【《某智能停车场通信控制系统的硬件和软件设计案例》3900字】

某智能停车场通信控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u20200某智能停车场通信控制系统的硬件和软件设计案例 1104371系统硬件设计 181291.1系统硬件整体设计 110569图3-1硬件设计系统结构框图 232431.2硬件各模块电路 2164501.2.1CC2530协调器主控系统 2131101.2.2电源模块电路设计模块 3318401.2.3超声波传感器采集模块 464671.2.4蓝牙电路设计模块 5322921.2.5液晶显示模块电路设计 5283662软件设计 723302.1开发环境介绍 7222182.2主程序的设计 813233图4-1软件设计系统主流程图 9143442.2超声波传感器采集程序设计 9212632.3液晶显示程序设计 1024138图4-3液晶显示程序流程图 10272212.4ZigBee无线通讯程序设计 111系统硬件设计1.1系统硬件整体设计通过第二章节对方案总体规划和选型分析后，本次设计以CC2530模块为主要控制模块，外部的输入设备为采集当前车位是否有车在位数据的超声波传感器模块，通过zigbee无线通信组网完成数据通信，协调器端搭建一个OLED12864液晶屏来完成人机交互，并通过蓝牙HC-05模块完成数据上传至手机APP。下图3-1为本次硬件电路的总体电路图。图3-1硬件设计系统结构框图1.2硬件各模块电路1.2.1CC2530协调器主控系统较所有的单片机比起来我所选用的这个单片机的频率工作属于最好的等级，并且时钟的频率的切换的跨幅可以达到36兆赫兹。最好的优点就是与同类别的单片机比起来他的容量大小非常可观，与此同时在相同的配置下成本和功效相比51系列单片机无较大差异，CC2530处理器在很多智能化领域广泛使用，特别是智能家居、智能环境监测等需大量采集参数的应用场景下。单片机的最小系统由一组按键实现系统初始化功能的复位电路及产生维持RTC时钟的晶振电路构成，晶振电路即利用了一个产生固定且稳定频率的石英振荡器来实现，通过适配电容来使得晶体可正常起振并持续稳定，本次设计选用的是32.768K晶体，匹配电容C4、C2通过计算后选用22pF。当系统正常供电后，晶振电路顺利起振给单片机带来时钟信号，用于完成单片机控制指令工作的前提条件最小系统原理图如下图3-2所示：图3-2最小系统电路设计图1.2.2电源模块电路设计模块本设计中，系统电源电路如图3-3所示。现阶段供电方式和接口均往标准化方向在发展，本次系统选用5V电源，但由于系统中存在CC2530等功能模块的需要1.3V电压，因此电源DC-DC电路是无法避免的，DC芯片选用了AMS1117-1.3型号，该型号的工作原理图与一般的线性稳压器相同，利用的是反馈调节机制维持1.3V输出电压的稳定，即便输入电压是2.4V，电源模块电路仍可实现稳压1.3V输出，具有很强的自适应性。电源DC转换电路的AMS1117的输入为VCC5，C31电容的存在是为了对输入电压进行滤波，输出电压端由C32实现高频和低频滤波的作用，实现1.3V的稳定输出。图3-3电源模块电路设计图1.2.3超声波传感器采集模块传感器模块从产品定义来解读，就是一种利用搭建在传感器表面的对环境中的参数会产生电气参数变化的敏感器件，例如温度的变化会对热敏电阻的阻值产生影响，湿度的变化会对湿敏电阻的阻值产生影响，光照亮度的变化会对光敏电阻的阻值产生影响，通过差异变化后需要一个AD数模转换模块，实现将微小的环境参数造成的电气参数变化经过信号处理参数过滤掉错误数据，并通过放大电路实现一个可量化的电参数，单片机可识别电参数并完成环境数据的采集。在本次课题中需要对待测检测车位环境是否有车在位进行检测，选用HC-SR04作为距离测量的核心部件，与单片机能够直接输出TTL电平，利用传感器的特性，将距离传输至微处理器，根据接收的指令及时间，换算出距离信息，检测精度较高，应用很广，集成度高，有助于简化外围电路设计。传感器内部集成了发射和接收模块，通过施加交流电至压电材料，运用压电效应使其进行伸缩运动而产生超声波。传感器接收到触发指令，发射出8个40KHz的脉冲指令，经过物体反射回接收部分，内部能够根据距离输出对应的高电平指令，单片机通过定时器得出脉冲持续时间，依据公式：测距距离=（高电平时间）*声速（340M/S）/2换算出当前检测到的与障碍物之间的距离。当检测到距离过近时，则表示当前车位已有车停靠，HC-SR04最重要的是ECHO管脚和TRIG管脚，用来传输触发指令和回响信号，管脚与CC2530的P05、P04相连的原理图如3-4所示。图3-4超声波传感器模块电路图1.2.4蓝牙电路设计模块在本设计中，蓝牙通信模块选择使用HC-05模块来完成MCU控制模块与手机APP之间的数据通信功能，单片机将采集的车位是否有车的数据传输至手机APP，同时单片机接收手机APP输入的控制信号，实现双向通信功能，本系统主要应用到数据传输功能。HC-05作为蓝牙通信芯片在许多场合能被大量应用，一方面能实现数据之间传输和共享，另一方面用户能自主校调ROM，在无线数据监测和控制系统中很受开发者热捧。蓝牙通信电路设计如图3-5所示，HC-05芯片的VCC供电管脚连接至5V电压，地管脚接GND，保持稳定电压供电，EN为使能脚，可通过单片机控制切换蓝牙待机与工作的状态，BT-TX管脚连接至单片机的RX管脚，BT-RX管脚连接至单片机的TX管脚，实现与单片机串口的通信。图3-5蓝牙模块电路设计图1.2.5液晶显示模块电路设计由于人机交互的需求，本次设计通过OLED12864来呈现系统数据，体现当前停车场管理系统的车位状态数据，使得用户可一目了然的获取停车场系统当前的车位余量。因此如何合理展示数据就是设计的重点考量点。OLED12864液晶屏的尺寸大小为0.96寸，具有自发光的功能，在1.3V的正常供电下可点亮背光，屏幕的像素矩阵划分为X轴方向8个页地址，Y轴方向128个列地址，而每一单元均通过存储寄存器上的对应定位的0/1来映射，实现亮暗数据的切换。本次OLED12864使用IIC通信协议进行数据显示驱动。液晶屏管脚SCL为液晶屏的时钟信号线，SDA是液晶屏的数据信号线，此两根信号线与单片机管脚连接，单片机运行完数据逻辑处理后实现显示数据借助SCL和SDA传输到OLED12864液晶的个每一个寄存器上，进而完成数据的直观显示，设计过程中务必遵循OLED12864的数据时序图，按照所制定的逻辑规则进行程序编译。OLED12864液晶屏为6个管脚的器件，5脚为VCC电源脚，与1.3V电源线相连实现供电。6脚为GND接地脚，连接到地线上，3脚为SCL为时钟信号线，与单片机管脚P13直连，4脚为SDA是液晶数据线与单片机的P12连接实现实时通信，液晶显示模块的原理图如图3-6所示。图3-6液晶显示模块电路设计图

2软件设计2.1开发环境介绍基于系统的设计开发完成硬件底层的设计和连接后，下一步就是应用层的功能软件设计，需要一个合适便捷的工具来进行代码编译和运行调试等设计步骤，实现系统主程序和各子功能调用程序的模块划分和编写，汇编语言是最早产生的一种软件编程语言，随着时代的发展和技术的改良，C语言出现完全替代掉繁琐的汇编语言，现主流设计均采用C语言进行设计，针对C语言的编译工具也根据不同平台开发了例如keiluvison、IDE、MDK等代码工具，甚至树莓派的py语言也是在C语言的基础上发展而来。本次系统开发的编程平台选择了拥有广泛群众基础的IAR，软件的界面和操作便利性得到了很大的提升和改进。在兼容性方面也很强大，可包容51全系列的单片机控制器产品、功耗极低的MSP430系列产品以及嵌入式平台的STM32系列单片机处理器，软件首先要建立一个工程文件，随后分支建立第二级、第三级等子功能模块调用函数的.C文件和.H文件，在主程序中实现库函数和功能模块函数之间的循环调用。模块化的编译方式在查找问题时也显得轻松，将范围缩小至一个函数中，待每个函数都可执行下去且无出现任何bug和错误信息，则表明程序函数的编译完成，可生成HEX文件下载至控制器内，完成系统的软硬件结合。2.2主程序的设计主程序流程为系统上电后首先完成系统参数各配置项的初始化，系统开启后完成系统配置初始化，清楚标志位和显示缓存区，系统调用超声波传感器采集程序，完成实时的停车场环境数据的停车状况采集和识别，完成当前停车场环境参数信息的读取，随后为了将数据直观显示出来，需调用zigbee通信将数据发送到协调器，实现协调器与采集端数据同步的功能。下一步就是协调器要对液晶显示程序进行调用，完成当前停车场环境管理系统的实时采集数据的显示，包含各车位的状态、车位余量与引导方向，同步调用蓝牙无线通信模块将数据发送至手机端，可通过APP实时查看，整个系统的主程序的具体流程图如图4-1所示。图4-1软件设计系统主流程图2.2超声波传感器采集程序设计本次智能停车场管理系统的基础工作便是对当前车位是否已有车辆停留的参数进行采集，首先完成各传感器的管脚连接定义，通过不同的管脚名称可以分辨出不同的传感器数据。当系统初始化时，传感器配置内的数据缓存均被消除，当传感器IO输入电平为高时，传感器不进行采集操作，当返回一个低电平信号后，传感器对当前数据进行采集。完成一组数据的接收和写入后，传感器采集程序返回，等待下一次调用。传感器程序流程图如图4-2所示。图4-2采集程序流程图2.3液晶显示程序设计对于本次OLED液显示的驱动过程程序设计，必须查明液晶屏规格书内给出的OLED12864时序图中的信号顺序，只有依照该时序方可正常驱动液晶屏点亮，完成对液晶屏的初始化后对信号进行检测，随后延时5ms后进入判断当前液晶的状态是否忙，若清屏状态下会显示清屏（0x01），若判断为未清屏，则会显示关闭；随后可写入液晶指令数据，就需要重新显示字符；如果显示完成，就可以进入下一个软件程序。液晶程序显示流程图如图4-3所示。图4-3液晶显示程序流程图2.4ZigBee无线通讯程序设计(1)、ZigBee网络节点的软件设计ZigBee模块其作用主要分为三种协调器、路由器节点、终端设备节点这三种。节点软件系统大致分为主程序处理模块，初始化模块，网络和通信模块，数据获取和转换模块，并且通信服务模块包括接收数据处理模块，发送模块等。(2)、协调器软件设计首先我们要做的是进行开机上电的操作，对于所用到的硬件进行初始化操作；接着我们将对软件配置进行初始化操作；其次建立一个我们所需要的ZigB