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】 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速發展，是與它本身所具有的優點分不開的。這些優點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、大型化、壽命長、耐沖擊和性能穩定。 LED 的發展前景極為廣闊，正朝著更高亮度、更高耐 氣候性、更高的發光密度、更高的發光均勻性，可靠性、全色化方向 發展。 在公交車上顯示站點名需要顯示的清楚明亮，而公交車是城市公共設施不適合采用成本過高的設施，還要必須設備的耐用性。 LED 顯示屏正好符合以上種種要求，所以本次設計使用 LED 點陣顯示屏。 LED 顯示屏是由若干個橫平豎直排列整齊的發光管組成的。當使用它顯示我們需要看到的信息的時候，使用單片機的控制程序有選擇性的點亮其中的 一些發光管，組成亮、暗相間的圖形符號信息。本設計需要顯示漢字，漢字相比于數字和字母編寫比較復雜，所以使用的 LED 顯示屏的點陣數目多，滿足顯示一個漢字的 LED 屏幕一般可以顯示 23 個字母或數字。 LED 顯示屏采用 8 8 點陣顯示屏，但是要顯示清楚的漢字，漢字需要采用 16 16 的字模點陣編碼。本設計顯示 4 個漢字就可以達到目的了，當實際應用中需要顯示更多的漢字時，用同樣的設計理念進行擴充就可以了。顯示 2北京聯合大學 畢業設計 14 個 16 16 的字模點陣編碼時候需要用到 16 個 8 8 LED 點陣屏幕， 8 個 8 8 LED 點陣屏幕按照兩行四列的形式排布 用以顯示一行上的兩個字。漢字的字模點陣編碼可以通過字模軟件獲取，在 LED 屏幕上顯示時候用行掃描、靜態顯示的方法將每一個當前行對應的所有列字模點陣編碼顯示到屏幕上。這個 LED 屏幕有 16 32 點陣，所以行掃描需要掃描 16 次。掃描的相隔時間取的合適的話，由于人眼的視覺暫留特性，人們看到的是一幅完整的信息圖。 系統電路原理圖 整個系統的電路原理圖如圖 7 所示： 圖 7 系統電路原理圖 中間的核心是 AT89C51 單片機 ，它通過 ILC232 與閱讀器進行串口通信。單片機的 、 、 和 與音 頻存儲播放模塊 ISD4004 的 CLK、 MOSI、 MISO 和CS 相連，使得 ISD4004 串行數據傳輸。 ISD4004 連接麥克風和喇叭，麥克風用于存儲語音、喇叭用于播放語音。單片機的 、 和 與 74LS138 的 A、 B 和 C引腳相連，參與譯碼操作， 通過兩片譯碼器的使能端口完成選擇功能。從 RXD出來的串行數據經過 74HC595 的串并變換成為并行數據信號，傳送的移位時鐘信號由 TXD 端的波特率控制， 提供四個 74HC595 的數據鎖存信號。 北京聯合大學 畢業設計 15 4 網絡傳輸模塊 網絡的選擇 當今是信息和 科技高速 發展 的網絡社會，互聯網已滲透到社會生活的各個方面 ，人類正在一步步地走向網絡時代。網絡技術也正以驚人的速度向社會生活的各個領域滲透，并進而改變著我們的生活、學習、工作乃至思維方式。 網絡傳播的主要特點是：快捷、方便、雙向、開放。在網絡時代，人類的學習已經不可能是一勞永逸的事情了，社會的發展和變遷，促使著我們要不斷接觸新事物，接受新觀念和學習新的技術。互聯網掌握了大量的需求信息，是一個無奇不有的信息庫，其內容不僅豐富、新鮮而且傳播迅速。 在公交車自動報站系統中，網絡更是交通系統發展的必不可少的因素。我們可 以使用網絡將閱讀器識別到的站點信息實時傳輸到公交監控中心。這樣一來，公交監控中心可以及時查看到公交車所在站點信息，了解到公交車所在地理位置。如遇前方擁堵、事故等無法通過路段，可通過查看到公交車地理信息而及時通知司機或乘務人員繞行等。如遇公交車故障或事故，通過傳輸到的地理信息還可幫助監控中心及時派遣車輛趕去營救。如此一來不僅減少了交通擁堵，縮短了乘客乘車路程時間，還為城市交通系統帶來了不可忽略的貢獻。總之，公交車上的網絡傳輸模塊對于整個交通系統來說都是十分有意義的。 隨著科技的進步，網絡模式也多種多樣。我們可 以使用 WIFI、以太網、 3G 網等等。 WIFI 全稱 WirelessFidelity，它的最大優點就是傳輸速度較高，另外它的有效距離也很長，其主要特性為速度快、可靠性高。現在在北京公交車上的 WIFI 網絡基本已經普及，那么我們就可以使用現有的 WIFI 模塊與網關進行連接從而實現無線傳輸信息。這樣一來，既利用了現有的網絡設施，又避免了新建網絡模塊的財力浪費。可謂一舉多得。 網關 的 選擇 網關又稱網間連接器、 協議轉換 器。網關在網絡層以上實現 網絡互連 ，是最復雜的網絡互連設備，僅用于兩個高層協議不同的網絡互連。網關既可以用于 廣域網 互連，也可以用于 局域網 互連。 網關是一種充當轉換重任的 計算機系統 或設備。使用在不同的 通信協議 、數據格式或語言，甚至 體系結構 完全不同的兩種系統之間，網關是一個翻譯器。與 網橋 只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統的需求。同層 應用層 。 本設計正是基于 公交車上的 WIFI 模塊 實現網絡通訊，閱讀器通過 RS232 接口與網關鏈接，并通過網關 傳輸到公交監控系統。網關使用 LM3S9B96。 北京聯合大學 畢業設計 16 LM3S9B96 是 TI 公司的基于 ARM CortexM3 的 32 位 MCU，具有先前 8 位和16 位 MCU 的價格成本， CPU 工作頻率 80MHz,100DMIPS 性能， ARM CortexM3 System Timer (SysTick)定時器，片內具有高達 50MHz 的 256KB 單周期閃存和 96KB單周期 SRAM，內部的 ROM 加載 StellarisWare 軟件，具有擴展的外設接口和串行接口，目標應用在遙控監視、 POS 銷售機、測試測量設備、網絡設備和交換、工廠自動化、 HVAC 和建筑物控制、游戲設備、運動控制、醫療設備、電源和交通運輸、防火和安全等。 LM3S9B96 系統電路圖 如 圖 8 所示： 圖 8 LM3S9B96 系統電路圖 其參數如下表所示： 北京聯合大學 畢業設計 17 Cortex M3（ LM3S9B96）模塊采用 2X20pin 鍍金排針式座與外置的電源板或智能主板構成物理連接，其實現的功能如下： 100M 工業以太網通訊 ：實現方式：采用 LM3S9B96 處理器集成的 10/100 以太網MAC/PHY。 USB（ HOST/DEVICE/OTG）通訊 ：實現方式：采用 LM3S9B96 處理器內部集成的USB 協議控制器 CAN 通訊（ 版本） 實現方式：采用 LM3S9B96 處理器內部集成的協議控制器、報文處理器、報文存儲器 +外部調制器 TJA1040 實現，基于板面空間限制和設計應用場合，本次設計沒有進行電氣隔離設計。 低功耗實現 ：實現方式：采用 LM3S9B96 處理器內部集成的休眠模塊，可定時喚醒或按鍵喚。 UART 串行口通訊 ：實現方式：采用 LM3S9B96 處理器內置串行口外加 MAX3232實現。 上位機的選擇 上位機是一臺可以發出特定操控命令的計算機，通過操 作預先設定好的命令，將命令傳遞給下位機，通過下位機來控制設備完成各項操作（應用最多的地方如：工業、北京聯合大學 畢業設計 18 水利、供電部門、交通等方面）。上位機都有特定的編程，有專門的開發系統，或以上是已經規定好任務，只能按特定的任務進行操作。簡單說上位機就是命令的下達者，而下位機則是命令的執行者。 本設計使用現有的上位機軟件，網關通過網絡即可傳輸到上位機。本軟件有一個特定的 IP 服務器編碼，只要輸入相應的 IP 服務器編碼即可登錄終端接受并查看公交車所在位置信息，即電子標簽發射給公交車上的閱讀器的信息再傳輸到監控中心。 下面介紹一種軟件 ：物聯網應用中收集感知節點信息 ,進行顯示 ,控制的應用控制臺。此軟件主要有兩部分組成 ,數據收發部分和顯示部分。 上位機在系統中的位置： 放置在網絡的層面里面，和公交車上的嵌入式網關9B96 利用網絡互相連接。當然在生活使用中的時候是安放在公交監控中心，用于操作人員使用。 上位機的功能： 此軟件實時監視公交車的狀況，所處的地理地方數據等。 上位機的設計實現： 此軟件主要有兩部分組成，數據收發部分和顯示部分。數據收發指的是和嵌入式網關的數據收發。兩者是通過 無線網絡 連接的，所以應用的是 TCP/IP 的 Socket 套接字編程，嵌入式網關的設計中已經提到過，它在和上位機通信中是作為服務器的，那么上位機就是作為連接發起方。為了能保證網絡連接的穩定性，我們把 Socket 讀寫的程序代碼放在了 try{} catch(){} 塊中，一旦網絡連接不正常，就會捕獲到該異常，從而關閉程序。 另外數據收發還需要協議，和嵌入式網關通信的指令和協議定制如下： 由上位機發起嵌入式網關接收的指令 ASK_STATE 0x80 由上位機主動發起 LED_DISPLAY 0x04+ASC 碼 由上位機主動發起 GET_WARNING 0x20 有上位機回復 GET_HELP 0x30 有上位機回復 北京聯合大學 畢業設計 19 由嵌入式網關發起上位機接收的指令 ABNORMAL 0xFF 由上位機被動接收并顯示 WARNING 0x88 由上位機被動接收并顯示 NEED_HELP 0x10 由上位機被動接收并顯示 POWER_ON 0x01 由上位機被動接收并顯示 POWER_OFF 0x00 由上位機被動接收并顯示 0x7E 長度 實驗臺號 命令 [內容 ] 加和校驗 0x7E 1 字節 1 字節 2 字節 N 字節 1 字節 1 字節 因此 數據量較