0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

采用嵌入式芯片和Zigbee通信芯片设计停车诱导系统

电子设计 作者:电子设计 2018-10-31 09:26 次阅读

为降低城市级停车诱导系统的建设、运营成本,提出一种无需建立管理控制中心的系统架构,采用LPC11C14和CC2530作为核心芯片设计了系统中的重要组成部分--区域性Zigbee网络。通过所开发出的测试系统的实验,表明该Zigbee网络可准确接收用户手机发出的停车请求,并能根据停车场内车位状态向用户反馈最佳车位信息,从用户发送请求到收到反馈信息的时间不超过10s。

停车诱导系统是一种以多级信息发布为载体,可实时地提供停车场的位置、车位数、车位状态等信息,指引驾驶员有效停车的信息系统。根据覆盖范围的大小,停车诱导系统一般又可分为城市级和停车场级两种。为节约城市级停车诱导系统的建设及运营成本,本文提出一种无需建立管理控制中心的系统架构。在此基础上,本文重点研究所提架构中的重要组成部分--区域性Zigbee网络的硬件及软件设计。

1 研究现状

停车诱导系统是一种用于缓解城市中停车难现象的智能交通系统。国外最早出现于1971年的德国亚琛市,近40年的发展效果显着。我国的建设兴起于2001年,近10多年的发展也取得了不错的效果。经分析后发现,国内外的各种系统虽各有特点,但它们的系统结构和工作原理基本相似,均大致由数据采集、数据传输、中央管理和数据发布4个部分组成。因此,均需建设和维护一个城市级的管理控制中心,运营部门也需要长期缴纳数据采集和数据发布两部分与管理控制中心间的通信费用,导致系统的建设和后期运营的成本较高。

2 系统总体架构

通过在城市的每一个室内停车场、每一个室外停车场和每一块路边停车区域分别部署一个“区域性”的ZigBee网络,并与停车用户的智能手机相配合,即可完成在整个城市中实现停车诱导的功能。在上述架构中,无需建设一个城市级的管理控制中心,从而可大大节约系统的建设与后期运营成本。所设计的系统架构如图1所示,其大致工作流程为:

采用嵌入式芯片和Zigbee通信芯片设计停车诱导系统

图1 一种低成本城市级停车诱导系统的总体结构图

1)每个ZigBee网络的所有终端结点定期采集所连接的传感器传来的车位状态信息。

2)若采集到的车位状态与上次状态不同,则将当前车位状态发送给相邻的路由器结点,并等待协调器结点的反馈。若超过一定时间未收到反馈则重发,直至收到反馈。

3)各路由器结点把所收到的终端结点的数据都转发给协调器结点。

4)协调器结点收到车位状态变化的消息后,给终端结点发送反馈,并更新数据库。

5)当汽车行驶至某地时,用户触发智能手机提出寻找车位的请求,事先安装好的智能手机软件根据车辆当前位置运行停车场寻优算法确定最优的停车场(或路边停车区域)。

6)智能手机软件与最优停车场(或路边停车区域)的协调器结点通信,协调器结点查询当前的车位状态数据库。若无空闲车位,将所有车位已满的信息反馈给智能手机软件;否则,系统运行停车位寻优算法确定最优的停车位。

7)确定最优停车位后,智能手机软件先将车辆引导至目的停车场(或路边停车区域)。再继续将车辆引导至目的停车位。

3 区域性Zigbee网络的硬件设计

区域性Zigbee网络由协调器、路由器、终端三类结点构成。终端结点负责定时采集车位状态并将车位状态变化的信息发送出去;路由器结点负责转发车位状态变化信息;协调器结点的任务包括:接收车位状态变化信息并更新数据库,接收用户通过智能手机发出的停车请求,查询数据库中的车位状态,运行停车位寻优算法,向用户反馈最佳车位信息等。

在协调器结点中,需要以下主要器件:1)一块嵌入式控制器芯片,用于管理嵌入式数据库;2)一块Zigbee通信芯片,用于与路由器结点通信;3)一块GPRS模块,用于与用户智能手机进行通信。

嵌入式控制器选用恩智浦公司的LPC11C14芯片。该芯片采用Cortex-M0内核处理器,工作频率最高可达50 MHz。在存储器方面,配置了32kB FLASH和8KB SRAM;在接口方面,配置有一个串口、一个2通道10位ADC、两个SPI接口、一个I2C接口、一个SWD接口等。

Zigbee通信芯片选用n公司的CC2530。该芯片适用于2.4 GHz IEEE 802.15.4和Zigbee等应用。芯片内部包括射频收发器、可编程闪存、增强型8051MCU、8KB RAM等。由于从休眠模式转换到工作模式的耗时非常短,所以该芯片特别适合低功耗应用。

由于LPC11C14芯片内部不含EEPROM,为实现车位状态数据在嵌入式数据库中的存储,通过I2C接口外接AT24C02芯片。LPC11C14与CC2530间的通信设计为利用串口进行通信。因为LPC11C14只有一个串口资源,为实现LPC11C14与GPRS模块的串行通信,采用SPI转串口芯片MAX3100进行转换。

GPRS模块采用通用模块SIM_300S。LPC11C14板的电源芯片采用MIC5209,CC2530板的电源芯片采用HT7533。协调器结点的总体硬件框图如图2所示。

采用嵌入式芯片和Zigbee通信芯片设计停车诱导系统

图2 协调器结点硬件结构图

终端结点和路由器结点的硬件框图与协调器结点中CC2530的框图非常类似。区别主要是终端结点中连接有车位检测传感器,此外终端结点和路由器结点采用锂电池供电

4 区域性Zigbee网络的软件设计

协调器结点中LPC11C14的主程序流程图如图3所示。上电后首先完成初始化。若接收到CC2530发送的车位状态变化信息,给CC2530发送反馈,随即更新数据库。若接收到停车请求,则根据数据库中的车位当前状态,判断有无空闲车位。若有空闲车位,运行停车位寻优算法,确定最优停车位。之后,通过GPRS模块向用户反馈结果。

采用嵌入式芯片和Zigbee通信芯片设计停车诱导系统

图3 LPC11C14的主程序流程图

采用嵌入式芯片和Zigbee通信芯片设计停车诱导系统

图4 协调器CC2530的主程序流程图

协调器结点中CC2530的主程序流程图如图4所示。初始化后,首先判断是否收到车位状态变化消息。若未收到,进入休眠状态;若收到,则从休眠状态回到正常状态。接下来,为防止车位状态存储到数据库前丢失,需在CC2530内部的Flash存储器中临时存放。之后,通过路由器结点给终端结点发送反馈。最后,把车位变化信息发送给LPC11C14并等待反馈。若在规定的时间内没有收到反馈,则重发;若收到反馈,则进入休眠状态。

终端结点的主程序流程图如图5所示。初始化后对车位检测传感器进行数据采集,得到的数据经过CC2530自带的A/D模块进行AD转换,然后以循环覆盖的方式存入CC3530内部的FLASH。之后,判断当前状态与上一个状态是否相同。若车位状态发生变化,由Zigbee射频模块通过路由器结点向协调器结点发送数据,并等待协调器结点的反馈。若在规定的时间内没有收协调器结点的反馈,则重发数据;若收到反馈,则开启定时中断后进入休眠状态。接下来等待定时中断唤醒,进行下一次的数据采集。

采用嵌入式芯片和Zigbee通信芯片设计停车诱导系统

图5 终端结点的主程序流程图

采用嵌入式芯片和Zigbee通信芯片设计停车诱导系统

图6 路由器结点的主程序流程图

路由器结点的主程序流程图如图6所示,若接收到终端结点发送的车位状态变化信息,则产生外部中断,从休眠状态回到正常状态。然后以循环覆盖的方式存入CC3530内部的FLASH.接着将车位状态变化的信息发送给协调器结点,并等待协调器结点的反馈。若在规定的时间内没有收到反馈,则进行重发;否则,向终端结点转发协调器结点发送的反馈,之后进入休眠状态,等待外部中断唤醒。

5 实物展示及模拟运行结果

图7为所开发出的测试系统的实物展示图。在图7的中上部,左边是协调器结点的LPC11C14板,右边是协调器结点的CC2530板。在LPC11 C14板中,左边带有天线的部分是商品化的GPRS模块。在CC2530板中,中上部带有天线的部分是商品化的Zigbee射频模块。由于这两部分的频率均处于微波频段,因此为保证可靠性采用商品化的成熟模块。在图7的中下部,左边是路由器结点,右边是终端结点。为保证测试效果,这两个结点在测试时均采用的是商品化的Zigbee模块,测试通过后可将底板替换为自己开发的底板(即:目前协调器结点中CC2530板所用的底板)。

图7 测试系统的实物展示图

为测试区域性Zigbee网络软、硬件设计的有效性,事先在LPC11C14板的嵌入式数据库中存入如表1所示的测试数据。之后,利用手机发送短信向LPC11C14板的GPRS模块提出停车请求。接下来,LPC11C14运行停车位寻优算法。根据表1中的数据,经计算后得出结论:005号车位最佳。然后,LPC11C14的GPRS模块向手机回复短信。短信的发送和接收界面如图8所示。根据计时结果,从触发短信发送按钮到收到反馈的时间不超过10秒。

图8 手机发送和接收信息的显示界面

注:1)当前状态为0时,表示车位为占用状态;当前状态为1时,表示车位空闲。2)两边车位的占用情况为0时,表示两边车位均未被占用;为1时,表示有一边被占用;为2时,表示两边均被占用。

6 结论

以嵌入式芯片LPC11C14和Zigbee通信芯片CC2530为主要部件,设计了一套用于停车诱导的区域性Zigbee网络的硬件电路,同时开发了协调器、路由器和终端三类节点的控制和通信程序。测试实验表明,所设计的Zigbee网络可准确接收用户的停车请求,并能及时反馈最佳车位信息,从用户请求到收到反馈的时间不超过10 s。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 芯片
    +关注

    关注

    445

    文章

    47476

    浏览量

    407878
  • 嵌入式
    +关注

    关注

    4962

    文章

    18145

    浏览量

    286505
  • ZigBee
    +关注

    关注

    158

    文章

    2241

    浏览量

    241075
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    嵌入式加密芯片的理解

    嵌入式应用领域,随着近些年黑客技术和芯片解剖技术的发展,嵌入式系统所面临的攻击也越来越多,因而嵌入式的安全越来越受到关注,目前市场上的好多
    发表于 02-11 10:29

    嵌入式通信

    通信(3C) 一体化趋势日趋明显, 嵌入式系统再度成为研究与应用的热点。  嵌入式系统被描述为: 以应用为中心, 软硬件可裁减的, 适应应
    发表于 09-19 12:26

    嵌入式通信

    相比较, 嵌入式操作系统系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。象前途无可计量的维纳斯计划生产机顶盒, 核心技术就是采用 32 位以上
    发表于 07-05 10:01

    采用nios和μClinux实现嵌入式系统设计

    外设接口。 基于sopc的嵌入式系统主要由1片核心芯片sopc和片外器件,以及一些相关的接口设备组成。本文所要实现的转换器采用altera公司的cyclone
    发表于 04-18 07:00

    嵌入式系统与远程监控主机的网络通信怎么实现?

    针对传统远程通信方式在嵌入式监控系统中的低速、传输距离短、布线复杂等问题,提出了一种基于ZigBee与μIP协议栈的嵌入式网络监控
    发表于 08-28 07:35

    怎么降低嵌入式芯片的功耗?

    从当前嵌入式消费电子产品来看,媒体处理与无线通信、3D游戏逐渐融合,其强大的功能带来了芯片处理能力的增加,在复杂的移动应用环境中,功耗正在大幅度增加。比如手机,用户往往希望待机时间、听音乐时间,以及看MPEG4时间能更长。在这样
    发表于 09-18 06:22

    嵌入式系统在现代停车场中有哪些应用?

    专用的停车嵌入式计算机系统,集成视频采集、通讯、防雷、存储以及数据库。嵌入式停车系统,针对传统停车
    发表于 10-11 07:21

    嵌入式操作系统USB双向通信怎么实现?

    USB作为一种串行通信总线,采用主从通信方式,从设备只能被动响应来自主设备的请求,不能主动发起请求。随着嵌入式
    发表于 03-19 07:35

    嵌入式网络监控系统有什么优点?

    嵌入式系统因具有低功耗、实时性强、可靠性高等优点而日益普及,随着网络对人们的生活越来越重要,网络通信功能也成为嵌入式系统的发展趋势。传统的远
    发表于 04-20 07:56

    嵌入式芯片如何选型?

    什么是嵌入式嵌入式芯片如何选型?什么是ARM?
    发表于 11-05 08:43

    嵌入式芯片测试系统的相关资料分享

    关于嵌入式芯片测试系统的设计嵌入式芯片是当前一些主流数码设备的核心部件,也是嵌入式
    发表于 11-09 08:50

    如何选择嵌入式最小系统的主要芯片及操作系统

    摘要:嵌入式系统在工业控制领域得到了广泛应用,然而,嵌入式最小系统作为嵌入式系统的核心在当前工业
    发表于 11-09 07:07

    嵌入式芯片系统设计应用

    嵌入式芯片暨智能互联创新大赛为了加强全国高校学生在嵌入式芯片系统设计应用领域的创新设计与工程实践能力,使学生能够全面掌握
    发表于 12-23 06:55

    嵌入式停车系统有什么优点

    专用的停车嵌入式计算机系统,集成视频采集、通讯、防雷、存储以及数据库。嵌入式停车系统,针对传统停车
    发表于 01-06 11:41 1240次阅读

    基于嵌入式系统ZigBee芯片的研究与应用

    电子发烧友网站提供《基于嵌入式系统ZigBee芯片的研究与应用.pdf》资料免费下载
    发表于 10-11 11:24 0次下载
    基于<b class='flag-5'>嵌入式</b><b class='flag-5'>系统</b>的<b class='flag-5'>ZigBee</b><b class='flag-5'>芯片</b>的研究与应用