tǒng)中由計(jì)算系統(tǒng)來執(zhí)行。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。 [0069]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述【具體實(shí)施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的 原理，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何 修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨 在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修 改例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)動(dòng)車狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法，其特征在于，包括： 將車載傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過IEEE 802.15.4無線信道傳輸至路由器和WSN協(xié)調(diào) 器，并在傳輸過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，根據(jù)信息類型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得出最優(yōu)整理結(jié) 果，將最優(yōu)值通過串口通信傳輸?shù)奖O(jiān)控總平臺(tái)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)整理進(jìn)一步包括分別在路由器、 協(xié)調(diào)器上根據(jù)其自身功能實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)整理過程： 在路由器端，以節(jié)點(diǎn)剩余電量作為選取簇頭的首要參數(shù)，動(dòng)態(tài)分配簇頭;將所有節(jié)點(diǎn)的 剩余電量Es按下式轉(zhuǎn)換為一個(gè)時(shí)間量Δ t，式中，Es為節(jié)點(diǎn)的剩余電量，Eo為初始電量，τ為最大等待時(shí)間，Ns為組網(wǎng)次數(shù)，Emin為成 為簇頭的最小電量值； 選取簇頭時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)都等待一個(gè)統(tǒng)一設(shè)定時(shí)延，最先到達(dá)該時(shí)延的為簇頭，周圍節(jié)點(diǎn) 則取消時(shí)延； 根據(jù)協(xié)調(diào)器與簇頭距離da來確定是否對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理：式中，Ee為節(jié)點(diǎn)壓縮1比特所消耗能量，η為組網(wǎng)個(gè)數(shù)，ε表示信號(hào)放大器向單位面積發(fā)射 1比特?cái)?shù)據(jù)所消耗的電量;當(dāng)協(xié)調(diào)器與簇頭節(jié)點(diǎn)距離大于da時(shí)，在協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)整理； 在協(xié)調(diào)器端，針對(duì)精度不相等的測量值，采用權(quán)重值W來衡量不同數(shù)據(jù)的不同精度，將 測得的不同數(shù)據(jù)按照精度分別乘以其最優(yōu)權(quán)重值，然后將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值處理，最 終得到最優(yōu)整理結(jié)果： 傳感器的測量值XhXvdn經(jīng)過遞歸估計(jì)運(yùn)算后得到歹n，再分別乘加權(quán)因子W1后求 和，得到最優(yōu)整理結(jié)果2，其中f與加權(quán)因子W1滿足：基于第η個(gè)傳感器第k次測量值計(jì)算出時(shí)空融合總均方誤差：S為傳感器數(shù)量，最終得到總的均方誤差為：其中Oi2(Ii)為終端傳感器節(jié)點(diǎn)初步得到的均方誤差。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK105933948SQ201610481530
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】謝欣霖, 陳波
【申請(qǐng)人】成都之達(dá)科技有限公司