畢業(yè)論文-基于藍(lán)牙無(wú)線通信的公交車(chē)語(yǔ)音提示系統(tǒng)【精校排版】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于藍(lán)牙無(wú)線通信的公交車(chē)語(yǔ)音提示系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要Ⅲ</b></p><

2、p>　　AbstractⅣ</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 背景分析1</p><p>　　1.2 課題意義1</p><p>　　1.3 技術(shù)現(xiàn)狀2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3</p>&l

3、t;p>　　2.1 系統(tǒng)功能及配置3</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)功能3</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)配置3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.3 系統(tǒng)總體流程5</p><p>　　第三章 相關(guān)技術(shù)7</p><p&g

4、t;　　3.1 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)7</p><p>　　3.1.1 MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)7</p><p>　　3.1.2 本設(shè)計(jì)中涉及到的主要通信技術(shù)8</p><p>　　3.1.3 本設(shè)計(jì)中涉及到的主要單片機(jī)技術(shù)10</p><p>　　3.2 藍(lán)牙技術(shù)15</p><p>　　3

5、.2.1 藍(lán)牙系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)15</p><p>　　3.2.2 藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接17</p><p>　　3.2.3 藍(lán)牙協(xié)議18</p><p>　　第四章 模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)20</p><p>　　4.1 通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)20</p><p>　　4.1.1 底層通信平臺(tái)實(shí)現(xiàn)20</p&

6、gt;<p>　　4.1.2 高層通信軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2 藍(lán)牙模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)22</p><p>　　4.2.1 藍(lán)牙模塊接線22</p><p>　　4.2.2 藍(lán)牙模塊在單片機(jī)之間的應(yīng)用22</p><p>　　4.3 語(yǔ)音模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)23</p><p&g

7、t;　　4.3.1 WTV020-SD模塊簡(jiǎn)介23</p><p>　　第五章 系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用27</p><p>　　5.1 系統(tǒng)測(cè)試及性能分析27</p><p>　　5.1.1 系統(tǒng)測(cè)試27</p><p>　　5.1.2 性能分析27</p><p>　　5.2 系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)28<

8、;/p><p>　　5.3 系統(tǒng)應(yīng)用29</p><p>　　5.3.1 收費(fèi)站應(yīng)用29</p><p>　　5.3.2 加油站應(yīng)用29</p><p>　　5.3.3 十字路口應(yīng)用30</p><p>　　5.3.4 學(xué)校門(mén)口應(yīng)用30</p><p>　　5.3.5 雨霧天氣

9、應(yīng)用30</p><p>　　5.3.6 工業(yè)基地應(yīng)用31</p><p><b>　　總 結(jié)32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　

10、　附 錄35</b></p><p>　　基于藍(lán)牙無(wú)線通信的公交車(chē)語(yǔ)音提示系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著中國(guó)公路和交通事業(yè)的飛速發(fā)展，公路和交通系統(tǒng)變得非常復(fù)雜，同時(shí)私家車(chē)的數(shù)量也在日益增多。很多市民就選擇乘坐公交車(chē),而隨著社會(huì)的發(fā)展,乘客對(duì)公交系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的要求越來(lái)越高,對(duì)出門(mén)乘車(chē)的服

11、務(wù)質(zhì)量提出了上檔次,多樣化,便利性等需求,這就帶來(lái)一系列問(wèn)題，許多乘客由于對(duì)復(fù)雜的道路信息或路標(biāo)不熟悉，可能會(huì)引起乘客錯(cuò)乘或是不知道在哪該下車(chē)，盲人群體生活的不便捷。乘客對(duì)道路信息的了解顯得尤為重要。目前道路信息的提示主要依靠公路邊的路牌，若遇到陰雨或大霧天氣，這些路牌的能見(jiàn)度就會(huì)大大降低，從而可能使乘客對(duì)道路信息的未知而帶來(lái)不必要的麻煩。</p><p>　　本文將單片機(jī)技術(shù)和藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一個(gè)

12、基于藍(lán)牙無(wú)線通信的公交自動(dòng)報(bào)站語(yǔ)音提示系統(tǒng) ，闡述了ARM微處理器和藍(lán)牙模塊的硬件設(shè)計(jì)思想與軟件實(shí)現(xiàn)方案。本系統(tǒng)通信穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。可在公交系統(tǒng)中廣泛使用，有效提高乘車(chē)的便利性和準(zhǔn)確性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；單片機(jī)技術(shù)；無(wú)線通信；自動(dòng)報(bào)站</p><p>　　Communications bus audio system Based on the bluetoot

13、h wireless</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With China's highways and the rapid development of transportation enterprise, roads and traffic system become very complex, and the n

14、umber of cars is increasing. Many people choose by bus, and with the development of society, the passenger service quality of bus system demand more and more to go out, the proposed bus service quality, diversification,

15、convenience market such demands, which brings problems, many passengers due to the complexity of the road information or signposts not familiar wit</p><p>　　This article will chip microcomputer and bluetooth

16、 wireless communication technology, design a combined with bluetooth wireless communications bus automatically stops, expounds the voice prompt system ARM microprocessor and bluetooth module hardware design and implement

17、 of software. This system communication stable, strong anti-jamming capability. But in transit system is widely used in transportation convenience, effectively improve and accuracy.</p><p>　　Keywords: Blueto

18、oth, ARM technology，Wireless communication，Automatic bus stop annunciator</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 背景分析</b></p><p>　　隨著中國(guó)公路和交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，中國(guó)的公路網(wǎng)規(guī)

19、模在不斷的擴(kuò)大，汽車(chē)也越來(lái)越多。但是，即使在私家車(chē)越來(lái)越多的今天，公交車(chē)仍是人們出行的首選，因?yàn)楣卉?chē)具有方便、快捷、車(chē)票便宜等優(yōu)點(diǎn)。隨著我們國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速的發(fā)展，城市規(guī)模日趨擴(kuò)大，促使私家車(chē)數(shù)量及交通流量大幅度增加，給公路暢通帶來(lái)了嚴(yán)峻壓力。由于一些公交車(chē)還存在售票員報(bào)站，這種老式的報(bào)站方式，長(zhǎng)時(shí)間周而復(fù)始的重復(fù)，給報(bào)站人員帶來(lái)了生理上與精神上長(zhǎng)期的疲勞，容易造成工作效率下降，精神不集中造成工作失誤，大大影響城市窗口的形象和工作效率

20、。而當(dāng)前公交車(chē)安裝使用的報(bào)站器還屬于人工按鍵式操作，給行人帶來(lái)一定的安全隱患，為了加強(qiáng)車(chē)輛的調(diào)度管理，規(guī)范車(chē)輛行駛速度，公交公司不得不安排專(zhuān)人在指定站點(diǎn)對(duì)每一輛公交車(chē)到站時(shí)間進(jìn)行登記，乘客滿意度不高，同時(shí)致使成本居高不下。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)公交運(yùn)輸也提出更高的要求。隨著我國(guó)各大城市公交公司的人員精減，目前各公交公司都在每輛公交車(chē)上只配備了一個(gè)司機(jī)，進(jìn)行無(wú)人售票。為了公交系統(tǒng)的安全考慮，目前迫切需要智能化、自動(dòng)化的公交語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)。&

21、lt;/p><p>　　目前，公交車(chē)報(bào)站系統(tǒng)可分為手動(dòng)報(bào)站和自動(dòng)報(bào)方式兩種，手動(dòng)報(bào)站需要司機(jī)手動(dòng)操作，容易引發(fā)事故或者發(fā)生誤報(bào)、不報(bào)等，影響乘客乘車(chē)的舒適性。自動(dòng)報(bào)站則是采用GPS定位技術(shù)，成本過(guò)于高昂，不易大規(guī)模的普及使用。 </p><p>　　因此我們提出了一個(gè)新型的解決此類(lèi)問(wèn)題的方案——基于藍(lán)牙無(wú)線通信的公交車(chē)語(yǔ)音提示系統(tǒng)。</p><p><b>　

22、　1.2 課題意義</b></p><p>　　為了解決目前公交車(chē)報(bào)站系統(tǒng)的尷尬狀態(tài)，我們?nèi)诤蠁纹瑱C(jī)技術(shù)和藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)，提出并設(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙無(wú)線通信的公交車(chē)語(yǔ)音提示系統(tǒng)。 </p><p>　　本系統(tǒng)不受陰雨或大霧天氣的影響，即使再惡劣的天氣，公交車(chē)也能準(zhǔn)確報(bào)站。另外自動(dòng)的語(yǔ)言報(bào)站讓駕駛員專(zhuān)心駕駛，避免出現(xiàn)事故，也能夠避免誤報(bào)、不報(bào)的情況，提高司乘人員的舒適性。

23、本系統(tǒng)解決了一個(gè)非常明顯的社會(huì)問(wèn)題，相信隨著系統(tǒng)性能的不斷優(yōu)化和功能的不斷擴(kuò)展，定會(huì)有非常廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　藍(lán)牙(Bluetooth)是一種開(kāi)放的低成本、短距離無(wú)線連接技術(shù)規(guī)范的代稱(chēng)，用于傳送語(yǔ)音和數(shù)據(jù)。藍(lán)牙技術(shù)作為便攜式電子設(shè)備和固定式電子設(shè)備之間替代電纜連接的短距離無(wú)線通信的標(biāo)準(zhǔn)，其主要特點(diǎn)是工作穩(wěn)定、設(shè)備簡(jiǎn)單、功率低、對(duì)人體危害小、價(jià)格便宜。藍(lán)牙技術(shù)的一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)就在于它應(yīng)用了全球統(tǒng)一

24、的頻率設(shè)定，消除了 “國(guó)界”的障礙，而在蜂窩式移動(dòng)電話網(wǎng)領(lǐng)域，這個(gè)障礙已經(jīng)困擾用戶多年。另外，ISM頻段是對(duì)所有無(wú)線電系統(tǒng)都開(kāi)放的頻段，因此使用其中的某個(gè)頻段都會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源 ，例如某些家電、無(wú)繩電話、微波爐等，都可能是干擾源。為此藍(lán)牙技術(shù)特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道，在一次連接中，無(wú)線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道，只有收發(fā)雙方都按這個(gè)規(guī)律通信，而其它的干

25、擾源不可能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾。跳頻的瞬時(shí)帶寬很窄，但通過(guò)擴(kuò)展頻譜技術(shù)可將這個(gè)窄帶成信的擴(kuò)展成寬頻帶，使可能干擾的影響變得很小，與其他工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙技術(shù)系統(tǒng)比其它系統(tǒng)更穩(wěn)定[1]。</p><p><b>　　1.3 技術(shù)現(xiàn)狀</b></p><p>　　本系統(tǒng)融入了單片機(jī)技術(shù)和藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)。MCS-51單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)

26、域非常廣泛，已經(jīng)滲透到我們生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，技術(shù)也非常成熟。如今單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)生了巨大的變化，歸納起來(lái)有：1.單片機(jī)在片ROM應(yīng)用技術(shù)得到發(fā)展。目前單片機(jī)已廣泛使用在片存儲(chǔ)器技術(shù)，最廣泛應(yīng)用的是Otprom、Flasrom及Maskrom，提供了在線編程（ISP）和在應(yīng)用可編程（IAP）技術(shù)，使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)更趨于方便、高效。2.全盤(pán)COMS化。COMS電路具有工作電壓范圍寬、極佳的本質(zhì)、低功耗及功耗管理特性，因此已成為目前單片機(jī)及外圍

27、器件流行的半導(dǎo)體工藝。3.以串行方式為主的外圍擴(kuò)展技術(shù)得到發(fā)展。當(dāng)前單片機(jī)外圍器件普遍提供了擴(kuò)展方便，靈活、電路系統(tǒng)簡(jiǎn)單的串行擴(kuò)展方式。目前，藍(lán)牙技術(shù)也日趨成熟，發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛自從1998年提出藍(lán)牙技術(shù)以來(lái)，藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展異常迅速。藍(lán)牙Bluetooth作為一種新的短距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，受到全世界越來(lái)越多工業(yè)界生產(chǎn)廠家和研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。成立了世界藍(lán)牙組織Bluetooth SIG，采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)公開(kāi)的策略來(lái)推廣藍(lán)牙技術(shù)，現(xiàn)已發(fā)展

28、成為一個(gè)相當(dāng)大的工業(yè)界高新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織，全球支持藍(lán)牙</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能及配置</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)功能</p><p>　　車(chē)載系統(tǒng)到達(dá)路邊系統(tǒng)的連接區(qū)域后，路邊系統(tǒng)向車(chē)載系統(tǒng)發(fā)送信息代碼，車(chē)載系統(tǒng)接收代碼完畢后播放道路信息，從而使公交車(chē)駕駛員和乘客能夠清晰

29、的了解到站情況。</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)配置</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)功能以及設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的要求，開(kāi)發(fā)此系統(tǒng)需要以下主要配置：</p><p>　?。?）開(kāi)發(fā)環(huán)境：keil uVision2，Proteus 7.5，Windows7系統(tǒng)</p><p>　?。?）開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言</p><

30、p>　　（3）硬件：STC89C52、STC89C54；</p><p><b>　　藍(lán)牙模塊（主從）；</b></p><p><b>　　干電池；</b></p><p>　　語(yǔ)音模塊WTV020-SD；</p><p>　　揚(yáng)聲器（0.5W，8Ω）</p><p>

31、;　　2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　本系統(tǒng)的硬件分為兩個(gè)部分：路邊系統(tǒng)的硬件和車(chē)載系統(tǒng)的硬件。路邊系統(tǒng)和車(chē)載系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上為對(duì)等關(guān)系，即兩個(gè)系統(tǒng)的硬件采用相同結(jié)構(gòu)，這兩部分系統(tǒng)的區(qū)別在于路邊系統(tǒng)是車(chē)載系統(tǒng)的簡(jiǎn)化。</p><p>　　路邊系統(tǒng)和車(chē)載系統(tǒng)分別采用STC89C52和STC89C54作為處理器。STC89C51RC/RD+ 系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干

32、擾/高速/低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，最新的D 版本內(nèi)部集成MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路。用戶應(yīng)用程序空間 8K/16K字節(jié)，片上集成512字節(jié)/ 1280字節(jié)RAM，ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器/仿真器可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K 程序3 秒即可完成一片，通用異步串行口(UART)，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多

33、個(gè)UART。</p><p>　　在處理器周?chē)ㄒ恍﹩为?dú)的模塊和接口電路，用來(lái)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的預(yù)期功能。這些模塊包括：</p><p>　　（1）處理器模塊，用來(lái)控制數(shù)據(jù)的收發(fā)；</p><p>　　（2）存儲(chǔ)器模塊，用來(lái)存儲(chǔ)語(yǔ)音；</p><p>　?。?）藍(lán)牙模塊，用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信；</p><p>　?。?）音頻

34、模塊，用來(lái)播放語(yǔ)音；</p><p>　　（5）電源模塊，用來(lái)給處理器和各模塊供電。</p><p>　　車(chē)載系統(tǒng)包括以上四個(gè)模塊，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。路邊系統(tǒng)包括處理器模塊、藍(lán)牙模塊、存儲(chǔ)器模塊和電源管理模塊，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.1 車(chē)載系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2.2 路邊系統(tǒng)硬件

35、結(jié)構(gòu)</p><p>　　下面介紹系統(tǒng)的整機(jī)電路原理圖，見(jiàn)圖2.3。</p><p>　　圖2.3 系統(tǒng)的整機(jī)電路原理圖</p><p>　　2.3 系統(tǒng)總體流程</p><p>　　在介紹系統(tǒng)總體流程前，首先介紹一下系統(tǒng)工作模型，如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 系統(tǒng)工作示意圖</p>

36、<p>　　根據(jù)系統(tǒng)的工作示意圖，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的流程，流程分為路邊系統(tǒng)流程和車(chē)載系統(tǒng)流程，如圖2.5和圖2.6所示。</p><p>　　圖2.5中，開(kāi)啟設(shè)備即啟動(dòng)藍(lán)牙設(shè)備，然后是程序的初始化，初始化完畢后查詢(xún)是否有路邊系統(tǒng)存在，若查詢(xún)到，則表示有道路信息，然后接收信息后會(huì)重復(fù)播放信息，直到車(chē)載系統(tǒng)與路邊系統(tǒng)斷開(kāi)連接。</p><p>　　圖2.6中，先掃描車(chē)載系統(tǒng)，一旦進(jìn)入了藍(lán)

37、牙接收范圍就會(huì)與車(chē)載系統(tǒng)建立連接，同時(shí)向車(chē)載系統(tǒng)發(fā)送編碼，車(chē)載系統(tǒng)接收這個(gè)編碼后會(huì)選擇相應(yīng)的語(yǔ)音段進(jìn)行播放。</p><p><b>　　第三章 相關(guān)技術(shù)</b></p><p>　　本章介紹系統(tǒng)采用的主要相關(guān)技術(shù)。首先介紹MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)，包括MCS-51單片機(jī)的硬件和軟件編程技術(shù)；接著介紹本設(shè)計(jì)用到的藍(lán)牙模塊的基本結(jié)構(gòu)、基本功能、無(wú)線通信技術(shù)等。</

38、p><p>　　3.1 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[3]。</p><p>　　單片機(jī)實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng)，其CPU可以對(duì)I/O端口直接進(jìn)

39、行操作，位操作能力更是其它計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。另外，由于CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機(jī)的可靠性非常高。</p><p>　　單片機(jī)芯片即是一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)，是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)

40、不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大PCB板，但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性[4]。</p><p>　　3.1.1 MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1) 單片機(jī)的引腳功能</p

41、><p>　　1) 主電源引腳Vcc和Vss</p><p>　　2) 時(shí)鐘振蕩電路引腳XTAL1和XTAL2 </p><p>　　XTAL1和XTAL2分別用做晶體振蕩電路的反相器輸入端和輸出端。在使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體，振蕩頻率為晶體振蕩頻率，振蕩信號(hào)送至內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。</p><p><b&g

42、t;　　3) 控制信號(hào)引腳</b></p><p>　　RST為復(fù)位信號(hào)輸入端；VPD為內(nèi)部RAM的備用電源輸入端；PSEN 外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)；ALE地址鎖存允許信號(hào)。</p><p>　　4) P0、P1、P2、P3端口</p><p>　　P0口（P0.0～P0.7）</p><p>　　第一功能：是一個(gè)8位漏極開(kāi)

43、路型的雙向I/O口，這時(shí)P0口可看成用戶數(shù)據(jù)總線；第二功能：是在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，分時(shí)提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)總線，這時(shí)先用做地址總線再用做數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　P1口（P1.0～P1.7）</p><p>　　內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。</p><p>　　P2口（P2.0～P2.7）</p><p>　　第一功能：

44、一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。</p><p>　　第二功能：在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高8位地址。</p><p>　　P3口（P3.0～P3.7）</p><p>　　第一功能：內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。在系統(tǒng)中，這8個(gè)引腳都有各自的第二功能。</p><p>　　(2) 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><

45、p>　　單片機(jī)集成度高。單片機(jī)包括一個(gè)8位CPU、4KB容量的ROM（8031 無(wú)）、128 B容量的 RAM、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口。一個(gè)片內(nèi)振蕩器與時(shí)鐘電路，具有5個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖3.1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　3.1.2 本設(shè)計(jì)中涉及到的主要通信技術(shù)</p><p

46、>　　(1) 計(jì)算機(jī)串行通信基礎(chǔ)</p><p>　　隨著多微機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)的通信功能愈來(lái)愈顯得重要。計(jì)算機(jī)通信是一種以數(shù)據(jù)通信形式出現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行信息傳遞的方式。它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相融合的產(chǎn)物。通信有并行通信和串行通信兩種方式[5]。</p><p>　　并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行

47、傳送 。并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。并行通信速度快，但用的通信線多，成本高。</p><p>　　串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送。</p><p>　　圖3.2 串行數(shù)據(jù)傳輸示意圖</p><p>　　串行通信的特點(diǎn)：節(jié)省傳輸線，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行

48、通信復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳送效率低。</p><p><b>　　串行通信</b></p><p>　　串行通信分為兩類(lèi)——同步通信與異步通信</p><p><b>　　同步通信</b></p><p>　　同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。此時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均

49、為“位間隔”的整數(shù)倍，同時(shí)傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。發(fā)送方對(duì)接收方的同步可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　異步通信</b></p><p>　　異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致。</p><p>　　

50、圖3.3 異步通信示意圖</p><p>　　異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但每個(gè)字符中的各位是以固定的時(shí)間傳送的，即字符之間不一定有“位間隔”的整數(shù)倍的關(guān)系，但同一字符內(nèi)的各位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍。</p><p>　　異步通信的數(shù)據(jù)格式 ：</p><p>　　圖3.4 異步通信格式示意圖&

51、lt;/p><p>　　異步通信的特點(diǎn)：不要求收發(fā)雙方時(shí)鐘的嚴(yán)格一致，實(shí)現(xiàn)容易，設(shè)備開(kāi)銷(xiāo)較小，但每個(gè)字符要附加2～3位用于起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。 </p><p><b>　　串行通信的傳輸方向</b></p><p>　　串行通信的傳輸方向分為單工、半雙工、全雙工。</p><p>　　單工是指數(shù)據(jù)傳

52、輸僅能沿一個(gè)方向，不能實(shí)現(xiàn)反向傳輸。</p><p>　　半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。</p><p>　　全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。</p><p>　　3.1.3 本設(shè)計(jì)中涉及到的主要單片機(jī)技術(shù)</p><p>　　(1) 80C51的串行口</p><p>　　1) 80C5

53、1串行口的結(jié)構(gòu)</p><p>　　80C51單片機(jī)串行口是由發(fā)送緩沖寄存器SBUF、發(fā)送控制器、發(fā)送控制門(mén)、接收緩沖寄存器SBUF、接收控制寄存器、移位寄存器和中斷等部分組成[6]。有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H ；接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu) ；發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。 </p><p>　　圖3.5 80C51串行口的結(jié)

54、構(gòu)示意圖</p><p>　　2）80C51串行口的控制寄存器 SCON 是一個(gè)特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志：</p><p>　　圖3.1 SCON寄存器</p><p>　　SM0和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式：</p><p>　　圖3.2 工作方式選擇</p>

55、<p>　　●SM2，多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3。當(dāng)接收機(jī)的SM2=1時(shí)可以利用收到的RB8來(lái)控制是否激活RI（RB8＝0時(shí)不激活RI，收到的信息丟棄；RB8＝1時(shí)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，并激活RI，進(jìn)而在中斷服務(wù)中將數(shù)據(jù)從SBUF讀走）。當(dāng)SM2=0時(shí)，不論收到的RB8為0和1，均可以使收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，并激活RI（即此時(shí)RB8不具有控制RI激活的功能）。通過(guò)控制SM2，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。</p&

56、gt;<p>　　在方式0時(shí)，SM2必須是0。在方式1時(shí)，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才置1。</p><p>　　●REN，允許串行接收位。由軟件置REN=1，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收。</p><p>　　●TB8，在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用軟件規(guī)定其作用?？梢杂米鲾?shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位，或在多機(jī)通信中，作為地址幀

57、/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。</p><p>　　在方式0和方式1中，該位未用。</p><p>　　●RB8，在方式2或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位，作為奇偶校驗(yàn)位或地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式1時(shí)，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位。</p><p>　　●TI，發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開(kāi)始時(shí)，由內(nèi)部硬

58、件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)。</p><p>　　●RI，接收中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行接收停止位的中間時(shí)，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)。</p><p>　　PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān) ：</p&

59、gt;<p>　　圖3.3 PCON寄存器 </p><p>　　SMOD（PCON.7） 波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3時(shí)，波特率與 SMOD有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0。</p><p>　　3）80C51串行口的工作方式（方式1）</p><p>　　方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為

60、數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。 </p><p>　　圖3.6 異步通信傳送幀示意圖</p><p><b>　　方式1輸出</b></p><p>　　圖3.7 方式1輸出示意圖</p><p><b>　　方式1輸入</b

61、></p><p>　　圖3.8 方式1輸入示意圖</p><p>　　用軟件置REN為1時(shí)，接收器以所選擇波特率的16倍速率采樣RXD引腳電平，檢測(cè)到RXD引腳輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，則說(shuō)明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，并開(kāi)始接收這一幀信息的其余位。接收過(guò)程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)RI=0，且SM2=0（

62、或接收到的停止位為1）時(shí)，將接收到的9位數(shù)據(jù)的前8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位（停止位）進(jìn)入RB8，并置RI=1，向CPU請(qǐng)求中斷。</p><p>　　4）波特率的計(jì)算[7]</p><p>　　在串行通信中，收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過(guò)軟件可對(duì)單片機(jī)串行口編程為四種工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率來(lái)決

63、定。</p><p>　　串行口的四種工作方式對(duì)應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時(shí)鐘的來(lái)源不同，所以，各種方式的波特率計(jì)算公式也不相同。</p><p>　　方式0的波特率 方式0時(shí)，移位時(shí)鐘脈沖由56(即第6個(gè)狀態(tài)周期，第12個(gè)節(jié)拍)給出，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)移位時(shí)鐘，發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)。所以，波特率為振蕩頻率的十二分之一，并不受 PCON寄存器中SMOD的影響，即：</p&

64、gt;<p>　　方式0的波特率 = fosc/12</p><p><b>　　方式2的波特率</b></p><p>　　串行口方式2波特率的產(chǎn)生與方式0不同，即輸入時(shí)鐘源的頻率不同，控制接受與發(fā)送的位移時(shí)鐘由震蕩頻率fosc的第二節(jié)拍P2(即fosc/2)給出。所以，方式2波特率取決于PCON中SMOD位的值，當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率為fosc的

65、六十四分之一；若SMOD=1.則波特率為fosc的三十二分之一，即：</p><p>　　方式2的波特率 =（2SMOD/64）· fosc</p><p>　　方式l和方式3的波特率 方式1和方式3的移位時(shí)鐘脈沖由定時(shí)器T1的溢出率決定，故波特宰由定時(shí)器T1的溢出率與SMOD值同時(shí)決定，即：</p><p>　　方式1的波特率 =（2SMOD/3

66、2）·（T1溢出率）</p><p>　　方式3的波特率 =（2SMOD/32）·（T1溢出率）</p><p>　　當(dāng)T1作為波特率發(fā)生器時(shí)，最典型的用法是使T1工作在自動(dòng)再裝入的8位定時(shí)器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以啟動(dòng)定時(shí)器）。這時(shí)溢出率取決于TH1中的計(jì)數(shù)值。</p><p>　　T1 溢出率 = fosc /{12

67、5;[256 －（TH1）]}</p><p>　　在單片機(jī)的應(yīng)用中，常用的晶振頻率為：12MHz和11.0592MHz。所以，選用的波特率也相對(duì)固定。常用的串行口波特率以及各參數(shù)的關(guān)系如表所示。</p><p>　　圖3.4 常見(jiàn)比特率選擇</p><p>　　串行口工作之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器1、串行口控制和中斷控制。具體步驟如下：

68、</p><p>　　確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）；</p><p>　　計(jì)算T1的初值，裝載TH1、TL1；</p><p>　　啟動(dòng)T1（編程TCON中的TR1位）；</p><p>　　確定串行口控制（編程SCON寄存器）；</p><p>　　串行口在中斷方式工作時(shí)，要進(jìn)行中斷設(shè)置（編程IE、IP寄

69、存器）。</p><p><b>　　3.2 藍(lán)牙技術(shù)</b></p><p>　　藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范，是一種應(yīng)用簡(jiǎn)單、成本低廉、實(shí)現(xiàn)容易、易于推廣，提供近距離保證可靠接收和信息安全的無(wú)線通信，為移動(dòng)設(shè)備之間建立了一種特別的鏈接方式，構(gòu)成固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境的個(gè)人網(wǎng)絡(luò)，使得近距離內(nèi)各種設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫資源共享，可以隨時(shí)隨地用無(wú)線接口來(lái)

70、代替有線電纜連接；具有很強(qiáng)的移植性，可以用于多種場(chǎng)合，如WAP、GSM、DECT等，引入身份識(shí)別后可以靈活的實(shí)現(xiàn)漫游。藍(lán)牙技術(shù)工作在全球通用的2．4GHz頻段，即ISM頻段。ISM頻段是指工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)的全部公用頻段，它包括902～928MI-IZ和2．4～2．484GHz兩個(gè)頻率段范圍，可以免費(fèi)使用而不用申請(qǐng)。藍(lán)牙技術(shù)定義了電路交換和分組交換的數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型，能夠同時(shí)支持語(yǔ)音與數(shù)據(jù)信息的傳輸。它定義了兩種鏈路類(lèi)型：SCO(面向連接的同

71、步鏈路)和ACL(面向無(wú)連接的異步鏈路)。每種鏈路支持16種不同的分組類(lèi)型。SCO數(shù)據(jù)包既可以支持?jǐn)?shù)據(jù)傳送，也可以支持語(yǔ)音傳送，SCO主要用于傳輸話音。ACL支持對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)兩種幀格式主要用于傳輸數(shù)據(jù)包。兩種連接類(lèi)型都使用TDD(時(shí)分雙工傳輸方案)實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸[8]。</p><p>　　3.2.1 藍(lán)牙系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般可分為四層：無(wú)線與基帶（Radi

72、o＆BaseBand）層；鏈路控制器及邏輯控制與自適應(yīng)協(xié)議（LinkManager＆L2 CAP）層；主機(jī)控制器接口（HostControllerInterface）層和應(yīng)用框架與支持（ApplicationFramework＆Support）層[9]。 </p><p>　　在藍(lán)牙系統(tǒng)中，使用藍(lán)牙技術(shù)將設(shè)備連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為微微網(wǎng)，它由一個(gè)主設(shè)備和多個(gè)從設(shè)備構(gòu)成。主設(shè)備是微微網(wǎng)中用來(lái)同步其他的藍(lán)牙設(shè)備，是連接過(guò)

73、程的發(fā)起者，最多可與7個(gè)從設(shè)備同事維持連接。從設(shè)備是微微網(wǎng)中除主設(shè)備外的設(shè)備。兩個(gè)或多個(gè)微微網(wǎng)可以連接組成分布式網(wǎng)（Scatter net），或稱(chēng)散射網(wǎng)。</p><p>　　藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。圖中，微微網(wǎng)1由一個(gè)主設(shè)備和六個(gè)從設(shè)備組成，微微網(wǎng)1的一個(gè)從設(shè)備又作為了微微網(wǎng)2的從設(shè)備，微微網(wǎng)2中有五個(gè)從設(shè)備，而微微網(wǎng)2的主設(shè)備同時(shí)又是微微網(wǎng)3的從設(shè)備，三個(gè)微微網(wǎng)共同組成了藍(lán)牙的散射網(wǎng)結(jié)構(gòu)。</p&g

74、t;<p>　　圖3.9 藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　在藍(lán)牙基帶協(xié)議中規(guī)定，藍(lán)牙設(shè)備可以使用4種類(lèi)型的地址用于同場(chǎng)合和狀態(tài)。其中，48位的藍(lán)牙設(shè)備地址BD＿ADDR（IEEE802標(biāo)準(zhǔn)），是藍(lán)牙設(shè)備連接過(guò)程的惟一標(biāo)準(zhǔn)；3位的微微網(wǎng)激活設(shè)備地址AM＿ADDR，用以標(biāo)識(shí)微微網(wǎng)中的激活成員，該地址3位全用作廣播信息；8位的微微網(wǎng)休眠設(shè)備地址PM＿ADDR，用來(lái)標(biāo)識(shí)微微網(wǎng)中的休眠的從設(shè)備。微微

75、網(wǎng)接入地址AR＿ADDR，分配給微微網(wǎng)中要啟動(dòng)喚醒過(guò)程的從設(shè)備。</p><p>　　當(dāng)微微網(wǎng)從設(shè)備通信時(shí)，彼此必須保持同步。同步所采用的時(shí)鐘包括自身不調(diào)整也不關(guān)閉的本地設(shè)備時(shí)鐘CLKN，微微網(wǎng)中主設(shè)備的系統(tǒng)時(shí)鐘CLK，以及為主設(shè)備時(shí)鐘對(duì)從設(shè)備時(shí)鐘進(jìn)行周期更新以保持主從同步的補(bǔ)償時(shí)鐘CLKE[10]。</p><p>　　與其他無(wú)線技術(shù)一樣，藍(lán)牙技術(shù)中微微網(wǎng)通過(guò)使用各種信道來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線

76、傳輸。其中信道表示在79個(gè)或者23個(gè)射頻信道上跳變得偽隨機(jī)跳頻序列，每個(gè)微微網(wǎng)的跳頻序列是惟一的，并且由主設(shè)備的藍(lán)牙設(shè)備地址決定；此外，藍(lán)牙系統(tǒng)中有5種傳送不同類(lèi)型信息的邏輯信道，他們分別為：</p><p>　　LC信道 ：控制信道，用來(lái)傳送鏈路層控制信息；</p><p>　　LMC信道：鏈接管理信道，用來(lái)在鏈路層傳送鏈接管理信息；</p><p>　　UA信道

77、 ：用戶信道，用來(lái)傳送異步的用戶信息；</p><p>　　UI信道 ：用戶信道，用來(lái)傳送等時(shí)的用戶信息；</p><p>　　US信道 ：用戶信道，用來(lái)傳送同步的用戶信息。</p><p>　　3.2.2 藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接</p><p>　　藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的連接過(guò)程就是藍(lán)牙從待令狀態(tài)到連接狀態(tài)的過(guò)程。通常情況下，兩個(gè)設(shè)備的連接建立過(guò)程為：首先，主

78、設(shè)備使用GIAC和DIAC來(lái)查詢(xún)范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備（查詢(xún)狀態(tài)）。如果附近的任何藍(lán)牙設(shè)備正在監(jiān)聽(tīng)這些查詢(xún)（查詢(xún)掃描狀態(tài)），就發(fā)送它的地址和時(shí)鐘信息；然后，從設(shè)備可以開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)來(lái)自主設(shè)備的尋呼消息（尋呼掃描），主設(shè)備在發(fā)現(xiàn)附近的設(shè)備后可以尋呼這些設(shè)備（尋呼狀態(tài)），建立連接。在尋呼掃描的從設(shè)備被這個(gè)主設(shè)備尋呼后，就會(huì)以DAC（設(shè)備訪問(wèn)碼）來(lái)響應(yīng)。主設(shè)備在接收到從設(shè)備的相應(yīng)后，便可以發(fā)送主設(shè)備的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、BD_ADDR、BCH奇偶校驗(yàn)位和設(shè)備類(lèi)（F

79、HS分組包）；最后在從設(shè)備已經(jīng)受到這個(gè)FHS分組后，進(jìn)入連接狀態(tài)。具體過(guò)程如圖3.10所示。</p><p>　　查詢(xún)：查詢(xún)時(shí)主設(shè)備用來(lái)查找可監(jiān)視區(qū)域中的藍(lán)牙設(shè)備，以便通過(guò)收集來(lái)自從設(shè)備響應(yīng)查詢(xún)消息中得到該設(shè)備的地址和時(shí)鐘，查詢(xún)過(guò)程使用IAC。</p><p>　　查詢(xún)掃描：藍(lán)牙設(shè)備周期地監(jiān)聽(tīng)來(lái)自其他設(shè)備的查詢(xún)消息，以便自己能被發(fā)現(xiàn)。在掃描過(guò)程中，設(shè)備可以監(jiān)聽(tīng)普通查詢(xún)接入碼（GIAC）和特

80、定查詢(xún)接入碼（DIAC）。</p><p>　　查詢(xún)響應(yīng)：從設(shè)備以FHS分組響應(yīng)查詢(xún)消息，它攜帶從設(shè)備的DAC、本地時(shí)鐘等信息。</p><p>　　尋呼：主設(shè)備通過(guò)在不同的調(diào)頻序列發(fā)送消息，來(lái)激活一個(gè)從設(shè)備并建立連接，尋呼過(guò)程使用DAC。</p><p>　　尋呼掃描：從設(shè)備周期性地在掃描窗間隔時(shí)間內(nèi)喚醒自己，并監(jiān)聽(tīng)自己的DAC，從設(shè)備每隔1.28s在這個(gè)掃描窗上

81、根據(jù)尋呼調(diào)頻序列選擇一個(gè)掃描頻率。</p><p>　　從設(shè)備響應(yīng)：從設(shè)備在尋呼掃描狀態(tài)受到主設(shè)備對(duì)自己的尋呼消息即進(jìn)入相應(yīng)狀態(tài)，相應(yīng)主設(shè)備的尋呼消息。</p><p>　　主設(shè)備響應(yīng)：主設(shè)備在接收到從設(shè)備對(duì)它的尋呼消息的響應(yīng)后，主設(shè)備發(fā)送一個(gè)FHS分組給從設(shè)備，如果從設(shè)備響應(yīng)回答，主設(shè)備就進(jìn)入連接狀態(tài)。</p><p>　　連接狀態(tài)以主設(shè)備發(fā)送一個(gè)POLL分組開(kāi)始

82、，表示連接已經(jīng)建立，此時(shí)分組包可以在主從設(shè)備間來(lái)回發(fā)送。</p><p>　　圖3.10 藍(lán)牙連接過(guò)程圖</p><p>　　3.2.3 藍(lán)牙協(xié)議[11]</p><p>　　藍(lán)牙規(guī)范的核心部分是協(xié)議棧，這個(gè)協(xié)議棧允許多個(gè)設(shè)備進(jìn)行相互定位、連接和交換數(shù)據(jù)，并能買(mǎi)現(xiàn)互操作和交互式應(yīng)用。整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議體系可分為傳輸協(xié)議組、中間協(xié)議組和高端應(yīng)用組三部分。鏈路管理層(LM

83、)、基帶層(BB)、無(wú)線層(RF)構(gòu)成藍(lán)牙傳輸協(xié)議組，主要用于藍(lán)牙設(shè)備能確認(rèn)彼此的相互位置，并且能創(chuàng)建、配置和管理物理以及邏輯的鏈路，以便高層協(xié)議經(jīng)鏈路利用傳輸協(xié)議來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。中間協(xié)議層包括邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SOP)、串口仿真協(xié)議(RFcoMM)和電話控制協(xié)議(TCS) 。</p><p>　　圖3.11 藍(lán)牙協(xié)議棧</p><p>　　藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)中的

84、協(xié)議可以分為四層：</p><p>　　核心協(xié)議：基帶、LMP、L2CAP、SDP。</p><p>　　電纜替代協(xié)議：RFCOMM。</p><p>　　電話傳送控制協(xié)議：TCS二進(jìn)制、AT命令集。</p><p>　　可選協(xié)議：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、IrMC、WAE。</p><p

85、>　　第四章 模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本章主要介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的過(guò)程和方法。對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分模塊介紹，首先介紹通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，然后介紹語(yǔ)音模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最后介紹控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4.1 通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　通信模塊是本系統(tǒng)的重要組成部分之一，它提供了路邊系統(tǒng)和車(chē)載系統(tǒng)之間的通信

86、平臺(tái)。</p><p>　　4.1.1 底層通信平臺(tái)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本系統(tǒng)底層通信借助于藍(lán)牙來(lái)實(shí)現(xiàn)，底層藍(lán)牙設(shè)備之間通信的建立都需要查詢(xún)、建立連接、鑒權(quán)、通信幾個(gè)過(guò)程。</p><p>　　(1) 當(dāng)移動(dòng)數(shù)據(jù)終端的某個(gè)應(yīng)用要求接入局域網(wǎng)時(shí)，它先啟動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)，向有回應(yīng)的LAP發(fā)出查詢(xún)請(qǐng)求。LAP此時(shí)作為SDP Server具有一個(gè)業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)

87、庫(kù)(SDP Data-Base)，里面記錄著接入點(diǎn)可以提供的服務(wù)及其屬性，SDP機(jī)制可以提取建立RFCOMM連接需要的所有服務(wù)信息。數(shù)據(jù)終端查詢(xún)到可用的服務(wù)信息后，就可以開(kāi)始建立連接(如果發(fā)現(xiàn)沒(méi)有需要的服務(wù)，就放棄本次的連接請(qǐng)求)。 (2) 如果沒(méi)有現(xiàn)存的基帶物理鏈路，則要與所選的LAP建立一條物理鏈路。之后，設(shè)備進(jìn)行低層的鑒權(quán)和加密密鑰商議。 (3) 設(shè)備終端由低層向上，逐層建立L2CAP/RFCOMM/PPP連接。這

88、里，PPP層提供了一種可選的高層的鑒權(quán)機(jī)制。同時(shí)，用適當(dāng)?shù)腜PP機(jī)制來(lái)協(xié)商數(shù)據(jù)終端使用的IP地址。 (4) 連接建立之后，數(shù)據(jù)終端的上層應(yīng)用就可以在PPP連接上傳送IP數(shù)據(jù)流了。 (5) 任何時(shí)候，DT(數(shù)據(jù)終端)和LAP都可以終止已建立的連接。連接拆除各層的操作順序與建立時(shí)剛好相反。</p><p>　　完整的藍(lán)牙協(xié)議棧在前面章節(jié)已經(jīng)闡述，綜合考慮本系統(tǒng)的功能和應(yīng)用需求，只需要部分協(xié)議棧，包括核

89、心協(xié)議和一些其它協(xié)議，如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 通信協(xié)議棧</p><p>　　4.1.2 高層通信軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　高層軟件主要是借助于keil uVision2這個(gè)軟件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通信分為兩部分：發(fā)送端和接收端。發(fā)送端和接收端都是通過(guò)單片機(jī)的串行口進(jìn)行通信的。通信軟件流程如圖4.2所示，軟件程序見(jiàn)附錄。</p>

90、<p>　　（a）串口發(fā)送數(shù)據(jù) （b）串口接收數(shù)據(jù)</p><p>　　圖4.2 串口通信流程圖</p><p>　　4.2 藍(lán)牙模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是現(xiàn)成的藍(lán)牙模塊BC4系列，波特率設(shè)置的是9600，工作頻段在2.4GHZ-2.48GHZ.ISM Band，藍(lán)牙協(xié)議采用Bl

91、ueTooth V2.0標(biāo)準(zhǔn)，接收靈敏度為-85dBm，操作電壓為+5V，工作溫度從-40攝氏度至+105攝氏度，功率等級(jí)為Class2（+6dBm）參考功耗：搜索時(shí)35mA， 配對(duì)成功后8mA。</p><p>　　4.2.1 藍(lán)牙模塊接線</p><p>　　圖4.3 藍(lán)牙模塊</p><p>　　藍(lán)牙串口主機(jī)模塊和從機(jī)模塊是一樣的，只有4針引腳輸

92、出：</p><p>　　第1針：+5V供電端</p><p>　　第2針：數(shù)據(jù)發(fā)送端（可接單片機(jī)或者其他帶有串口的芯片的RXD端）</p><p>　　第3針：數(shù)據(jù)接收端（可接單片機(jī)或者其他帶有串口的芯片的TXD端）</p><p><b>　　第4針：地線GND</b></p><p>　　4

93、.2.2 藍(lán)牙模塊在單片機(jī)之間的應(yīng)用</p><p>　　圖4.4 藍(lán)牙模塊在單片機(jī)之間的應(yīng)用</p><p>　　4.3 語(yǔ)音模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　當(dāng)車(chē)載終端檢測(cè)到新的道路信息時(shí)將自動(dòng)播放道路信息，下面就簡(jiǎn)要介紹一下</p><p>　　WTV020-SD模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　

94、4.3.1 WTV020-SD模塊簡(jiǎn)介</p><p><b>　　(1)模塊特征</b></p><p>　　模塊支持外掛最大1G的SD卡； </p><p>　　支持播放4Bit ADPCM格式文件；</p><p><b>　　自動(dòng)識(shí)別語(yǔ)音文件；</b></p>&l

95、t;p>　　可以裝載6KHz～32KHz、36KHz采樣率的AD4音頻；</p><p>　　可裝載6KHz～16KHz采樣率的WAV音頻；</p><p>　　16bitADC及PWM音頻輸出；</p><p>　　最多可存放512段語(yǔ)音</p><p><b>　　(2) 模塊概述</b></p>

96、<p>　　WTV020-SD模塊是一款可重復(fù)擦寫(xiě)語(yǔ)音內(nèi)容的大容量存儲(chǔ)類(lèi)型的語(yǔ)音模塊，可外掛最大容量為1GB的SD卡存儲(chǔ)器。能加載WAV格式語(yǔ)音和AD4格式語(yǔ)音。WTV020-SD模塊以WTV020SD-20S語(yǔ)音芯片為主控核心，具有MP3控制模式，按鍵一對(duì)一控制模式（3段語(yǔ)音跟5段語(yǔ)音兩種），上電循環(huán)播放控制模式以及二線串口控制模式。</p><p>　　(3) 模塊封裝（WTV020-SD-16

97、P）與引腳說(shuō)明</p><p>　　圖4.5 語(yǔ)音模塊封裝圖</p><p>　　圖4.1 語(yǔ)音模塊引腳說(shuō)明</p><p>　　說(shuō)明：本設(shè)計(jì)中用到的是二線串口模式，下面將詳細(xì)介紹。</p><p>　　(4) 二線串口控制模式</p><p>　　由單片機(jī)通過(guò)CLK時(shí)鐘和DI數(shù)據(jù)線發(fā)送數(shù)據(jù)對(duì)WTV020-SD模

98、塊進(jìn)行控制?？呻S意播放任何一個(gè)地址的語(yǔ)音。此狀態(tài)下，能進(jìn)行語(yǔ)音組合播放。語(yǔ)音內(nèi)容更新直接通過(guò)SD卡讀卡器在PC上更換。該模塊支持FAT文件系統(tǒng)。支持6KHz～32KHz、36KHz采樣率的AD4語(yǔ)音和6KHz～16KHz采樣率的WAV音頻，能自動(dòng)識(shí)別語(yǔ)音采樣率以及語(yǔ)音文件格式。</p><p>　　二線串口觸發(fā)包括2 條通信線，即時(shí)鐘CLK 和數(shù)據(jù)DI。另外，還有一條復(fù)位線。假如芯片被復(fù)位后1S 內(nèi)無(wú)任何觸發(fā)即進(jìn)

99、入休眠。按鍵部分中的，上一曲和下一曲具有斷電記憶功能，假如斷電前上一曲點(diǎn)播到第7 段語(yǔ)音，那么斷電后再上電，按上一曲，就可以直接點(diǎn)播第6 段語(yǔ)音。</p><p>　　1)I/O 口對(duì)應(yīng)表</p><p>　　圖4.2 輸入輸出口</p><p><b>　　2）語(yǔ)音地址對(duì)應(yīng)表</b></p><p>　　SD卡中可放

100、置512段語(yǔ)音，語(yǔ)音文件名為10進(jìn)制放置，如0000.AD4、0001.AD4 等。單片機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)觸發(fā)時(shí)，需要發(fā)送跟語(yǔ)音文件名相對(duì)應(yīng)的16位2進(jìn)制數(shù)據(jù)。MCU 控制端CLK 信號(hào)跟DI 信號(hào)同時(shí)發(fā)送，DI 數(shù)據(jù)需先發(fā)高位再發(fā)低位。沒(méi)有發(fā)碼時(shí)CLK跟DI都要置于高電平。</p><p>　　圖4.3 語(yǔ)音地址對(duì)應(yīng)表</p><p><b>　　3）控制時(shí)序</b><

101、;/p><p>　　圖4.6 語(yǔ)音播放控制時(shí)序圖</p><p><b>　　4）命令碼描述</b></p><p>　　圖4.4 命令碼控制</p><p>　　注意：由于語(yǔ)音的播放有嚴(yán)格的時(shí)序，所以語(yǔ)音部分采用匯編語(yǔ)言編程來(lái)控制時(shí)鐘、數(shù)據(jù)以及音量的大小。要想很好的控制語(yǔ)音的播放，必須嚴(yán)格控制時(shí)序，那就涉及到延時(shí)的問(wèn)題

102、，延時(shí)的計(jì)算一定要與單片機(jī)所用的晶振相匹配。否則時(shí)序一定不正確。</p><p>　　(5) 語(yǔ)音文件簡(jiǎn)介</p><p>　　該語(yǔ)音模塊可以播放6KHz～32KHz、36KHz采樣率的AD4音頻文件以及6KHz～16KHz采樣率的WAV音頻文件，這些上面都已經(jīng)介紹過(guò)了，下面要講的是如何得到符合要求的AD4或者WAV格式的音頻文件。</p><p><b>

103、;　　音頻文件的錄制</b></p><p>　　本系統(tǒng)的錄音是采用一個(gè)文字轉(zhuǎn)換語(yǔ)音的軟件合成的，合成的聲音清脆而優(yōu)美，這款軟件叫KDVoice，可以將我們輸入的文字變換成語(yǔ)音文件，但是合成的語(yǔ)音文件前面會(huì)有我們不需要的語(yǔ)段，這就需要把我們不需要的語(yǔ)段裁剪掉，本設(shè)計(jì)采用的是MP3裁剪器。裁剪完后仍然是MP3格式的還不能用于該語(yǔ)音模塊播放，還要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。</p><p>&l

104、t;b>　　2）音頻文件的轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　要進(jìn)行音頻轉(zhuǎn)換就要用到格式轉(zhuǎn)換器，本設(shè)計(jì)采用的是該語(yǔ)音模塊生產(chǎn)公司專(zhuān)用的轉(zhuǎn)換器UsbRecorder，可以將MP3格式轉(zhuǎn)換成滿足要求的AD4或者WAV格式。</p><p>　　注意：在將錄制好的語(yǔ)音文件拷貝到miniSD卡之前，必須將SD卡FAT格式化，格式化以后直接把錄好的語(yǔ)音文件拷貝到SD卡的根目錄就可以了

105、。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用</p><p>　　本章主要介紹系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的測(cè)試過(guò)程與結(jié)果、系統(tǒng)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)以及系統(tǒng)的應(yīng)用前景。</p><p>　　5.1 系統(tǒng)測(cè)試及性能分析</p><p>　　5.1.1 系統(tǒng)測(cè)試</p><p>　　對(duì)于本系統(tǒng)的測(cè)試，將一臺(tái)單片機(jī)開(kāi)發(fā)板作為路邊系統(tǒng)，另一臺(tái)

106、單片機(jī)開(kāi)發(fā)板作為車(chē)載系統(tǒng)。</p><p><b>　　測(cè)試步驟為：</b></p><p>　?。?）將兩臺(tái)開(kāi)發(fā)板分開(kāi)一段距離，超過(guò)藍(lán)牙工作范圍；</p><p>　?。?）打開(kāi)路邊系統(tǒng)，啟動(dòng)藍(lán)牙設(shè)備；</p><p>　　（3）打開(kāi)車(chē)載體統(tǒng)，啟動(dòng)藍(lán)牙設(shè)備；</p><p>　?。?）將車(chē)載系統(tǒng)

107、慢慢靠近路邊系統(tǒng)，當(dāng)車(chē)載系統(tǒng)進(jìn)入藍(lán)牙工作范圍時(shí)，車(chē)載系統(tǒng)上開(kāi)始播放語(yǔ)音信息；</p><p>　　（5）當(dāng)關(guān)閉路邊系統(tǒng)以后，車(chē)載系統(tǒng)播放完當(dāng)前語(yǔ)音過(guò)后就停止播放；</p><p>　?。?）當(dāng)車(chē)載系統(tǒng)遠(yuǎn)離路邊系統(tǒng)（超出藍(lán)牙接收范圍），藍(lán)牙斷開(kāi)連接，語(yǔ)音停止播放。</p><p>　　5.1.2 性能分析</p><p>　　考慮到車(chē)輛從進(jìn)入

108、藍(lán)牙連接范圍到離開(kāi)的時(shí)間短暫?jiǎn)栴}，本系統(tǒng)的性能分析主要是關(guān)于藍(lán)牙建立連接速率和傳輸數(shù)據(jù)速率。一般藍(lán)牙建立連接的典型時(shí)間為2秒，藍(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸平均速率約為1Mb/s，假設(shè)要發(fā)送的信息大小為1Mb，則傳輸時(shí)間約為1.4秒，連接時(shí)間加傳輸時(shí)間共需要約3.4秒。（實(shí)際上本設(shè)計(jì)中要發(fā)生的信息量非常小，只發(fā)生一個(gè)編碼，幾乎可以忽略不計(jì)。）</p><p>　　圖5.1 性能分析圖示</p><p>

109、　　根據(jù)圖5.2可以計(jì)算出汽車(chē)從進(jìn)入藍(lán)牙連接范圍到離開(kāi)這段時(shí)間內(nèi)能夠完整接收數(shù)據(jù)的最大速度。</p><p>　　a為藍(lán)牙工作的有效半徑，b為汽車(chē)與路邊系統(tǒng)的水平距離，設(shè)b=3米。</p><p>　　情形1：我們使用小功率的藍(lán)牙設(shè)備，a的值約為10米，根據(jù)勾股定理，算得c約等于19米，工作時(shí)間為3.4秒，則可算出汽車(chē)的行駛速度不能超過(guò)20千米/小時(shí)。這種情況適用于十字路口區(qū)域，或車(chē)輛密集

110、的街區(qū)。</p><p>　　情形2：我們使用大功率的藍(lán)牙設(shè)備，a的值約為100米，根據(jù)勾股定理，算得c約等于200米，工作時(shí)間為3.4秒，則可算出汽車(chē)的行駛速度不能超過(guò)200千米/小時(shí)。這種情況適用于高速公路。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) </p><p>　　本系統(tǒng)主要特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)如下：</p><p>　　融合多種先進(jìn)技

111、術(shù)，如單片機(jī)技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)；</p><p>　　符合人性化設(shè)計(jì)，能夠方便人們知曉公交站點(diǎn)信息，另外系統(tǒng)操作非常簡(jiǎn)單；</p><p>　　該語(yǔ)音模塊可以存放512段語(yǔ)音，如果制定了統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用范圍非常廣泛。 </p><p>　　制作成本低，布置簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；</p><p><b>　　功耗?。?lt;/b>&l

112、t;/p><p>　　本系統(tǒng)在接收范圍內(nèi)可以同時(shí)與七個(gè)車(chē)載系統(tǒng)建立連接，并進(jìn)行安全語(yǔ)音提示，在現(xiàn)實(shí)中完全能夠滿足用戶的需求；</p><p>　　具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　5.3 系統(tǒng)應(yīng)用</b></p><p>　　本系統(tǒng)除了應(yīng)用于公交車(chē)上播報(bào)站點(diǎn)信息以外還適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合，如收費(fèi)站附近、加油站

113、前方、城市十字路口、學(xué)校門(mén)口、雨霧天氣、工業(yè)基地等。</p><p>　　5.3.1 收費(fèi)站應(yīng)用</p><p><b>　　圖5.2 收費(fèi)站</b></p><p>　　圖5.2是收費(fèi)站前方的照片，我們可以在收費(fèi)站前方安置本系統(tǒng)，當(dāng)汽車(chē)即將進(jìn)入某個(gè)城市，汽車(chē)到達(dá)路邊系統(tǒng)，可以接收到出口城市名稱(chēng)，以及該城市的酒店、旅游等信息；在收費(fèi)站入口也