智能汽车道闸控制系统的研发

1、word文档整理分享智能汽车道闸控制系统的研发1、设计要求设计的智能汽车道闸控制系统就是物联网技术在实际生活中的一个应用，能够对进出车辆自动辨别以及自动控制汽车道闸，很好地解决了人为操作所带来的 问题。2、设计作用与目的当今社会飞速发展，车辆越来越多，对车辆有效、安全的管理却逐渐成为一 个越来越成为人们关注的话题。汽车道闸工作方式简单，却能有效的管理车辆进 出，现在被越来越多小区、停车产、公司等都选作为管理车辆进出的一个平台。 但人为的辨别和控制有时却很难做到安全、高效，偶尔的失误，却可能会给人们 的安全带来隐患。3、设计方案本系统以ARM Cortex-M3为内核、主频达50MHZ勺32位微

2、处理器LM3S6965勺硬件平台为基础,利用其自身所携带的串口模块、同步串行接口模 块、以及以太网模块，主要用于实现对车辆的识别、道闹的控制、来往记录的保 存、数据的及时更新和来往车辆信息显示等功能。4、系统硬件设计4.1智能道闸控制系统的硬件组成智能道闹控制系统的硬件设计主要包括 ARM嵌入式基本系统、无线通信激励 的设计、无线通信模块、串口 232模块、时钟模块和TCP/IP通信模块的硬件 设计等。为了实现以上各模块的功能，以及高性能、低价格、设计方便等要求。 本文采用在ARM嵌入式基本系统的基础上架构硬件平台，对各个模块的硬件电路 进行独立设计。利用LM3S6965内置通用异步收发器（U

3、ART模块配合RS232收发 电路,实现RS232通信；同时利用LM3S6965内置以太网控制器模块配合自带隔离 变压的RJ45网络接口构成网络通信电路；外设时钟芯片，并通过相关软件设计， 实现系统时钟的实时性。利用 PIC16F690单片机、高速MOSFE驱动器及 125KHz天线组成无线通信的激励源。CC2530拥有RF内核控制模拟无线电模块和休眠功能，配合外围的唤醒电路，可完成低功耗、长距离无线通信的要求。系 统组成如图3-1所示尢纯通信jj无线通伯2发送瓜註搖临林锻ZLCD接口 |=N嵌入丈系做：!映HV:m利捋M邮地處信J接收模块RS2324SU图3-1能道闸控制系统組成4.2、微处

4、理器LIVI3S6965介绍在设计主控制系统时，根据控制任务的复杂程度和可靠性、稳定性、精度等 指标要求选择一种性价比合理的嵌入式芯片,所以本文选用了 LM3S6965这款基 于ARMCortex-M3内核的芯片作为主控制器。4.2.1、LM3S6965的主要特点LM3S696款基于ARM Cortex-M3的微控制器。ARM Cortex-M3处理器是从ARM处理器系列中移植过来，为高性能、低成本、低功耗的平台提供一个满 足小存储要求解决方案、简化管脚数、以及低功耗三方面要求的内核，与此同时,它还提供出色的计算性能和优越的系统中断响应能力。LM3S6965它包括所有的16位Thumb指令集和

5、基本的32位Thumb-2指令集 架构,Cortex-M3处理器不能执行 ARM旨令集。Thumb-2在Thumb指令集架构 (ISA)上进行了大量的改进，它与Thumb相比,具有更高的代码密度并提供16/32 位指令的更高性能。非常适用于那些对存储器有限制或者需要较高代码密度的 大批量生产的应用。LM3S6965部包含了技术需求中常用的接口。LM3S6965主要特点如下：(1)32 位 ARM Cortex巴M3 v7M 架构；50MHz操作频率；含有256KBFIash和64KB SRAM内部存储器；IO/IOOMbps以太网控制器,由完全集成的媒体访问控制(MAC和网络物理(PHY)接口

6、器件组成；(5)4个通用定时器模块,每个提供2个16位定时器；看门狗定时器；通用DMA空制器；(8) 2个内部集成电路(I2C)模块、1个同步串行端口(SPI/SSP)模块以及3个通 用异步收发(UART)模块；(9) 1个正交编码接口(QEI)、模数转化器、模拟比较器以及脉宽调试器 (PWM)4.2.2 LM3S6965的内部结构LM3S6965一款基于ARM Cortex-M3的微控制器,该微控制器包念了 lO/lOOMbps以太网控制器、3个UART 4路模拟输入通道、1个同步串行端口 (SPI/SSP)、2个I2C接口、1个QEI接口和6个脉宽调试输出端口。4. 3主控制器的硬件设计4

7、.3.1、LM3S6965基本系统设计LM3S6965包括有4个时钟源可供使用,它们分别为主振荡器、内部振荡器、 内部30KHz振荡器和外部实时振荡器。内部振荡器频率是12MH30%在上电复位过程中和上电复位之后使用的时钟源，软件以后可切换为另一种可用的时钟 源。主振荡器在1 MHz?8.192MHZ的频率下操作，本系统使用外部6MHz的晶振, 微处理器的工作频率可通过内部 PLL单元提高。内部30KHZ振荡器与内部振荡 器类似,它提供30KHz 30%勺工作频率，主要用在深度睡眠的节电模式中。外部 实时振荡器是提供一个低频率、精确的时钟基准，是休眠模块的一部分。LM3S6965有 5个复位源

8、:RESET管脚复位、看门狗复位、上电复位(POR)、 内部掉电复位(BOR)和软件启动复位。任何复位源可使芯片复位有效，一旦操作 电压到达一个可使用的级别，则启动唤醒定时器。复位将保持有效直至外部的复 位被撤除,振荡器开始运行。当计数经过了固定的时钟个数后 ，Flash控制器已 完成其初始化。本次设计采用了上电复位和手动复位相结合的方案，基本系统如图3-3所示主要标明LM3S6%的各种类型电源和地线管脚的连接方式。需要注意的是，对于不同类型的电源和地,处理方式应有所不同,具体描述如表3-1所示。图3-3中 主要标明LM3S696吶部各类外设接口与具体功能电路间的引脚连接,包括SPI 通信、调

9、试接口、 UART!信、以太网通信、LCD接 口、按键等功能电路。表3-1 LM3S6965电源/地管脚描述管脚描述VDDGND数字电源和地。为10 口提供3.3V数字供电电压和0V数字地VDDAGNDA模拟屯源和地。它们应当与 LM3S6965勺数字电源电压相同，但为 了降低噪声和出错儿率,该电源应当与LM3S6965勺数字电源隔 离。VDD25内核电源电压LDO低压差稳压器输出电压。匕可以被用来给控制器的大部份内部逻 辑提供电源。在设计时,需与VDD25S脚相违,输出电压在2.25V2.75V之内,可通过LDO功率控制器调节VCCPHYGNDPHY以太网PHYt压和低VBATRTC外设3.

10、3V供电电压,由3.3V电源及外置电池供电3. 3. 2人机交互模块设计a、LCD液晶显示LM1095R液晶显示模块同LM3S6965勺硬件连接如图3-3、图3-4所示LM1095R是一款192X 128点阵中文/图形液晶显示模块,内置RA8803空制 器。模块不仅可以显示单一的文本，还能显示图形。在文本模式下能够实现大小 字体的混编（最大字体为64X64）,在连续输入数据时,模块能够自动调节行距。 使显示画面更加美观，大大节省用户的开发是时间。他的主要特点有：单电源供电，内置升压电路；白色LED背光； 高对比度，FSTN型LCD屏； 双图层内存（2X9.6K显示存储器）；内嵌简体中文字库（7

11、602个汉字）；可自定义16个字符。LM1095R液晶显示器的结构框图如图3-5,管脚功能如表3-2所示图3-5LM1095R结构框图表3-2 LM1095R管脚描述管脚描述Vout电压调节输出管脚V0液晶参考电压管脚VDD数字电压5V管脚VSS数字电源地/CS片选信号管脚，低电平时，使能数据传输总线RS寄存器选择管脚/WR写入使能管脚、低电平有效/RD读出使能管脚、低电平有效DBA DB7数据传输总线/RST复位管脚VBLA背光供电管脚b、按键设计 键盘模块采用了 5个独立按键来实现其功能，键盘操作是依据按键按下时引起 信号的电平变化来判断具体哪个按键按下，然后执行相应的操作。这5个按键设

12、计如图3七所示。KEYR54 HKLT5K=.r. iK“Itu按键设计按键功能如表3-3所示按键功能描述KEY1（ENTEF）进入菜单KEY2 （UP 键）向上移动光标KEY3 （RIGHT键）向右移动光标KEY4 （DO键）确认或修改参数KEY5 （ESC键）返回上级菜单或跳出菜单3. 3. 3网络模块设计LM3S696呐置以太网控制器。以太网控制器由一个完全集成的媒体访问控制器（MAC和网络物理（PHY）接口器件组成19,完全支持10BASE-T和100BASE-TX标准,只需要一个双路1:1隔离变压器2】就能与线路相连。网络通信模块 框图如图3-7所示。图3-7网络通信模块框图以太网控

13、制器中的物理层（PHY）主要包括扰码器、解扰器、集成的编码解码器、 全功能自协商功能和双速时钟恢复。发送器包含一个线路驱动器和一个片内脉 冲整形器。接收器有一个自适应均衡器和一个校准时钟及恢复数据所需的基线 恢复电路。PHY有一个片内晶体振荡器，这个振荡器也可由一个外部振荡器驱动 当由外振荡器驱动时，XTALNPHY口 XTALPPH管脚之间应接一个25MHZ勺晶体。 同时丄M3S6965为PHY配置了 2个LED信号，用来指示以太网控制器操作的各种 状态。网络通信模块的设计如图 3-3、3-8所示。图3-8网络通信模块设计3. 3. 5数据存数模块硬件设计数据存数模块包括两部分：时钟电路设计

14、和SD卡接口设计1、时钟模块电路设计时钟模块现在越来越多得被应用到各种电路设计中，它能提供给系统准确的 实时时钟。DS1302是 DALLAS司推出的一款高性能、低功耗的涓流充电时钟 芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM它可以对年、月、日、周 日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能。时钟模块电路设计如图3-10所示图340时钟模块设计DS1302具有双电源管脚，供主电源和备份电源供电,同时提供了对后备电源进行 涓细电流充电的能力。如图3-10所示,3V为DS1302的后备电源，由3V的纽扣 电池供电,防止其主电源掉电时,内部数据丢失。DS1302与单片机之间能简单地 采用同步

15、串行的方式进行通信,仅需用到3根信号线:RES （复位/片选 线）,（2）I/O （ 数据线）,（3） SCLK （串行时钟）。DS1302管脚的功能如表3-5所 示。表3-5DS1302管脚功能引脚号引脚名称引脚功能1VCC2主电源2、3X1, X2振荡源，外接32.768KHZ晶振4GND地线5RES复位/片选线6I/O串行数据输入/输出端（双向）7SCLK串行时钟输入端8VCC1后备电源2、SD卡与LM3S6965硬件接口设计SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移

16、 动灵活性以及很好的安全性。目前在嵌入式系统中已取得越来越广泛的应用。对SD卡进行软硬件设计首先要选择 SD卡的总线模式。SD卡有两种总线模 式：SD总线模式和SPI总线模式23。本设计采用SPI模式。SD卡引脚共有9个。在SPI模式下,SD卡1-7号引脚依次为片选引脚SSEL, 数据输入MOSI,电源地,电源引脚VDD时钟信号SCK,电源地,数据输出MISO,8 脚与9脚在SPI模式下保留。根据SPI总线通信的协议规定，要求SPI总线在空 闲时应置于高电平状态，因此SSEL MISO MOSI SCK引脚应外接10K上拉电阻。SD卡与LM3S6965勺硬件接口如图3-11所示SD Inler

17、laceMVWK IQK HJK WK1冏rl鹉祜.1咽任二Id litSSUTi RS讯匕曲廊一!二亠二承d亠二fia图3-11 SD k仃LM3S6965的似件接丨I3.3.6其他接口及电路1、道闸控制开关电路系统控制道闸 关的电路设计如图3-12所示，其中丫1为道闸的开启管脚，丫2 为关闭管脚，COM1和COM为道闸的公共信号管脚。ULN2803是一款反向输出型 芯片。当系统上电稳定后，ULN2803芯片的两个输入管脚为低电平，则对应的输 出管脚为高电平，继电器不闭合。当ULN2803芯片的两个管脚为高电平时，继电 器闭合，丫I、Y2管脚分别与其对应的公共信号管脚连接，则系统控制道闸开关

18、。二 Hrr一 亠一=.图3-12道闸控制开关电路2、JTAG接口电路JTAG接口电路，如图3-13所示。单片机通过JTAG与主机的并口连接,先把 程序下载到FLASH内,再进行调试,这样就更为方便地调试程序,节省了时间的同 时也降低了成本。ijfkrnunuLnrrrmIo图3-13 JTAG接口电路圈图3.4无线通信的硬件设计3. 4. 1无线通信激励源硬件设计 无线通信模块主要包括无线通信激励源，无线通信发送标签和无线通信接收标签。 无线通信激励源的作用是通过天线,不断向外发送125KHZ频率的载波信号,使放 置在车辆上的无线通信发送标签从睡眠状态转化为正常工作状态。1、PIC16F69

19、0 介绍PIC16F690有许多功能24,旨在最大限度地提高系统可靠性,通过减少外 部元件将成本降至最低，并提供省电工作模式和代码保护功能。有两个定时器提 供必要的上电延时。一个是振荡器起振定时器(OST),旨在确保芯片在晶振达到稳定之前始终处于复位状态。另一个是上电延时定时器(PWRT)仅在上电时提供64 ms (标称值)的固定延时，用来确保器件在供电电压稳定之前处于复位状 态。还有当器件发生欠压时使器件复位的电路，该电路可使用上电延时定时器， 提供至少64ms的复位延时。有了这三种片上功能，绝大多数应用就无需再外接 复位电路了。PIC16F690包含的技术特点如下： 高性能的CPU仅需学习

20、35条指令；(2)精准的内部振荡器； 节能休眠模式、宽电压工作范围(2.0V 5.5V)、工业级和扩展级温度范围;(4) 增强型 USAR模块一支持 RS485 RS-232和 LIN2.0,I2C;(5) 17个I/O引脚和1个只用作输入的引脚；2个模拟比较模块,A/D转换器；3个时钟定时器；(8)增强型PWM模块。PIC16F690的硬件设计如图3-14所示参考资料J/eH K?pri k -彳 一wymmt !fcLX-CflSVM- - img预igfLKOCT - ；FiHTKnssntw駡R&kAlMWM. HaJcaHItft&AIIXDT 丰 ELfihSLK.%Z - ?_-

21、 WTTVfT： sh hi-M-gze论 RT： AhMl Jhn RT、陽:ffi： Fl律 議弋 3C13SWBCKamo耐BCTiiTITRCbiWIilS 叩仲引JO時 Lr LkFA 煌LIAJWTP 拓 llh HTfiniV|图3-14 PIC16F690硬件电路设计PIC16F690采用内部晶振,频率为8MHz图中SW3为PIC16F690的复位按键,管脚5是向外输125KHZ勺PWMK波信息。2、激励源硬件设计125KHZ载波信号生成设计如图3-15所示。为了增加无线唤醒覆盖范围,图3-15设计了 3路无线信号发生电路，在实际现场中分别负责3块唤醒区域，确保车上无线通信模块

22、能被唤醒VTHiSTK 5Dn|M图3-15 125KHz载波生成设计PIC16F690管脚产生125KHz的载波信号,即唤醒信号，SN74AC08是与门芯片,CS_OUTPUT是信号中断开关信号。当 PIC16F690向外发送125KHz的载波信号 时,CS_OUTPUT_t号置高。当该次唤醒信号发送完毕,CS_OUTPUT_信号置低, 当下次发送唤醒信号时。CS_OUTPUT信号再次置高。唤醒信号通过高速MOSFE驱动器TC4422将信号放大。3. 4. 2 无线通信模块硬件设计无线通信模块分为两部分，一个称为无线通信发送标签，一个称为无线通信 接收标签。根据任务需要，需选择一款满足低功耗、可靠性高、