基于单片机的道路车流量计设计毕业论文.doc

题 目 基于单片机的道路车流量计设计 学生姓名 李婷婷 学号 1113014169 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 电子信息工程1105班 指导教师 梁芳 完成地点 物理与电信工程学院实验室 2015 年 5 月 20 日基于单片机的道路车流量计设计作者：李婷婷（陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业11级5班，陕西 723000）指导老师：梁芳 摘要论文提出基于单片机和地磁检测实现道路车流量计设计方案，并给出了由地磁传感器MAG3110的系统实现方案，MAG3110地磁传感器具有检测有无带磁性物体、且传输效率高等特点。该系统通过比较MAG3110地磁脚产生的变化，获取车流量信息，并启动、停止计数，该系统的控制中心是由STM32微处理器承担以实现地磁脚的求取。同时，有STM32与PL2303相结合实现的通信。该系统经实验调试结果表明文中提出的设计方案可行。 关键词STM32系列单片机；MAG3110地磁传感器；PL2303串口Design of a vehicle flux system based on GeomagneticAuthor:LiTingting(Grade 11,Class 05,Major in Electronics & Information engineering ,Physics & Telecommunications engineering Dept., Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi)Tutor: Liang Fang Abstract: The proposed based on geomagnetic detection achieve flowmeter design of road vehicle system scheme, and gives the geomagnetic sensor MAG3110 system realization scheme. MAG3110 geomagnetic sensors with detection with magnetic objects, and the transmission efficiency is high. The system through comparing the changes in MAG3110 geomagnetic feet, obtain traffic information, and start and stop counting. The control center of the system is by microprocessor STM32 bear in order to achieve for the geomagnetic feet. At the same time, the communication between PL2303 and STM32 is realized.The system through the experimental debugging results show that the proposed design scheme is feasible. Keywords:STM32 microcontroller series; MAG3110 geomagnetic sensor; PL2303 serial port目录1绪论11.1研究现状1 1.2地磁传感器发展前景11.3地磁传感技术21.4地磁传感器的优点22方案论证32.1系统框图32.2工作过程32.3本文研究内容43主要的功能器件介绍及相应程序53.1元器件介绍53.1.1MAG3110地磁传感器53.1.2STM32系列单片机73.1.3PL2303串口模块94系统设计及调试124.1地磁传感器MAG3110的初始化124.2程序烧入及调试124.3串口查看器查看数据并分析164.4流程图174.5 Keil Vision4 MDK简介185结论205.1 实验遇到的问题205.2 结论205.3系统的特点20致谢21参考文献22附录A外文翻译23附录B源程序31附录C元器件清单40附录D实物图41III 陕西理工学院毕业设计1绪论1.1研究现状 这些年来我们国家的经济飞速发展，而作为城市发展最主要的问题就是交通问题，交通工具已经增长，道路上的车流量也在逐步增多，所以认识路况交通实时信息让司机抉择路线通顺的路段是处理道路拥挤的一个重要方法1。因此研究开发适合我们国家的交通安全与维护的系统是十分重要的。随着经济的飞速发展，基础设施的投资力度越来越大，表现之一就是道路建设。但是由于道路建设周期一般较长，其增长远远跟不上车辆的急剧增长，使得交通状况日益恶化，这几乎成为所有城市的通病。改变这种交通现状的有效解决办法就是在城市交通管理部门建立完善的交通监控系统。交通监控系统的主要目标是适应动态交通状况的变化。即通过采集交通数据并将其传输到交通管理中心，在中心进行分析，根据分析结果，中心通过控制车辆出入，从而更好地管制交通；中心还可以利用这些数据在发生交通事故时迅速采取措施。同时管理中心可把采集的交通数据传给司机，这有助于减缓交通拥挤，优化行车路线。运用交通监控系统可以提高现有道路的通行能力，协调处理突发性交通事件，缓和交通阻塞，从而改善交通状况。 经济的飞跃式进步，智能交通已在我国悄然兴起，道路车流量的检测已经成为交通问题中的一个重要部分，而且逐步受到到人们的关注。车流量检测系统以道路上过往车辆为检测目标，统计车辆经过的个数，其作用是为智能交通控制系统提供足够的信息以便实施最优的管理。车流量的实时统计是现代智慧城市的一个重要的必测数据，它的正确实时统计，有利于实现智能交通管理。目前，实现车辆实时统计的方法主要有:视频法、红外法、车载无线系统辅助法与地磁方法等。它们各自具有不同的特点与适用条件。根据实际道路自然条件多变特点，其中基于单片机和地磁法道路车流量计检测由于其高准确率，经济实惠，低成本和高可靠性而被广泛利用。 这些年来，城市道路车流量越来越多，并且已经出现许多检测系统，车流量的设计系统也伴随着传感器，检测系统越来越来，不仅用于停车场 ，而且还用于道路等许多场合2。如今的车流量检测器则不需要埋在地下，由一种类型向多种组合类型展开。 能够利用超声波检测系统需要配以直观图像时，可以选取视频检测设备。因为现今的任何一种检测器都不能很齐全的达到交通监控的全部要求，他们各自的优缺点都非常显著。所以现如今的检测系统是各种外围模块，器件公共完成，相互起作用形成的。 早在60年代末，70年代初国外的科学家就对车辆的自动识别进行了研讨，因为当时的技术发展的影响曾采纳照相，声表面波等技术来完成车辆的自动识别，但都因现场的详细环境复杂一直没有解决系统辨别精度不高抗干扰功能差这一技术难题因而没有得到广泛使用。进入80年代,随着计算机技术和微波技术的迅猛发展国外许多公司都在致力于采用地磁传感器。因此地磁法检作为一种新型被动式车辆检测简单，可靠经济。根据上述，各种交通信息采集系统的配合使用以及光纤通信技术、计算机 、信息处理系统和人工智能技术的运用必将使交通管理系统向大范围、全方位、智能化和实时控制目标发展。本文介绍了一种基于单片机的道路车流量计设计的方法。该方法利用地磁传感器车辆对车辆的电磁感应特性进行数据采集，通过对串口计数获得通行车辆的信息车流量这里指通过车辆的个数再通过显示电路显示出来。地磁传感器以机动车辆为检测目标检测车辆的通过或存在状况，其作用是为智能交通控制系统提供足够的信息以便进行最优的控制。主要应用在交通领域。1.2地磁传感器发展前景地磁传感器是可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的装置。自然界和人类社会生活的许多地方都存在磁场或与磁场相关的信息。利用人工设置的永久磁体产生的磁场， 可作为许多种信息的载体。因此，探测、采集、存储、转换、复现和监控各种磁场和磁场中承载的各种信息的任务，自然就落在地磁传感器身上。在当今的信息社会中，地磁传感器已成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础元件。目前，人们已研制出利用各种物理、化学和生物效应的磁场传感器，并已在科研、生产和社会生活的各个方面得到广泛应用，承担起探究种种信息的任务。早先的地磁传感器，是伴随测磁仪器的进步而逐步发展的。在众多的测磁方法中，大都将磁场信息变成电讯号进行测量。在测磁仪器中“探头”或“取样装置”就是磁场传感器。随着信息产业、工业自动化、交通运输、电力电子技术、办公自动化、家用电器、医疗仪器等等的飞速发展和电子计算机应用的普及，需用大量的传感器将需进行测量和控制的非电参量，转换成可与计算机兼容的讯号，作为它们的输入讯号，这就给地磁传感器的快速发展提供了机会，形成了相当可观的地磁传感器产业。综合起来，可以看出，要实现产业化的生产，首先必须有产业化的应用市场，同时，传感器生产者应具有可满足市场需求的产品，而且，产品的性能价格比必须能和相同的或具有同样功能参数的产品竞争。在分析国外地磁传感器的产业状况的发现，国外生产地磁传感器的一些著名的企业，大都是知名大企业中的个组成部份或和大的生产终端产品的企业有着紧密联系的企业。例如IBM、东芝、索尼、松下、Siemens Akt、Honeywell、Akkegro等等.在这些企业中,起码有两点明显的优势：一是研制生产使用的紧密结合；另一个就是一旦要迅速扩大生产时、可调动巨大的经济实力给予支持，使产品能占领市场。1.3地磁传感技术地球的磁场在几公里之内基本上是恒定的，但大型的铁磁性物体会对地球磁场引起庞大的扰动，地磁传感器能够分辨出地球磁场6000分之1的变动，而当车辆通过时对地磁的影响将高达地磁强度的几分之一，所以使用地磁传感器来探测车辆，具备极高的灵敏度，失误比较少等优点，地磁传感器就是利用探测车辆通过时对地球磁场产生的扰动来探测车辆的。3地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别。数据采集系统在交通监控系统中起着非常重要的作用，地磁传感器是数据采集系统的关键部分，传感器的性能对数据采集系统的准确性起决定作用。地磁传感器利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆检测的传感器与常用的地磁线圈（又称地感线圈）检测器相比，具有安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长，对路面的破坏小（有线安装只需要在路面开一条5毫米宽的缝，无线安装只需要在路面打一个直径55毫米深150毫米的洞，当在检测点吊架或侧面安装时不用破坏路面）等优点，在智能交通系统的信息采集中必将起到非常重要的作用。1.4地磁传感器的优点 地磁传感器是通过行驶的车辆对地球磁场具有扰动，造成地磁变化，从而检测出车辆是否经过，并且传感器是由高导磁材料为核心，饶有许多线圈。优点如下： 一.在道路上安装和维修非常方便，不用封闭道路，只需要安装在马路表面就可以，对路面几乎没有任何损坏，当在检测点吊架或从侧面安装时不必破坏路面,维修的时候也只需要查看地磁传感器就可以，而且检测点不会很容易受到破坏，不会受道路移动而影响； 二.地磁传感器按照地球磁场在铁磁物体通过传感器时的变化程度来检测,所以它不受天气的响；三.通过对传感器灵敏度的设置能够辨别铁磁性物体的大小，可以大概判断出来往车辆的个数；四.由于对非铁磁性的物体没有反应，所以能够有效地降低失误，使检测效率得到大幅度提高； 五. 简单实用，经济可靠，对磁通变化反映灵敏。2方案论证 STC51是STC公司推出的以MCS-51为内核的单片机，和AT89C51基本一致，可以通过串口直接烧写程序所以被广泛使用，是入门级一款很经典的MCU，特点就是简单，所以在教学时大量采用。STM32是基于ARM公司最新一代cortex-M内核芯片，意法半导体公司推出的，因为其超高的性价比和简单函数库编程方式而被广泛使用。STM32几乎集成了所有工控领域的所有功能模块，包括USB、网络、SD卡、AD、DA等等。STM32的运算速度大约是51单片机的几十倍，而且外围接口功能比51强大， STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个，STM32单片机程序都是模块化的，接口相对简单些，因为它自身带好多功能，工作速度也快。而51的自身功能少,需要外围元件多,要求对电子熟悉，所以本设计选择STM32系列单片机。在本次设计中，由于传统的道路车流量计数方式存在着一些不足，针对这些不足，设计了一个采用地磁传感器检测，通过STM32单片机计数方式，为道路车流量系统提供了一个更加方便、更加智能化、更加方便读取的行之有效的管理方法3。本系统的时间开发提高临时道路车流量的计数效率。系统采用地磁传感器检测计数方式，这样使系统变得更加灵活、多变。2.1系统框图地磁传感器单片机控制中心串 口PC用户读取图2.1 系统结构框图 (1)地磁传感器模块：安装在道路的地面上边，用于检测汽车的驶入。送给单片机做相应的处理。地磁传感器模块是由X、Y、Z三轴地磁线的变化来判断检测信号。 (2)单片机控制中心：使用STM32系列单片机控制系统，它是本系统的核心部分，主要功能是分析有地磁传感器传入的数据。然后将分析后的数据再经过串口传给PC。 (3)串口：数据更新方式为定时10s周期更新，同时在检测到新的流量信息时立即更新，使用任意串口软件作为监视器，指示灯LED1每闪烁一次表明STM32对MAG3110进行一次计数的数据查询，并且用来显示车流量的多少。2.2工作过程 当汽车进入到地磁传感器所在范围时，地磁传感器的X、Y、Z三轴磁力线中的某一个方向会受到汽车的干扰而变化，MAG3110地磁传感器将变化后的信号传给单片机，并且经过单片机对其计算，将计算后的结果再传给PC机，在PC上运行串口，由于当地磁传感器上有磁性物体时，经过计算后的数值一般会在某个范围内，当地磁传感器上无磁性物体时，经过计算后的数值一般会在另一个范围内，所以这样就会方便串口分析其数据，并且对其进行处理。当串口接收到的信号是在有车的范围内的话，此时开始计数，显示部分变为“当前车流量数据更新为”，表示已经有车经过，方便查看；当车离开后，此时不计数。与此同时，数据更新方式为定时10s周期更新，同时在检测到新的流量信息时立即更新，车辆每经过一次就计数一次，10秒为数字统计更新。同时也通过调整灵敏度的方式来设置计数快慢。2.3本文研究内容 根据道路车流量情况实时显示的需要，采用模块化、可配置的思想设计道路车辆无线监测系统。用地磁传感器采集道路附件区域地磁信号，处理器根据车位磁场扰动和变化情况判断道路上是否有车辆。地磁场信号检测的信号传给单片机，经过STM32单片机处理，再将分析后的结果传给外围设备，处理后就可以判断是否有车辆经过，最后将车流量情况在液晶显示屏中显示出来。 本文研究的内容主要如下： 1：主要介绍了单片机的现状、发展趋势和应用前景，指出论文的研究内容。 2：根据单片机的工作原理，设计一个基于单片机和地磁传感器来检测道路车流量计的设计，利用STM32单片机分析并计算的道路车流量计设计系统。 3：根据系统原理，组建自动控制系统，完成实验调试，对取得相应的数据进行分析验证系统用于道路车辆无线检测的可行性。3主要的功能器件介绍及相应程序3.1元器件介绍 本节将介绍MAG3110地磁传感器、STM32系列单片机、PL2303串口3.1.1MAG3110地磁传感器 主要是介绍MAG3110及其特点、原理图、引脚及引脚功能，在程序中的使用。MAG3110是一款小型的低功耗、数字3轴磁力计 。MAG3110磁力计可以测量所处位置磁场（由地磁场和电路板组件产生的磁场加在一起的总和）的三个轴向的组成部分。该器件的电源是通过VDD线供电，电源去耦电容（100 nF陶瓷）应尽可能地距离越近越好引脚1和2的设备VDDIO供电的I / O引脚SCL，SDA，和INT1，控制信号SCL和SDA，不宽容的电压超过VDDIO + 0.3伏。如果VDDIO被移除时，控制信号SCL和SDA将钳位任何逻辑信号，其内部ESD保护二极管。该MAG3110能够测量磁场与输出数据的速率（ODR）高达80 Hz，这些输出数据速率对应的采样间隔时间从12毫秒到几秒钟。 1.芯片顶视图图3.1 顶视图2.原理图如图3.2所示图3.2 MAG3110原理图3.引脚介绍表3.1 MAG3110地磁传感器引脚介绍引脚 名称 功能1 Cap-A 旁路电容的内部稳压器2 VDD 电源1.95V-3,6V3 NC 无连接或不连接4 Cap-R 上限复位脉冲5 GND GND6 SDA IC串行数据（写=为0x1c；读=0x1D）7 SCL IC串行时钟8 VDDIO 电源I/O缓冲器，1.65V-VDD9 INT1 中断-高电平输出10 GND GND 4.I2C总线 SCL时钟：最大400KHz，建议从低速开始测试 写地址：0x1C 读地址：0x1D5.时序图： 写时序： I2C起始位-MAG3110写地址（0x1C）-目标寄存器地址-写入数据-停止位 读时序： I2C起始位- MAG3110写地址（0x1C）-目标寄存器地址-重复起始位- MAG3110读地址（0x1D）-接收数据-停止位 注：一般一个寄存器只有8位，即一次只需读或写字节6.MAG3110初始化 先将 MAG3110 设为 STANDBY 模式（CTRL_REG1 寄存器低两位 00）， 配置 OSR，ODR（CTRL_REG1 寄存器高 5 位，具体配置查数据手册：Over Sampling Ratio and Data Rate Description，FR 位默认为全 16 位数据） 将 MAG3110 设为 ACTIVE 模式（CTRL_REG1 寄存器低两位 01），传感器开始转化数据。7.读数据： 读DR_TATUS(0x00)状态寄存器，如果出现DR_TATUS&0x08=1,一次转换此时已经实现，那么此时能够读出数据。 读OUT_X_MSB(0x01)、OUT_X_LSB(0x02)、OUT_Y_MSB(0x03)、OUT_Y_LSB(0x04)、OUT_Z_MSB(0x05)、OUT_Z_LSB(0x06)寄存器，分别得到X、Y、Z三轴十六 位的数据，此时转动MAG3110三轴数据会发生变化。8.数据处理 装置默认是水平放置的，所以只需要处理X、Y轴的数据4。 这段话我的观点是：如果现在芯片水平摆放的，地球外部的磁力线方向是由南到北，近似可以看作地面上的每一处磁力线都是水平的，也就是说在此刻状态下，芯片只收到水平方向上的磁力作用。 如图所示，N为地磁场及四周干扰地磁合成而形成的磁力，XY我们可以认为是分解到两个方向上的力，在周围干扰磁场不是很强的情况下，就可以把N认为是北向。XY图3.3 分解图 关于数据处理的方案，以X轴为例，X轴数据应该在指向N时最大，指向N反方向的时候为最小值，垂直于N时为0.实际使用时会发现X垂直于N时并不是最小，我们可以假设X垂直于N时的数据为Xoff，Y同理，我们也能够得出：tan=（Y-Yoff）/(X-Xoff)当然要分类去讨论，这样就能得出实际X轴方向偏离北向的角度。 MAG3110是一款小型的低功耗、数字三轴磁力计，内涵广阔的动态领域，可以在带有外部磁场的印制电路(PCB)中运转。MAG3110磁力计能够测量所处地方的磁场(由地磁场和电路板组件所产生的磁场加在一起的总和)的三个轴向的组成部分。MAG3110包含标准规范的I2C串行接口，可以测量高达10高斯的所在位置磁场，输出数据的速率(ODR)可达80Hz。相应的输出数据速率能够从12ms到数秒钟的采样间距里调整。MAG3110提供塑料DFN封装，可以在-40C至+85C的温度范围内运转。9.地磁传感器MAG3110程序的算法： ang=MAG3110_DataProcess(wx.mbyte.hi*256+wx.mbyte.lo，wy.mbyte.hi*256+wy.mbyte.lo)；可以算出其ang的值；当地磁传感器的测量范围无磁体时，ang的值在一个固定范围；当地磁传感器的测量范围有磁体时，ang的值在另一个范围；这样，可以根据两个不同的范围设计计数器，什么时候显示有车，什么时候显示车离开，从而通过计时，程序算出此次车辆的多少。3.1.2STM32系列单片机1.STM32系列介绍 不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。 全新STM32互连型（Connectivity）系列微控制器增加一个全速USB（OTG）接口，使终端产品在连接另一个USB设备时既可以充当USB主机又可充当USB从机；还增加一个硬件支持IEEE1588精确时间协议(PTP)的以太网接口，用硬件实现这个协议可降低CPU开销，提高实时应用和联网设备同步通信的响应速度。 全新互连型系列还是STM32家族中首款集成两个CAN2.0B控制器的产品，让开发人员能够研制可连接两条工业标准CAN（控制器区域网）总线的网关设备。此外，新系列微控制器还支持以太网、USB OTG和CAN2.0B外设接口同时工作，因此，开发人员只需一颗芯片就能设计整合所有这些外设接口的网关设备。STM32互连型系列产品强化了音频性能，采用一个先进的锁相环机制，实现音频级别的I2S通信。结合USB主机或从机功能，STM32可以从外部存储器（U盘或MP3播放器）读取、解码和输出音频信号。设计人员还可以在新系列微控制器上开发人机界面（HMI）功能，如播放和停止按键，以及显示器界面。这个功能使其可用于各种家庭音响设备，如音响底座系统、闹钟/音乐播放器和家庭影院。新系列产品整合先进的面向连接的外设，标准的STM32外设（包括一个PWM定时器），高性能的32位ARM Cortex-M3 CPU，这些特性使开发人员可以在设备上（如家电、楼宇或工业自动化）整合多种功能，如马达控制、用户界面控制和设备互连功能。其它目标应用包括需要联网、数据记录或USB外设扩展功能的系统，如病患监视、销售终端机、自动售货机和保安系统。包括新的互连型系列在内的STM32系列微控制器具有多种配套软件和开发工具，其中包括意法半导体免费提供的软件库以及第三方工具厂商的广泛支持。意法半导体还将推出一个新的评估板，目前正在向大客户提供STM32F105和STM32F107互连型系列的样片，STM32的运算速度大约是51单片机的几十倍，而且外围接口功能比51强大， STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个，STM32单片机程序都是模块化的，接口相对简单些，因为它自身带好多功能，工作速度也快。而51的自身功能少,需要外围元件多,要求对电子熟悉，所以本设计选择STM32系列单片机。2.基本参数介绍 STM32F103RCT6 - 基本参数： 类别：集成电路(IC) 家庭：嵌入式-微控制器 系列：stm32 芯体尺寸：32-位 速度：72MHz 连通性：CAN，I2C，IrDA，LIN，SPI，UART/USART，USB 外围设备：DMA，电机控制PWM，PDR，POR，PVD，PWM，温度传感器，WDT 输入/输出数：51 程序存储器容量：256KB(256Kx8) 程序存储器类型：FLASH RAM容量：48Kx8 电压-电源(Vcc/Vdd)：2V3.6V 振荡器型：内部 工作温度：-40C85C 封装/外壳：64-LQFP 包装：托盘3. STM32开发板分类STM32开发板Open103R是一块以STM32F103RCT6为主控芯片的开发板，它带有大量的扩充接口，能够支持各类外围模块和设备的接入。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式使用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按照功能分为两个不同的系列：STM32F103“增 强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率为72MHz，是同类产品中功能和性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价钱获得比16位产品大幅提高的性能，是16位产品用户的最佳选取产品。两个系列都内置32K到128K的闪存，两者的区别在于SRAM的最大容量和外设接口 的组合。时钟频率72MHz时,从闪存执行代码,STM32功耗36mA,是32位市场上功耗最低的产品,相当于0.5mA/MHz。4.命名规则 STM32F103RBT6这个型号的芯片型号有7个组成部分，并且要按照以下规则命名： （1）STM32：STM32代表ARM Cortex-M3内核的32位微控制器。 （2）F：F代表芯片子系列。 （3）103：103代表增强型系列。 （4）R：R这一项代表引脚数，其中T代表36脚，C代表48脚，R代表64脚，V代表100脚，Z代表144脚。 （5）B：B这一项代表内嵌Flash容量，其中6代表32K字节Flash，8代表64K字节Flash，B代表128K字节Flash，C代表256K字节Flash，D代表384K字节Flash，E代表512K字节Flash。 （6）T：T这一项代表封装，其中H代表BGA封装，T代表LQFP封装，U代表VFQFPN封装。 （7）6：6这一项代表工作温度范围，其中6代表-4085，7代表-40105。STM32单片机功能比51单片机功能更强大，速度也快了很多，STM32里面的寄存器很多，而且体积比51小的太多，其集成度高，容量高，运行速度快，体积小，功能强大。本次研究以51单片机着手，但是考虑到浮点运算，程序复杂繁琐，所以选择STM32单片机。 3.1.3PL2303串口模块 PL2303 是Prolific 公司制作的一种高度集成的RS232-USB 接口转换器，可提供一个RS232 全双工异步串行通信设备与USB的功能接口以方便联接的解决方案5。 该器件内置USB功能控制器、USB 收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只要外接几只电容就可以完成USB 信号与RS232 信号的转换，使使用者能够更加方便的嵌入到各种设备中；该器件作为USB/RS232 双向转换器，一方面从主机接收USB 数据并将其转换为RS232 信息流格式发送给外设；另一方面从RS232 外设接收数据转换为USB 数据格式传送回主机。这些任务全部由器件自动去实现,开发者不需要去考虑固件的设计。 PL2303 的高兼容驱动可在大多操作系统上去模拟成传统COM 端口，并且可以让基于COM 端口应用系统可方便地转换成USB接口应用中，通信波特率高达6 Mb/s。在工作模式和休眠模式中具备功耗低的特点，是嵌入式系统手持设备的首要理想的选择。该器件具备以下特点：能够完全的兼容USB1.1的协议；可以调节3-5 V 输出电压，满足3V、3.3V和5V任何不一样的应用要求；可以支持完整的RS232接口，可编程设置的波特率75b/s-6 Mb/s，并为外部串行接口提供电源；512 字节可调的双向数据缓存；支持默许的ROM和外部EEPROM存储设备系统配置信息，具有I2C 总线接口，支持从外部MODEM 信号的远程唤醒；支持Windows98，Windows2000，WindowsXP，Windows Vista，Windows7等操作系统；28引脚的SOIC封装，是高度集成的RS232-USB接口转换器。 通过利用USB块传输模式，利用庞大的数据缓冲器和自动流量控制，PL2303HX能够实现更高的吞吐量比传统的UART（通用异步收发器）端口,高达115200 bps的波特率可用于更高的性能使用。 图3.4 PL2303原理图PL2303特性：1. 完全符合USB规范2.0（全速兼容） 2.片内拥有USB 1.1收发器，5V转3.3V的稳压器，12 MHz的晶体振荡器 3.支持RS232这样的串行接口 1）全双工发送器和接收器（TxD和RxD） 2）六个调制解调控制引脚（RTS，CTS，DTR，DSR，DCD和RI） 3）内容可以为5，6，7或8个数据位 4）支持自动握手各种模式 5）一，一个半，或两个停止位 6）奇偶错误，帧错误和串行中断检测 7）可编程波特率从75bps到6 Mbps 8）外部的RS232驱动下降控制 9）独立的串行接口电源 4.宽广的流量控制机制 1）自动与CTS / RTS流控制 2）自动使用的XON / XOFF流量控制 3）入站数据缓冲区溢出检测 5.可配置的512个字节双向数据缓冲器 1）256字节的输出缓冲区和256字节的输入缓冲区 2）128字节的输出缓冲区和384字节的输入缓冲区 6.支持从远程输入相关调制信号进行唤醒功能 7.两个通用的I / O（GPIO）引脚 8.启动时可以将配置存储于外部的EEPROM 9.提供支持Windows和Mac OS，Linux和WinCE的驱动程序 10. 具有专为Windows XP驱动程序认证的标志 11. 该IC是SSOP封装的小尺寸28引脚 PL2303可提供PL2303X、PL2303HX两种版本。PL2303X用于33 V电压的应用，PL2303HX用于以前使用PL2303H(5 V)设计应用的升级，而两者驱动程序相同。将PL2303的TXD(PINl)和RXD(PIN5)分别与单片机上的串口(TXD和RXD)连接，DM、DP与计算机的USB接口连接，再加上其他外围元件，就可实现单片机与计算机之间的通讯。PL2303支持默认ROM和外部EEPROM 2种不同的存储方法，可存储包括PID(Pinduct ID)，VID(Vendor ID)和器件收发器控制和状态等信息，如果不希望采用默认的设置，则需外扩一个EEPROM(如ST公司的M24C02)。该系统设计的接口程序包括单片机通讯设置，USB设备驱动，以及PC应用等3部分程序，这三者互相配合实现可靠、快速的数据传输。1)单片机通讯设置程序单片机程序实际上是完成单片机对串口的初始化，即对波特率，数据位，校验位，有无奇偶校验等通信协议的设计及单片机串行通信功能控制器的设置。该设计以串口参数波特率ll5200，数据位8，停止位l，校验位0。2)USB设备驱动程序在PC机上安装Prolific公司免费提供的USB设备驱动程序。驱动安装完后，PC系统出现1个“Prolific USB-to-Serial Comm Port”自动增加一个COM口，如COM3，COM4等。3)PC应用程序用户按照传统的串行接口控制方式来使用该模拟的“COM口”。使用Delphi语言调用RS232的控件(MSCOMM32)或API函数，实现与单片机的通讯。串口通讯参数应与单片机所设置参数一致。当设备插入不同的USB接口时，计算机认为一个新设备，需重新安装设备驱动程序。当插入计算机不同USB接口时，虚拟的“COM口”不同，因此，需要计算机程序自动识别是在哪一个串口插入的设备。图3.5 PL2303管脚图 采用PL2303设计的串口转接USB接口的方法，实现在PC机的USB接口与单片机之间的通信。对产品设计者来说，PC机和单片机均是按照标准的RS232串行通信进行处理，对于早期设计的串口通讯程序无需重新设计，就可将之前采用RS232通讯的产品升级至USB接口，并且设备具有允许设备热拔，即插即用的功能，同时无需外接供电电源，便于产品设计和用户使用，扩展产品的使用范丽。但这种设计具有设计简单，开发周期短，原RS232接口设备设计改动方便的特点，为手持设备的通讯接口设计提供了较好的参考价值。4系统设计及调试4.1地磁传感器MAG3110的初始化 地磁传感器MAG3110的初始化比较特别，方法是将接好的MAG3110水平旋转一周，为什么要这样呢，因为旋转一周可以让它在水平方向取到最值6。取到最大值和最小值后，就会有参考点，不然会出现经过计算后的数值不管被测位置有没有磁体都会非常不稳定。此后，当地磁传感器上有磁性物体时，经过程序计算后的数值会固定在某个范围内；当地磁传感器上无磁性物体时，经过计算后的数值会在另一个范围，而且很精确。最后将初始化好了以后的MAG3110地磁传感器固定好，不能再移动，一旦被移动后，就必须在程序里修改，因为被移动后X、Y轴的方向会发生变化，此时如果有同一磁性物体在同一位置停入时，这样经过计算出来的数值会发生变化，但是是稳定在一个固定范围内的。所以一旦经过初始化好后的地磁传感器，就不能再随意移动了。4.2程序烧入及调试 STM32大都用KEIL（MDK）编译，并可在KEIL里面通过JLink直接下载和仿真，也可以像51单片机那样通过串口把HEX文件下载（比JLink慢）7。 向STM32系列单片机Open103R开发板烧入程序步骤如下： （1）跳选BOOT位。BOOT设置原理：BOOT1为0，BOOT0为1。 提供拨码开关的板子，设置方法：BOOT1：不需要设置（默认为0或已设置）；BOOT0：将BOOT CONFIG 开关切换到SYSTEM端。 提供跳线选择的板子，设置方法：BOOT1：0，BOOT0：1。 （2）将板子的USART1接口连接到电脑的串口 （3）安装并打开ISP软件，在软件安装包&驱动程序 - ISP串口下载工具 里面 （4）目标板上电后，选取相应的COM接口(根据PC机使用的COM口来选择)，其它参数默认，如下图所示。图4.1 选择COM接口 （5）点击Next选择目标芯片内存大小，请务必选择正确。图4.2 选择芯片大小 （6）点击Next连接目标芯片，进入ISP状态。(假如连接不成功，将目标板重新上电或复位，重新打开软件再进行连接。) 进入ISP后，可进行FLASH编程和加密解密等操作，如下图所示。图4.3 ISP烧入程序 （7）以上步骤完成后，点击Next执行相应的操作。图4.4 NEXT步骤 （8）如果芯片是Enable Flash protection的情况下，是需要remove protection才可以继续进行编程下载的，点击了此按键后芯片里面的内容全部恢复出厂状态。图4.5 恢复出厂 （9）最后要把BOOT0跳到1的跳线，跳回去0。或把BOOT CONFIG拨码开关拨回MAIN FLASH。然后按RESET或者重新上电。此时，开发板的程序才开始运行。 调试： 数据更新方式为定时10s周期更新，同时在检测到新的流量信息时立即更新。MAG3110使用开发板I2C接口1 （I2C1），示灯LED1每闪烁一次表明STM32对MAG进行了一次数据查询. （1）延时函数可以调整扫描速度：图4.6 改变扫描速度 （2）修改这个45为任意大于0的值可以改变扫描灵敏度数字越大灵敏度越低：图4.7 改变灵敏度 （3）当前主要扫描X方向 可以修改为Y或者Z方向 直接改为Y或Z就行：图4.8 改变扫描方向4.3串口查看器查看数据并分析 使用任意串口软件作为监视器 使用的STM32 USART2（串口2） 设置 波特率 115200 数据位 8位 停止位 1位 校验 无校验（No） 在选择好相应的COM口和波特率后，根据地磁传感器的算法计算，会在串口查看器看到无规律的数值，这是因为还没有初始化，于是我们应该将其水平旋转一周，让它取到最大和最小值。之后，我们会得到有规律的数值。当地磁传感器的被测位置无磁性物体时，ang值在一个范围附近；当地磁传感器的被测位置有磁性物体时，ang值在另一个范围附近。只要外部环境没有太大干扰，数值就会很稳定。图4.9 串口数据4.4流程图开始 MAG3110初始化打开串口查看器分析数据不正常正常 读取数据 结束 图4.10 软件流程图4.5 Keil Vision4 MDK简介1.MDK简介 ARM发布Keil Vision4集成开发环境(IDE)，用来在微控制器和智能卡设备上创建、仿真和调试嵌入式应用。Vision4 IDE是为增强开发人员的工作效率设计的，有了它可以更快速、更高效地开发和检验程序。通过Vision4 IDE中引入的灵活的窗口管理系统，开发人员可以使用多台监视器，在可视界面任何地方全面控制窗口放置。新用户界面可以更好地利用屏幕空间，更有效地组织多个窗口，为开发应用提供整齐高效的环境。对STM32F103系列单片机开发前，我们要去准备相应的软硬件。其中硬件主要包括STM32F103开发板(或用户目标板)，软件主要包括 Kei1uisOn4MDK开发平台，Kei1 Vision4MDK是一个基于窗口的软件开发平台,它集成了功能强大并且现代化的编辑器、程管理器和make工具,几乎可以说集成了嵌入式系统开发所需的全部工具：C/C+编译器、汇编器、链接/定位器、HEx文件生成器等,该软件提供了两种工作方式：编译和调试模式，在编译模式中，开发者能够去建立工程、选择目标器件、新建文件、输入源代码、生成可执行文件；调试模式中，开发者可以根据其及其强大的集