【正文】 時(shí)鐘初始化SPI通信協(xié)議初始化430端口初始化開(kāi)中斷IA4432無(wú)線通信初始化通信中斷Light_Key指令Warning_Key指令報(bào)警交通信號(hào)燈時(shí)長(zhǎng)配置交通信號(hào)燈顯示控制否是否是 圖55 交通信號(hào)燈控制流程圖關(guān)看門(mén)狗定時(shí)器430時(shí)鐘初始化SPI通信協(xié)議0初始化430端口初始化開(kāi)中斷IA4432無(wú)線通信初始化通信中斷TRF7970a_KeyLMP4_Key喚醒休眠磁場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸否是否是是SPI通信協(xié)議1初始化I2C通信協(xié)議初始化LMP4_EXIT_KeyTRF7970a初始化HMC5843初始化否圖56 傳感器程序流程圖初始狀態(tài)：設(shè)置掩碼長(zhǎng)度為0發(fā)送引導(dǎo)指令讀取卡號(hào)，并發(fā)送保持靜默指令掩碼長(zhǎng)度加一，掩碼值最高位前面補(bǔ)零如果掩碼長(zhǎng)度為0，返回初始狀態(tài)；否則把掩碼長(zhǎng)度修改為最高零位到最低有效位的位數(shù)，掩碼值的最高零位置一是否有響應(yīng)是否發(fā)生碰撞是是否否圖57 推挽式二進(jìn)制搜索算法流程圖第6章 總結(jié)與收獲嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，本文中設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)知識(shí)面寬泛，內(nèi)容復(fù)雜，憑個(gè)人能力無(wú)法完成如此繁重的工作，從本設(shè)計(jì)目的出發(fā)，只是從理論的角度完成了一個(gè)簡(jiǎn)易的具有相對(duì)完整功能的演示系統(tǒng)。ISO15693是針對(duì)射頻識(shí)別應(yīng)用的一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，符合此標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽最遠(yuǎn)識(shí)讀距離達(dá)到2米?；贗SO15693協(xié)議的讀卡器防碰撞算法程序流程圖見(jiàn)圖57。 傳感器，交通信號(hào)燈控制程序設(shè)計(jì)傳感器，交通信號(hào)燈控制器由430芯片驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)程序由C語(yǔ)言編寫(xiě)。UID信息查詢模塊負(fù)責(zé)控制UID信息接收存儲(chǔ)，時(shí)間控制模塊負(fù)責(zé)控制器的日期信息，及時(shí)鐘。內(nèi)置交通信號(hào)燈預(yù)配置模塊用來(lái)加載交通信號(hào)燈默認(rèn)時(shí)長(zhǎng)配置，其配置方式是將一天分為九個(gè)時(shí)段，分別是早間過(guò)渡、早高峰、早間平峰、午間過(guò)渡、下午平峰、晚高峰、晚間平峰、晚間過(guò)渡和夜間低谷。例如：IF P1=Li AND Q1=Q2，THEN G1=Gi所決定的模糊關(guān)系可以按下式計(jì)算：Ri=(PiQi)TGi (59)此處的T表示將矩陣按行排列成一列向量，通過(guò)兩對(duì)4個(gè)模糊關(guān)系的“并”運(yùn)算，可獲取表征總的模糊關(guān)系，即：R= (510)　給定輸入，由R按合成推理規(guī)則可得模糊輸出：Ri=(PiQi)TR (511)根據(jù)所有的組合以及按式(510)和式(511)可求得綠燈調(diào)節(jié)值及修正值，加上綠燈默認(rèn)配置值，最終可確定當(dāng)前綠燈直行時(shí)間。這類模糊規(guī)則的一般形式為：IF X1 IS Ai AND X2 IS Bi THEN Y IS Ci (58)由控制規(guī)則得到模糊控制規(guī)則表，如表53,54所列。其論域?yàn)椋篏1=G2=T1=T2={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10} (57)取三個(gè)語(yǔ)言值，其賦值表如表53所列。兩條道路的調(diào)節(jié)值及修正值分別為G1，T1，G2，T2。其論域?yàn)椋篞1=Q2={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10} (56)取兩個(gè)語(yǔ)言值，其賦值表如表52所列。圖54 風(fēng)險(xiǎn)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖風(fēng)險(xiǎn)值表示路面發(fā)生交通事故的可能性，與紅燈時(shí)長(zhǎng)成反比。將測(cè)得的東西向，南北向累計(jì)值L1，L2看作模糊變量。在精度要求比較高的情況下可以采用正態(tài)分布，一般情況下可取三角形或者梯形，本文采用三角形的隸屬度函數(shù)。模糊控制器通常包括模糊化接口、數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、模糊推理機(jī)和解模糊接口5部分。事故率=事故車(chē)數(shù)/總車(chē)數(shù) (53)損失程度= (54)狀態(tài)控制部分的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖54所示。圖52 車(chē)輛存在圖53 車(chē)輛方向交通流量監(jiān)測(cè)模塊計(jì)算交通累計(jì)值，其公式如下：累積值=車(chē)流量時(shí)間/車(chē)道長(zhǎng) (51)風(fēng)險(xiǎn)控制模塊分為狀態(tài)控制和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估兩個(gè)部分。如果用另一個(gè)Y軸的傳感器放置在，比如說(shuō)，6 英尺遠(yuǎn)的地方，就可以測(cè)量車(chē)輛通過(guò)6英尺時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)引起的兩個(gè)峰值信號(hào)間的時(shí)間。如果磁傳感器的敏感軸是指向右側(cè)，而車(chē)輛是由左向右行駛，那么磁場(chǎng)計(jì)首先“看到”的是減弱的磁場(chǎng)，因?yàn)楦嗟拇帕€彎向迎面開(kāi)來(lái)的車(chē)輛。當(dāng)沒(méi)有車(chē)輛存在時(shí)，傳感器輸出背景的磁場(chǎng)，做為它的初始值。通過(guò)建立合適的閥值，可以濾掉旁邊車(chē)道的車(chē)輛或遠(yuǎn)距離車(chē)輛帶來(lái)的干擾信號(hào)。該曲線的特點(diǎn)是： 當(dāng)傳感器與車(chē)輛平行時(shí)出現(xiàn)峰值。下面介紹交通數(shù)據(jù)預(yù)處理部分（磁場(chǎng)預(yù)處理）。圖51 FPGA模塊連接圖無(wú)線收發(fā)控制模塊通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的無(wú)線傳輸指令對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行控制，對(duì)所采集的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的預(yù)處理并傳遞給其他模塊。 算法與程序設(shè)計(jì)流程圖 主控制器程序設(shè)計(jì)主控制器程序由硬件編程語(yǔ)言VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)，其模塊連接圖如圖51所示。主控制器采用FPGA芯片控制無(wú)線收發(fā)模塊，使用自制指令與其他部分進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，執(zhí)行相應(yīng)控制命令及數(shù)據(jù)分析處理，其程序使用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)。傳感器系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖420，詳細(xì)電路見(jiàn)附錄。二級(jí)運(yùn)放射頻放大電路見(jiàn)圖417，頻響圖見(jiàn)418。濾波匹配網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖415，TRF7970A電路見(jiàn)圖4—16。圖414 I2C上拉電阻射頻讀卡器由TRF7970A及高頻運(yùn)放組成。其時(shí)序見(jiàn)圖413。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。I2C（Inter－Integrated Circuit）總線是由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。MSP430F5438A與上文相似，去掉交通信號(hào)燈控制IO端口，具有兩個(gè)SPI接口與IA443TRF7970A通信，一個(gè)JTAG接口，一個(gè)I2C接口與HMC5843通信。圖412 交通信號(hào)燈控制框圖 傳感器控制電路實(shí)現(xiàn)傳感器控制電路部分由MSP430F5438A，IA4432，TRF7970A，HMC5843，THS3202組成。引腳右起逆時(shí)針排序，見(jiàn)圖410，411。晶體振蕩器起振電容計(jì)算見(jiàn)式（31），起振電路見(jiàn)圖49。具有JTAG口的芯片都有如下JTAG引腳定義：TCK——測(cè)試時(shí)鐘輸入；TDI——測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過(guò)TDI輸入JTAG口；TDO——測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過(guò)TDO從JTAG口輸出；TMS——測(cè)試模式選擇，TMS用來(lái)設(shè)置JTAG口處于某種特定的測(cè)試模式。JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡(jiǎn)化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進(jìn)度?，F(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。JTAG(Joint Test Action Group。MSP430F5438A部分由晶體振蕩器，JTAG接口，SPI接口，交通信號(hào)燈控制IO端口，電源濾波電路組成。 圖48 主控制器電路圖 交通信號(hào)燈控制電路實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈控制電路部分由MSP430F5438A，IA4432，交通燈及喇叭電路，SR410561K數(shù)碼管顯示電路組成。圖47 SPI時(shí)序U803為FPGA主控芯片與IA4432的接口，C101103構(gòu)成電源濾波電路，L802L804，C810，C811構(gòu)成匹配濾波電路GPIO_1,GPIO_2控制天線分集開(kāi)關(guān)UPG2214，IA4432內(nèi)置分集算法。該接口一般使用4條線：串行時(shí)鐘線（SCLK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號(hào)線INT、有的SPI接口芯片沒(méi)有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。FPGA模塊與無(wú)線收發(fā)模塊之間通信傳輸使用SPI通信協(xié)議。圖46 TRF7970A 系統(tǒng)各功能模塊硬件設(shè)計(jì) 主控制器電路實(shí)現(xiàn)主控制器電路部分由FPGA芯片構(gòu)成的主控制電路和無(wú)線收發(fā)模塊組成。TRF7960非常適用于安全訪問(wèn)控制、產(chǎn)品認(rèn)證以及非接觸支付系統(tǒng)等應(yīng)用。TRF7960與微控制器之間通信可以使用8位并行或者串行(SPI)的靈活的通信方式。由于組件很少，讀卡器IC耗電、占用的空間也很少，因此可以解決敏感度和噪聲衰減問(wèn)題。TRF7960采用超小32pin QFN的高級(jí)封裝設(shè)計(jì)，支持ISO／IEC 14443A／B、ISO／IEC 1569ISO／IEC 180003以及TI公司的非接觸支付商務(wù)與TagIt應(yīng)答器產(chǎn)品系列。其芯片引腳圖如圖45所示。這些傳感器的主要特點(diǎn)在于軸向高靈敏度和線性、固相結(jié)構(gòu)、垂直軸間低靈敏度，用于測(cè)量地球磁場(chǎng)的方向和磁力，從十萬(wàn)分之幾高斯到6高斯(gauss)。HMC5843的應(yīng)用范圍包括消費(fèi)者電子設(shè)備、汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)、個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)和磁力計(jì)。HMC5843 包括霍尼韋爾最先進(jìn)的1043系列磁阻傳感器，以及霍尼韋爾研制的ASIC 包括放大型、帶驅(qū)動(dòng)器、偏置消除、12bit ADC和一個(gè)I2C系列總線接口的ASIC。其芯片引腳圖如圖44所示。IA4432具有特有的連續(xù)頻率覆蓋范圍(240 MHz～960 MHz)、寬工作電壓(+ V~+ V)、高靈敏度(在BER0．1％， kb/s時(shí)為118 dBm)等特點(diǎn)，還集成了一些可節(jié)省應(yīng)用成本的特性，如喚醒定時(shí)器、溫度傳感器、發(fā)射和接收數(shù)據(jù)FIFO、高性能ADC[2]，這些特性可大幅簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的工作，并允許使用低端的微控制器。為保護(hù)寶貴的IP投入，該系列還提供最全面的設(shè)計(jì)保護(hù)功能，包括支持易失和非易失密鑰的256位高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)。此外，該系列集成了豐富的硬核知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊，例如，支持400MHz DDR3和PCI Express Gen2硬核IP模塊的多功能硬核存儲(chǔ)器控制器等，幫助工程師降低系統(tǒng)成本和功耗，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)突出產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。與前幾代產(chǎn)品相比，該系列總功耗降低了40%，靜態(tài)功耗降低了30%。Cyclone V系列完成了Altera的28nm定制系列產(chǎn)品的全系列發(fā)售，提供多種器件以滿足用戶的各類設(shè)計(jì)需求——從最大帶寬到最低功耗。Cyclone V器件是目前市場(chǎng)上功耗最低、成本最低的28nm FPGA。 V—FPGACyclone174。MSP430F5438A具有256KB 閃存、16KB RAM、12 位 ADC、4 個(gè) USCI、32 位 HW 乘法器，其芯片引腳圖如圖42所示。這種方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。 　　 另外，MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。其中，看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器；16 位定時(shí)器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，P0、PP2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件I2C串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的DMA模塊?！　SP430 系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0~LPM4）。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（32768Hz），也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先，MSP430 電壓。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的32位硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。靈活的時(shí)鐘源可以設(shè)置不同的工作模式以適應(yīng)不同的低功耗狀態(tài)，內(nèi)置數(shù)字控制振蕩器（DCO）可以在中斷喚醒時(shí)快速喚醒CPU達(dá)到活動(dòng)模式。無(wú)線通信傳感器主控制器交通信號(hào)燈控制器無(wú)線通信路況信息圖41 通信號(hào)燈控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 硬件設(shè)計(jì)部分主要芯片功能簡(jiǎn)介 MSP430F5438A—MCUMSP430是TI公司推出的超低功耗混合信號(hào)微控制器，其家族包括F1XX、F2XX、F3XX、F4XX、F5XX、F6XX系列，該系列微控制器設(shè)計(jì)為由電池供電。如果將無(wú)線傳輸系統(tǒng)擴(kuò)展，可構(gòu)成小型基站，可對(duì)中小型城市進(jìn)行全方位覆蓋。交通信號(hào)燈控制器從主控制器接收相應(yīng)指令，在交通信號(hào)燈上進(jìn)行相應(yīng)顯示。主控制器負(fù)責(zé)對(duì)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的處理以及選擇執(zhí)行相應(yīng)的命令。交通規(guī)則處理模塊分析車(chē)輛違規(guī)行為，路況風(fēng)險(xiǎn)分析模塊對(duì)可能發(fā)生的交通事故進(jìn)行提前預(yù)警并分析其危險(xiǎn)等級(jí)，緊急救援模塊向交通管理中心發(fā)送事故信息方便相關(guān)部門(mén)對(duì)事故進(jìn)行及時(shí)處理，罰款處理模塊對(duì)違規(guī)車(chē)輛進(jìn)行罰款。 交通控制模塊分析由車(chē)輛檢測(cè)模塊采集的交通數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)交通燈進(jìn)行調(diào)節(jié)。 車(chē)量及人員監(jiān)測(cè)模塊車(chē)