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质生活中的一个应用，能够对进出车辆自动识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、设计作用与目的此刻社会飞速发展，车辆愈来愈多，对车辆有效、安全的管理却逐渐成为一个愈来愈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，此刻被愈来愈多小区、泊车产、公司等都选作为管理车辆进出的一个平台。但人为的识别和控制有时却很难做到安全、高效，有时的失误，却可能会给人们的安全带来隐患。3、设计方案本系统以ARMCortex-M3为内核、主频达50MHZ勺32位微办理器LM3

2、S6965勺硬件平台为基础,利用其自己所携带的串口模块、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、来往记录的储存、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构成智能道闹控制系统的硬件设计主要包含ARM嵌入式基本系统、无线通讯激励的设计、无线通讯模块、串口232模块、时钟模块和TCP/IP通讯模块的硬件设计等。为了实现以上各模块的功能，以及高性能、便宜钱、设计方便等要求。本文采纳在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（UART模块配合RS232收发

3、电路,实现RS232通讯；同时利用LM3S6965内置以太网控制器模块配合自带阻隔变压的RJ45网络接口构成网络通讯电路；外设时钟芯片，并经过相关软件设计，实现系统时钟的及时性。利用PIC16F690单片机、高速MOSFE驱动器及125KHz天线构成无线通讯的激励源。CC2530拥有RF内核控制模拟无线电模块和休眠功能，配合外头的唤醒电路，可达成低功耗、长距离无线通讯的要求。系统构成如参照资料word文档整理分享图3-1所示尢纯通讯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、微办理器LIVI3

4、S6965介绍在设计主控制系统时，依据控制任务的复杂程度和靠谱性、稳固性、精度等指标要求选择一种性价比合理的嵌入式芯片,所以本文采纳了LM3S6965这款基于ARMCortex-M3内核的芯片作为主控制器。4.2.1、LM3S6965的主要特色LM3S696款基于ARMCortex-M3的微控制器。ARMCortex-M3办理器是从ARM办理器系列中移植过来，为高性能、低成本、低功耗的平台供应一个满足小储存要求解决方案、简化管脚数、以及低功耗三方面要求的内核，与此同时,它还供应优异的计算性能和优胜的系统中断响应能力。LM3S6965它包含全部的16位Thumb指令集和基本的32位Thumb-2

5、指令集架构,Cortex-M3办理器不可以执行ARM旨令集。Thumb-2在Thumb指令集架构(ISA)长进行了大量的改进，它与Thumb对比,拥有更高的代码密度并供应16/32位指令的更高性能。特别适用于那些对储存器有限制也许需要较高代码密度的大量量生产的应用。LM3S6965部包含了技术需求中常用的接口。LM3S6965主要特色以下：(1)32位ARMCortex巴M3v7M架构；参照资料word文档整理分享50MHz操作频率；含有256KBFIash和64KBSRAM内部储存器；IO/IOOMbps以太网控制器,由完好集成的媒体接见控制(MAC和网络物理(PHY)接口器件构成；(5)4

6、个通用准时器模块,每个供应2个16位准时器；看门狗准时器；通用DMA空制器；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)、模数转变器、模拟比较器以及脉宽调试器(PWM)4.2.2LM3S6965的内部结构LM3S6965一款基于ARMCortex-M3的微控制器,该微控制器包念了lO/lOOMbps以太网控制器、3个UART4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。3主控制器的硬件设计4.3.1、LM3S6965基本系统设计LM3S6

7、965包含有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振荡器和外面及时振荡器。内部振荡器频率是12MH30%在上电复位过程中和上电复位以后使用的时钟源，软件以后可切换为另一种可用的时钟源。主振荡器在1MHz?8.192MHZ的频率下操作，本系统使用外面6MHz的晶振,微办理器的工作频率可经过内部PLL单元提升。内部30KHZ振荡器与内部振荡器近似,它供应30KHz30%勺工作频率，主要用在深度睡眠的节电模式中。外面及时振荡器是供应一个低频率、精准的时钟基准，是休眠模块的一部分。LM3S6965有5个复位源:RESET管脚复位、看门狗复位、上电复位(POR)、内部掉电复位

8、(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，则启动唤醒准时器。复位将保拥有效直至外面的复位被撤掉,振荡器开始运转。当计数经过了固定的时钟个数后，Flash控制器已达成其初始化。本次设计采纳了上电复位和手动复位相结合的方案，基本系统如图3-3所示参照资料word文档整理分享主要注明LM3S6%的各种种类电源和地线管脚的连接方式。需要注意的是，对于不一样种类的电源和地,办理方式应有所不一样,具体描画如表3-1所示。图3-3中主要注明LM3S696吶部各种外设接口与具体功能电路间的引脚连接,包含SPI通讯、调试接口、UART!信、以太网通讯、LCD接口、按

9、键等功能电路。表3-1LM3S6965电源/地管脚描画管脚描画VDD数字电源和地。为10口供应3.3V数字供电电压和0V数字地GNDVDDA模拟屯源和地。它们应当与LM3S6965勺数字电源电压同样，但为了降低GNDA噪声和出错儿率该电源应当与LM3S6965勺数字电源阻隔。,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供应电源。在设计时需与VDD25S脚相违,输出电压在2.25V?,2.75V以内,可经过LDO功率控制器调理VCCPHY以太网PHYt压和低GNDPHYVBATRTC外设3.3V供电电压,由3.3V电源及外置电池供电3.2人机交互模块设

10、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所示参照资料word文档整理分享LM1095R是一款192X128点阵中文/图形液晶显示模块,内置RA8803空制器。模块不但可以显示单一的文本，还可以显示图形。在文本模式下可以实现大小字体的混编（最大字体为64X64）,在连续输入数据时,模块可以自动调理行距。使显示画面更加雅观，大大节约用户的开发是时间。他的主要特色有：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显示储存器）；内嵌简体中文字库（7602个汉字）；可自定义16个字符。参照资料word

11、文档整理分享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3-2LM1095R管脚描画管脚描画Vout电压调理输出管脚V0液晶参照电压管脚VDD数字电压5V管脚VSS数字电源地/CS片选信号管脚，低电平常，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DBADB7数据传输总线/RST复位管脚VBLA背光供电管脚参照资料word文档整理分享b、按键设计键盘模块采纳了5个独立按键来实现其功能，键盘操作是依照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，而后执行相应的操作。这5个按键设计如图3

12、七所示。KEYR54HKLT5K=.r.iK“Itu按键设计按键功能如表3-3所示按键功能描画KEY1（ENTEF?）进入菜单KEY2（UP键）向上挪动光标KEY3（RIGHT键）向右挪动光标KEY4（DO键）确认或更正参数KEY5（ESC键）返回上司菜单或跳出菜单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好集成的媒体接见控制器（MAC和网络物理（PHY）接口器件构成19,完好支持10BASE-T和100BASE-TX标准,只需要一个双路1:1阻隔变压器2】就能与线路相连。网络通讯模块框图如图3-所示。参照资料word文档整理分享图3-7网络通讯模块框图以太网控制器

13、中的物理层（PHY）主要包含扰码器、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面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。网络通讯模块的设计如图3-3、3-8所示。参照资料word文档整理分享图3-8网络通讯模块设计3.5数据存数模块硬件设计数据存数模块包含两部分：时钟电路设计和

14、SD卡接口设计1、时钟模块电路设计时钟模块此刻愈来愈多得被应用到各种电路设计中，它能供应给系统正确的实不时钟。DS1302是DALLAS司推出的一款高性能、低功耗的涓流充电时钟芯片，内含有一个实不时钟/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，且拥有闰年赔偿功能。时钟模块电路设计如图3-10所示参照资料word文档整理分享图340时钟模块设计?DS1302拥有双电源管脚，供主电源和备份电源供电,同时供应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,防范其主电源掉电时,内部数据丢下。DS1302与单片机之间能

15、简单地采纳同步串行的方式进行通讯,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（SecureDigitalMemoryCard）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、极大的挪动灵巧性

16、以及很好的安全性。眼前在嵌入式系统中已获得愈来愈广泛的应用。对SD卡进行软硬件设计第一要选择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。本设计采纳SPI模式。参照资料word文档整理分享SD卡引脚共有9个。在SPI模式下,SD卡1-7号引脚挨次为片选引脚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模式下储存。依据SPI总线通讯的协议规定，要求SPI总线在空暇时应置于高电平状态，所以SSELMISOMOSISCK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SDInler

17、laceMVSSUTiRS1冏-rl鹉祜.1咽任二WKIQKHJKWKIdlit讯匕曲廊一!_fi二a亠二承图3-11SDk仃LM3S6965的似件接丨I3.3.6其余接口及电路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，此中丫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。当系统上电稳固后，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常，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。参照资料word文档整理

18、分享亠二Hrr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。单片机经过JTAG与主机的并口连接,先把程序下载到FLASH内,再进行调试,这样就更加方便地调试程序,节约了时间的同时也降低了成本。IrnuijfknrrrmonuL图3-13JTAG接口电路圈图3.4无线通讯的硬件设计4.1无线通讯激励源硬件设计无线通讯模块主要包含无线通讯激励源，无线通讯发送标签和无线通讯接收标签。无线通讯激励源的作用是经过天线,不停向外发送125KHZ频率的载波信号,使搁置在车辆上的无线通讯发送标签从睡眠状态转变成正常工作状态。1、PIC16F690介绍PIC16F690有许

19、多功能24,旨在最大限度地提升系统靠谱性,经过减少外面元件将成参照资料word文档整理分享本降至最低，并供应省电工作模式和代码保护功能。有两个准时器供应必需的上电延时。一个是振荡器起振准时器(OST),旨在保证芯片在晶振达到稳固从前一直处于复位状态。另一个是上电延时准时器(PWRT)仅在上电时提供64ms(标称值)的固定延时，用来保证器件在供电电压稳固从前处于复位状态。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准时器，供应最少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包含的技术特色以下：高性能的CPU仅需学习35条指令；精准的

20、内部振荡器；节能休眠模式、宽电压工作范围(2.0V5.5V)、工业级和扩展级温度范围;加强型USAR模块一支持RS485RS-232和LIN2.0,I2C;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变换器；3个时钟准时器；加强型PWM模块。PIC16F690的硬件设计如图3-14所示参照资料word文档整理分享J/eHK?priK-彳一wymmt!fcLX-CflSVM-img预igfLKOCT-；R&kAlMWM.HaJcaHItft&AIIXDT丰ELfihSLK.%Z-?_-WTTVfT：gze论RT：AhMlJhn時LrLkFART、陽:ffi：Fl律議弋煌LIA

21、JWTP拓3C13SWBCllhHTfKamo耐BCTiiTITRCbiWIilS叩仲iniV|引JOshhi-M-图3-14PIC16F690硬件电路设计PIC16F690采纳内部晶振,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。为了增添无线唤醒覆盖范围,图3-15设计了3路无线信号发生电路，在实质现场中分别负责3块唤醒地域，保证车上无线通讯模块能被唤醒VTHiN|MSTK5D图3-15125KHz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,参照资料word文档整理分享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达成,CS_OUTPUT_信号置低,当下次发送唤醒信号时。CS_OUTPUT信号再次置高。唤醒信号经过高速MOSFE驱动器TC4422将信号放大。3.4.2无线通讯模块硬件设计无线通讯模块分为两部分，一个称为无线通讯发送标签，一个称为无线通讯接收标签。依据任务