毕业论文-基于物联网的智能交通控制系统设计

毕业论文-基于物联网的智能交通控制系统设计内容摘要：

化噪声 和 金属声。 采样频率 可为 ,频率越低 ,录放时间越长 ,而音质则有所下降 ,片内信息存于 FLASH存贮器中 ,可在断电情况下保存 100 年 (典型值 ),反北京联合大学 毕业设计 12 复录音 10 万次。 存储空间被一个小段长单位任意分段或不分段，多段存 储结构加上片内存储管理制度，可以方便的实现灵活搭配、任意播放的播放效果。 内部的存储器是闪烁存储器，声音信息的每个采样值存储在片内闪烁存储器中，这样可以反复读写内部信息、在断电情况下长时间保存信息。 芯片是基于所有操作必须由单片机之类的微控制器控制的理念设计的，微控制器可以对工作在 SPI 串行接口的 ISSD4004 语音芯片执行控制， SPI 是同步串行数据传输协议。 ISD4004 芯片管脚图如图 6 所示： 图 6 ISD4004 芯片管脚图 电源 (VCCA， VCCD)： 为使噪声最小，模拟和数字电源端最好分别走线，尽 可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近器件。 地线 (VSSA， VSSD)： 芯片内部的模拟和数字电路使用不同的地线。 同相模拟输入 (ANA IN+)： 这是录音信号的同相输入端。 输入放大器可用单端或差分驱动。 反相模拟输入 (ANA IN)： 差分驱动时，这是录音信号的反相输入端。 信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值 16mV 音频输出 (AUD OUT)： 提供音频输出，可驱动 5KΩ 的负载。 片选 (SS)： 此端为低，即向该 ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。 串行输入 (MOSI)： 此端为串行输入 端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端，供 ISD 输入。 北京联合大学 毕业设计 13 串行输出 (MISO)： ISD 的串行输出端。 ISD 未选中时，本端呈高阻态。 串行时钟 (SCLK)： ISD 的时钟输入端，由主控制器产生，用于同步 MOSI 和 MISO的数据传输。 中断 (/INT)： 本端为漏极开路输出。 ISD 在任何操作 (包括快进 )中检测到 EOM 或OVF 时，本端变低并保持。 中断状态在下一个 SPI 周期开始时清除。 中断状态也可用RINT 指令读取。 行地址时钟 (RAC)： 漏极开路输出。 每个 RAC 周期表示 ISD 存储器的操作进行了一行 (ISD4004 系列中的存贮器共 2400 行 )。 该端可用于存储管理技术。 外部时钟 (XCLK)： 本端内部有下拉元件。 芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，误差在 +1%内。 在不外接地时钟时，此端必须接地。 自动静噪 (AMCAP)： 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时，自动静噪功能使信号衰弱，这样有助于养活无信号 (静音 )时的噪声。 通常本端对地接 1mF的电容，构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。 在设计中要注重 ISD4004 的实际应用、语音播放过程的与单片机程序的配合时序，而不是它的内部构造结构。 ISD 芯片在上电 操作后有一个延时时间，所以在单片机对芯片上电后先经过规定的延时时间才可以发出第一个操作指令。 LED 显示屏幕选择 屏幕显示在生活中很多地方都可以遇到，有的是采用液晶显示屏，有的是采用LCD 显示屏，有的是采用 LED 显示屏。 这些都是经过成本的估计、显示的效果、工作稳定性能、实现难易程度等综合考虑而选定的。 LED 之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。 这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、大型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。 LED 的发展前景极为广阔，正朝着更高亮度、更高耐 气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向 发展。 在公交车上显示站点名需要显示的清楚明亮，而公交车是城市公共设施不适合采用成本过高的设施，还要必须设备的耐用性。 LED 显示屏正好符合以上种种要求，所以本次设计使用 LED 点阵显示屏。 LED 显示屏是由若干个横平竖直排列整齐的发光管组成的。 当使用它显示我们需要看到的信息的时候，使用单片机的控制程序有选择性的点亮其中的 一些发光管，组成亮、暗相间的图形符号信息。 本设计需要显示汉字，汉字相比于数字和字母编写比较复杂，所以使用的 LED 显示屏的点阵数目多，满足显示一个汉字的 LED 屏幕一般可以显示 23 个字母或数字。 LED 显示屏采用 8 8 点阵显示屏，但是要显示清楚的汉字，汉字需要采用 16 16 的字模点阵编码。 本设计显示 4 个汉字就可以达到目的了，当实际应用中需要显示更多的汉字时，用同样的设计理念进行扩充就可以了。 显示 2北京联合大学 毕业设计 14 个 16 16 的字模点阵编码时候需要用到 16 个 8 8 LED 点阵屏幕， 8 个 8 8 LED 点阵屏幕按照两行四列的形式排布 用以显示一行上的两个字。 汉字的字模点阵编码可以通过字模软件获取，在 LED 屏幕上显示时候用行扫描、静态显示的方法将每一个当前行对应的所有列字模点阵编码显示到屏幕上。 这个 LED 屏幕有 16 32 点阵，所以行扫描需要扫描 16 次。 扫描的相隔时间取的合适的话，由于人眼的视觉暂留特性，人们看到的是一幅完整的信息图。 系统电路原理图 整个系统的电路原理图如图 7 所示： 图 7 系统电路原理图 中间的核心是 AT89C51 单片机 ，它通过 ILC232 与阅读器进行串口通信。 单片机的 、 、 和 与音 频存储播放模块 ISD4004 的 CLK、 MOSI、 MISO 和CS 相连，使得 ISD4004 串行数据传输。 ISD4004 连接麦克风和喇叭，麦克风用于存储语音、喇叭用于播放语音。 单片机的 、 和 与 74LS138 的 A、 B 和 C引脚相连，参与译码操作， 通过两片译码器的使能端口完成选择功能。 从 RXD出来的串行数据经过 74HC595 的串并变换成为并行数据信号，传送的移位时钟信号由 TXD 端的波特率控制， 提供四个 74HC595 的数据锁存信号。 北京联合大学 毕业设计 15 4 网络传输模块 网络的选择 当今是信息和 科技高速 发展 的网络社会，互联网已渗透到社会生活的各个方面 ，人类正在一步步地走向网络时代。 网络技术也正以惊人的速度向社会生活的各个领域渗透，并进而改变着我们的生活、学习、工作乃至思维方式。 网络传播的主要特点是：快捷、方便、双向、开放。 在网络时代，人类的学习已经不可能是一劳永逸的事情了，社会的发展和变迁，促使着我们要不断接触新事物，接受新观念和学习新的技术。 互联网掌握了大量的需求信息，是一个无奇不有的信息库，其内容不仅丰富、新鲜而且传播迅速。 在公交车自动报站系统中，网络更是交通系统发展的必不可少的因素。 我们可 以使用网络将阅读器识别到的站点信息实时传输到公交监控中心。 这样一来，公交监控中心可以及时查看到公交车所在站点信息，了解到公交车所在地理位置。 如遇前方拥堵、事故等无法通过路段，可通过查看到公交车地理信息而及时通知司机或乘务人员绕行等。 如遇公交车故障或事故，通过传输到的地理信息还可帮助监控中心及时派遣车辆赶去营救。 如此一来不仅减少了交通拥堵，缩短了乘客乘车路程时间，还为城市交通系统带来了不可忽略的贡献。 总之，公交车上的网络传输模块对于整个交通系统来说都是十分有意义的。 随着科技的进步，网络模式也多种多样。 我们可 以使用 WIFI、以太网、 3G 网等等。 WIFI 全称 WirelessFidelity，它的最大优点就是传输速度较高，另外它的有效距离也很长，其主要特性为速度快、可靠性高。 现在在北京公交车上的 WIFI 网络基本已经普及，那么我们就可以使用现有的 WIFI 模块与网关进行连接从而实现无线传输信息。 这样一来，既利用了现有的网络设施，又避免了新建网络模块的财力浪费。 可谓一举多得。 网关 的 选择 网关又称网间连接器、 协议转换 器。 网关在网络层以上实现 网络互连 ，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。 网关既可以用于 广域网 互连，也可以用于 局域网 互连。 网关是一种充当转换重任的 计算机系统 或设备。 使用在不同的 通信协议 、数据格式或语言，甚至 体系结构 完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。 与 网桥 只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。 同层 应用层。 本设计正是基于 公交车上的 WIFI 模块 实现网络通讯，阅读器通过 RS232 接口与网关链接，并通过网关 传输到公交监控系统。 网关使用 LM3S9B96。 北京联合大学 毕业设计 16 LM3S9B96 是 TI 公司的基于 ARM CortexM3 的 32 位 MCU，具有先前 8 位和16 位 MCU 的价格成本， CPU 工作频率 80MHz,100DMIPS 性能， ARM CortexM3 System Timer (SysTick)定时器，片内具有高达 50MHz 的 256KB 单周期闪存和 96KB单周期 SRAM，内部的 ROM 加载 StellarisWare 软件，具有扩展的外设接口和串行接口，目标应用在遥控监视、 POS 销售机、测试测量设备、网络设备和交换、工厂自动化、 HVAC 和建筑物控制、游戏设备、运动控制、医疗设备、电源和交通运输、防火和安全等。 LM3S9B96 系统电路图 如 图 8 所示： 图 8 LM3S9B96 系统电路图 其参数如下表所示： 北京联合大学 毕业设计 17 Cortex M3（ LM3S9B96）模块采用 2X20pin 镀金排针式座与外置的电源板或智能主板构成物理连接，其实现的功能如下： 100M 工业以太网通讯 ：实现方式：采用 LM3S9B96 处理器集成的 10/100 以太网MAC/PHY。 USB（ HOST/DEVICE/OTG）通讯 ：实现方式：采用 LM3S9B96 处理器内部集成的USB 协议控制器 CAN 通讯（ 版本） 实现方式：采用 LM3S9B96 处理器内部集成的协议控制器、报文处理器、报文存储器 +外部调制器 TJA1040 实现，基于板面空间限制和设计应用场合，本次设计没有进行电气隔离设计。 低功耗实现 ：实现方式：采用 LM3S9B96 处理器内部集成的休眠模块，可定时唤醒或按键唤。 UART 串行口通讯 ：实现方式：采用 LM3S9B96 处理器内置串行口外加 MAX3232实现。 上位机的选择 上位机是一台可以发出特定操控命令的计算机，通过操 作预先设定好的命令，将命令传递给下位机，通过下位机来控制设备完成各项操作（应用最多的地方如：工业、北京联合大学 毕业设计 18 水利、供电部门、交通等方面）。 上位机都有特定的编程，有专门的开发系统，或以上是已经规定好任务，只能按特定的任务进行操作。 简单说上位机就是命令的下达者，而下位机则是命令的执行者。 本设计使用现有的上位机软件，网关通过网络即可传输到上位机。 本软件有一个特定的 IP 服务器编码，只要输入相应的 IP 服务器编码即可登录终端接受并查看公交车所在位置信息，即电子标签发射给公交车上的阅读器的信息再传输到监控中心。 下面介绍一种软件 ：物联网应用中收集感知节点信息 ,进行显示 ,控制的应用控制台。 此软件主要有两部分组成 ,数据收发部分和显示部分。 上位机在系统中的位置： 放置在网络的层面里面，和公交车上的嵌入式网关9B96 利用网络互相连接。 当然在生活使用中的时候是安放在公交监控中心，用于操作人员使用。 上位机的功能： 此软件实时监视公交车的状况，所处的地理地方数据等。 上位机的设计实现： 此软件主要有两部分组成，数据收发部分和显示部分。 数据收发指的是和嵌入式网关的数据收发。 两者是通过 无线网络 连接的，所以应用的是 TCP/IP 的 Socket 套接字编程，嵌入式网关的设计中已经提到过，它在和上位机通信中是作为服务器的，那么上位机就是作为连接发起方。 为了能保证网络连接的稳定性，我们把 Socket 读写的程序代码放在了 try{} catch(){} 块中，一旦网络连接不正常，就会捕获到该异常，从而关闭程序。 另外数据收发还需要协议，和嵌入式网关通信的指令和协议定制如下： 由上位机发起嵌入式网关接收的指令 ASK_STATE 0x80 由上位机主动发起 LED_DISPLAY 0x04+ASC 码 由上位机主动发起 GET_WARNING 0x20 有上位机回复 GET_HELP 0x30 有上位机回复 北京联合大学 毕业设计 19 由嵌入式网关发起上位机接收的指令 ABNORMAL 0xFF 由上位机被动接收并显示 WARNING 0x88 由上位机被动接收并显示 NEED_HELP 0x10 由上位机被动接收并显示 POWER_ON 0x01 由上位机被动接收并显示 POWER_OFF 0x00 由上位机被动接收并显示 0x7E 长度 实验台号 命令 [内容 ] 加和校验 0x7E 1 字节 1 字节 2 字节 N 字节 1 字节 1 字节 因此 数据量较。