【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)據(jù)傳輸原理，實現(xiàn)遠端控制的功能，可對車鎖的開閉進行遙控，不僅可靠性高，而且成本低，加入無線通信功能，有利于實現(xiàn)停車場的智能化管理。小四號字。中文字體為宋體，西文字體為Times New Roman。注意：不要刪掉每章最后一行，保留回車符，因為回車符后有分節(jié)符42天津大學本科畢業(yè)論文 第二章 總體設(shè)計第二章 總體設(shè)計 需求分析小四號字。中文字體為宋體，西文字體為Times New Roman。本系統(tǒng)名為：基于紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄苘囄绘i，所以要求系統(tǒng)在能夠準確發(fā)送/接受車位信息的同時，具有智能的特點，不但能夠?qū)b控器電源進行監(jiān)測，還應當能夠通過LED點陣顯示相關(guān)信息，以及進行對車位鎖的控制。整個系統(tǒng)的具體需求如下：系統(tǒng)總分為兩大部分，發(fā)送端和接收端，發(fā)送端需要實現(xiàn)以下功能：信息傳輸功能，本系統(tǒng)應用在停車場等現(xiàn)場，同一位置固定的情況下，所停的車輛可能會發(fā)生變化，要求系統(tǒng)管理員能夠準確地在發(fā)送端以及接收端錄入車輛信息，以維護系統(tǒng)的正常使用。 電源監(jiān)視/報警功能，要求系統(tǒng)能夠準確把握電池的電壓范圍，并根據(jù)當前電壓，采用適合的補償算法對壓力值進行軟件補償，消除溫度對壓力采集的影響，達到更高的精確度。紅外發(fā)送功能，要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示當前壓力值以供監(jiān)測，并且在壓力值超過某一上限值時實現(xiàn)報警。接收端需要實現(xiàn)以下功能：信息傳輸功能，壓力的數(shù)據(jù)量很大，要求系統(tǒng)能夠存儲大量壓力數(shù)據(jù)，并在現(xiàn)場有需要時提供給工作人員相應數(shù)量的壓力數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)分析。電源轉(zhuǎn)換功能紅外接收功能LED點陣顯示功能驅(qū)動電機功能 系統(tǒng)組成及功能描述 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件組成共包括兩大部分，分別為發(fā)送端的：主控模塊（單片機最小系統(tǒng)及其外圍電路），車輛信息傳輸模塊（串口通信），電源監(jiān)視模塊，紅外發(fā)送模塊，以及接收端的：主控模塊（單片機最小系統(tǒng)及其外圍電路），紅外接收模塊，電源轉(zhuǎn)換模塊， LED點陣顯示模塊及驅(qū)動電機模塊。系統(tǒng)軟件組成包括溫度補償算法的實現(xiàn)程序及各個功能模塊程序設(shè)計，其中功能模塊程序包括五個部分，分別為單片機初始化及控制程序，壓力測量及A/D轉(zhuǎn)換程序，溫度測量程序，數(shù)據(jù)存儲及傳輸程序，LED顯示控制程序。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。圖21 系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)功能描述本設(shè)計的核心為實現(xiàn)以某一特定的采樣頻率采集當前的壓力值，并根據(jù)補償算法在主控芯片中完成運算得到溫度補償之后的壓力值。整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)兩方面的功能：第一，采集到的壓力值可以通過LED顯示出來，當壓力值超過某一上限時會發(fā)生閃爍，用于監(jiān)測員的實時監(jiān)控；第二，采集到的壓力值存入外擴存儲器中以備查看分析，當上位機發(fā)送命令時，單片機可以根據(jù)命令從存儲器中取出相應數(shù)據(jù)傳給上位機。除上位機外供電裝置采用+/12V及+5V穩(wěn)壓直流電源，通過電源轉(zhuǎn)換將+5V轉(zhuǎn)換為+3V，上位機采用220V交流電供電。系統(tǒng)可實現(xiàn)自動上電復位，在開始工作時可以根據(jù)井下或其他工業(yè)應用現(xiàn)場的振動信號頻率選擇適合的采樣頻率。上位機與主控模塊的數(shù)據(jù)傳遞通過串口實現(xiàn)。采樣頻率可以人工設(shè)定。為克服采樣頻率不準確的問題，系統(tǒng)采用定時器方式嚴格設(shè)定采樣間隔，即使在大量數(shù)據(jù)傳輸時也可以連續(xù)采樣。每隔一定的時間間隔，存儲器中數(shù)據(jù)會全部傳給上位機進行存儲。 系統(tǒng)工作過程將工作電源開啟后，整個系統(tǒng)自動復位并進入等待狀態(tài)，操作人員根據(jù)井下或其它工業(yè)應用現(xiàn)場的振動信號選擇適合的采樣頻率，用上位機將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，主控模塊開始以此頻率采集壓力值。與此同時主控模塊也以相同的頻率采集當前溫度值，在經(jīng)過溫度補償后，壓力值會顯示在LED上，以供監(jiān)測人員監(jiān)控。如果此值超過或低于某一事先規(guī)定的一個范圍，那么LED將會出現(xiàn)閃爍，報告壓力出現(xiàn)異常，需要工作人員及時處理。正常情況下，壓力值在一定時間段內(nèi)會出現(xiàn)某種特定的變化趨勢，所以工作人員也可以利用這種方法對一組數(shù)據(jù)進行分析來判斷壓力值是否正常。這一過程可以在系統(tǒng)正常工作后實現(xiàn)。工作人員用上位機將需要的數(shù)據(jù)量發(fā)送給單片機，單片機根據(jù)命令傳送，傳送過程不會中斷采集過程，即不影響采樣間隔。每隔一定時間段存儲器中數(shù)據(jù)會自動傳給上位機進行存儲，存儲芯片中存儲位置重新定位到起始。注意：不要刪掉每章最后一行，保留回車符，因為回車符后有分節(jié)符天津大學本科畢業(yè)論文 第三章 硬件設(shè)計第三章 硬件設(shè)計 硬件總體設(shè)計系統(tǒng)的硬件共分為六個部分：壓力傳感器電路，溫度傳感器電路，數(shù)據(jù)傳輸電路，數(shù)據(jù)存儲電路，LED顯示電路，單片機及其外圍電路。其方框圖如圖31所示：圖31 硬件總體方框圖其中主控模塊為單片機，每個子模塊都與單片機有相應接口相連。壓力采集電路（A/D，放大器，單臂電橋）和溫度采集電路（18B20）將采集到的數(shù)據(jù)傳給單片機進行處理，在顯示模塊（HD7279，LED）進行顯示，存儲電路（IS2LV10246）及數(shù)據(jù)傳輸電路也在單片機的控制下通過MAX232進行上位機與下位機的數(shù)據(jù)傳輸。 單片機選型及外圍電路 單片機比較本系統(tǒng)主控模塊采用8位單片機實現(xiàn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低廉在一些較簡單的控制器中應用很廣。即使到了本世紀，在單片機應用中，仍占有相當?shù)姆蓊~。8位單片機種類繁多，每個系列都有自己的特點。51系列MOTOROLA系列PIC系列MSP430系列MSP430系列單片機是美國德州儀器公司(TI)近幾年開發(fā)的新一代單片機，該系列是一款16位、具有精簡指令集、超低功耗的全新概念混合型單片機。在眾多單片機系列中，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為一顆耀眼的新星。 單片機電路系統(tǒng)的控制模塊為單片機及其外圍電路，主要實現(xiàn)發(fā)送端的控制即車輛信息傳輸模塊（串口通信），電源監(jiān)視模塊，紅外發(fā)送模塊傳輸，以及實現(xiàn)接收端的控制即：紅外接收模塊，電源轉(zhuǎn)換模塊，LED點陣顯示模塊及驅(qū)動電機模塊。單片機與各個模塊的連接方法在下面各節(jié)中詳細介紹，這里不再贅述，其電路如圖32所示。圖32 單片機模塊振蕩電路單片機工作時鐘由外部晶振提供，在XT2IN和XT2OUT兩管腳接8MHz的晶振。另外兩管腳各接一個15pF電容進行濾波。電路如圖33所示：圖33 振蕩電路濾波電路整個工作系統(tǒng)中電源+/12V及5V由直流電源供給，并且包含濾波功能。3V通過電源轉(zhuǎn)換芯片AS1117獲得，其輸入為5V，輸出為3V，電源轉(zhuǎn)換電路連接如圖34所示：圖35 濾波電路單片機開發(fā)工具JTAG口線定義JTAG口線用于和PC機相連，增加了jtag接口,能實現(xiàn)在線下載,在線調(diào)試功能,從而使整個開發(fā)過程簡單、可靠。其連接方法如圖36所示：圖36 JTAG連接圖看門狗電路看門狗定時器是一個計數(shù)器，基本功能是在發(fā)生軟件問題和程序跑飛后使系統(tǒng)重新啟動?？撮T狗計數(shù)器正常工作時自動計數(shù)，程序流程定期將其復位清零，如果系統(tǒng)在某處卡死或跑飛，該定時器將溢出，并將進入中斷。在定時器中斷中執(zhí)行一些復位操作，使系統(tǒng)恢復正常的工作狀態(tài)，即在程序沒有正常運行期間，如期復位。由于單片機的抗干擾能力有限，在工業(yè)現(xiàn)場的儀器儀表中，常會由于電壓不穩(wěn)、電弧干擾等造成死機。甚至會造成系統(tǒng)遭受干擾而無法重啟。為了保證系統(tǒng)在干擾后能自動恢復正常，看門狗定時器(Watchdog Timer)的利用是很有價值的。 本系統(tǒng)所選用的MSP430系列是具有內(nèi)部WDT的，理論上如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。但在實際使用過程中，發(fā)現(xiàn)看門狗的作用并非萬無一失。因此，可以選用外部的看門狗復位。采用片外看門狗專用芯片TPS3823由獨立的分頻振蕩電路提供計數(shù)脈沖。其連接方法如圖36所示： 發(fā)送部分電路 串口信息傳輸功能電路功能實現(xiàn)管理員對車位信息的管理，使單片機的串口和PC機相連，將車位信息錄入到手持遙控器中。器件選型單片機串口需要通過一個電壓轉(zhuǎn)換模塊與PC機進行通信，也就是要加電平轉(zhuǎn)換電路,把ttl電平轉(zhuǎn)化為rs232電平, 可選的有SP3223，MAX3223，在本設(shè)計中選用的是SP3223芯片。電路結(jié)構(gòu)\ 電源監(jiān)視功能電路功能實現(xiàn)管理員對車位信息的管理，使單片機的串口和PC機相連，將車位信息錄入到手持遙控器中。器件選型單片機串口需要通過一個電壓轉(zhuǎn)換模塊與PC機進行通信，也就是要加電平轉(zhuǎn)換電路,把ttl電平轉(zhuǎn)化為rs232電平, 可選的有SP3223，MAX3223，在本設(shè)計中選用的是SP3223芯片。電路結(jié)構(gòu) 紅外發(fā)送功能小四號字。中文字體為宋體，西文字體為Times New Roman。發(fā)射電路如圖 $所示 ， 圖中 LD2為發(fā)光二極管，波長為940nm，發(fā)光管是硬件中的關(guān)鍵器件，對它的選擇尤為重要 ，常見發(fā)光管有兩種封裝形式：扁平封裝和圓形封裝，圓形封裝的發(fā)光管通信視角小， 距離遠； 扁平封裝的發(fā)光管通信視角大， 但發(fā)射距離較近 。本設(shè)計可選用圓形封裝, 可方便車主遠距離操作，遙控車位鎖。是 NPN型三極管，起放大作用，為發(fā)光管提供較大工作電流，設(shè)計電流為100mA/左右，C12為普通電容，它用來增大發(fā)光管峰值電流， 可有效改善發(fā)射距離 。傳輸協(xié)議紅外線數(shù)據(jù)通信不同于電視遙控方式，電視遙控每個按鍵發(fā)射數(shù)據(jù)串很短，而儀表紅外通信要完成大容量的數(shù)據(jù)交換，所以通信協(xié)議尤為重要 。 下面介紹一種常用通信協(xié)議的設(shè)計方法[1]。本協(xié)議為主—從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。字節(jié)格式設(shè)計為每個字節(jié)含 8 位二進制碼，傳輸時加1個起始位、1個停止位， 共 10位， 其傳輸序列如圖 所示 D0 是字節(jié)最低有效位，D7是字節(jié)最高有效位；先傳低位，后傳高位。每發(fā)一組數(shù)據(jù)， 必須先將數(shù)據(jù)按照幀格式： 幀起始符 （68H） 地址域 （表號） 幀起始符 （68H） 控制碼 （命令） 數(shù)據(jù)長度域 （L ） 數(shù)據(jù)域 （DATA）效驗碼（CS） 結(jié)束符（16H）,打包，然后發(fā)出。其中,效驗碼為效驗碼前面所有數(shù)據(jù)的和。命令中可定義上傳、下傳、是否有后續(xù)等功能。這樣就構(gòu)成一個簡單的紅外通信協(xié)議 。電路結(jié)構(gòu) 器件選型小四號字。中文字體為宋體，西文字體為Times New Roman。注意：不要刪掉每章最后一行，保留回車符，因為回車符后有分節(jié)符。 接收部分電路 串口信息傳輸功能電路功能此電路主要功能是實現(xiàn)管理員對接收端信息的管理，使單片機的串口和PC機相連，將車位信息錄入到接收端的單片機中。其大致結(jié)構(gòu)，功能和發(fā)送端的串口信息傳輸功能是大致一樣的，以下將不做詳細介紹。經(jīng)過硬件和軟件的設(shè)計， 實現(xiàn)了具有紅外接收、 發(fā)射功能電度表的智能遙控器， 但在整個實現(xiàn)過程中必須注意以下兩點：(1) 由于紅外通信基于38kHz載波傳送， 所以，波特率應2400 字節(jié) /秒 (2) 在發(fā)送數(shù)據(jù)