畢業論文-基于物聯網的智能交通控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，閱讀器根據這個信息來識別電子標簽。通過電子標簽的能否自我供電可以把射頻識別分為有源、無源、半有源系統。 讀寫器和電子標簽發生 的 射頻信號的耦合 有電感耦合和磁反向耦合 ： 電感耦合：利用 變壓器 的 模型， 根據 電磁感應定律 ， 實現耦合 是 通過空間高頻交變磁場 。電感耦合方式適 合用在比較近的 距離 的 射頻識別系統 ，是在 中、低頻工作的。典型的工作頻率有： 125kHz、 225kHz 和 ，識別作用距離小 于 1m，典型作用距離為 1020cm。 磁反向散射耦合： 利用 雷達原理模型，發射出去的電磁波碰到 電子標簽 后 攜帶信息 反 回 ， 使用的是電磁波的空間傳播規律。 磁反向耦合 ： 適用于遠距離射頻識別系統 ，是在 高頻、微波工作的。典型的工作頻率有： 433MHz、 945MHz、 和 。識別 作用 距離 通常 大于 1m，典型作用距離 一般 為 3～ 10m。 通過以上論述，基于公交車自動報 站系統的實際需要，本次設計決定采用有源、電磁傳播模型、主動式、微波射頻識別系統。因為公交車要識別公交站牌時識別距離應該在 10m 以內 ，對功率要求偏高。所以我選擇了工作頻率為 900MHZ 的電子標簽和900MHZ 的 RFID 閱讀器。 北京聯合大學 畢業設計 9 射頻識別 模塊設計 本模塊的基本原理就是通過電磁傳播來自動識別電子標簽。我們使用的是有源電子標簽，電子標簽的作用就是向閱讀器傳輸自身的數據信息。有源電子標簽是由電子芯片、感應線圈、電池等組成。首先我們需要像電子標簽輸入我們所需要的站點信息，并且將電子標簽安裝在站牌內側，因為標簽是 長期暴露在戶外，所以我們應該選擇更穩固的包裝方式來預防風吹雨淋。閱讀器我們選擇的是 900MHZ 的 RFID 閱讀器，當攜帶閱讀器的公交車駛入公交車站，閱讀器就可以通過自帶的天線就會自動識別到電子標簽的信息并帶回。此時閱讀器對接收到的數據信息通過單片機進行解碼并及時傳送到后臺公交信息處理系統。到這里就達到了射頻識別的最終目的。 射頻識別的基本模型如圖 4 所示： 圖 4 射頻識別基本模型 電子標簽 天線 閱讀器 北京聯合大學 畢業設計 10 3 硬件電路設計 單片機 選擇 單片機由于它的控制能力強、可靠性高、可用資源豐富和成本低 等諸多優異性使得其應用范圍非常廣泛。單片機應用范圍從航空航天、航母船只、導彈武器等國家產業到汽車電子、醫療控制、農畜自動化等民用產業。航空航天、航母船只、導彈武器等國家產業代表著一個國家的國際地位，讓國家有能與世界列強公平競爭的資本，讓本國民眾有自豪感。汽車電子、醫療控制、農畜自動化等民用產業是日常生活所不可或缺的，使日常生活更加舒適，讓人們從繁瑣的勞動解脫。從這些方面我們可以間接的看出，單片機的作用、功能和它的重要性。 單片機的內部可用資源除了根據不同的應用需求而特殊定制的特別功能外，在大體上是一樣的。單 片機內部資源總體來說非常豐富，包括定時 /計數器、特殊功能寄存器、中央處理器（ CPU）、數據存儲器、程序存儲器、串行接口、中斷資源、數據端口和地址端口。在實際應用中這些資源非常有用。使用者通過可以編寫應用程序讓單片機工作，程序可以用硬件描述性的匯編語言也可以用 C51 的 C 語言編寫，只要使用的集成軟件開發環境支持就可以。單片機中可以利用中央處理器完成簡單的算法處理，用于信息的編解碼處理；數據存儲器中可以存儲用戶需要用到的表格等固定信息和算法的中間結果等臨時信息；一般的單片機內部都有兩個定時 /計數器，定時器一般用于 控制串口的波特率，計數器用來對外部的波形脈沖計數；數據端口和地址端口一般聯合起來用于擴展外部接口，可以擴展存儲器、鍵盤設備、中斷設備等；串口接口用于串行數據傳輸、多機或點對點的單片機通信；中斷資源是非常有用的用于實施處理內外部中斷事件的系統；特殊功能寄存器中用來設置其它內部資源的工作方式或模式。 在本設計中采用 AT89C51 單片機。 AT89C51 是一種帶 4K 字節 FLASH 存儲器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位 微處理器 ，俗稱 單片機 。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節 閃存可編程可擦除 只讀存儲器 的 單片機 。 單片機 的可擦 除 只讀存儲器 可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失 存儲器 制造技術制造，與工業標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃速 存儲器 組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機為很多 嵌入式控制系統 提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 提供以下標準 功能： 4k 字節 Flash 閃速存儲器 ， 128 字節內部 RAM， 32 個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工 串行通信 口，片內振蕩器及 時鐘電路 。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態邏輯操作，并支持兩種 軟件 可選的節電工北京聯合大學 畢業設計 11 作模式。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數器， 串行通信 口及 中斷系統 繼續工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 AT89C51 單片機引腳圖如圖 5 所示： 圖 5 AT89C51 單片機引腳圖 AT89C51 用串口與射頻識別的閱讀器通過 ICL232 進行通信，同時接收閱讀器的數據。 AT89C51 數據端口和地址端口的作用是擴展語音存儲播放單元。 語音播放 硬件選擇 這一塊需要預先存儲各個站點的語音信息，并能夠驅動語音播放器即喇叭的器件。根據前端單片機傳送過來的指令數據選取相應存儲單元的站點信息并驅動喇叭播放當前公交車要到達的站點名字。 ISD4004 系列芯片包括了振蕩器、防止混淆濾波器、平滑波形濾波器、音頻功率放大器、自動降低噪聲及高密度多電平閃爍存儲單元陣列。 工作電壓 3V,單片錄放時間 8 至 16 分鐘 ,音質好 ,適用于移動電話及其他便攜式電子產品中。芯片設計是基于所有操作必須由 微控制器 控制 ,操作命令可通過 串行通信 接口送入。 芯片制造工藝技術是 CMOS 技術，采取多電平模擬量直接存儲的設計，所以播放出的語音、音調、都非常真實、自然、失真程度小， 避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的 量化噪聲 和 金屬聲 。 采樣頻率 可為 ,頻率越低 ,錄放時間越長 ,而音質則有所下降 ,片內信息存于 FLASH存貯器中 ,可在斷電情況下保存 100 年 (典型值 ),反北京聯合大學 畢業設計 12 復錄音 10 萬次。 存儲空間被一個小段長單位任意分段或不分段 ，多段存儲結構加上片內存儲管理制度，可以方便的實現靈活搭配、任意播放的播放效果。內部的存儲器是閃爍存儲器，聲音信息的每個采樣值存儲在片內閃爍存儲器中，這樣可以反復讀寫內部信息、在斷電情況下長時間保存信息。芯片是基于所有操作必須由單片機之類的微控制器控制的理念設計的，微控制器可以對工作在 SPI 串行接口的 ISSD4004 語音芯片執行控制， SPI 是同步串行數據傳輸協議。 ISD4004 芯片管腳圖如圖 6 所示： 圖 6 ISD4004 芯片管腳圖 電源 (VCCA， VCCD)： 為使噪聲最小，模擬和數字電源端最好分別 走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應盡量靠近器件。 地線 (VSSA， VSSD)： 芯片內部的模擬和數字電路使用不同的地線。 同相模擬輸入 (ANA IN+)： 這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅動。 反相模擬輸入 (ANA IN)： 差分驅動時，這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 16mV 音頻輸出 (AUD OUT)： 提供音頻輸出，可驅動 5KΩ 的負載。 片選 (SS)： 此端為低，即向該 ISD4004 芯片發送指令，兩條指令之間為高電平。 串行輸入 (MOSI)： 此端為 串行輸入端，主控制器應在串行時鐘上升沿之前半個周期將數據放到本端，供 ISD 輸入。 北京聯合大學 畢業設計 13 串行輸出 (MISO)： ISD 的串行輸出端。 ISD 未選中時，本端呈高阻態。 串行時鐘 (SCLK)： ISD 的時鐘輸入端，由主控制器產生，用于同步 MOSI 和 MISO的數據傳輸。 中斷 (/INT)： 本端為漏極開路輸出。 ISD 在任何操作 (包括快進 )中檢測到 EOM 或OVF 時，本端變低并保持。中斷狀態在下一個 SPI 周期開始時清除。中斷狀態也可用RINT 指令讀取。 行地址時鐘 (RAC)： 漏極開路輸出。每個 RAC 周期表示 ISD 存儲器的操作進行了一行 (ISD4004 系列中的存貯器共 2400 行 )。該端可用于存儲管理技術。 外部時鐘 (XCLK)： 本端內部有下拉元件。芯片內部的采樣時鐘在出廠前已調校，誤差在 +1%內。在不外接地時鐘時，此端必須接地。 自動靜噪 (AMCAP)： 當錄音信號電平下降到內部設定的某一閾值以下時，自動靜噪功能使信號衰弱，這樣有助于養活無信號 (靜音 )時的噪聲。通常本端對地接 1mF的電容，構成內部信號電平峰值檢測電路的一部分。 在設計中要注重 ISD4004 的實際應用、語音播放過程的與單片機程序的配合時序，而不是它的內部構造結構。 ISD 芯 片在上電操作后有一個延時時間，所以在單片機對芯片上電后先經過規定的延時時間才可以發出第一個操作指令。 LED 顯示屏幕選擇 屏幕顯示在生活中很多地方都可以遇到，有的是采用液晶顯示屏，有的是采用LCD 顯示屏，有的是采用 LED 顯示屏。這些都是經過成本的估計、顯示的效果、工作穩定性能、實現難易程度等綜合考慮而選定的。 LED 之所以受到廣泛重視而得到迅