博威杯項(xiàng)目申報(bào)書(車載無線打卡機(jī)系統(tǒng)).doc

西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2010年“博威杯”大學(xué)生數(shù)字與模擬電路設(shè)計(jì)（制作）科技競(jìng)賽項(xiàng)目申報(bào)書項(xiàng)目名稱： 車載無線打卡機(jī)系統(tǒng) 項(xiàng)目成員： 張理京、平佳婧、張瑩、賈銳 指導(dǎo)老師： 趙建 教授、楊寧（研究生） 所在專業(yè)、班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化040841班 研究起止時(shí)間：2010年4月 至 2010 年12月 西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2010年4月制 項(xiàng)目名稱車載無線打卡機(jī)系統(tǒng)項(xiàng)目來源企業(yè)提出項(xiàng)目 教師提出項(xiàng)目 學(xué)生提出項(xiàng)目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)1580項(xiàng)目預(yù)計(jì)完成時(shí)間 2010年12月 申請(qǐng)人姓名學(xué)號(hào)性別專業(yè)班級(jí)聯(lián)系電話E-mail張理京04084006男08電氣1zrael_平佳婧04085013女08測(cè)控1張瑩04085043女08測(cè)控1賈銳04085009男08測(cè)控1班13572902764343234622一、項(xiàng)目應(yīng)用與意義（5號(hào)宋體字、行距：18）（對(duì)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用對(duì)象和場(chǎng)合進(jìn)行介紹，并簡(jiǎn)要說明其項(xiàng)目研發(fā)意義。）在公交車系統(tǒng)（特別是中巴車）采用打卡方式對(duì)行車時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控，這種方式需要司乘人員在行車路線的某個(gè)固定車站下車到打卡機(jī)上打卡，一方面需要乘客等待一段時(shí)間，另一方面也給司乘人員的工作帶來了不便，有時(shí)還會(huì)有危險(xiǎn)。因此，有必要改變?cè)瓉硐萝嚧蚩ǖ姆绞?，改為?dāng)行車到指定站點(diǎn)時(shí)，司乘人員不再下車，而是在車上通過按鍵方式進(jìn)行打卡登記。二、項(xiàng)目主要技術(shù)指標(biāo)（5號(hào)宋體字、行距：18）（提出項(xiàng)目的主要技術(shù)指標(biāo)與功能要求）（1）選擇抗干擾能力強(qiáng)的單片機(jī)作為車載子系統(tǒng)的核心器件，并完成相應(yīng)的無線數(shù)據(jù)通信、車號(hào)顯示、時(shí)間顯示和打卡、下一次打卡時(shí)間提示、打卡有效性確認(rèn)等任務(wù)；（2）采用單片機(jī)作為站點(diǎn)子系統(tǒng)的核心器件，并完成對(duì)不同車輛的辨別、實(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生與修改、時(shí)間記錄、向打卡的車無線發(fā)送時(shí)間、提示和確認(rèn)等任務(wù)；（3）車載子系統(tǒng)要求用車載電源供電，站點(diǎn)子系統(tǒng)可用AC220V供電，但要求具備停電時(shí)仍然能夠工作的能力；（4）可采用SD卡或其他類型的外部存儲(chǔ)器件作為電子卡，記錄行車信息。三、項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)（5號(hào)宋體字、行距：18，可續(xù)頁）（說明該項(xiàng)目中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，主要有：傳感器選型、信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)要求、控制器設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求、顯示或數(shù)據(jù)傳輸要求、接口與通信協(xié)議類型、面板要求等）無線通信：擬使用433MHz載波的無線數(shù)傳模塊，易上手， 容易實(shí)現(xiàn)，模塊化，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，易于大面積實(shí)現(xiàn)。SD卡的使用：SD卡具有價(jià)格低廉，適用范圍廣，速度快，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)，易于與單片機(jī)連接（SPI接口），容易用PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，更換簡(jiǎn)單。時(shí)間的處理：使用單獨(dú)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（例如：DS1302），提供精準(zhǔn)的時(shí)間供單片機(jī)使用。顯示與按鍵：使用字符型LCD（例如：TC6963）用于顯示各種信息。按鍵適用普通按鍵，實(shí)現(xiàn)指令的輸入。主控制器：選用MSP430F1611單片機(jī)軟件通信協(xié)議：使用SimpliciTI近距離無線通信協(xié)議四、設(shè)計(jì)方案說明（5號(hào)宋體字、行距：18，可續(xù)頁）（較為詳細(xì)說明軟硬件、機(jī)殼、面板等設(shè)計(jì)方案以及樣機(jī)測(cè)試方法）軟件部分：汽車部分流程圖：如果提示連接失敗，則提示再次連接，直至連接成功。站點(diǎn)部分流程圖：對(duì)于多輛車幾乎同時(shí)到達(dá)的情況，采取先到先連接策略，因?yàn)橄到y(tǒng)的響應(yīng)可以到毫秒級(jí)，因此宏觀上來看可以解決這個(gè)問題。汽車發(fā)送的信息包含汽車的基本信息?；貜?fù)即表示連接成功，并且其中包含當(dāng)前的準(zhǔn)確時(shí)間。一切時(shí)間以站點(diǎn)為準(zhǔn)，如時(shí)間不一致，車輛將自動(dòng)更新為站點(diǎn)的當(dāng)前時(shí)間。其中在具體的通信協(xié)議方面，擬定的方案為在一幀的數(shù)據(jù)中包含了車輛的編號(hào)信息，所有收到廣播的的車輛首先核對(duì)收到的信息中的車輛編號(hào)是否與本車一致，一致就相應(yīng)，不一致就丟掉，等待接受下一站信息。用這個(gè)方法可以有效解決多車輛同時(shí)到達(dá)的問題。我們采用的通信協(xié)議擬為SimpliciTI，協(xié)議中已包含基本的幀格式定義。協(xié)議棧提供了常用的網(wǎng)路應(yīng)用API，可以通過調(diào)用這些，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)（汽車）的加入、連接、通信等功能。當(dāng)前需要的工作是LCD、按鍵、SPI口的底層驅(qū)動(dòng)。SD卡的使用：為了方便PC對(duì)SD卡采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看和處理，決定在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)SD卡的基于FAT32軟件格式的操作，初步實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)在SD卡上創(chuàng)建一個(gè)txt文件，并寫入少許的內(nèi)容，然后再PC上查看，SD卡上是否存在和其中的內(nèi)容是否一致。對(duì)于上位機(jī)軟件擬采用VC+ Builder來對(duì)SD卡中的數(shù)據(jù)按照某種格式進(jìn)行顯示和處理?？梢詫?shí)現(xiàn)例如以下的功能：可以通過輸入一些信息來查詢站點(diǎn)和汽車近期的出勤情況等功能。硬件部分：數(shù)傳模塊：擬選用TI公司的CC1110微功率無線通訊模塊，CC1110Fx/CC1111Fx是一個(gè)為無線應(yīng)用設(shè)計(jì)的真正的低功耗無線片上系統(tǒng)，它內(nèi)部自帶了一個(gè)性能強(qiáng)勁的無線收發(fā)器（CC1101），內(nèi)核是加強(qiáng)型51,內(nèi)部集成了32kB的在系統(tǒng)可編程FLASH，并且擁有4kB的RAM，還有很多不能說述的優(yōu)點(diǎn)，本芯片使用66的QLP36封裝,更方便了使用。CC1110Fx/CC1111Fx有多種電源工作模式，非常適合作低功耗系統(tǒng)應(yīng)用，CC1111Fx還增加了對(duì)USB2.0的全速支持，使得系統(tǒng)容易和PC連接，同時(shí)可以去除RS-232和低速USB的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，且具有以下特點(diǎn)：射頻部分：1. 基于CC1101的高性能無線收發(fā)器2. 良好的接收選擇性3. 高靈敏度（1.2kbps下-110dDm，1數(shù)據(jù)包誤碼率）4. 可編程數(shù)據(jù)傳輸率（可以高至500kBaud)5. 可編程輸出激勵(lì)（最高10dBm）6. 頻率范圍：300-348MHz，391-464MHz，782-928MHz7. 支持RSSI/LQI調(diào)制低功耗：工作電壓低：1.8V3.6V1. 低電流消耗（接收：16.2mA 1.2kBaud,發(fā)送：16mA -6 dBm )2. 睡眠模式下0.3uA 的電流消耗（僅外部中斷可喚醒）3. PM2(一種電源模式）下0.5uA的電流消耗（可由外部中斷和定時(shí)器喚醒）內(nèi)核及接口：1. 加強(qiáng)型51內(nèi)核2. 支持多路DMA3. 8/16/32KB 在系統(tǒng)可編程FLAH4. 全速USB控制器（僅CC1111Fx）5. 128位AES加密協(xié)處理器6. 8路712位可選精度AD7. I2S接口8. 兩個(gè)串口，支持SPI9. 16位DSM定時(shí)器10. 3個(gè)8位定時(shí)器11. 支持硬件調(diào)試12. 21（CC1110Fx)/19(CC1111Fx)個(gè)IO口13. 兼容CC2510Fx/CC2511Fx實(shí)際模塊圖：SD卡的使用：SD有兩種接口模式：一種為SD模式，需用專用的SD卡驅(qū)動(dòng)芯片（傳輸速度快）；另一種為SPI模式（傳輸速度稍慢）。選用SPI口接入方式，易于與MSP430的SPI口進(jìn)行連接，不需要使用IO口模擬通信時(shí)序。雖然速度較慢，但對(duì)于對(duì)數(shù)據(jù)通信速率不高的系統(tǒng)可以接受。汽車部分：汽車時(shí)間基準(zhǔn)以站點(diǎn)的時(shí)間為準(zhǔn)，汽車通過接受站點(diǎn)的時(shí)間信息來保證自己的時(shí)間與之同步。上圖為汽車部分硬件原理框圖RF 部分使用CC1110的模塊，工作在433MHz，主要適用于傳輸?shù)秸酒囆畔?，接受站點(diǎn)的回復(fù)信息。主控制器采用MSP430系列的16位處理器，完成控制LCD的顯示，按鍵的處理，以及處理CC1100模塊將要發(fā)送或者已接收到的幀（包括幀的封裝以及幀的解析）。LCD用于顯示下一次到站時(shí)間及下一站名稱。按鍵用來觸發(fā)汽車端發(fā)送以到站信息。電源管理部分詳情如下：上圖為汽車部分電源設(shè)計(jì)框圖 站點(diǎn)部分： 上圖為站點(diǎn)部分硬件原理框圖以上模塊基本與汽車部分相同，RF部分主要用來接收汽車部分發(fā)送來的請(qǐng)求幀，并且做出相應(yīng)回復(fù)。LCD用來顯示當(dāng)前到站汽車的信息及站點(diǎn)準(zhǔn)確時(shí)間。電源管理部分如下： 備用蓄電池用在市電斷電的情況下，保證站點(diǎn)部分的正常工作，在市電不斷電的情況下可以為蓄電池充電。各模塊之間的通信MSP430與無線模塊之間擬采用串口通信。MSP430與SD卡模塊之間選用SPI模式通信，雖然速度較慢，但對(duì)于對(duì)數(shù)據(jù)通信速率不高的系統(tǒng)可以接受。MSP430與LCD之間擬采用并行接口連接?？垢蓴_措施考慮到汽車內(nèi)電磁兼容環(huán)境比較復(fù)雜，為了保證通信的準(zhǔn)確性和效率，必須加上相應(yīng)的抗干擾措施。硬件方面可以在PCB上加蓋屏蔽盒，來阻止一部分汽車發(fā)電機(jī)產(chǎn)生對(duì)無線部分的電磁干擾電源部分應(yīng)該做好相應(yīng)的濾波，為器件提供純凈的電源。軟件部分要采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膸Y(jié)構(gòu)，包括前導(dǎo)頭、同步頭、CRC校驗(yàn)；通信協(xié)議上面向連接的需要回復(fù)的結(jié)構(gòu)，這就能保證即使存在的硬件干擾是首次通信失敗，也能觸發(fā)后續(xù)的再次鏈接嘗試，直至通信成功。五、經(jīng)費(fèi)預(yù)算計(jì)劃（5號(hào)宋體字、行距：18）（對(duì)項(xiàng)目所需的元器件清單及購置費(fèi)、印制板加工費(fèi)、機(jī)殼購置等各種費(fèi)用進(jìn)行預(yù)算，列出經(jīng)費(fèi)預(yù)算清單）1、 CC1100無線數(shù)傳模塊*3 150元 2、 MSP430F*2 150元3、 LCD（TC6963） 100元4、 電阻、電容、按鍵 100元 5、 制作PCB板*2 350元6、 機(jī)殼*2 150元7、 開關(guān)電源 80元8、 開發(fā)儀器購置 500元六、預(yù)期成果（5號(hào)宋體字、行距：18）站點(diǎn)部分的模塊先上電并開始準(zhǔn)備接收汽車部分模塊的信息，顯示時(shí)間。汽車部分的模塊后上電