武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）基于物聯(lián)網(wǎng)的車輛管理系統(tǒng)的設(shè)計DESIGNOFVEHICLEMANAGEMENTSYSTEMBASEDONINTERNETTHINGS學(xué)生姓名徐芳芳學(xué)號1030030233專業(yè)班級電子信息工程1002指導(dǎo)教師金振坤2014年5月作者聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注的地方外，沒有任何剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范的行為，也沒有侵犯任何其他人或組織的科研成果及專利。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。如本畢業(yè)設(shè)計（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計（論文）成果歸武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院所有。特此聲明。作者專業(yè)電子信息工程作者學(xué)號1030030233作者簽名_年_月_日摘要車輛管理是現(xiàn)在智能交通中關(guān)鍵一環(huán)，是我們現(xiàn)在必須要提高和完善的課題。目前的車輛管理大多采用半人工方式，這不僅浪費人力物力，而且給人們的出行造成了不便。如何讓車輛管理朝著人們所希望的方向發(fā)展，還需要我們不斷的研究和實驗。本論文設(shè)計了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的車輛管理系統(tǒng)，在物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。它分為三個子系統(tǒng)信息采集子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)。它采用AT89C2051單片機和NRF401射頻芯片的可讀可寫式射頻卡構(gòu)成硬件電路。它在基于AT89C2051單片機的基礎(chǔ)上，用軟件完成了串口通信。本文的硬件模塊主要是完成車輛在進入高速路，和出去高速路的過程中車輛識別和收費問題，并采集相應(yīng)車輛數(shù)據(jù)。軟件模塊實現(xiàn)了入網(wǎng)功能，以及控制LED（顯示收費額）、紅綠燈的顯示功能。在本論文的設(shè)計過程中，硬件模塊實現(xiàn)了信息采集功能但外圍電路設(shè)計有待完善；軟件設(shè)計中對信息管理的功能沒有能完整編寫，還需要不斷改進。關(guān)鍵詞物聯(lián)網(wǎng)；車輛管理；射頻識別；全球定位系統(tǒng)ABSTRACTTHEVEHICLEMANAGEMENTISNOWTHEKEYINTELLIGENTTRAFFICINARINGWEMUSTIMPROVEANDPERFECTTHETOPICNOWCURRENTLY,MOSTOFTHEVEHICLEMANAGEMENTUSEHALFARTIFICIALWAYTHISISNOTONLYAWASTEOFRESOURCES,BUTALSOTOPEOPLESTRAVELINCONVENIENCEHOWTOMAKETHEVEHICLEMANAGEMENTTOWARDSTHEDESIREDDIRECTION,WESTILLNEEDMORERESEARCHANDEXPERIMENTSTHISDISSERTATIONDESIGNSAVEHICLEMANAGEMENTSYSTEMBASEDONINTERNETOFTHINGSTHEKEYTECHNOLOGYINTHEINTERNETOFTHINGS,ITIMPLEMENTSTHENETWORKFUNCTIONITISDIVIDEDINTOTHREESUBSYSTEMSINFORMATIONCOLLECTIONSUBSYSTEM,INFORMATIONTRANSMISSIONSUBSYSTEM,INFORMATIONMANAGEMENTSUBSYSTEMITUSESAT89C2051SINGLECHIPMICROCOMPUTERANDRADIOFREQUENCYCHIPNRF401READABLEANDWRITABLERADIOFREQUENCYCARDCONSTITUTESHARDWARECIRCUITSONTHEBASISOFBASEDONAT89C2051SINGLECHIPMICROCOMPUTER,ITUSESSOFTWARETOCOMPLETETHESERIALCOMMUNICATIONINTHISDISSERTATION,THEHARDWAREMODULEISMAINLYTOCOMPLETETHEVEHICLEINANDOUTINTOTHEHIGHWAY,HIGHSPEEDROADINTHEPROCESSOFVEHICLERECOGNITIONANDCOLLECTFEESPROBLEM,ANDCOLLECTTHECORRESPONDINGVEHICLEDATATHESOFTWAREMODULESREALIZETHENETWORKFUNCTIONINCLUDINGTHECHARGINGCONTROLLEDDISPLAY,TRAFFICLIGHTSINTHISDISSERTATION,HARDWAREMODULESREALIZEINFORMATIONACQUISITIONBUTPERIPHERALCIRCUITDESIGNNEEDSTOBEIMPROVEDTHEDESIGNPROCESSSOFTWAREDESIGNFORINFORMATIONMANAGEMENTFUNCTIONISNOTABLETOCOMPLETETHEPREPARATION,BUTALSONEEDTOCONTINUETOIMPROVEKEYWORDSINTERNETOFTHINGSTRAFFICMANAGEMENTRFIDRADIOFREQUENCYIDENTIFICATIONGPSGLOBALPOSITIONINGSYSTEM目錄第1章緒論111本課題研究的背景及意義112本論文的研究內(nèi)容113本論文的組織結(jié)構(gòu)4第2章物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)521物聯(lián)網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)522物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)6221射頻識別技術(shù)6222全球定位系統(tǒng)9223傳感器技術(shù)12第3章車輛管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1331車輛管理系統(tǒng)構(gòu)架1332信息采集子系統(tǒng)13321車輛識別模塊14322圖像監(jiān)控模塊14323信息處理模塊1533信息傳輸子系統(tǒng)1534信息管理子系統(tǒng)15341信息管理15342收費管理16第4章車輛管理系統(tǒng)的設(shè)計1741硬件設(shè)計17411AT89C2051單片機性能及串行通信功能17412射頻識別卡和閱讀器的設(shè)計2042軟件設(shè)計25421外圍控制器軟件的分析與實現(xiàn)26422數(shù)碼管、紅綠燈顯示的軟件分析與實現(xiàn)30第5章總結(jié)與展望33參考文獻34致謝35第1章緒論車輛管理1為現(xiàn)在的交通做著巨大的貢獻，但存在一些漏洞，也需不斷前進和完善。本章主要是介紹我國目前一些車輛管理方面的情況，同時對所要研究的車輛管理系統(tǒng)進行概述以及簡單的介紹一下本論文的組織結(jié)構(gòu)。11本課題研究的背景及意義隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，高速公路建設(shè)步伐的不斷加快，我國的大部分地區(qū)已經(jīng)形成了四通八達的高速公路網(wǎng)，高速公路在貨運、客運方面起著越來越重要的作用。隨著高速公路里程和交通量的不斷增加，如何進一步加強高速公路的管理水平，提高其運營效率，減少收費不透明問題成為高速公路管理研究的重要內(nèi)容。建設(shè)和優(yōu)化高速公路收費機制是高速公路管理的重要任務(wù)之一，直接影響高速公路的通行效率和經(jīng)濟效益。為了保證投資效益和通行安全，高速公路管理部門設(shè)立了許多收費站和交通監(jiān)控中心，然而過多的設(shè)立收費站，又降低了高速公路通行的效率。近年來，隨著公路交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，公路收費系統(tǒng)1開始向自動化方向發(fā)展，有效地降低了公路、橋梁等收費處的車輛阻塞率。但目前各種收費系統(tǒng)仍有不盡如人意的地方，有的磁卡或接觸式IC卡系統(tǒng)要求車輛必須停車才能進行收費作業(yè)，這在很大程度上給人們的出行造成了不便，同時也大大浪費了人力物力。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，筑起了人與人，人與物在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上的連接，為高速不停車收費系統(tǒng)提供了前景。12本論文的研究內(nèi)容目前我國擁有的半自動收費和人工收費的方式費時費力，已無法滿足高速公路現(xiàn)代化管理的需要。而電子不停車收費系統(tǒng)2（ETC）是指車輛在通過收費站時，通過車載電子標(biāo)簽與路測天線的短程通信，進行車輛識別，信息寫入并自動從預(yù)先綁定的IC卡或者銀行賬戶上扣除相應(yīng)資金，實現(xiàn)不停車收費的電子系統(tǒng)。與傳統(tǒng)人工收費（MANUALTOLLCOLLECTION，簡稱MTC）方式不同，ETC的好處3有（1）節(jié)省能源消耗，減少停車時的廢氣排放和對城市環(huán)境的污染。（2）降低車輛部件損耗，減少收費人員，降低收費管理單位的管理成本。（3）實現(xiàn)計算機管理，提高收費管理單位的管理水平。（4）對因缺乏收費廣場而無條件實施停車收費的場合，有實施收費的可能。（5）無需排隊停車，可節(jié)省出行人的時間。（6）避免因停車收費而造成收費口堵塞，形成新的瓶頸。ETC系統(tǒng)按收費站車道配置，可分為ETC專用車道、MTC車道和ETC/MTC混合車道三類。鑒于我國道路實際情況，在較長的一段時間內(nèi)，ETC和MTC將共存。ETC系統(tǒng)按收費站收費方式，可分為聯(lián)網(wǎng)式和人工式。其中聯(lián)網(wǎng)式收費是當(dāng)前收費的主要方式，而ETC系統(tǒng)是聯(lián)網(wǎng)式收費的組成部分。ETC系統(tǒng)包括站級子系統(tǒng)和車道級子系統(tǒng)兩部分，其中車道級子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實現(xiàn)ETC車道的電子不停車收費，站級子系統(tǒng)負(fù)責(zé)后臺的ETC交易數(shù)據(jù)服務(wù)、運營參數(shù)管理以及系統(tǒng)運行監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)接口軟件，在站級實現(xiàn)ETC系統(tǒng)與聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理工作。在各個設(shè)備中，電子標(biāo)簽讀寫天線通過RS232串行線接到位于收費亭的車道計算機上，讀寫天線與車載電子標(biāo)簽之間的信息交換由應(yīng)用程序直接控制；其它設(shè)備如自動欄桿、費額顯示器、車道通行燈、車輛檢測器等設(shè)備通過車道控制器與車道計算機連接；視頻信號通過字符疊加器疊加在過車信息后傳遞到收費站的監(jiān)視器上。ETC是利用微波通信原理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，完成不停車收費作業(yè)。系統(tǒng)主要有二個部份組成，即是安裝在汽車上的車載標(biāo)識卡3（也亦為電子標(biāo)簽或智能識別卡）和安裝在收費站的車輛自動識別系統(tǒng)。車載標(biāo)識卡主要用于記錄與車輛有關(guān)的數(shù)據(jù)，如車輛類型、車牌號碼、相關(guān)卡號和銀行帳戶等。收費站車輛自動識別系統(tǒng)，有一個安裝在收費車道上方的無線電收發(fā)器用于讀寫出車載標(biāo)識卡與收費相關(guān)的數(shù)據(jù)。ETC車道4主要由天線、地感線圈、自動欄桿、信號燈等組成，如圖11所示圖11ETC車道示意圖其工作的流程如下（1）當(dāng)車輛進入通信范圍時，首先壓到觸發(fā)線圈，啟動天線。（2）天線與電子標(biāo)簽（車載機CPU卡）進行通信，判別車輛電子標(biāo)簽是否額有效。（3）若有效則進行交易，交易成功，系統(tǒng)控制欄桿抬升，通行信號燈變綠，費額顯示牌上交易信息；若無效（無效卡、無卡、假卡、低值卡等）則報警（通信信號燈變紅）并保持車道關(guān)閉，直到車輛離開檢測線圈。（4）車輛通過抓拍線圈時，系統(tǒng)進行圖像抓拍，字符疊加器將過車信息疊加到抓拍圖像。（5）車輛通過落桿線圈后，欄桿自動回落，通行信號燈變紅。（6）系統(tǒng)保存交易記錄，并將其上傳至收費站服務(wù)器中，等待下一輛車進入。本系統(tǒng)由信息采集子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)三部分組成，射頻識別卡信號燈自動欄ETC收費站地感線圈帶RFID智能識別卡車輛通過自動標(biāo)識通行車輛，自動通過物聯(lián)網(wǎng)對上位機進行訪問，完成相關(guān)系統(tǒng)控制和費用的收繳，解決了原收費系統(tǒng)預(yù)付卡購買、儲值和收費等環(huán)節(jié)，有利于車輛管理系統(tǒng)的應(yīng)用。13本論文的組織結(jié)構(gòu)本論文是一篇理論設(shè)計的論文。論文的結(jié)構(gòu)如下第1部分簡單的介紹一下本課題研究的背景及意義，以及論文研究的目的。初步介紹車輛管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。第2部分中第一部分介紹物聯(lián)網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)，第二部分介紹物聯(lián)網(wǎng)里的相關(guān)技術(shù)以及它們的特性和所應(yīng)用的范圍。第3部分總體介紹車輛管理系統(tǒng)三個部分，并分別描述了每個部分所包括模塊的功能。第4部分介紹了用硬件實現(xiàn)其信息采集功能，用軟件實現(xiàn)系統(tǒng)與計算機的通信以及紅綠燈的顯示。第5部分是對整個設(shè)計過程的總結(jié)和心得，系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點。同時，闡述了本次設(shè)計過程中的體會。第2章物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)5（INTERNETOFTHINGS，縮寫IOT）是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。通過物聯(lián)網(wǎng)可以用中心計算機對機器、設(shè)備、人員進行集中管理、控制，也可以對家庭設(shè)備、汽車進行遙控，以及搜尋位置、防止物品被盜等各種應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)人與人、人與物的連接主要靠的是其所獨有的分層結(jié)構(gòu)和所擁有的相關(guān)技術(shù)。21物聯(lián)網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)6分為三層感知互動層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用服務(wù)層。如圖21所示圖21物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)信息處理應(yīng)用服務(wù)層社會應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用資源共享服務(wù)臺信息共享平臺數(shù)據(jù)存儲平臺網(wǎng)絡(luò)傳輸層信息傳輸標(biāo)識管理系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)地址管理系統(tǒng)信息采集感知互動層數(shù)據(jù)采集設(shè)備RFID智能控制系統(tǒng)感知互動層處于整個體系的最底部，由大量具有感知和識別功能的設(shè)備組成，可以部署于世界任何位置、任何環(huán)境之中，被感知和識別的對象也不受限制。感知互動層的主要作用是感知和識別物體，收集環(huán)境信息。作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和發(fā)展的基礎(chǔ)，感知互動層涉及的主要技術(shù)包括RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)和控制技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)傳輸層位于整個體系的中間位置，包括各種通信網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、廣電網(wǎng)）形成的融合網(wǎng)絡(luò)，被普遍認(rèn)為是最成熟的部分。網(wǎng)絡(luò)傳輸層是物聯(lián)網(wǎng)提供無處不在服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。應(yīng)用服務(wù)層位于整個體系的最頂部，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案集。物聯(lián)網(wǎng)通過應(yīng)用服務(wù)層最終實現(xiàn)信息技術(shù)與行業(yè)的深度融合，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有廣泛影響。應(yīng)用服務(wù)層的關(guān)鍵在于實現(xiàn)信息的社會化共享以及解決信息安全的保障問題。全面感知、可靠傳輸、智能處理作為物聯(lián)網(wǎng)的核心能力，分別對應(yīng)地在物聯(lián)網(wǎng)感知互動層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用服務(wù)層得到展現(xiàn)。全面感知是指利用RFID、二維碼、攝像頭、傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)等感知、捕獲、測量的技術(shù)手段隨時隨地對物體進行信息采集和獲取；可靠傳輸4是指通過各種通信網(wǎng)絡(luò)的融合，將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享；智能處理是指利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對海量的跨地域、跨行業(yè)、跨部門的數(shù)據(jù)和信息進行分析處理，提升對物理世界、經(jīng)濟社會各種活動的變化的洞察力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。22物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)221射頻識別技術(shù)射頻識別技術(shù)7（RFID）是物聯(lián)網(wǎng)感知互動層的關(guān)鍵技術(shù)之一，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過無線射頻方式進行雙向通信，對目標(biāo)對象加以識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它廣泛應(yīng)用于交通、物流、軍事、醫(yī)療和安全等領(lǐng)域，可以實現(xiàn)全球范圍的各種產(chǎn)品、物資流動過程中的動態(tài)、快速、準(zhǔn)確的識別與管理。典型的RFID系統(tǒng)8由RFID標(biāo)簽（TAG）、RFID閱讀器（READER）、天線、計算機4組成，如圖22所示圖22RFID系統(tǒng)圖RFID標(biāo)簽（TAG）又稱電子標(biāo)簽、射頻卡或應(yīng)答器，內(nèi)似貨物包裝上的條形碼的功能，記載貨物信息，是RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體。RFID標(biāo)簽是一種集成電路產(chǎn)品，由耦合器和專用芯片組成。RFID閱讀器（READER）又稱讀/寫器或讀卡器，是讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備。RFID閱讀器可以無接觸地讀取并識別RFID標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。天線是將RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息傳遞給閱讀器的設(shè)備。計算機用做后臺控制系統(tǒng)，通過有線或無線方式與讀寫器相連，獲取電子標(biāo)簽的內(nèi)部信息，對讀取的數(shù)據(jù)進行篩選和處理并進行后臺處理。RFID系統(tǒng)按其工作頻率可以分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）和微波（MF）4種，如表21所示閱讀器（READER）天線計算機標(biāo)簽（TAG）表21RFID工作頻率分類表頻段頻率范圍工作原理應(yīng)用特點低頻30300KHZ電磁感應(yīng)識讀距離短10CM，低沉本高頻330MHZ電磁感應(yīng)識讀距離短10CM，數(shù)據(jù)量大超高頻300MHZ3GHZ反向散射識讀距離遠可達10CM，速度快微波2458GHZ反向散射識讀距離遠，速度快1RFID的工作原理標(biāo)簽進入磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，發(fā)送出存儲在芯片中的自身編碼信息，閱讀器讀取編碼信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。這樣，讀寫器通過天線可實現(xiàn)無接觸地讀取并識別標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種（1）電感耦合變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。（2）電磁反向散射耦合雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。2RFID讀寫器RFID讀寫器9主要完成車載卡片與主機的信息的交換，用于識別車輛信息，完成收費等一系列動作，此部分要求模塊穩(wěn)定度高，靈敏度高，可以實現(xiàn)2米以上讀卡，讀卡速度可以設(shè)定，至少是10MS，相同ID信息輸出時間間隔設(shè)定為2分鐘以上，系統(tǒng)可以在很短時間內(nèi)穩(wěn)定地實現(xiàn)收費等系列服務(wù)。RFID讀寫器由射頻模塊、讀寫模塊和天線構(gòu)成，如圖23所示圖23RFID讀寫器結(jié)構(gòu)框圖射頻模塊的主要作用是對射頻信號進行處理。讀寫模塊的主要作用是對讀寫器和電子標(biāo)簽的身份進行驗證，并控制讀寫器與電子標(biāo)簽6之間的通信過程。222全球定位系統(tǒng)GPS10即全球定位系統(tǒng)（GLOBALPOSITIONINGSYSTEM）利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進行定位、導(dǎo)航。GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成空間部分GPS衛(wèi)星，地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)，用戶設(shè)備部分GPS信號接收。GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成（21顆工作衛(wèi)星；3顆備用衛(wèi)星），它位于距地表20200KM的上空，運行周期為12H。衛(wèi)星均勻分布在6個軌道面上（每個軌道面4顆），軌道傾角為55。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都電源裝置射頻振蕩器射頻處理器射頻吸收器前置放大器微處理器、存儲器、標(biāo)準(zhǔn)接口、時鐘電路解碼及糾錯放大器電源裝置電源射頻模塊讀寫模塊其他設(shè)備輔助設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)天線可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預(yù)存導(dǎo)航信息，GPS的衛(wèi)星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導(dǎo)航精度會逐漸降低。地面監(jiān)控部分主要由1個主控站（MASTERCONTROLSTATION，簡稱MCS）、4個地面注入站（GROUNDANTENNA）和6個監(jiān)測站（MONITORSTATION）組成。如圖24所示數(shù)據(jù)處理器接收機調(diào)制解器氣象傳感器監(jiān)控站觀測星歷與時鐘編算注入導(dǎo)航文字計算誤差主控站調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)處理機高功率放大器指令發(fā)生器數(shù)據(jù)存儲和外部設(shè)備注入站銫鐘GPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星圖24地面監(jiān)控系統(tǒng)框圖部分主控站是整個地面監(jiān)控系統(tǒng)的管理中心和技術(shù)中心。主控站主要負(fù)責(zé)收集監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道。注入站目前有4個，注入站的作用是把主控站計算得到的衛(wèi)星星歷、導(dǎo)航電文等信息注入到相應(yīng)的衛(wèi)星。注入站同時也是監(jiān)測站，另外還有2處監(jiān)測站，故監(jiān)測站目前有6個。監(jiān)測站設(shè)有GPS用戶接收機、原子鐘、傳感器和計算機。監(jiān)控站的主要作用是采集GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給主控站。用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止L1L2S波段角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當(dāng)接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般采用機內(nèi)和機外兩種直流電源。設(shè)置機內(nèi)電源的目的在于更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機外電源時機內(nèi)電池自動充電。關(guān)機后機內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。1GPS的定位原理GPS定位的基本原理7是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。如圖25所示，假設(shè)T時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間T，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式。101212121DVTCZYX22222T3031333DTZ44242424VTCYX（X1,Y1,Z1）衛(wèi)星1衛(wèi)星2（X2,Y2,Z2）衛(wèi)星3（X3,Y3,Z3）衛(wèi)星4（X4,Y4,Z4）XYZ（X,Y,Z）圖25GPS的定位圖上述4個方程式中待測點坐標(biāo)X、Y、Z和VT0為未知參數(shù)，DII1、2、3、4分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機之間的距離。I1、2、3、4分IT別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號到接收機所經(jīng)歷的時間。C為GPS信號的轉(zhuǎn)播速度（即光速）。4個方程中各個參數(shù)意義如下X、Y、Z為待測點坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。而，XI、YI、ZII1、2、3、4分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在T時刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求出。VII1、2、3、4分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。VT0為接收機的時鐘差。由以上4個方程即可解算出待測點的坐標(biāo)X、Y、Z和接收機時鐘差VT0。223傳感器技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的端部就是傳感器，傳感器11是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。1傳感器的主要特性1分辨率是指傳感器可感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨率時，其輸出才會發(fā)生變化。2靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況傳感器下輸出量變化對輸入量變化的比值，它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。第3章車輛管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)本章是在車輛管理的流程上對車輛管理三個部分的結(jié)構(gòu)進行介紹，先介紹三個部分分為信息采集子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)，然后介紹了三個部分的各個模塊，以及每個模塊的功能。31車輛管理系統(tǒng)構(gòu)架本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的車輛管理系統(tǒng)構(gòu)架主要包括三個部分信息采集子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、信息管理子系統(tǒng)。如圖31所示圖31車輛管理系統(tǒng)構(gòu)架32信息采集子系統(tǒng)信息采集子系統(tǒng)的設(shè)計主要包含（1）車輛識別模塊；（2）圖像監(jiān)控模塊；（3）信息處理模塊。如圖32所示信息采集子系統(tǒng)信息管理子系統(tǒng)信息傳輸子系統(tǒng)圖32信息采集子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)321車輛識別模塊車輛識別模塊主要由RFID技術(shù)、GPS技術(shù)、收費員計算機終端組成，它是整個不停車收費系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制不停車收費車道所有設(shè)備的運行、收費業(yè)務(wù)操收費作的管理以及與收費站計算機的通信和數(shù)據(jù)交換。其主要是當(dāng)收費車輛進入到不停車車道工作區(qū)后，車道控制系統(tǒng)的RFID技術(shù)里的天線統(tǒng)稱電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備向車道的特定區(qū)域發(fā)出微波信號，喚醒電子標(biāo)簽；電子標(biāo)簽發(fā)射出本身數(shù)據(jù)信息，如發(fā)卡商發(fā)卡銀行編號、車輛的車牌號、車類參數(shù)、電子標(biāo)簽號等標(biāo)識信息；車道控制系統(tǒng)控制電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備接收被喚醒的電子標(biāo)簽發(fā)射的數(shù)據(jù)，分析出車輛的標(biāo)識信息車牌號碼、車輛類型參數(shù)和人口收費站號；同時GPS里的地面檢測系統(tǒng)收集車輛信號，GPS的接收器接收信號進行處理后通過GPS發(fā)送器發(fā)送給手機接收來實現(xiàn)定位從而對進入收費車道的車輛進行電子標(biāo)簽的合法性校驗，并根據(jù)校驗結(jié)果進行下一步操作。322圖像監(jiān)控模塊攝像頭作為RFID讀寫器的輔助設(shè)備，可以在繳費、登記時對車輛進行監(jiān)控、抓拍，防止在無人值守情況下發(fā)生車輛作弊行為。圖像監(jiān)控模塊車輛識別模塊信息處理模塊323信息處理模塊攝像頭的圖像以及RFID的電子標(biāo)簽和閱讀器采集的信息是直接從車載傳感器和GPS裝置獲取數(shù)據(jù)，會產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)。而信息處理模塊采用性價比高的微處理器對數(shù)據(jù)流進行層次化組織管理，對來自傳感器和GPS裝置的信息和事件流進行加工和預(yù)處理，消除冗余，以減少網(wǎng)絡(luò)流量，提高傳輸?shù)挠行?。同時信息處理模塊還肩負(fù)著監(jiān)測終端傳感器和GPS模塊健康狀況的任務(wù)。當(dāng)傳感器和GPS裝置被惡意拆卸時，通過無線收發(fā)裝置向管理中心發(fā)送報警信號。33信息傳輸子系統(tǒng)信息傳輸子系統(tǒng)的設(shè)計主是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)車輛進出停車場時，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可將RFID讀寫器對車主的射頻卡進行的操作以短信或者語音播報的形式告知車主，這樣可以將停車場的收費信息、停車場的車位情況、環(huán)境信息及時傳達給車主，讓車主可以實時了解車輛以及與車輛收費有關(guān)的信息。34信息管理子系統(tǒng)信息管理子系統(tǒng)的主要包含（1）信息管理；（2）收費管理。341信息管理信息管理主要包括是信息錄入、信息查詢。信息錄入主要是對車主買車時信息進行初始化并錄入電腦存檔主要包括小區(qū)編號、門牌編號、車輛牌號、車輛類型、車主身份、車主銀行卡。對于過往車輛的車輛牌號、車輛類型及所訪問業(yè)主進行初始化設(shè)定。信息查詢主要是車主對信息進行查詢。342收費管理當(dāng)車輛離開高速收費點時，系統(tǒng)通過讀取車載卡的信息自動識別卡號，通過檢索系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫里的信息，查到相應(yīng)的車輛記錄，界面顯示業(yè)主名、車牌號碼、車輛照片，以及動態(tài)提供的出場時間，從綁定的銀行卡自動扣除費用，并通過綁定的手機卡將信息以短信的方式告知車主。若余額不足則系統(tǒng)報警，車主可續(xù)存費用。第4章車輛管理系統(tǒng)的設(shè)計本章介紹了以AT89C2051單片機14為平臺，基于NRF401射頻芯片的可讀可寫式射頻識別卡12的設(shè)計思路及工作原理，以及外圍控制器中紅綠燈、顯示屏和欄桿機的驅(qū)動電路及其相應(yīng)的配套軟件和通信協(xié)議。41硬件設(shè)計411AT89C2051單片機性能及串行通信功能1基本特性（1）與MCS51單片機兼容，含80C51核；（2）片內(nèi)有2KB可重復(fù)編程的FLASH程序存儲器，可擦/寫1000次以上；（3）27V60V的寬工作電壓范圍，全靜態(tài)邏輯，工作頻率可為024MHZ；（4）兩級程序存儲器加密，128字節(jié)內(nèi)部RAM；（5）15條可編程I/O口線，2個16位定時/計數(shù)器；（6）5個中斷源，1個可編程全雙工串行口。2器件引腳AT89C2051的引腳圖如圖41所示12345678911021341561781920RSTXDP30T1XAL2T1P32IN0IT10P34T15GNDVCP176P154P132P1AIN102P37圖41AT89C2051的引腳圖P1口AT89C2051精簡了外部數(shù)據(jù)總線和地址總線，取消了P0口和P2口，因而也不具備尋址外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的能力。它的P1口是一個8位準(zhǔn)雙向I/O口。P12P17內(nèi)置了上拉電阻，而P10和P11兩條口線卻沒有，需要外接上拉電阻。P10和P11分別是內(nèi)部高精度模擬比較器的/輸入端（AIN0/AIN1）。P1口的每個引腳的輸出緩沖器具有20MA的輸出驅(qū)動能力，可直接點亮LED顯示器。與其它51系列單片機一樣，當(dāng)P1口的引腳作為輸入線使用時，應(yīng)先對其寫1。P3口AT89C2051的P3口是一個具有7位的準(zhǔn)雙向多功能口。7條I/O口線是P30P35以及P37。P3口的每一個也同P1口一樣，具有20MA的輸出驅(qū)動能力。當(dāng)其作為輸入口使用時也應(yīng)先對它們寫1。P3口的全部口線都設(shè)置了內(nèi)部上拉電阻。P3口有5條線具有雙功能，它們是P30/RXD，P31/TXD，P32/，P33/，P34/T0，P35/T1，如表41所示INT0I1表41P3各端口引腳及兼用功能表端口引腳兼用功能P30RXD（串行輸入口）P31TXD（串行輸出口）P32（外部中斷1）0INTP33（外部中斷1）1IP34T0（定時器0的外部中斷）P35T1（定時器1的外部中斷）3單片機串行通信功能利用89C2051單片機進行串行通信時必須對有關(guān)寄存器進行設(shè)置，與串行通信有關(guān)的寄存器包括電源控制寄存器PCON在串行應(yīng)用中，該寄存器用于對SMOD設(shè)置，完成對波特率是否加倍的設(shè)定。如表42所示表42PCON的格式SMOD中斷允許控制寄存器IE該寄存器完成對全局中斷和局部中斷的設(shè)定。如表43所示表43IE的格式EAET2ESET1EX1ET0EX0其中EA為CPU中斷允許位1表示CPU開中斷；0表示CPU關(guān)中斷。ES為串行口中斷允許位1表示串行口開中斷；0表示串行口關(guān)中斷。定時器/計數(shù)器方式控制寄存TMOD選擇定時器/計數(shù)器及其工作方式，確定串行通信的波特率。如表44所示表44TMOD的格式GATEM1M0GATEM1M0串行口控制寄存器SCON用來定義串行口的工作方式，進行接收、發(fā)送控制以及監(jiān)視串行口的工作狀態(tài)。如表45所示表45SCON的格式SM0SM1SM2RENTB8RB8T1R1其中SM2為多機通信1表示允許多機通信；0表示禁止多機通信。REN為接收控制1表示允許接收；0表示禁止接收。TB8為發(fā)送數(shù)據(jù)第9位，RB8為接收數(shù)據(jù)第9位，T1為發(fā)送終端標(biāo)志，R1為接收中斷標(biāo)志。SM0、SM1是串行口工作方式13選擇位，可選擇四種工作方式，如表46所示，表中FOSC為單片機時鐘頻率。表46串行口工作方式選擇SM0SM1方式功能波特率000同步移位寄存器FOSC/1201110位異步收發(fā)可變10211位異步收發(fā)FOSC/64或FOSC/3211311位異步收發(fā)可變412射頻識別卡和閱讀器的設(shè)計NRF40116是挪威NORDIC公司最新推出的單片無線收發(fā)一體芯片，是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點。NRF401的外圍元件很少，只包括一個基準(zhǔn)晶振和幾個無源器件，基本無需調(diào)試，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。本節(jié)研究的射頻識別卡系統(tǒng)采用AT89C2051單片機和NRF401射頻芯片作為主要元件，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)收發(fā)的硬件電路設(shè)計。圖42是NRF401的典型應(yīng)用電路，圖中天線接口ANT1和ANT2輸出至印制天線，XC1、XC2是參考振蕩器輸入、輸出端，DIN、DOUT是發(fā)射數(shù)據(jù)輸入和接收數(shù)據(jù)輸出端口，CS是通道選擇端口CS“0”43392MHZCHANNEL1；CS“1”43433MHZCHANNEL2，PWR_UP是電源開/PWR_UP“1”POWERUPOPERATINGMODE；PWR_UP“0”POWERDOWNSTANDBYMODE，TXEN為工作模式選擇端口TXEN“1”發(fā)射模式；TXEN“0”接收模式。C9220PF0603C6100NF0603U1NRF4011234567891020191817161514131211XC1VDDVSSFILT1VC01VC02VSSVDDDINDOUTXC2TXENPWR_UPVSSANT1ANT2VSSVDDCSRF_PWRC71NF0603C1156PF0603C3320PF0603R418K0603C415NF060313K0603R1L1220H0603C122PF0603DINDOUTC1033PF0603C147UF3216PWR_UPC8220PF0603C222PF0603CSY14000MHZ3VR322K0603TXENR247K0603圖42NRF401典型應(yīng)用電路圖43是可讀可寫式射頻識別卡系統(tǒng)的原理圖，既可以作為閱讀器，又可以作為射頻識別卡，由軟件控制來完成數(shù)據(jù)的收發(fā)切換?？紤]到NRF401和單片機都只有一個串口，單片機還要和上位機相連，所以本方案中用了兩個單片機，一個完成和上位機的串口通信，另一個完成和NRF401的串口通信，兩個單片機之間直接相連完成數(shù)據(jù)傳遞。下面說明可讀可寫射頻卡的工作原理。P02PR64K7P05VCCP03RXDP06VCCU5X2504512345678CSSOWPGNDSISCLKRSTVCCRSTP00GNDRXDPR14K7P23U3AT89C20511102054121314151617181923678911RST/VPPGNDVCCXTAL1XTAL2P10/AIN0P11/AIN1P12P13P14P15P16P17P30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P37TXDVCCP0133PFCAPNRF4011234567891020191817161514131211XC1VDDVSSFILT1VC01VC02VSSVDDDINDOUTXC2TXENPWR_UPVSSANT1ANT2VSSVDDCSRF_PWRP06P25GNDP03P24PR34K7WR33PFCAPP02GNDP05U2AT89C20511102054121314151617181923678911RST/VPPGNDVCCXTAL1XTAL2P10/AIN0P11/AIN1P12P13P14P15P16P17P30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P37P07C1601UFP04P24P22P23VCCP25VCCWDTP00VCCRSTA11TUESDAY,MAY06,2014TITLESIZEDOCUMENTNUMBERREVDATESHEETOFPR04K7GNDP32P07GNDTXDVCCWDTP01XTAL110592MGNDP04VCC圖43可讀可寫式射頻識別卡系統(tǒng)原理圖圖43中，X25045是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM三種功能于一身的可編程電路。X25045中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設(shè)置時間時，也就是說，當(dāng)保持“1“或者“0“的時間大于看門狗的定時時間周期，電路中的看門狗將通過RESET輸出高電平信號使單片機復(fù)位。另外，X25045所具有的電壓監(jiān)控功能也可以保護單片機系統(tǒng)免受低電壓的影響，它的正常工作電壓是45V55V和單片機共用，如果電源電壓低于45V并持續(xù)200MS，則RESET就輸出高電平復(fù)位單片機，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。發(fā)送過程上位機把要發(fā)送的數(shù)據(jù)送給電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，數(shù)據(jù)經(jīng)過電平變換后，送給第一個單片機U2的P30RXD引腳，數(shù)據(jù)經(jīng)單片機U2處理后，送給單片機U3，從串行口P31TXD引腳送出去，然后，數(shù)據(jù)通過NRF401的DIN引腳，進入到射頻芯片內(nèi)部，經(jīng)過FSK調(diào)制，通過印刷天線發(fā)射出去。接收過程天線接收到數(shù)據(jù)，送到NRF401芯片內(nèi)部完成解調(diào)后，數(shù)據(jù)通過NRF401的串行口DOUT送給單片機U3的P30（TXD）,U3接收數(shù)據(jù)后，把它送給單片機U2，單片機U2再通過串行口P31TXD，把數(shù)據(jù)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送上位機。當(dāng)然在應(yīng)用中，如果作為射頻識別卡來使用，可以把卡號、車型、牌照、用戶余額、入口車站編號、出口車站編號等數(shù)據(jù)存入片內(nèi)存儲器，此時只要用一個單片機即可完成與閱讀器的通信。42軟件設(shè)計從射頻識別卡中提取數(shù)據(jù)（射頻識別卡的卡號）后，把數(shù)據(jù)送往上位機進行處理，計算出本次收費額，下傳到LED進行顯示；同時把處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制字，來控制紅綠燈和提桿機準(zhǔn)確動作。為此，本論文設(shè)計了相應(yīng)配套軟件及通信協(xié)議。硬件部分以AT89C2051為設(shè)計核心，從上位機接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進入單片機后，進行軟件的相應(yīng)處理，處理完畢送數(shù)碼管顯示收費額，同時送控制字到繼電器，繼電器控制紅綠燈和提桿機的動作。421外圍控制器軟件的分析與實現(xiàn)在AT89C2051單片機系統(tǒng)中，單片機可以以直接傳送或應(yīng)答握手的方式進行數(shù)據(jù)通信，但由于握手方式占用其他的端口，而單片機的端口數(shù)量有限，同時由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，本論文中計算機與單片機的通信采用直接傳送的方式，下面將重點介紹。單片機AT89C2051的串行端口有4種工作方式，通過編程設(shè)計，可以使其工作在任一方式。單片機串行通信的波特率可以程控設(shè)定，在不同的工作方式下，由時鐘頻率的分頻值或定時器T1的溢出率確定。單片機的串行端口有兩個控制寄存器，用來設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送的波特率以及中斷標(biāo)志TI和RI。單片機可以采用查詢方式或中斷方式實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的傳送。在查詢方式下，單片機循環(huán)對數(shù)據(jù)寄存器SBUF進行讀寫來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；在中斷方式下，對方式1、2來說，一幀數(shù)據(jù)發(fā)送或接收完后，TI/RI自動置1，請求串行中斷，若CPU響應(yīng)中斷，則執(zhí)行中斷服務(wù)程序，并把TI/RI清0以再次響應(yīng)中斷。對在方式2、3下的接收，還要視串口控制寄存器SCON的設(shè)置才可確定RI是否被置位以及串口中斷是否開放。查詢方式直接，易于理解，但占用大量CPU時間。實時控制中，由于事件的突發(fā)性，常采用中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送，中斷方式能更大限度地提高資源的利用率，使CPU在不進行數(shù)據(jù)通信時做其他工作。在此，由于事件的偶然性和要求傳送的實時性，故采用中斷方式來進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸。下面介紹單片機在方式1下的中斷方式編程。方式1是10位異步通信方式，其中包括1個起始位，8個數(shù)據(jù)位和1個停止位。波特率由定時器T1的溢出率和串口控制寄存器SMOD的狀態(tài)決定。在串行口工作于方式1，同時定時器1作為波特率發(fā)生器工作于方式2時，確定定時器的初值常采用如式41的計算公式17（41）V384TK256THOSC1其中，TH1就是要對定時器1設(shè)定的初始值，必須為整數(shù)，如果TH1不能取整，產(chǎn)生的波特率可能不理想，此時，必須選擇另外一種晶振頻率。是晶OSCT振頻率，V為波特率。K的值這樣確定當(dāng)SMOD1時，K2；當(dāng)SMOD0時，K1。在晶振為110592MHZ時，波特率常采用9600B/S，如果K1，可計算出2530FDH。1TH單片機的串行端口有一個數(shù)據(jù)寄存器SBUF，該寄存器為發(fā)送和接收所共有，在一定條件下，向SBUF寫入數(shù)據(jù)就啟動了發(fā)送進程，讀SBUF就啟動了接收進程。對SBUF進行寫操作就可以啟動發(fā)送，在發(fā)送位移時鐘的同步下，從TXD先送出起始位，然后是8位數(shù)據(jù)位，最后是停止位，這樣一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完，中斷標(biāo)志TI置位。在允許接收的條件下（REN1），當(dāng)RXD出現(xiàn)由1到0的負(fù)跳變時，即被當(dāng)成是串行發(fā)送來的一幀數(shù)據(jù)的起始位，從而啟動一次接收進程。當(dāng)8位數(shù)據(jù)接收完，并檢測到高電平停止位后，即把收到的8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，置位RI，一幀數(shù)據(jù)的接收過程就完成了。下面是單片機以方式1在直接傳送下的中斷接收和發(fā)送程序。由于沒有使用通信握手，所以通信雙方都應(yīng)作好通信準(zhǔn)備。在計算機接收、單片機發(fā)送時，由計算機先發(fā)送字母AA，通知單片機已準(zhǔn)備好，然后上位機處于等待狀態(tài)；當(dāng)單片機接收到AA時，向計算機發(fā)送Y，表示單片機也準(zhǔn)備好了，這樣，一旦計算機接收到Y(jié)就表示雙方都已經(jīng)準(zhǔn)備好了，二者之間就可以交換數(shù)據(jù)了。在計算機發(fā)送、單片機接收時，計算機發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，單片機響應(yīng)中斷，接收數(shù)據(jù)。單片機程序具體實現(xiàn)通信過程的流程圖如圖44所示。圖44單片機與上位機通信的軟件實現(xiàn)開始初始化等待中斷接收數(shù)據(jù)ACC聯(lián)絡(luò)標(biāo)志是1是AA嗎會送“Y”聯(lián)絡(luò)標(biāo)志位置1是控制幀結(jié)束是費用幀結(jié)束接收數(shù)據(jù)中斷返回中斷返回結(jié)束是是否是是否是是否是是否是是是是是是是是部分代碼如下ORG0000HAJMPSTARTORG0023H；串行口中斷入口LJMPSERIORG0100HSTARTMOVTMOD,20H；設(shè)置定時器1為方式2MOVPCON,00H；使TMOD0MOVTL1,0FDHMOVTH1,OFDH；設(shè)置波特率為9600B/SSETBEA；全局開中斷CLRET1；關(guān)T1中斷SETBES；開串口中斷SETBTR1；開定時器中斷CLR71HMOVSCON,50H；串行方式1，允許接收MOVR1，51HSJMPSERIJNBTI,RXDINT；判斷是否發(fā)送中斷CLRTI；TI1，清發(fā)送中斷標(biāo)志SJMPSENDRETIRXDINTJNBRI,ENDTRCLRRI；清除接收中斷標(biāo)志MOVA,SBUF；串口接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)送AJB71H,DATACJNEA,AAH,ENDTR；是否接到AA,如果不是等待MOVSBUF,A；接到AA,發(fā)送YSETB71HSJMPENDTRDATACJNEA,4DH,NEXT；是否接到”紅綠燈結(jié)束標(biāo)志”，若沒有轉(zhuǎn)到NEXTMOVR1,51H；如果接到結(jié)束標(biāo)志,回到51HDATASAVEMOVR1,AINCR1SENDMOVA,R0；R0為要發(fā)送的數(shù)據(jù)存放的地址MOVSBUF,AJNBTI,CLRTIINCR0ENDTRRETIEND422數(shù)碼管、紅綠燈顯示的軟件分析與實現(xiàn)數(shù)碼管的個位、十位和百位的顯示分別由單片機的P32，P33，P35腳來控制片選，紅綠燈由P34腳來控制，同時P37腳用來向SN74HC377鎖存器發(fā)送啟動脈沖。單片機從上位機接收到的數(shù)據(jù)放在以51H開始的內(nèi)存單元中，由于控制數(shù)碼管和紅綠燈的通信幀協(xié)議不一樣，所以這些數(shù)據(jù)在向鎖存器送之前，還要進行判斷，從而發(fā)送相應(yīng)控制字。部分程序如下BEGINMOVA,51HCJNEA,3DH,NEXT2；半段協(xié)議幀的字頭SETB7AHSJMPDONEXT2CJNEA,3AH,BEGINCLR7AHDOJB7AH,FEIYONG；如果7AH中的內(nèi)容是1，說明接收的數(shù)據(jù)幀是費用幀MOVP1,00H；如果是0，說明是紅綠燈控制幀F(xiàn)EIYONGMOVA,51H；51H中存的是收費額數(shù)據(jù)幀或紅綠燈控制字幀的字頭CJNEA,3DH,BB；如果不等，字頭可能是紅綠燈控制字頭ACALLNOP7；7個空操作SJMPDIG；送出52H和53H中的數(shù)據(jù)BBCJNEA,3AH,BEGIN；如果不是紅綠燈控制字字頭，轉(zhuǎn)BEGINCLR7AH；如果是紅綠燈控制字，7AH中內(nèi)容為0（標(biāo)志）NOPLJMPRGYDIGMOVA,52；52H中存放的是數(shù)碼管的具體顯示數(shù)據(jù)（個位）ANLA,0FHMOVDPTR,DIGLEDMOVCA,ADPTRMOV32H,AACALLSE2NOPNOPMOVA,53H；53H中存放的是數(shù)碼管的具體顯示數(shù)據(jù)（十位）ANLA,0FHMOVDPTR,DIGLEDMOVCA,ADPTRMOV33H,AACALLSE3NOPNOPLJMPBEGINRGYMOVA,52H；52H中存放