《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》課程設(shè)計--基于嵌入式和zigbee技術(shù)的智能交通燈的研究與實現(xiàn)

1、<p><b>　　《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　?。}目：基于嵌入式和ZigBee技術(shù)的智能交通燈的研究</p><p><b>　　與實現(xiàn)）</b></p><p>　　院 （系） 信

2、息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 班 級 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　

3、設(shè) 計 地 點 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　起止時間：2014年11月3日至2014年11月14日</p><p>　　基于嵌入式和ZigBee技術(shù)的智能交通燈的研究與實現(xiàn)</p><p><b>

4、;　　摘 要</b></p><p>　　本文利用ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板和ZigBee無線通訊模塊，實現(xiàn)了ZigBee對交通燈控制的功能。該系統(tǒng)能對ZigBee模塊中的進(jìn)行點陣和數(shù)碼管的控制，并將交通中紅、黃、綠的的時間控制顯示在數(shù)碼管上，東西、南北方向的控制顯示在點陣中，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、操作方便。在未來，ZigBee技術(shù)的應(yīng)用，將會在不同領(lǐng)域有著更廣闊的發(fā)展前景。</p><p

5、>　　關(guān)鍵詞：ARM嵌入式系統(tǒng)； ZigBee無線通訊；點陣；數(shù)碼管；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Based on ARM embedded system development board and ZigBee wireless communication module, realized the functio

6、n of ZigBee control of traffic lights.To lattice ZigBee module of the system and the control of digital tube, and will be red, yellow, and green transportation time control in the digital tube display, and control betwee

7、n the north and displayed in the lattice, the system is stable and reliable, easy to operate.In the future, the application of ZigBee technology will have a more broad pro</p><p>　　Keywords: ARM embedded sys

8、tem; ZigBee wireless communication;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1綜述3</b></p><p>　　1.1 ZigBee技術(shù)的概述3</p><p>　　1.2 ZigBee技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r5</p&g

9、t;<p>　　1.3 國內(nèi)外研究狀況5</p><p><b>　　2搭建平臺7</b></p><p>　　2.1 虛擬機(jī)概述7</p><p>　　2.2 Linux系統(tǒng)7</p><p>　　2.3 虛擬機(jī)安裝Linux系統(tǒng)7</p><p>　　2.4 超級終端的

10、設(shè)定8</p><p><b>　　3硬件設(shè)計12</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)總體設(shè)計12</p><p>　　3.2最小系統(tǒng)電路設(shè)計13</p><p>　　3.3電源電路設(shè)計14</p><p>　　3.4存儲器電路設(shè)計14</p><p>　　

11、3.5LCD顯示電路14</p><p>　　3.5觸摸屏電路14</p><p>　　3.6復(fù)位電路15</p><p><b>　　4功能實現(xiàn)16</b></p><p>　　4.1點陣的實現(xiàn)：16</p><p>　　4.2數(shù)碼管倒計時的實現(xiàn)：17</p><

12、p>　　4.3東南西北方向紅黃綠燈的實現(xiàn)：18</p><p>　　5測試結(jié)果及分析18</p><p>　　5.1 交叉編譯18</p><p><b>　　5.2 掛載19</b></p><p><b>　　致 謝21</b></p><p><

13、b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　1綜述</b></p><p>　　隨著城市發(fā)展、道路建設(shè)和汽車數(shù)量的迅速增長，城市交通擁塞現(xiàn)象日趨惡化。交通問題成為困擾世界各國的普遍性難題。傳統(tǒng)的單一固定配時控制的交通信號燈已不能滿足日益增長的交通需求，提出了一種基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能交通信號燈的控制系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)在固定配

14、時的基礎(chǔ)上，可對當(dāng)前道路的實時情況進(jìn)行采集，并通過ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)傳送到主模塊。主模塊針對子模塊上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計．使用智能的優(yōu)化算法產(chǎn)生出合理的交通信號配時方案對各路口信號燈進(jìn)行控制，以便進(jìn)行較為合理的道路管理和道路選擇，提高道路運輸?shù)男?。實驗證明該系統(tǒng)在實現(xiàn)常規(guī)的信號指揮功能之外，還具有無線自組網(wǎng)、故障自恢復(fù)、特殊工作狀態(tài)設(shè)置等優(yōu)異特點，在智能交通領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的應(yīng)用價值。</p><p>　　

15、1.1 ZigBee技術(shù)的概述 </p><p>　　ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾

16、公里，并且支持無限擴(kuò)展。</p><p>　　ZigBee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。</p><p>　　與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，

17、工作可靠，價格低的特點。而移動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。</p>

18、;<p>　　ZigBee具有如下特點： </p><p>　　(1) 低功耗: 由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。</p><p>　　(2) 成本低： ZigBee模塊的初始成本在6美元左右

19、，估計很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee協(xié)議是免專利費的。低成本對于ZigBee也是一個關(guān)鍵的因素。</p><p>　　(3) 時延短: 通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設(shè)備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設(shè)備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應(yīng)用。</p><p>　　(4)&

20、#160;網(wǎng)絡(luò)容量大： 一個星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和一個主設(shè)備， 一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò), 而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。</p><p>　　(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式， 每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)

21、。</p><p>　　(6) 安全： ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證， 采用了AES-128的加密算法,各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。圖1.1為ZigBee無線通訊模實物圖：</p><p>　　圖1．1 ZigBee無線通訊模實物圖</p><p>　　1.2 ZigBee技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r</p>

22、<p>　　ZigBee技術(shù)的應(yīng)用前景被非常看好。ZigBee在未來的幾年里將在工業(yè)控制，工業(yè)無線定位，家庭網(wǎng)絡(luò)，汽車自動化，樓宇自動化，消費電子，醫(yī)用設(shè)備控制等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是家庭自動化和工業(yè)控制，將成為今后ZigBee芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域。 在工業(yè)領(lǐng)域，利用傳感器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)，使得數(shù)據(jù)的自動采集，分析和處理變得更加容易，可以作為決策輔助系統(tǒng)的重要組成部分。在汽車領(lǐng)域，主要是傳遞信息的通用傳感器。

23、由于很多傳感器只能內(nèi)置在飛轉(zhuǎn)的車輪或者發(fā)動機(jī)中，比如輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，這就要求內(nèi)置無線通信設(shè)備使用的電池有較長的壽命，同時應(yīng)該克服嘈雜的環(huán)境和金屬結(jié)構(gòu)對電磁波的屏蔽效應(yīng)。 在精確農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要使用孤立的，沒有通信能力的機(jī)械設(shè)備，主要是依靠人力監(jiān)測作物的生產(chǎn)狀況，采用了傳感器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)后，農(nóng)業(yè)將可以逐漸地轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，使用更多的自動化，網(wǎng)絡(luò)化，職能化和遠(yuǎn)程控制的設(shè)備來耕種。 在家庭和樓宇自動化領(lǐng)域，

24、家庭自動化系統(tǒng)作為電子技術(shù)的集成得以迅速擴(kuò)展，易于進(jìn)入，簡單明了和廉價的安裝成本等成了驅(qū)動自動化居家，建筑開發(fā)和應(yīng)用無線技術(shù)的主要動因。 在醫(yī)學(xué)</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究狀況</p><p>　　城市交通信號控制系統(tǒng)的管理是保障城市交通高效有序運行的一個重要組成部分，如何實時有效的對交通信號進(jìn)行控制，優(yōu)化城市交通車流是目前國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。對交通信號控制系統(tǒng)的優(yōu)化，現(xiàn)階

25、段主要體現(xiàn)在對城市交叉路口相位中的綠信比的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)綠信比來形成各個車道的路阻，改變交通車流量。隨著數(shù)字智能技術(shù)與通信和控制領(lǐng)域的結(jié)合，交通信號控制系統(tǒng)的優(yōu)化逐漸的由孤立路口的控制向大規(guī)模區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制、定時控制向自適應(yīng)控制、集中控制向分布式協(xié)同控制的方向發(fā)展，傳統(tǒng)城市交通網(wǎng)也將被智能交通網(wǎng)絡(luò)所取代。</p><p>　　城市交通信號控制系統(tǒng)的優(yōu)化</p><p>　　交通信號燈的控制是

26、城市交通網(wǎng)絡(luò)中一個最主要的控制手段。通過優(yōu)化交通岔路口交通燈的紅綠燈配時方案，設(shè)計有效的交通信號優(yōu)化控制策略，可提高城市交通資源的利用率，緩解道路擁堵。</p><p>　　目前，設(shè)計一個實時可靠并且實際可行的交通信號控制系統(tǒng)仍然有諸多的問題需要解決。這些問題集中在以下幾個方面：a)綠燈轉(zhuǎn)換是一個離散變化過程，其優(yōu)化組合往往是一個NP困難問題；b）城市交通規(guī)模巨大，除了要處理大量交通數(shù)據(jù)外，一定范圍內(nèi)相鄰路口交

27、通車流量存在相關(guān)性，故相鄰路口應(yīng)有一定的協(xié)調(diào)特性才能達(dá)到整體優(yōu)化；c）交通中面臨著許多的不可知以及難以測量的擾動因素（如：交通事故，非法停車，行人穿行等）；d）交通狀態(tài)的測量信息往往是局部信息，并且測量的準(zhǔn)確度受許多因素的影響。針對以上問題，國內(nèi)外研究學(xué)者提出了交通信號控制系統(tǒng)的解決方案，按幾何拓?fù)淇煞譃榻徊媛房诳刂啤⒊鞘兄鞲傻揽刂坪途W(wǎng)絡(luò)控制三類。</p><p>　　智能交通系統(tǒng)與分布式協(xié)同優(yōu)化控制</p

28、><p>　　智能交通系統(tǒng)的提出為全面解決城市交通運輸問題提供了一個有效的路徑。智能交通系統(tǒng)涵蓋了交通領(lǐng)域中的許多方面，包括信息服務(wù)系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、電子收費系統(tǒng)等，是高度綜合化、智能化的交通控制系統(tǒng)。在交通管理方面，智能交通系統(tǒng)采用先進(jìn)的車輛檢測技術(shù)和計算機(jī)信息處理技術(shù)，獲取實時交通路況信息，并根據(jù)收集到的信息對交通進(jìn)行控制，信息的收集一方面提高了交通控制的準(zhǔn)確性，但同時大量的數(shù)據(jù)也增加了消息處理的復(fù)雜性。<

29、;/p><p>　　因此，目前不少國內(nèi)外學(xué)者正在研究交通控制系統(tǒng)的分布式解決方案，并嘗試將智能控制技術(shù)應(yīng)用到分布式交通信號控制中。</p><p>　　但對于國內(nèi)來說，最近幾年發(fā)展迅猛，各地的發(fā)展?fàn)顩r良莠不齊，同樣各廠家都在推出不同的換代產(chǎn)品。據(jù)了解，目前北京，天津等這些一線城市，發(fā)展相對成熟，產(chǎn)品更新較快。就最新的狀況而言，國內(nèi)最新的智能交通軟件在向著多功能多元化的方向發(fā)展，一些軟件提供廠商

30、都會提供一整套解決方案。簡單的拿闖紅燈系統(tǒng)來說：目前需求不單單僅限于只抓拍闖紅燈的違法行為，還需要兼顧治安卡口，錄像，壓線，逆行，不按道行駛，異常停車等集中一體。2搭建平臺</p><p>　　要想進(jìn)行嵌入式開發(fā)，首先，必須搭建一套完整的嵌入式開發(fā)環(huán)境。本章介紹了在windows+Vmware虛擬機(jī)環(huán)境下嵌入式開發(fā)環(huán)境的搭建。</p><p><b>　　2.1 虛擬機(jī)概述<

31、;/b></p><p>　　用虛擬機(jī)軟件，你可以在一臺計算機(jī)上使用多臺邏輯計算機(jī)，這些邏輯計算機(jī)可以安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序、訪問網(wǎng)絡(luò)資源等等?？偟膩碚f，它只是運行的一個應(yīng)用程序在物理計算機(jī)上，但是在虛擬機(jī)中運行的應(yīng)用程序而言，它就是一臺真正計算機(jī)。因此，在虛擬機(jī)中進(jìn)行軟件應(yīng)用的時候，系統(tǒng)也一樣有崩潰的危險；但是，崩潰的只是虛擬機(jī)上的邏輯計算機(jī)，而不是物理計算機(jī)上的操作系統(tǒng)，并且，使用虛擬機(jī)的“Undo

32、”（恢復(fù)）功能，你可以馬上恢復(fù)虛擬機(jī)到安裝軟件之前的狀態(tài)[7]。</p><p>　　2.2 Linux系統(tǒng)</p><p>　　Linux可用于多種硬件平臺。Linux是開源的軟件，代碼的修改維護(hù)由世界各地的程序員進(jìn)行，因此Linux有可靠保證的應(yīng)用。可以根據(jù)需要進(jìn)行配置，不需要獲得任何的許可證，源代碼可以無償獲得。同時Linux網(wǎng)絡(luò)支持性良好，驅(qū)動程序采用模塊化設(shè)計，開發(fā)過程中可動態(tài)調(diào)

33、試驅(qū)動模塊，便于開發(fā)。有利于添加對新硬件的驅(qū)動支持[8]。</p><p>　　Linux是以內(nèi)核為基礎(chǔ)，通過虛擬文件系統(tǒng)支持對各類型物理介質(zhì)的硬件資源訪問。Linux系統(tǒng)提供了具有設(shè)備類的面向?qū)ο蟮脑O(shè)備模型、熱插拔事件，以及用戶空間的設(shè)備文件系統(tǒng)，使其更容易進(jìn)行新硬件設(shè)備的擴(kuò)展與驅(qū)動的開發(fā)應(yīng)用。Linux系統(tǒng)有完善的開發(fā)工具，用不同的交叉編譯工具，匹配不同的嵌入式處理器，建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是簡單快捷的。不僅

34、如此，Linux系統(tǒng)還繼承了UNIX穩(wěn)定并且有效率的特點，系統(tǒng)穩(wěn)定，能長期運行而不會出現(xiàn)宕機(jī)的現(xiàn)象。</p><p>　　2.3 虛擬機(jī)安裝Linux系統(tǒng)</p><p>　　虛擬機(jī)vmware下安裝Linux過程[9][10]：</p><p>　　第一步:啟動VMware，在其主界面“主頁”標(biāo)簽頁中點擊“新建虛擬機(jī)”按鈕打開新建向?qū)?，單擊“下一步”按鈕；<

35、/p><p>　　第二步:在虛擬機(jī)配置界面中有兩個選擇:一是“典型”方式，它根據(jù)虛擬機(jī)的用途自動調(diào)整配置;二是“自定義”方式，它允許用戶自行設(shè)置虛擬機(jī)的主要參數(shù)。這里用“典型”方式安裝，比較方便。</p><p>　　第三步:單擊“下一步”按鈕進(jìn)入虛擬機(jī)操作系統(tǒng)選擇界面，可以看到Windows、Linux、Novell等多種不同的系統(tǒng)，這里我們點選“Linux”。</p><

36、;p><b>　　圖2.1 系統(tǒng)界面</b></p><p>　　圖2.1是安裝完成后的虛擬機(jī)啟動界面，我們這里使用的是Fedora系統(tǒng)，用戶為Root，密碼123456，是在根權(quán)限下進(jìn)行操作。</p><p>　　2.4 超級終端的設(shè)定</p><p>　　(1) 打開超級終端輸入名稱</p><p>　　圖2.

37、6 超級終端連接圖</p><p>　　圖2.7 超級終端端口選擇圖</p><p>　　(2) 選擇端口，如果是臺式電腦就直接選擇COM1。</p><p>　　(3) 端口設(shè)置，每秒位數(shù)選擇115200，數(shù)據(jù)流控制選擇無。</p><p>　　圖2.3 超級終端端口設(shè)置圖</p><p>　　打開電源啟動超級終端

38、，如下圖</p><p><b>　　圖2.4 內(nèi)核啟動</b></p><p>　　Linux啟動時BOIS首先加電自檢，然后會加載主引導(dǎo)加載程序再加載次加載引導(dǎo)程序，對Linux內(nèi)核進(jìn)行映射，初始化進(jìn)程。</p><p><b>　　3硬件設(shè)計</b></p><p>　　在智能交通系統(tǒng)中，軟、

39、硬件緊密結(jié)合:硬件作為軀體，軟件的運行需要它來支持。其中，嵌入式Linux管理整個智能交通系統(tǒng)的硬件設(shè)備并調(diào)度著所有程序的運行，是軟件系統(tǒng)的核心。</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)總體設(shè)計</b></p><p>　　本文所設(shè)計嵌入式系統(tǒng)是一個類似于通用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺，系統(tǒng)集成觸摸輸入，顯示輸出，存儲于一體。系統(tǒng)總體有兩大塊構(gòu)成，即底層的系統(tǒng)硬件和上層的操作

40、系統(tǒng)組成，這兩部分bootloader連接起來，系統(tǒng)總體方案構(gòu)圖如圖3．1 所示：</p><p>　　圖3．1 系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)圖</p><p>　　系統(tǒng)硬件構(gòu)建是個很復(fù)雜的過程，在系統(tǒng)構(gòu)建之前一些電阻，電容和一些芯片，通過硬件設(shè)計和PCB布線技術(shù)，把他集成在一個電路板上，上電后，這個電路板就能按照設(shè)計人員的要求完成各項功能，系統(tǒng)的硬件總體框圖如圖3．2所示：</p>

41、<p>　　圖3．2 系統(tǒng)硬件總體框圖</p><p>　　以導(dǎo)航系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)硬件按功能模塊的形式劃分為以下幾個部分：</p><p>　　1)微處理器單元：作為系統(tǒng)的核心，微處理器承擔(dān)著系統(tǒng)各種功能的實現(xiàn)。除了要求具有較高的運行速度外還必須擁有豐富的外設(shè)接口以及輕巧的封裝，以便實現(xiàn)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定、功能豐富、結(jié)構(gòu)輕便的設(shè)計宗旨。</p>&l

42、t;p>　　2)數(shù)據(jù)存儲單元：這個部分主要是實現(xiàn)對操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件以及地圖數(shù)據(jù)的存儲。</p><p>　　3)USB通訊單元：在對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份或更新時，使用者將通過USB接口來實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存取。</p><p>　　4)人機(jī)交互單元：這部分包含兩個方面的內(nèi)容，在輸入方面，操作者通過觸摸屏向?qū)Ш较到y(tǒng)輸送控制命令。同時系統(tǒng)通過輸出設(shè)備向操作者反饋系統(tǒng)的工作狀態(tài)。而在輸出方面則

43、包含了針對視覺的液晶屏和針對聽覺的音頻設(shè)備。</p><p>　　5)GPS模塊：在系統(tǒng)處于導(dǎo)航工作模式下，通過GPS模塊實時的接收車輛的位置坐標(biāo)，提供給導(dǎo)航軟件，以便將車輛的實時位置反映在導(dǎo)航地圖上。</p><p>　　3.2最小系統(tǒng)電路設(shè)計</p><p>　　最小系統(tǒng)主要由電源電路、存儲電路、LCD顯示電路、觸摸屏電路和復(fù)位電路等常規(guī)電路構(gòu)成。</p&

44、gt;<p><b>　　3.3電源電路設(shè)計</b></p><p>　　系統(tǒng)要求三種電壓供電：S3C6410需要3.3V和1.3V兩路電源；外部接口芯片和設(shè)備需要5V電源，如GPS模塊?？紤]到所設(shè)計導(dǎo)航系統(tǒng)為車載設(shè)備，選用12V電壓的點煙器作為設(shè)備的供電端。在電路設(shè)計上，采用了一款低功耗正向電壓調(diào)節(jié)器LMI117，通過各種輸出電壓等級的LM1117滿足系統(tǒng)多種所需電壓。為了確

45、保LMI117的穩(wěn)定性，輸出端接入一個100uF電容可以濾除高頻干擾。</p><p>　　3.4存儲器電路設(shè)計</p><p>　　Flash存儲器是一種可在線帶電擦寫、掉電后信息不丟失的存儲器，通常用于存放用戶的啟動程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核以及應(yīng)用程序。ARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)支持8位/16位/32位的存儲器系統(tǒng)，而其中16位的存儲器系統(tǒng)在成本及功耗上占有優(yōu)勢。本系統(tǒng)選用容量為4M、數(shù)據(jù)寬度

46、16位的SST39vF3201Flash存儲器。 </p><p>　　SDRAM不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度快，且具有讀/寫的屬性，因此在系統(tǒng)中主要用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。為保證導(dǎo)航系統(tǒng)的流暢運行及將來的系統(tǒng)升級，選用兩片32M的SDRAM存儲器K4S561632并聯(lián)構(gòu)成32位數(shù)據(jù)寬度、容量64M的SDRAM存儲系統(tǒng)。</p><p>　　3.5LCD顯示電路&

47、lt;/p><p>　　作為車載的導(dǎo)航系統(tǒng)，關(guān)鍵的一個外設(shè)就是有一個良好的人機(jī)交互的顯示平臺。液晶顯示器LCD具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、重量輕等許多顯示設(shè)備無法比擬的優(yōu)勢，目前在智能儀器、儀表和低功耗的手持終端中廣泛應(yīng)用。</p><p>　　在設(shè)計中，為了給導(dǎo)航系統(tǒng)使用者提供一個寬闊的視覺效果，并沒有延續(xù)傳統(tǒng)手持導(dǎo)航設(shè)備小尺寸屏幕的設(shè)計風(fēng)格，而選用夏普LQ070T5BG01七寸TFT

48、液晶屏作為系統(tǒng)顯示輸出設(shè)備。S3C6410內(nèi)部集成的LCD控制器支持TFT．LCD，與夏普液晶顯示器具有良好的時序兼容性。</p><p><b>　　3.5觸摸屏電路</b></p><p>　　觸摸屏作為嵌入式系統(tǒng)的主要輸入設(shè)備，取代了傳統(tǒng)的鼠標(biāo)和鍵盤。觸摸屏是覆蓋在顯示屏表面的一層透明膜片，可以將使用者在膜片上的觸摸位置轉(zhuǎn)化為模擬電信號，而由系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)化器

49、轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，經(jīng)過校正即可與顯示屏上的圖象相符，從而起到與鼠標(biāo)相似的作用。從定位的機(jī)理上來看，觸摸屏可以分為3種—電容型、聲波型、電阻型。其中電阻式觸摸屏相對比較便宜，定位的精度和穩(wěn)定性己能滿足普通的使用要求，所以一般都選用電阻式觸摸屏。電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理!光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層透明導(dǎo)電層，在

50、兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點把它們隔開絕緣圍。</p><p>　　基本工作原理是：當(dāng)手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點位置有了一個接觸。因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V相比即可得觸摸點的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)。</p><p>　　由

51、于S3C6410提供了四線電阻式觸摸屏接口TSXP， TSYP， TSXM和TSYM?？梢灾苯雍陀|摸屏的四線相連接，作為導(dǎo)航系統(tǒng)的輸入端。采用中斷方式來判斷用戶產(chǎn)生的觸摸動作。程序首先進(jìn)行必要的初始化，讓S3C6410的觸摸屏控制接口處于等待中斷模式下。當(dāng)觸摸筆按下時將產(chǎn)生觸摸中斷（INT_TC），再進(jìn)入INT_TC的中斷服務(wù)程序,利用S3C6410的自動或連續(xù)X/Y軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式讀出代表X/Y坐標(biāo)的AD電壓值。首先，由于S3C6410

52、的nYPON、YMON、nXPON和XMON引腳要用于觸摸屏的控制，因此應(yīng)將GPIO的GPG15~GPG12對應(yīng)設(shè)置成nYPON、YMON、nXPON和XMON功能，來控制4個MOS管（S1、S2、S3、S4）的通斷。S3C6410有8個模擬輸入通道。其中，通道7作為觸摸屏接口的X坐標(biāo)輸入，通道5作為觸摸屏接口的Y坐標(biāo)輸入。在接入S3C6410觸摸屏接口前，它們都通過一個阻容式低通濾波器濾除坐標(biāo)信號噪聲。</p><

53、p><b>　　3.6復(fù)位電路</b></p><p>　　在系統(tǒng)中，復(fù)位電路需要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。電路設(shè)計中采用專用微處理電源監(jiān)控芯片MAX811，相比常用的RC復(fù)位電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　本章小結(jié)：本章首先介紹了車載系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計，之后分別對各硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。</p><p><

54、;b>　　4功能實現(xiàn)</b></p><p>　　在嵌入式linux中，通過串口連接ZigBeee模塊，實現(xiàn)智能交通燈。在ZigBee模塊實現(xiàn)點陣控制十字路口功能、數(shù)碼管實現(xiàn)控制紅黃綠燈的倒計時控制、蜂鳴器控制黃燈閃爍時的警示、控制實驗箱上的流水燈，實現(xiàn)東西南北方向的紅黃綠燈的顯示。</p><p><b>　　4.1點陣的實現(xiàn)：</b></p

55、><p>　　通過控制傳送的SBuff數(shù)據(jù)實現(xiàn)交通中的十字路口：</p><p>　　printf(" 控制LED 矩陣\n");</p><p>　　printf("\n");</p><p><b>　　//控制LED矩陣</b></p><p>　　uns

56、igned char SBuff[21];</p><p>　　SBuff[0] = 0x02;</p><p>　　SBuff[1] = 0x12;</p><p>　　SBuff[2] = 0xB9;</p><p>　　SBuff[3] = 0x46;</p><p>　　SBuff[4] = 0xF1;<

57、/p><p>　　SBuff[5] = save_byte4;</p><p>　　SBuff[6] = save_byte5;</p><p>　　SBuff[7] = 0x01;</p><p>　　SBuff[8] = 0x07;</p><p>　　SBuff[9] = 0x04;</p><p

58、>　　SBuff[10] = 0x0;</p><p>　　SBuff[11] = 0x0;</p><p>　　SBuff[20] = 0x0;</p><p>　　SBuff[12] = 0x14<<SendNum; //實現(xiàn)十字路口</p><p>　　SBuff[13] = 0x14<<SendNum;

59、</p><p>　　SBuff[14] = 0x77<<SendNum;</p><p>　　SBuff[15] = 0x00<<SendNum;</p><p>　　SBuff[16] = 0x77<<SendNum;</p><p>　　SBuff[17] = 0x14<<SendNum;

60、</p><p>　　SBuff[18] = 0x14<<SendNum;</p><p>　　SBuff[19] = 0x00<<SendNum;</p><p>　　SBuff[20] = XorVerifySend(SBuff);</p><p>　　nwrite = write(serial_fd,SBuff,

61、sizeof(SBuff));</p><p>　　//printf("nwrite1=%d\n",nwrite);</p><p>　　實現(xiàn)結(jié)果如圖4.1所示：</p><p>　　4.2數(shù)碼管倒計時的實現(xiàn)：</p><p><b>　　//控制數(shù)碼管</b></p><p>

62、;　　printf(" 控制SEG\n");</p><p>　　printf("\n");</p><p>　　unsigned char SBuff1[21];</p><p>　　SBuff1[0] = 0x02;</p><p>　　SBuff1[1] = 0x12;</p>&l

63、t;p>　　SBuff1[2] = 0xB9;</p><p>　　SBuff1[3] = 0x46;</p><p>　　SBuff1[4] = 0xF1;</p><p>　　SBuff1[5] = save_byte4;</p><p>　　SBuff1[6] = save_byte5;</p><p>　

64、　SBuff1[7] = 0x01;</p><p>　　SBuff1[8] = 0x07;</p><p>　　SBuff1[9] = 0x01;</p><p>　　SBuff1[11] = 0x0;</p><p>　　SBuff1[12] = 0x0;</p><p>　　SBuff1[13] = 0x0;&l

65、t;/p><p>　　SBuff1[14] = 0x0;</p><p>　　SBuff1[15] = 0x0;</p><p>　　SBuff1[16] = 0x0;</p><p>　　SBuff1[17] = 0x0;</p><p>　　SBuff1[18] = 0x0;</p><p>　

66、　SBuff1[19] = 0x0;</p><p>　　SBuff1[20] = 0x0;</p><p>　　實現(xiàn)結(jié)果如圖4.2所示：</p><p>　　4.3東南西北方向紅黃綠燈的實現(xiàn)：</p><p><b>　　5測試結(jié)果及分析</b></p><p>　　想要知道自己設(shè)計的系統(tǒng)是否可

67、行，對于系統(tǒng)的測試是必不可少的，本章主要介紹了對于智能交通系統(tǒng)的測試，LED顯示測試以及車載導(dǎo)航系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定性測試。</p><p><b>　　5.1 交叉編譯</b></p><p>　　交叉編譯這個概念的出現(xiàn)和流行是和嵌入式系統(tǒng)的廣泛發(fā)展同步的。交叉編譯簡單地說，就是在一個平臺上生成另一個平臺上的可執(zhí)行代碼。在這里我們要把pc機(jī)上的程序編譯成嵌入式可識別的二進(jìn)

68、制文件。</p><p>　　編寫Makefile文件</p><p>　　CC = arm-linux-gcc </p><p>　　LD = arm-linux-ld</p><p>　　EXEC = wsnserial </p><p>　　OBJS = wsnserial.o </p><p

69、>　　all: $(EXEC)</p><p>　　$(EXEC): $(OBJS)</p><p>　　$(CC) $(LDFLAGS) -o $@ $(OBJS) -pthread</p><p>　　cp wsnserial /tftpboot/</p><p><b>　　rm -f *.o</b><

70、/p><p><b>　　clean:</b></p><p>　　-rm -f $(EXEC) *.elf *.gdb *.o</p><p><b>　　運行截圖：</b></p><p><b>　　圖5.1 編譯結(jié)果</b></p><p>　　通過

71、make指令調(diào)用make文件，調(diào)用arm-linux-gcc編譯器編譯wsnserial.c文件，并把編譯后的文件復(fù)制到/tftpboot目錄下。</p><p><b>　　5.2 掛載</b></p><p>　　在linux操作系統(tǒng)中，掛載是指將一個設(shè)備（通常是存儲設(shè)備）掛接到一個已存在的目錄上。</p><p>　　NFS(networ

72、k file system)是由Sun公司開發(fā)的一種在不同機(jī)器之間通過網(wǎng)絡(luò)共享文件的技術(shù)。</p><p>　　在宿主機(jī)輸入以下命令配置宿主機(jī)地址：</p><p>　　ifconfig eth1 192.168.1.2 netmask 255.255.255.0</p><p>　　service nfs start</p><p>　　如

73、下圖說明配置成功：</p><p>　　圖5.2 NFS打開結(jié)果</p><p>　　利用該技術(shù)在主機(jī)上建立基于NFS的根文件系統(tǒng)，掛載到嵌入式設(shè)備，可以很方便的修改根文件系統(tǒng)的內(nèi)容。</p><p>　　在目標(biāo)機(jī)輸入以下命令進(jìn)行掛載：</p><p>　　mount 192.168.1.8:/tftpboot/ mnt/ -o nolock

74、</p><p>　　進(jìn)入mnt文件夾 ls顯示文件列表可以看到如下圖內(nèi)容，說明掛載成功。</p><p><b>　　圖5.3 掛載結(jié)果</b></p><p>　　這里將/tftpboot掛載到/mnt目錄下，所以可以看到/tftpboot目錄下所有的文件。</p><p><b>　　致 謝</b

75、></p><p>　　《嵌入式系統(tǒng)》課程設(shè)計是網(wǎng)上、圖書館借鑒相關(guān)資料，根據(jù)自己的理解、老師的指導(dǎo)建議完成的?？梢哉f，此次論文沒有老師的幫助和督促，我將無從下手。在此由衷的感謝**老師！</p><p>　　感謝學(xué)校，給予我一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，輕松安逸的學(xué)習(xí)氛圍。</p><p>　　感謝教導(dǎo)過我的老師們，在我的求學(xué)過程中，教育我怎樣為人，給我樹立了正確的人

76、生觀、價值觀、世界觀。讓我在求學(xué)的旅途不至于茫然無措。</p><p>　　感謝室友們在我頭腦發(fā)昏，思緒混亂的時候，能轉(zhuǎn)移我的注意力，緩解我的壓力，讓我以最好的狀態(tài)去學(xué)習(xí)。</p><p>　　感謝同學(xué)們，因為有你們的陪伴，學(xué)習(xí)才不會孤單。</p><p>　　在此，向所有人表示最崇高的敬意！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&

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