ZigBee交通事故警示装置

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简介:近年来,随着人们生活水平的提高和电子技术的快速发展,汽车已逐渐走进人们的生活,汽车电子化也已成为一种趋势。鉴于全球定位系统(GPS)能够实时方便、精准的提供经纬度、时间、速度等信息的优势,目前已广泛应用于汽车的监控、导航、定位等领域。本文研究重点是利用ZigBee模块技术来传输发生交通事故的车辆向周围车辆发出的警示信息。

1系统的总体设计

为了对连环追尾的恶性交通事故进行预防,设计一款以ATmegal28单片机为主控芯片的交通事故警示装置,该装置由GPS模块、无线收发模块、液晶显示模块、语音警示模块、GSM模块、ATmegal28单片机最小系统模块等几部分组成。

系统结构框图如图1所示。ZigBee交通事故警示装置

2硬件部分设计

2.1ZigBee模块设计

无线传输模块是报警信号收发的基本单元,信号的的稳定传输是整个系统可靠性的基本保证,ZigBee无线模块通常是一个微型的嵌入式系统,从传输功能上看,无线收发模块要进行本地信息的ZigBe数据采集处理外,还要对ZigBe数据采集到的信息据进行存储、管理和融合等处理,同时传输到用户手持遥控器。目前收发模块的软硬件技术是ZigBee模块传输研究的重点。

ZigBee交通事故警示装置

本系统无线ZigBee数传模块由微处理器、无线收发芯片及天线等部分组成(如图2所示),微处理器通过SPI总线和一些离散控制信号与RF收发器相连。微处理器充当SPI主器件而RF收发器充当从器件。控制器实现了IEEE 802.15.4 MAC层和ZigBee协议层。它还包含了特定应用的逻辑,它使用SPI总线与RF收发器交互。这里所采用的无线收发芯片是一个带有所需外部元件的RF(射频)收发器,如Chipcon公司推出的CC2420。天线接收的射频信号经过低噪声放大器和I/Q下变频处理后,中频信号只有2 MHz,此混合I/0信号经过滤波、放大、AD变换、自动增益控制、数字解调和解扩,最终恢复出传输的正确数据。

发射机部分基于直接上变频。要发送的数据先被送入128字节的发送缓存器中,头帧和起始帧是通过硬件自动产生的。根据IEEE802.15.4标准,所要发送的数据流的每4个比特被32码片的扩频序列扩频后送到DA变换器。然后,经过低通滤波和上变频的混频后的射频信号最终被调制到2.4 GHz,并经放大后送到天线发射出去。

2.2 Amegal28单片机最小系统

模块本系统使用8位低功耗微处理器Amegal28 L,相对于其他通用的8位微控制器来说,它具有更加丰富的资源,并且具有极低的能耗。它具有片内128K字节的程序存储器(Flash),4K字节的数据存储器(SRAM,可外扩到64K)和4K字节的E2PROM。此外,它还有8个10位ADC通道,2个8位和2个16位硬件定时/计数器,并可在多种不同的模式下工作。8个PWM通道、可编程看门狗定时器和片上振荡器、片上模拟比较器。UART、SPI、12C总线接口。JTAG口为开发和调试提供了方便的接口。更值得一提的是,除了正常操作模式外,它还具有六种不同等级的低能耗操作模式,在每种低能耗模式下具有不同的能耗。因此该微处理器非常适合于无线ZigBee数传模块这种需要低能耗的应用场合。

2.3语音模块设计

Amegal28单片机作为主控制器,ISD4004语音模块作为语音播放的执行装置,单片机采用SPI总线对语音芯片进行控制。事先通过麦克风或上位机软件在语音芯片ISD4004中将需要播放的语音录入,在Amegal28单片机的内存中记录下各段语音的首地址和语音总量,在控制播放时,通过单片机向ISD4004芯片发送相应的地址控制指令,从而实现任意段语音的播放。

ISD4004语音芯片是美国ISD公司的ISD4000系列的一种,被广泛的应用于系统语音提示、自动应答系统、语音记录及语言玩具等方面。ISD4004芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。单片机采用SPI总线控制ISD4004,在单片机的EEPROM中记录各段语音的首地址和语音的总数,ISD4004芯片的存储器分为2400行,进行寻址时一行一行的进行。ISD4004芯片的行地址时钟信号为200mS,其包含175 ms的高电平和25 ms的低电平,无论是在录音或播放时,都从200 mS的行首地址开始的,因此利用单片机的计数器功能,对行地址的信号进行计数,即可得到各段语音的时长,记录下各段语音数据在ISD4004中的首地址,实现对语音芯片的控制。

2.4 GSM模块设计

GSM(全球移动通信系统)具有网络容量大、手机号码资源丰富、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低等优点,目前已经非常普及,在实现远程传输时无须再构建一个GSM网络,而只需直接连接一个GSM发射和接收模块,就可以实现远程控制,图3为GSM远程遥控系统原理图。

ZigBee交通事故警示装置

本系统选用的GSM短信模块为西门子公司生产的TC35i,集成了SIM卡接口和RS232接口,可通过计算机AT指令对其进行调试和设置。单片机通过UART串行接口对GSM短信模块进行直接控制,利用AT指令控制GSM将数据传送出去,AT指令按照GSM模块的AT指令格式书写,通过串口发送出去同。GSM模块接收到串口发送过来的指令后对单片机作出相应的应答,最终实现短信发送。

2.5 GPS模块设计

GPS可实现全球范围内的定位和导航,在各个领域应用广泛。GPS接收模块将收到的GPS卫星导航的信息后,经转换处理送到电平转换电路再由MAX232转压芯片进行RS-232-TTL的电平转换,而后发送到单片机串口接收,当单片机收到GPS发送过来的导航信息后,经过单片机内部程序的选择,将地理位置信息发送到GSM中去,从而实现数据的传输。

GPS通过串口与单片机相连实现数据的通信,在本设计中由于GSM模块,GPS模块都要用到串行端口。作为单片机与串行设备的之间的数据传输,而Amegal6单片机只有一对串行端口,端口使用出现冲突。为了解决该问题,对单片机串行端口进行扩展,实现单片机的一个串口分时复用。

2.6 LCDl2864液晶显示模块

为了显示事故车辆的准确地点,本系统设计了LCDl2864液晶显示模块[61。LCDl2864液晶显示屏可以显示汉字、大小写字母、其他各种符号等,满足设计要求。本设计中,利用Amegal28单片机来控制LCDl2864,其中PC口作为并行数据口使用,向LCDl2864并行串口传送数据。PF口作为控制片选、读写、复位、串并数据传送方式选择使用。

3软件设计

软件开发以Win AVR、AVRStudio 4为开发平台,采用C语言编写。在无线传输设置时,使用Chipcon公司提供的开发套件,该套件包括各种高性能的ZigBee软件工具,如网络设置器、协议追踪调试工具等。

4结束语

文中设计的交通事故警示装置应用ZigBee数传模块,对事故车辆进行ZigBee数据采集,具有如下特点:1)对出事故车辆进行准确定位;2)出事车辆能够自动向急救中心发出求助信息;3)接收端能够进行语音警示;4)在接收端准确显示出事车辆地点。该装置工作稳定可靠,成本低廉,适合广大驾驶人员使用。

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