博威杯項目申報書(車載無線打卡機系統(tǒng)).doc

西安電子科技大學機電工程學院2010年“博威杯”大學生數字與模擬電路設計（制作）科技競賽項目申報書項目名稱： 車載無線打卡機系統(tǒng) 項目成員： 張理京、平佳婧、張瑩、賈銳 指導老師： 趙建 教授、楊寧（研究生） 所在專業(yè)、班級： 電氣工程及其自動化040841班 研究起止時間：2010年4月 至 2010 年12月 西安電子科技大學機電工程學院2010年4月制 項目名稱車載無線打卡機系統(tǒng)項目來源企業(yè)提出項目 教師提出項目 學生提出項目申請經費1580項目預計完成時間 2010年12月 申請人姓名學號性別專業(yè)班級聯系電話E-mail張理京04084006男08電氣1zrael_平佳婧04085013女08測控1張瑩04085043女08測控1賈銳04085009男08測控1班13572902764343234622一、項目應用與意義（5號宋體字、行距：18）（對項目的實際應用對象和場合進行介紹，并簡要說明其項目研發(fā)意義。）在公交車系統(tǒng)（特別是中巴車）采用打卡方式對行車時間進行監(jiān)控，這種方式需要司乘人員在行車路線的某個固定車站下車到打卡機上打卡，一方面需要乘客等待一段時間，另一方面也給司乘人員的工作帶來了不便，有時還會有危險。因此，有必要改變原來下車打卡的方式，改為當行車到指定站點時，司乘人員不再下車，而是在車上通過按鍵方式進行打卡登記。二、項目主要技術指標（5號宋體字、行距：18）（提出項目的主要技術指標與功能要求）（1）選擇抗干擾能力強的單片機作為車載子系統(tǒng)的核心器件，并完成相應的無線數據通信、車號顯示、時間顯示和打卡、下一次打卡時間提示、打卡有效性確認等任務；（2）采用單片機作為站點子系統(tǒng)的核心器件，并完成對不同車輛的辨別、實時鐘產生與修改、時間記錄、向打卡的車無線發(fā)送時間、提示和確認等任務；（3）車載子系統(tǒng)要求用車載電源供電，站點子系統(tǒng)可用AC220V供電，但要求具備停電時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器件作為電子卡，記錄行車信息。三、項目關鍵技術要點（5號宋體字、行距：18，可續(xù)頁）（說明該項目中的關鍵技術要點，主要有：傳感器選型、信號調理電路設計要求、控制器設計要求、結構設計要求、顯示或數據傳輸要求、接口與通信協(xié)議類型、面板要求等）無線通信：擬使用433MHz載波的無線數傳模塊，易上手， 容易實現，模塊化，降低系統(tǒng)的復雜度，易于大面積實現。SD卡的使用：SD卡具有價格低廉，適用范圍廣，速度快，數據存儲壽命長，易于與單片機連接（SPI接口），容易用PC進行數據處理，更換簡單。時間的處理：使用單獨的實時時鐘（例如：DS1302），提供精準的時間供單片機使用。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，實現指令的輸入。主控制器：選用MSP430F1611單片機軟件通信協(xié)議：使用SimpliciTI近距離無線通信協(xié)議四、設計方案說明（5號宋體字、行距：18，可續(xù)頁）（較為詳細說明軟硬件、機殼、面板等設計方案以及樣機測試方法）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。站點部分流程圖：對于多輛車幾乎同時到達的情況，采取先到先連接策略，因為系統(tǒng)的響應可以到毫秒級，因此宏觀上來看可以解決這個問題。汽車發(fā)送的信息包含汽車的基本信息?；貜图幢硎具B接成功，并且其中包含當前的準確時間。一切時間以站點為準，如時間不一致，車輛將自動更新為站點的當前時間。其中在具體的通信協(xié)議方面，擬定的方案為在一幀的數據中包含了車輛的編號信息，所有收到廣播的的車輛首先核對收到的信息中的車輛編號是否與本車一致，一致就相應，不一致就丟掉，等待接受下一站信息。用這個方法可以有效解決多車輛同時到達的問題。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路應用API，可以通過調用這些，可以實現節(jié)點（汽車）的加入、連接、通信等功能。當前需要的工作是LCD、按鍵、SPI口的底層驅動。SD卡的使用：為了方便PC對SD卡采集到的數據進行查看和處理，決定在單片機上實現對SD卡的基于FAT32軟件格式的操作，初步實現用單片機在SD卡上創(chuàng)建一個txt文件，并寫入少許的內容，然后再PC上查看，SD卡上是否存在和其中的內容是否一致。對于上位機軟件擬采用VC+ Builder來對SD卡中的數據按照某種格式進行顯示和處理?？梢詫崿F例如以下的功能：可以通過輸入一些信息來查詢站點和汽車近期的出勤情況等功能。硬件部分：數傳模塊：擬選用TI公司的CC1110微功率無線通訊模塊，CC1110Fx/CC1111Fx是一個為無線應用設計的真正的低功耗無線片上系統(tǒng)，它內部自帶了一個性能強勁的無線收發(fā)器（CC1101），內核是加強型51,內部集成了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，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)應用，CC1111Fx還增加了對USB2.0的全速支持，使得系統(tǒng)容易和PC連接，同時可以去除RS-232和低速USB的數據傳輸瓶頸，且具有以下特點：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數據包誤碼率）4. 可編程數據傳輸率（可以高至500kBaud)5. 可編程輸出激勵（最高10dBm）6. 頻率范圍：300-348MHz，391-464MHz，782-928MHz7. 支持RSSI/LQI調制低功耗：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器喚醒）內核及接口：1. 加強型51內核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. 兩個串口，支持SPI9. 16位DSM定時器10. 3個8位定時器11. 支持硬件調試12. 21（CC1110Fx)/19(CC1111Fx)個IO口13. 兼容CC2510Fx/CC2511Fx實際模塊圖：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卡驅動芯片（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口進行連接，不需要使用IO口模擬通信時序。雖然速度較慢，但對于對數據通信速率不高的系統(tǒng)可以接受。汽車部分：汽車時間基準以站點的時間為準，汽車通過接受站點的時間信息來保證自己的時間與之同步。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，主要適用于傳輸到站汽車信息，接受站點的回復信息。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計框圖 站點部分： 上圖為站點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)送來的請求幀，并且做出相應回復。LCD用來顯示當前到站汽車的信息及站點準確時間。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，但對于對數據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_措施考慮到汽車內電磁兼容環(huán)境比較復雜，為了保證通信的準確性和效率，必須加上相應的抗干擾措施。硬件方面可以在PCB上加蓋屏蔽盒，來阻止一部分汽車發(fā)電機產生對無線部分的電磁干擾電源部分應該做好相應的濾波，為器件提供純凈的電源。軟件部分要采用嚴謹的幀結構，包括前導頭、同步頭、CRC校驗；通信協(xié)議上面向連接的需要回復的結構，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、經費預算計劃（5號宋體字、行距：18）（對項目所需的元器件清單及購置費、印制板加工費、機殼購置等各種費用進行預算，列出經費預算清單）1、 CC1100無線數傳模塊*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、 機殼*2 150元7、 開關電源 80元8、 開發(fā)儀器購置 500元六、預期成果（5號宋體字、行距：18）站點部分的模塊先上電并開始準備接收汽車部分模塊的信息，顯示時間。汽車部分的模塊后上電