博威杯项目申报书(车载无线打卡机系统).doc

西安电子科技大学机电工程学院2010年“博威杯”大学生数字与模拟电路设计（制作）科技竞赛项目申报书项目名称： 车载无线打卡机系统 项目成员： 张理京、平佳婧、张莹、贾锐 指导老师： 赵建 教授、杨宁（研究生） 所在专业、班级： 电气工程及其自动化040841班 研究起止时间：2010年4月 至 2010 年12月 西安电子科技大学机电工程学院2010年4月制 项目名称车载无线打卡机系统项目来源企业提出项目 教师提出项目 学生提出项目申请经费1580项目预计完成时间 2010年12月 申请人姓名学号性别专业班级联系电话E-mail张理京04084006男08电气1zrael_平佳婧04085013女08测控1张莹04085043女08测控1贾锐04085009男08测控1班13572902764343234622一、项目应用与意义（5号宋体字、行距：18）（对项目的实际应用对象和场合进行介绍，并简要说明其项目研发意义。）在公交车系统（特别是中巴车）采用打卡方式对行车时间进行监控，这种方式需要司乘人员在行车路线的某个固定车站下车到打卡机上打卡，一方面需要乘客等待一段时间，另一方面也给司乘人员的工作带来了不便，有时还会有危险。因此，有必要改变原来下车打卡的方式，改为当行车到指定站点时，司乘人员不再下车，而是在车上通过按键方式进行打卡登记。二、项目主要技术指标（5号宋体字、行距：18）（提出项目的主要技术指标与功能要求）（1）选择抗干扰能力强的单片机作为车载子系统的核心器件，并完成相应的无线数据通信、车号显示、时间显示和打卡、下一次打卡时间提示、打卡有效性确认等任务；（2）采用单片机作为站点子系统的核心器件，并完成对不同车辆的辨别、实时钟产生与修改、时间记录、向打卡的车无线发送时间、提示和确认等任务；（3）车载子系统要求用车载电源供电，站点子系统可用AC220V供电，但要求具备停电时仍然能够工作的能力；（4）可采用SD卡或其他类型的外部存储器件作为电子卡，记录行车信息。三、项目关键技术要点（5号宋体字、行距：18，可续页）（说明该项目中的关键技术要点，主要有：传感器选型、信号调理电路设计要求、控制器设计要求、结构设计要求、显示或数据传输要求、接口与通信协议类型、面板要求等）无线通信：拟使用433MHz载波的无线数传模块，易上手， 容易实现，模块化，降低系统的复杂度，易于大面积实现。SD卡的使用：SD卡具有价格低廉，适用范围广，速度快，数据存储寿命长，易于与单片机连接（SPI接口），容易用PC进行数据处理，更换简单。时间的处理：使用单独的实时时钟（例如：DS1302），提供精准的时间供单片机使用。显示与按键：使用字符型LCD（例如：TC6963）用于显示各种信息。按键适用普通按键，实现指令的输入。主控制器：选用MSP430F1611单片机软件通信协议：使用SimpliciTI近距离无线通信协议四、设计方案说明（5号宋体字、行距：18，可续页）（较为详细说明软硬件、机壳、面板等设计方案以及样机测试方法）软件部分：汽车部分流程图：如果提示连接失败，则提示再次连接，直至连接成功。站点部分流程图：对于多辆车几乎同时到达的情况，采取先到先连接策略，因为系统的响应可以到毫秒级，因此宏观上来看可以解决这个问题。汽车发送的信息包含汽车的基本信息。回复即表示连接成功，并且其中包含当前的准确时间。一切时间以站点为准，如时间不一致，车辆将自动更新为站点的当前时间。其中在具体的通信协议方面，拟定的方案为在一帧的数据中包含了车辆的编号信息，所有收到广播的的车辆首先核对收到的信息中的车辆编号是否与本车一致，一致就相应，不一致就丢掉，等待接受下一站信息。用这个方法可以有效解决多车辆同时到达的问题。我们采用的通信协议拟为SimpliciTI，协议中已包含基本的帧格式定义。协议栈提供了常用的网路应用API，可以通过调用这些，可以实现节点（汽车）的加入、连接、通信等功能。当前需要的工作是LCD、按键、SPI口的底层驱动。SD卡的使用：为了方便PC对SD卡采集到的数据进行查看和处理，决定在单片机上实现对SD卡的基于FAT32软件格式的操作，初步实现用单片机在SD卡上创建一个txt文件，并写入少许的内容，然后再PC上查看，SD卡上是否存在和其中的内容是否一致。对于上位机软件拟采用VC+ Builder来对SD卡中的数据按照某种格式进行显示和处理。可以实现例如以下的功能：可以通过输入一些信息来查询站点和汽车近期的出勤情况等功能。硬件部分：数传模块：拟选用TI公司的CC1110微功率无线通讯模块，CC1110Fx/CC1111Fx是一个为无线应用设计的真正的低功耗无线片上系统，它内部自带了一个性能强劲的无线收发器（CC1101），内核是加强型51,内部集成了32kB的在系统可编程FLASH，并且拥有4kB的RAM，还有很多不能说述的优点，本芯片使用66的QLP36封装,更方便了使用。CC1110Fx/CC1111Fx有多种电源工作模式，非常适合作低功耗系统应用，CC1111Fx还增加了对USB2.0的全速支持，使得系统容易和PC连接，同时可以去除RS-232和低速USB的数据传输瓶颈，且具有以下特点：射频部分：1. 基于CC1101的高性能无线收发器2. 良好的接收选择性3. 高灵敏度（1.2kbps下-110dDm，1数据包误码率）4. 可编程数据传输率（可以高至500kBaud)5. 可编程输出激励（最高10dBm）6. 频率范围：300-348MHz，391-464MHz，782-928MHz7. 支持RSSI/LQI调制低功耗：工作电压低：1.8V3.6V1. 低电流消耗（接收：16.2mA 1.2kBaud,发送：16mA -6 dBm )2. 睡眠模式下0.3uA 的电流消耗（仅外部中断可唤醒）3. PM2(一种电源模式）下0.5uA的电流消耗（可由外部中断和定时器唤醒）内核及接口：1. 加强型51内核2. 支持多路DMA3. 8/16/32KB 在系统可编程FLAH4. 全速USB控制器（仅CC1111Fx）5. 128位AES加密协处理器6. 8路712位可选精度AD7. I2S接口8. 两个串口，支持SPI9. 16位DSM定时器10. 3个8位定时器11. 支持硬件调试12. 21（CC1110Fx)/19(CC1111Fx)个IO口13. 兼容CC2510Fx/CC2511Fx实际模块图：SD卡的使用：SD有两种接口模式：一种为SD模式，需用专用的SD卡驱动芯片（传输速度快）；另一种为SPI模式（传输速度稍慢）。选用SPI口接入方式，易于与MSP430的SPI口进行连接，不需要使用IO口模拟通信时序。虽然速度较慢，但对于对数据通信速率不高的系统可以接受。汽车部分：汽车时间基准以站点的时间为准，汽车通过接受站点的时间信息来保证自己的时间与之同步。上图为汽车部分硬件原理框图RF 部分使用CC1110的模块，工作在433MHz，主要适用于传输到站汽车信息，接受站点的回复信息。主控制器采用MSP430系列的16位处理器，完成控制LCD的显示，按键的处理，以及处理CC1100模块将要发送或者已接收到的帧（包括帧的封装以及帧的解析）。LCD用于显示下一次到站时间及下一站名称。按键用来触发汽车端发送以到站信息。电源管理部分详情如下：上图为汽车部分电源设计框图 站点部分： 上图为站点部分硬件原理框图以上模块基本与汽车部分相同，RF部分主要用来接收汽车部分发送来的请求帧，并且做出相应回复。LCD用来显示当前到站汽车的信息及站点准确时间。电源管理部分如下： 备用蓄电池用在市电断电的情况下，保证站点部分的正常工作，在市电不断电的情况下可以为蓄电池充电。各模块之间的通信MSP430与无线模块之间拟采用串口通信。MSP430与SD卡模块之间选用SPI模式通信，虽然速度较慢，但对于对数据通信速率不高的系统可以接受。MSP430与LCD之间拟采用并行接口连接。抗干扰措施考虑到汽车内电磁兼容环境比较复杂，为了保证通信的准确性和效率，必须加上相应的抗干扰措施。硬件方面可以在PCB上加盖屏蔽盒，来阻止一部分汽车发电机产生对无线部分的电磁干扰电源部分应该做好相应的滤波，为器件提供纯净的电源。软件部分要采用严谨的帧结构，包括前导头、同步头、CRC校验；通信协议上面向连接的需要回复的结构，这就能保证即使存在的硬件干扰是首次通信失败，也能触发后续的再次链接尝试，直至通信成功。五、经费预算计划（5号宋体字、行距：18）（对项目所需的元器件清单及购置费、印制板加工费、机壳购置等各种费用进行预算，列出经费预算清单）1、 CC1100无线数传模块*3 150元 2、 MSP430F*2 150元3、 LCD（TC6963） 100元4、 电阻、电容、按键 100元 5、 制作PCB板*2 350元6、 机壳*2 150元7、 开关电源 80元8、 开发仪器购置 500元六、预期成果（5号宋体字、行距：18）站点部分的模块先上电并开始准备接收汽车部分模块的信息，显示时间。汽车部分的模块后上电