基于射频id的校园监控系统硬件设计

基于射频ID的校园监控系统硬件设计,本课题的任务是设计一个基于S3C2410的嵌入式ARM开发平台，并通过串口与GPS模块，RFID模块，GPRS模块相连，读取GPS数据，在电子地图上实时显示，根据需求分析，比较了各种嵌入式处理器的性能与结构，最终选择了三星公司的ARM9T系列微处理器S3C2410。,在充分考虑开发平台的通用性、可扩展性，将开发平台设计成核心板和扩展板两部分，两部分通过总线相连。核心板包括复位模块、系列时钟模块、JTAG调试端口、SDRAM模块、FLASH模块；扩展板包括电源模块、USB模块、SD模块、GPS模块、RFID模块、GPRS模块、串口模块等。,硬件设计整体方案,系统平台选择：采用三星公司的ARM处理器，它是一款高性价比，低功耗的16/32位RISC结构，处理速度快，ARM9采用5级流水线技术，大大提升了处理速度，工作频率可达400MHz，ARM9微处理器有丰富的片内外围电路，如USB、UART、SPI、LCD等接口，根据系统的需求分析，可以简化系统的设计，同时提高系统的可靠性及扩展性，而且ARM9处理器性价比高，现阶段市面上有许多ARM开发板可供开发者选择，可以得到更多技术支持。,SDRAM的选择,SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于Flash存储器，且具有读/写的属性，因此，SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。 SDRAM的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时刷新（充电）。因此，要在系统中使用SDRAM，就要求微处理器具有刷新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。,目前常用的SDRAM为8位/16位的数据宽度，我们可根据系统需求构建16位或32位的SDRAM存储器系统。本设计中使用两片三星K4S561632E-TC75芯片构建32位的SDRAM存储系统。每片K4S561632E的存储容量为16比特16M位（32M字节），工作电压为3.3V，常见封装为54脚TSOP，兼容LVTTL接口，支持自动刷新（Auto-Refresh）和自刷新（Self-Refresh）,16位数据宽度。,Flash存储器是一种可在系统（In-system）进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程（烧写）、拔除等特点。并且可由内部嵌入式的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，Flash在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。,FLASH模块,NOR Flash的特点是芯片内执行，这样应用程序可以直接在Flash内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在14MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NAND Flash结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快，应用NAND的困难在于Flash的管理和需要特殊的系统接口。Flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何Flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NOR Flash的读写速度比NAND Flash稍快一些NAND Flash的写入速度比NOR Flash快很多NAND Flash的4ms擦除速度远比NOR的5s快大多数写入操作需要先进行擦除操作NAND 的擦除单元更小，相应的擦除电路更少 基于以上分析，我们用NOR Flash存储启动代码，NAND Flash存储操作系统和应用程序代码。NOR Flash我们选用现代公司的HY 29LV160B(2M8bit/1M16bit)，NAND Flash选用三星的K9F1208UOM(64M8bit)。,串口模块（UART),几乎所有的微控制器、PC都提供串行接口，使用电子工业协会（EIA）推荐的RS-232-C标准，这是一种很常用的串行数据传输总线标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。早期它被应用于计算机和终端通过电话线和MODEM进行远距离的数据传输，随着微型计算机和微控制器的发展，不仅远距离，近距离也采用该通信方式。在近距离通信系统中，不再使用电话线和MODEM，而直接进行端到端的连接。,要完成最基本的串行通信功能，实际上只需要RXD、TXD和GND即可，但由于RS-232-C标准所定义的高、低电平信号与S3C2410B系统的LVTTL电路所定义的高、低电平信号完全不同（S3C2410的异步串行通讯接口不是RS232逻辑），S3C2410系统的LVTTL的标准逻辑“1”对应2V3.3V电平，标准逻辑“0”对应0V0.4V电平，而RS-232-C标准采用负逻辑方式，标准逻辑“1”对应-5V-15V电平，标准逻辑“0”对应+5V+15V电平，显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换，所以选用德州仪器公司的MAX3232低功耗芯片，将TTL电平转换为RS232电平。,GPS模块,GPS是GPS定位信息的接收机，本设计直接采用OEM板GPS模块，从GPS模块可以直接得到GPS卫星的定位信息，而不需要了解太多GPS原理上的知识、算法等，因此加快开发速度。并且，GPS模块大多采用专用的处理芯片和相关算法，提高了GPS定位信息的精度。 本设计采用了Trimble公司的Lassen iQ46240接受机模块。它是12通道的GPS接受机模块，同时可以跟踪12颗GPS卫星，跟踪性能优越，能够快速定位。E531接收机功耗低数据更新率为每秒一次，能满足硬件系统的需求，性价比较高。,GPRS模块,本设计采用的GPRS模块是短信收发系统的核心是西门子的GSM模块TC35I，它主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。搭建出与TC35I协调工作的外围电路，是整个系统稳定工作的关键。本设计通过两种途径进行设计：一是通过CH34I实现计算机和TC35I的通信，ARM负责TC35I的启动和网络状态检测，最终形成一种带USB接口的天线modem；二是GPS和TC35I进行串行通信，同时负责TC35I的启动和网络状态检测，最终形成一种手持式的短信收发设备。这两种途径都可以制作出具有短信收发功能的收发平台，工作稳定，扩展性强 。,RFID模块,RFID射频卡分为主动式和被动式射频卡，被动式卡无需电池，由读写器产生的磁场中获得工作所需要的能量2，但读取距离较近，且单向通信，局限性较大。主动式卡除了具备被动式卡的很多特性外，还具有读取距离更远，性能更可靠等优点，但是主动式射频卡采用电池供电，为了延长电池使用寿命，对卡片功耗有很高要求。本系统射频卡采用nRF24E1芯片设计实现。,nRF24E1是由Nordic推出的一款带2.4GHz无线收发器nRF24E1和增强型8051内核的无线收发模块。nRF24E1主要适用于各种短距离的无线设备互联应用场合，