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基于HMC與NRFE的交通信息采集系統(tǒng)(完整資料)(可以直接使用,可編輯優(yōu)秀版資料,歡迎下載)

摘要基于HMC與NRFE的交通信息采集系統(tǒng)(完整資料)(可以直接使用,可編輯優(yōu)秀版資料,歡迎下載)智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)被公認(rèn)為是當(dāng)前解決我國(guó)大城市交通擁擠和提高道路安全的有效手段,而交通數(shù)據(jù)采集是ITS最為基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)分析了國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀和存在的問題,論證了交通數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)的必要性,提出了交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本要求,詳細(xì)論述了基于HMCl022磁引信的信號(hào)采集模塊,其硬件電路包括磁探測(cè)電路、信號(hào)放大電路和基于NRF9E5芯片的無(wú)線射頻收發(fā)電路。通過(guò)HMC1022雙軸檢查地磁場(chǎng)變化,經(jīng)過(guò)適量計(jì)算轉(zhuǎn)換,可有效的降低誤差,再經(jīng)過(guò)基于NRF9E5的發(fā)射和接收模塊,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊,較以往的環(huán)形線圈感應(yīng)式采集成本低,精度高,維護(hù)方便。無(wú)線發(fā)射模塊采用太陽(yáng)能供電更好的降低了設(shè)備的維護(hù)幾率,降低了,設(shè)備維護(hù)對(duì)交通的影響。軟件采用c語(yǔ)言編寫,并在KEIL集成環(huán)境中編輯、編譯.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明整個(gè)系統(tǒng)具有精度高、功耗低、使用方便和微型化的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:磁傳感器;信號(hào)采集;無(wú)線射頻收發(fā);模塊設(shè)計(jì)AbstractIntelligentTransportSystems(ITS)isconsideredthecurrentsolvecitycongestionandeffectivemeansofimprovingroadsafety,andtrafficdataacquisitionisthemostbasicpartoftheITS.

Thedesignofthedevelopmentofdomesticandinternationaldataacquisitionsystemstatusandproblemsoftrafficdatademonstratedtheneedforinformationcollectionsystem,trafficdat(yī)acollectionsystemisproposedthebasicrequirementsdiscussedindetailthemagneticfuzebasedHMCl022signalacquisitionmodule,Thehardwareincludingmagneticdetectioncircuit,signalamplifierandRFchipsbasedNRF9E5transceivercircuit.CheckthroughtheHMC1022two-axisgeomagneticfieldchanges,afterappropriateconversioncalculation,caneffectivelyreducetheerror,andthenafterNRF9E5-basedtransmitandreceivemodulestoachievelong—distancecommunications,thanbeforeinductioncoilringcollection,lowcost,highaccuracy,maintenanceconvenient.Solar—poweredwirelesstransmittermoduleusingabetterchanceofreducingthemaintenanceoftheequipment,reducingequipmentmaintenanceonthetraffic。?Softwareusingclanguageandintegrat(yī)edenvironmentinKEILedit,compile.Experimentalresultsshowthesystemwithhighprecision,lowpowerconsumption,easytouseandtheadvantagesofminiat(yī)urization.Keywords:magneticsensor;signalacquisition;radiofrequencytransceiver;Module目錄TOC\o”1—3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc294888191”摘要PAGEREF_Toc294888191\hIHYPERLINK\l"_Toc294888192"AbstractPAGEREF_Toc294888192\hII1緒論PAGEREF_Toc294888193\h11。1交通信息采集技術(shù)PAGEREF_Toc294888194\h4HYPERLINK\l”_Toc294888195”1.1.1智能交通系統(tǒng)888195\h4HYPERLINK\l"_Toc294888196"1.1。2國(guó)內(nèi)外交通信息采集技術(shù)的種類和特點(diǎn)88196\h42基于HMC1022與NRF9E5的交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PAGEREF_Toc294888197\h62。1傳感器模塊PAGEREF_Toc294888198\h6HYPERLINK\l”_Toc294888199"2.1。1HMC1022磁阻傳感器功能PAGEREF_Toc294888199\h62.1.2HMC1022性能及工作原理PAGEREF_Toc294888200\h6HYPERLINK\l"_Toc294888201"2.1。3磁傳感器電路部分4888201\h17HYPERLINK\l"_Toc294888202"2.2基于NRF9E5的無(wú)線收/發(fā)模塊PAGEREF_Toc294888202\h20HYPERLINK\l"_Toc294888203"2.2.1NRF9E5功能及工作原理PAGEREF_Toc294888203\h202。2.2基于NRF9E5的無(wú)線發(fā)射模塊888204\h26HYPERLINK\l"_Toc294888205"2.2.3基于NRF9E5的無(wú)線接收模塊5\h273SPI基本協(xié)議PAGEREF_Toc294888206\h28HYPERLINK\l"_Toc294888207”3.1SPI基本協(xié)議PAGEREF_Toc294888207\h28HYPERLINK\l"_Toc294888208"3.2SPI用戶邏輯PAGEREF_Toc294888208\h28HYPERLINK\l"_Toc294888209"3.3SPI原理PAGEREF_Toc294888209\h28HYPERLINK\l"_Toc294888210”3。3.1SPI的多義性PAGEREF_Toc294888210\h29HYPERLINK\l”_Toc294888211"3。3.2通信的SPI概念PAGEREF_Toc294888211\h304軟件模塊PAGEREF_Toc294888213\h36HYPERLINK\l"_Toc294888214"4.1基于嵌入式的交通信息采集程序流程圖PAGEREF_Toc294888214\h36致謝PAGEREF_Toc294888215\h37HYPERLINK\l”_Toc294888216”參考文獻(xiàn)PAGEREF_Toc294888216\h38HYPERLINK\l”_Toc294888217"附錄1--—--發(fā)射模塊原理圖7\h39附錄2-———-發(fā)射模塊PCB圖PAGEREF_Toc294888218\h40HYPERLINK\l"_Toc294888219”附錄3-----接收模塊原理圖PAGEREF_Toc294888219\h41HYPERLINK\l"_Toc294888220”附錄4-—-—-接收模塊PCB圖PAGEREF_Toc294888220\h421緒論近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,車輛保有量及交通出行量迅速攀升,而相應(yīng)的交通基礎(chǔ)設(shè)施和智能化交通管理系統(tǒng)的建設(shè)則相對(duì)滯后,這都對(duì)當(dāng)今的交通管制提出了新的挑戰(zhàn)。為了解決地面交通迅速發(fā)展所引發(fā)的諸多問題,智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportSystem,ITS)被提到了重要的位置。早在20世紀(jì)80年代,以歐洲、美國(guó)和日本為代表的各發(fā)達(dá)國(guó)家已從依靠擴(kuò)大路網(wǎng)規(guī)模來(lái)解決日益增長(zhǎng)的交通需求,轉(zhuǎn)移到利用高新技術(shù)來(lái)改造現(xiàn)有道路運(yùn)輸體系及其管理方式,從而達(dá)到提高路網(wǎng)通行能力和服務(wù)質(zhì)量、改善環(huán)保質(zhì)量、提高能源利用率的目的.而中國(guó)的智能交通建設(shè)則起步較晚,直到20世紀(jì)90年代才提出了智能交通的概念,但隨著近年來(lái)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長(zhǎng)與信息化水平的逐步提高,智能交通系統(tǒng)已經(jīng)成為我國(guó)交通行業(yè)研究的熱點(diǎn).智能交通系統(tǒng)就是以緩和道路堵塞和減少交通事故,提高利用者的方便、舒適為目的,利用尖端的信息通訊技術(shù)等的交通系統(tǒng)的總稱。它通過(guò)傳播實(shí)時(shí)的交通信息使出行者對(duì)即將面對(duì)的環(huán)境有足夠的了解,并據(jù)此做出正確的選擇。通過(guò)消除道路堵塞等交通隱患,建設(shè)良好的交通管制系統(tǒng),減輕對(duì)環(huán)境的污染.通過(guò)對(duì)智能交叉路口和自動(dòng)駕駛技術(shù)的開發(fā),提高行駛安全,減少行駛時(shí)間。當(dāng)前智能交通系統(tǒng)的研究領(lǐng)域有:先進(jìn)的交通管制系統(tǒng)、先進(jìn)的交通信息服務(wù)系統(tǒng)、先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)、先進(jìn)的公路交通系統(tǒng)、先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng)、先進(jìn)的物流交通系統(tǒng)等。智能交通系統(tǒng)可以為交通部門及時(shí)、準(zhǔn)確地提供諸如車流量、道路擁塞度和事故監(jiān)控等交通信息,使交通部門能有效地獲取有關(guān)交通狀況的信息,并進(jìn)行處理,從而更好地發(fā)揮交通管理系統(tǒng)在交通監(jiān)視,交通控制、出入控制,救援管理等方面的準(zhǔn)確性和調(diào)控性。智能交通系統(tǒng)的早期構(gòu)想是由美國(guó)在六十年代提出的,目前,世界上已形成了美國(guó)、日本、歐盟三大ITS研究開發(fā)基地,除此之外,亞洲的韓國(guó)、新加坡和我國(guó)的香港特區(qū)ITs發(fā)展水平也較高。60年代末期,美國(guó)的ERGS(ElectronicRoadGuidanceSystem)項(xiàng)目開始了世界上最早的ITS開發(fā)研究。之后美國(guó)集中了國(guó)內(nèi)各種力量,并在政府和國(guó)會(huì)的參與下,成立了ITS的領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu),于1991年制訂了綜合陸上運(yùn)輸效率化法(即所謂的冰茶法案,IS.TEA),并擬訂了20年發(fā)展計(jì)劃,總投資預(yù)算400億美元。目前,美國(guó)在智能公共交通領(lǐng)域獨(dú)樹一幟,已建立起相對(duì)完善的車隊(duì)管理(通訊系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、車輛自動(dòng)定位系統(tǒng)、乘客自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)、公交運(yùn)營(yíng)軟件系統(tǒng)、交通信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng))、公交出行信息(出行前公交信息系統(tǒng)、車站,路邊的公交信息系統(tǒng)、車上公交信息系統(tǒng)、綜合乘客信息系統(tǒng))、電子收費(fèi)和交通需求管理技術(shù)等四大系統(tǒng)及多個(gè)子系統(tǒng)及技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。在視頻檢測(cè)領(lǐng)域,美國(guó)的Autoscope公司無(wú)疑是其中的佼佼者.該公司開發(fā)的事故檢測(cè)系統(tǒng)主要用于采集車輛的平均速度,數(shù)量和車道流量等信息,通過(guò)這些信息,就可以檢測(cè)出高速公路上發(fā)生的事故。數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)視頻信號(hào)經(jīng)光纖傳至城市交通管理中心,并由ScopeServer通訊服務(wù)器定時(shí)輪流處理每個(gè)視頻處理器,最后將預(yù)測(cè)的旅行時(shí)間通過(guò)CMS顯示給用戶;另外,該公司還充分利用了數(shù)字電路的小型化優(yōu)勢(shì),將光電傳輸器件與計(jì)算器件集成到視頻感應(yīng)器中。這種集成的視頻感應(yīng)器通過(guò)一種全新的通訊架構(gòu)與感應(yīng)系統(tǒng)相連,并由感應(yīng)管理軟件進(jìn)行統(tǒng)一的管理。感應(yīng)器使用改進(jìn)后的追蹤與速度測(cè)量算法將大大提高車輛檢測(cè)與分類上的準(zhǔn)確性.日本的智能交通系統(tǒng)起步較晚,但由于政府重視,其發(fā)展和推進(jìn)速度卻相當(dāng)快.日本城市公共交通系統(tǒng)智能化的發(fā)展過(guò)程經(jīng)歷了3個(gè)階段:70年代末開始應(yīng)用的公共汽車定位系統(tǒng),即公共汽車接近顯示系統(tǒng):80年代初開始應(yīng)用的運(yùn)行管理系統(tǒng),其中包括乘客自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行監(jiān)視和運(yùn)行控制;90年代初開始應(yīng)用的綜合管理系統(tǒng),其中包括后勤業(yè)務(wù)改進(jìn)和經(jīng)營(yíng)支援系統(tǒng)。日本組成了由四省一廳參加的全國(guó)統(tǒng)一智能交通系統(tǒng)開發(fā)組織(VERTIS),并于1996年制定了“推進(jìn)ITS總體構(gòu)想”.并推出了一個(gè)投資預(yù)算7。8兆億日元,為期長(zhǎng)達(dá)20年的發(fā)展計(jì)劃,包含了智能子系統(tǒng)部分應(yīng)用、改善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及系統(tǒng)和產(chǎn)品的研究開發(fā).日本的ITS研究與應(yīng)用開發(fā)工作主要圍繞三個(gè)方面進(jìn)行,它們分別是:車輛信息與通信系統(tǒng)、不停車收費(fèi)系統(tǒng)、先進(jìn)道路支援系統(tǒng)。由警察廳、郵政省和建設(shè)省主持的VICS系統(tǒng)以向駕駛員提供道路交通信息、使道路交通安全流暢為目的,已經(jīng)開始進(jìn)入應(yīng)用化試驗(yàn)的階段。目前,裝載有接收此類交通信息設(shè)施和車載路徑導(dǎo)航裝置的車輛已經(jīng)超過(guò)500萬(wàn)輛。此外,為推廣應(yīng)用ITS的研究成果,引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)ITS的多元化,發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)越性,日本還先后制定了Smartway(智能道路)計(jì)劃和SmartcarASV(AdvancedSafetyVehicle,先進(jìn)安全型汽車)計(jì)劃,以創(chuàng)造綜合ITS技術(shù)的高效、安全的通行環(huán)境。在設(shè)想中,這條道路將會(huì)有先進(jìn)的通信設(shè)施,不斷向車輛發(fā)送各種交通信息,所有的收費(fèi)站都不需停車,能以較快的速度通行,道路與車輛可高度協(xié)調(diào),道路提供必要信息以便車輛進(jìn)行自動(dòng)駕駛。歐盟對(duì)ITS的研究、開發(fā)也不甘落后,1985年,歐共體19個(gè)成員國(guó)為主的政府與民間企業(yè)組織合并后,共同推進(jìn)智能運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展,并更名為歐洲道路運(yùn)輸信息技術(shù)實(shí)施組織(TPdCO),總開發(fā)投入50億美元,實(shí)施智能道路和車載設(shè)備的研究發(fā)展計(jì)劃。1986年歐洲民間聯(lián)合操作了歐洲高效安全交通系統(tǒng)計(jì)劃(PROMETHEUS),之后在政府介入下1995年啟動(dòng)了PROMOTE計(jì)劃,1996年2月底,歐共體事務(wù)總局13局第一次公布了T—TAP征集的具體74個(gè)子項(xiàng)目.至今,已有相當(dāng)一部分的研究成果投入到實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中,并為使用者帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。比利時(shí)的Traficon公司最近開發(fā)了一種用于小型路口的,經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單且綜合性高的小型視頻檢測(cè)設(shè)備。這種作用于交叉1:3的新型多功能、經(jīng)濟(jì)型檢測(cè)器可以將攝像機(jī)和檢測(cè)器集成在一個(gè)緊密輕巧的盒子里,并從多至四個(gè)區(qū)域內(nèi)檢測(cè)車輛,通過(guò)視頻信號(hào)獨(dú)立開放的收集器,提供數(shù)據(jù)給交通信息處理系統(tǒng),最后以連續(xù)信號(hào)由RS485通信端口輸出。該設(shè)備比其他檢測(cè)設(shè)備,例如雷達(dá)、紅外線、線圈等能更好更經(jīng)濟(jì)地調(diào)整交通信號(hào)燈的工作?!蔽覈?guó)在智能交通領(lǐng)域則起步較晚。長(zhǎng)期以來(lái),由于我國(guó)交通資料相當(dāng)缺乏,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不完善,這給許多城市的交通管理、規(guī)劃和控制等帶來(lái)了非常大的困難,而我國(guó)在交通控制設(shè)備的研制開發(fā)上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距,我國(guó)自行研制的設(shè)備在功能、可靠性等方面還有待于進(jìn)一步提高。但是近年來(lái),國(guó)民經(jīng)濟(jì)一直持續(xù)增長(zhǎng),風(fēng)險(xiǎn)投資體制逐步完善,信息化水平迅速提高,逐步與國(guó)際接軌,安全、環(huán)保意識(shí)也日益增強(qiáng),這些都為我國(guó)發(fā)展智能交通提供了很好的條件。1999年11月,國(guó)家智能交通系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心(ITsC)正式由國(guó)家科學(xué)技術(shù)部批準(zhǔn)建立,它以國(guó)民經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)輸行業(yè)和市場(chǎng)需求為導(dǎo)向,針對(duì)智能交通系統(tǒng)發(fā)展中存在的重大技術(shù)問題,對(duì)有市場(chǎng)價(jià)值的重要應(yīng)用科技成果進(jìn)行共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)的后續(xù)化、工程化、產(chǎn)業(yè)化以及系統(tǒng)集成的高新技術(shù)研發(fā)實(shí)體,是國(guó)家級(jí)的工程技術(shù)研究中心。ITSC擁有國(guó)內(nèi)唯一的綜合性智能交通系統(tǒng)檢測(cè)和實(shí)體實(shí)驗(yàn)室以及智能運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室,通過(guò)科研成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用,帶動(dòng)制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的發(fā)展,增強(qiáng)我國(guó)在2l世紀(jì)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。ITSC還承擔(dān)著“全國(guó)智能運(yùn)輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”的工作,負(fù)責(zé)組織ITS國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂、修訂和審查并代表中國(guó)參與ITS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作。在中國(guó),川大智勝、漢王科技和上海高德威等公司走在了智能交通領(lǐng)域的最前端。川大智勝的ZT2000車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是以通過(guò)國(guó)家公安部部級(jí)鑒定的“高速行駛汽車號(hào)牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)”為核心技術(shù)的。該產(chǎn)品在基于多分辨率紋理分析和模糊熵的快速定位分割、多幀圖像實(shí)時(shí)融合去模糊、連續(xù)多幀圖像識(shí)別結(jié)果的置信度判別等技術(shù)上有重大創(chuàng)新。對(duì)高速運(yùn)動(dòng)車輛(車速墨140km/h)識(shí)別正確率可達(dá)94%。識(shí)別主機(jī)有戶外型、戶內(nèi)型和車載型等系列產(chǎn)品,支持視頻觸發(fā)和一機(jī)多路識(shí)別,對(duì)陰雨、低溫等惡劣環(huán)境有很好的適應(yīng)性.應(yīng)用系統(tǒng)可分為治安卡12系統(tǒng)、電子警察系統(tǒng)、車載識(shí)別系統(tǒng)、車輛旅行時(shí)間檢測(cè)系統(tǒng)、車輛檢測(cè)線及收費(fèi)站應(yīng)用系統(tǒng)等多種類型,已在北京、上海、深圳、大連、順德、吉林等二十多個(gè)省市應(yīng)用。北京漢王科技有限公司的智能交通產(chǎn)品——嵌入式一體化車牌辨識(shí)儀(“漢王眼”)是一款基于DSP硬件運(yùn)算平臺(tái)的汽車牌照識(shí)別系統(tǒng),它采用一體化的結(jié)構(gòu),將照明模塊、采圖模塊、識(shí)別模塊、傳輸模塊、溫控模塊全部集中在一個(gè)防護(hù)罩內(nèi),能完成從采集車輛圖像、識(shí)別車牌號(hào)碼到傳輸識(shí)別結(jié)果的全部過(guò)程,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232(或RS485)串口傳輸方式直接輸出車牌識(shí)別結(jié)果(號(hào)碼字串和標(biāo)準(zhǔn)圖像格式文件),根據(jù)完全公開的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,可方便地接入到各類智能交通車輛管理系統(tǒng)中。漢王公司憑借其在文字識(shí)別領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)而專門開發(fā)的車牌識(shí)別算法,使這款產(chǎn)品在高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、城市卡口系統(tǒng)、超速布控系統(tǒng)、小區(qū)大院車輛管理系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用.上海高德威的GW—PR一9902T牌照識(shí)別器系統(tǒng)產(chǎn)品,采用最新的數(shù)字圖像處理和識(shí)別技術(shù),基于嵌入式工控機(jī)DSP和專用硬件電路,利用定向反射和自然光相結(jié)合的識(shí)別原理,實(shí)時(shí)地完成復(fù)雜情況下的汽車牌照的定位、分割以及識(shí)別,通過(guò)牌照二值化圖像寫入IC卡技術(shù),解決了入口圖像傳輸?shù)匠隹诘碾y題;通過(guò)攝像機(jī)二次開發(fā)和智能補(bǔ)光技術(shù),確保了成像質(zhì)量不受車大燈和光線明暗的影響。該產(chǎn)品具有很高的識(shí)別率和穩(wěn)定性,已大量應(yīng)用于高等級(jí)公路的收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng),公安、海關(guān)車輛管理、停車場(chǎng)管理、封閉區(qū)域車輛管理、交通參數(shù)調(diào)查等系統(tǒng)中。1.1交通信息采集技術(shù)1.1.1智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportSystem或者IntelligentTransportionSystem,簡(jiǎn)稱ITS)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系,而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合的運(yùn)輸和管理系統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)的前身是智能車輛道路系統(tǒng)(IntelligentVehiclehighwaysystem,IVHS)智能交通系統(tǒng)將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)交通運(yùn)輸管理體系,而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的,實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)。1。1。2國(guó)內(nèi)外交通信息采集技術(shù)的種類和特點(diǎn)車輛檢測(cè)技術(shù)有多種方式.目前常用的是地感線圈、雷達(dá)(微波)、超聲波、紅外、激光,視頻等幾種檢測(cè)技術(shù)。在早期的交通監(jiān)控系統(tǒng)中,歐美許多國(guó)家采用環(huán)型線圈檢測(cè)器作為車輛檢測(cè)裝置.而日本等亞洲國(guó)家多采用超聲波檢測(cè)和光學(xué)探測(cè)的方法。目前常用的車輛檢測(cè)器是環(huán)型線圈檢測(cè)器,它能監(jiān)測(cè)車輛的存在以及路段的飽和度.通過(guò)在單車道上安裝多個(gè)線圈,環(huán)型線圈檢測(cè)器還可以監(jiān)測(cè)車輛的速度以及車輛的長(zhǎng)度.直至今日,該技術(shù)的研究和開發(fā)歷史較長(zhǎng),技術(shù)相對(duì)成熟、穩(wěn)定,檢測(cè)的精度高,而且可以工作在惡劣的天氣環(huán)境下,但環(huán)型線圈檢測(cè)器也有其固有的缺點(diǎn):·環(huán)型線圈檢測(cè)器不能同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)車道,對(duì)于想了解多個(gè)車道的車流量情況只能在多車道的路段上每個(gè)車道都安裝一套線圈檢測(cè)器?!ぎ?dāng)安裝或維護(hù)線圈車輛檢測(cè)器時(shí),需要阻斷交通流。·當(dāng)兩輛車過(guò)于接近時(shí),環(huán)型線圈檢測(cè)器將會(huì)誤認(rèn)為是一輛車。·對(duì)于一些特殊路段例如立交橋橋體表面,由于厚度限制,不能埋設(shè)線圈?!ぐ惭b過(guò)程對(duì)可靠性及壽命有很大影響。超聲波檢測(cè)器利用反射回波原理制成的,微波檢測(cè)器按照多普勒效應(yīng)原理工作,紅外檢測(cè)一般采用反射式檢測(cè)技術(shù)。雖然超聲波檢測(cè)與光學(xué)檢測(cè)器不會(huì)破壞路面,但是也存在檢測(cè)區(qū)域小、維護(hù)困難、容易造成二次觸發(fā)等缺點(diǎn)。由于電磁感應(yīng)線圈與光學(xué)檢測(cè)器的缺點(diǎn),它們未能得到更好的推廣,而基于視頻與圖像處理的視頻車輛檢測(cè)技術(shù)由于具有檢測(cè)區(qū)域廣,維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),使之成為了近年來(lái)計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中備受關(guān)注的前沿方向。它以視頻圖像為分析對(duì)象,通過(guò)對(duì)設(shè)定區(qū)域的圖像進(jìn)行分析,從而檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤車輛,并得到如:車輛速度、車流密度和車輛占有率等交通參數(shù),是ITS的基礎(chǔ)和前沿技術(shù)。它的研究?jī)?nèi)容相當(dāng)豐富,涉及到模式識(shí)別、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)。但是基于視頻與圖像處理的視頻車輛檢測(cè)技術(shù)技術(shù)要求高,成本比較高。綜合這幾類技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),基于HMC1022的磁檢測(cè)技術(shù)誕生了.2基于HMC1022與NRF9E5的交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.1傳感器模塊2。1.1HMC1022磁阻傳感器功能MC1022這類磁阻傳感器按4元件惠斯頓電橋配置它將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成差分輸出電壓,并能傳感強(qiáng)度低至30高斯的磁場(chǎng)。類磁阻傳感器為低磁場(chǎng)傳感提供一種小型,低成本,高靈敏度,可靠的解決方案。傳感器在水雷磁引信、探礦、考古、空間磁場(chǎng)探測(cè)、航天器飛行姿態(tài)測(cè)量、水中平臺(tái)姿態(tài)測(cè)量等許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,它能檢測(cè)弱磁場(chǎng),分辨率高。HMcl022作為新一代磁傳感器,具有靈敏度高(<0.10)、響應(yīng)時(shí)間快(<1¨s)、輸出頻率高(1000Hz)、體積小及固態(tài)封裝等優(yōu)點(diǎn),利用微處理器和磁阻傳感器制成的磁敏引信具有一定優(yōu)勢(shì)。HMC1022系列傳感器具有寬的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍低的置位/復(fù)位電流性能其成本較低適用于大量應(yīng)用場(chǎng)合雙軸部分包括兩臺(tái)用于X-和Y-軸磁場(chǎng)測(cè)量的傳感器單軸還包括一個(gè)PCB板安裝的SIP組件以形成一個(gè)3軸的解決方案一個(gè)可直接表面安裝的SOIC和一個(gè)陶瓷DIP適合于高性能的軍事應(yīng)用和高溫應(yīng)用。2。1.2HMC1022性能及工作原理霍尼韋爾磁阻傳感器是簡(jiǎn)單的電阻電橋設(shè)備(圖2-1)只需要一個(gè)供電電壓便可測(cè)量磁場(chǎng)當(dāng)0-10伏的電壓連接到橋路上時(shí)傳感器開始測(cè)量軸線內(nèi)的環(huán)境磁場(chǎng)或施加磁場(chǎng)除了電橋電路外傳感器的芯片上有兩個(gè)磁耦合的電流帶-偏置電流帶和置位/復(fù)位電流帶這些電流帶是霍尼韋爾的專利它省去了外部加裝線圈的需要。圖2—1電阻電橋磁阻傳感器是由在硅圓片上電積的一個(gè)薄層鎳鐵(或稱坡莫合金或鎳鐵導(dǎo)磁合金)薄膜制成并布置成一個(gè)電阻帶存在施加磁場(chǎng)時(shí)電橋電阻的變化使電壓輸出產(chǎn)生相應(yīng)的變化通常施加在薄膜側(cè)的外部磁場(chǎng)使磁力線產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)并改變其角度這又使電阻值發(fā)生變化(ΔR/R)并造成惠斯通電橋的電壓輸出的變化這種鎳鐵電阻的變化被稱作磁阻效應(yīng)它直接與電流的方向和磁化矢量有關(guān)制造過(guò)程中敏感軸(磁場(chǎng)方向)被設(shè)置為沿薄膜長(zhǎng)度的方向這樣可使施加在鎳鐵薄膜的磁場(chǎng)導(dǎo)致電阻值的最大變化但是沿敏感軸的強(qiáng)磁場(chǎng)(大于10高斯)的影響會(huì)擾亂或翻轉(zhuǎn)薄膜磁化的極性改變傳感器的特性針對(duì)這樣的擾動(dòng)磁場(chǎng)為了恢復(fù)或置位傳感器的特性必須短暫地施加一個(gè)強(qiáng)的恢復(fù)磁場(chǎng)這種做法被稱作施加置位脈沖或復(fù)位脈沖電橋輸出信號(hào)的極性取決于此內(nèi)部薄膜的磁化方向并且與零磁場(chǎng)輸出相對(duì)稱當(dāng)直流電流在偏置電流帶內(nèi)通過(guò)時(shí)偏置電流帶允許多種工作模式可減去不必要的磁場(chǎng)可將電橋偏置設(shè)置為0電橋輸出可驅(qū)動(dòng)偏置電流帶來(lái)消除閉環(huán)配置內(nèi)的測(cè)量磁場(chǎng)接到命令時(shí)橋路增益可在系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)校準(zhǔn)置位/復(fù)位(S/R)電流帶可以用高電流進(jìn)行脈動(dòng)從而達(dá)到以下目的強(qiáng)迫傳感器以高靈敏度模式工作翻轉(zhuǎn)輸出響應(yīng)曲線的極性在正常工作期間進(jìn)行循環(huán)以提高線性度減少垂直軸的影響和溫度影響圖2-2內(nèi)顯示的輸出響應(yīng)曲線說(shuō)明S/R脈沖的影響當(dāng)置位電流脈沖I置位被加到SR+引腳上時(shí)輸出按照正斜率線作出響應(yīng)當(dāng)復(fù)位電流脈沖I復(fù)位被加到SR-引腳上時(shí)輸出按照反斜率線作出響應(yīng)除兩個(gè)偏置影響之外這些曲線是原始脈沖的鏡像在垂直軸向上圖2—2內(nèi)顯示的電橋偏置約為—25mV這是由于制造過(guò)程中電阻匹配不當(dāng)造成的這種偏置可通過(guò)多種方法調(diào)整為零最直接的方法是在電橋的一端上加一個(gè)分流(并聯(lián))電阻強(qiáng)迫兩個(gè)輸出的電壓相同這必須在零磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行通常在零高斯室內(nèi)進(jìn)行圖2-2內(nèi)顯示的水平方向的偏置在此被稱作外部偏置這可能是由于附近的金屬物體或者不希望有的磁場(chǎng)干擾了被測(cè)磁場(chǎng)而造成的偏置電流帶內(nèi)的直流電流可以將此偏置調(diào)整為0也可以使用其他的方法如屏蔽不必要的磁場(chǎng)將外部偏置調(diào)整為0置位/復(fù)位脈沖形成的輸出響應(yīng)曲線可以反映出這兩種偏置。圖2—2輸出電壓響應(yīng)曲線主要性能數(shù)據(jù)圖2-3在置位或復(fù)位后傳感器輸出與磁場(chǎng)強(qiáng)度曲線圖2—4輸出在磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍±20Oe內(nèi)可重復(fù)時(shí)傳感器輸出對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度曲線圖2—5傳感器噪聲對(duì)頻率曲線圖2—6供電電壓恒定時(shí)靈敏度對(duì)溫度曲線圖2-7電橋電阻對(duì)溫度曲線圖2-8置位/復(fù)位脈沖變化效應(yīng)噪音特性圖2-9所示為典型磁阻(MR)傳感器的噪音密度曲線1/f斜率具有接近10Hz的角頻率并變平到3.8nV/Hz這約等同于一個(gè)850Ω電阻的約翰遜噪音(白噪音)典型的電橋電阻若要使圖3內(nèi)的噪音密度電壓與磁場(chǎng)發(fā)生關(guān)系則要使用下列表達(dá)式:對(duì)于V供電=5V和靈敏度=3。2mV/V/高斯,電橋輸出響應(yīng)=16mV/高斯或16nV/μ高斯1Hz時(shí)的噪音密度≈30nV/μHz相當(dāng)于1。8μ高斯/√Hz對(duì)于噪音成分使用下列表達(dá)式1/f噪音(0.1-10Hz)=30*√(ln(10/.1))nV64nV(rms)4μ高斯(rms)27μ高斯(p—p)白噪音(BW=1kHz)=3.8*√BWnV120nV(rms)50μ高斯(p-p)圖2-9典型磁阻(MR)傳感器的噪音密度曲線偏置電流帶特定大小的電流流過(guò)偏置電流帶可以消除任何環(huán)境磁場(chǎng)這對(duì)消除地球磁場(chǎng)的雜散硬鐵(strayhardiron)失真影響非常有用例如減少汽車羅盤應(yīng)用中車體對(duì)地球磁場(chǎng)的影響如果磁阻傳感器在汽車中的位置固定則汽車對(duì)地球磁場(chǎng)的影響可以近似地看作為此磁場(chǎng)內(nèi)的位移或者偏置如果此偏置可以確定那么利用偏置電流帶施加一個(gè)相同的且相反的磁場(chǎng)可以進(jìn)行補(bǔ)償偏置電流帶的另一種用途是可以驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)電流帶將精確地抵消測(cè)量磁場(chǎng)這被稱作閉環(huán)結(jié)構(gòu)電流反饋信號(hào)是所施加磁場(chǎng)的直接度量磁場(chǎng)偏置電流帶(偏置+和偏置—)將生成一個(gè)與正被測(cè)量的施加磁場(chǎng)相同方向的磁場(chǎng)HMC1001/2的電流帶每通過(guò)50mA電流可提供1O(jiān)e的磁場(chǎng)HMC1021/2的電流帶每通過(guò)5mA電流可提供1Oe的磁場(chǎng)(注空氣中1高斯=1Oe)例如如果25mA的電流從HMC1001/2的偏置+引腳到偏置-引腳則任何被測(cè)環(huán)境磁場(chǎng)將加上一個(gè)0。5高斯的磁場(chǎng)同樣-25mA的電流將從環(huán)境磁場(chǎng)內(nèi)減去0.5高斯偏置電流帶看起來(lái)像是一個(gè)在偏置+和偏置—引腳間的標(biāo)稱電阻偏置電流帶可以用作閉環(huán)電路內(nèi)的反饋元件利用電流反饋環(huán)路內(nèi)的偏置電流帶可以測(cè)到期望值若要達(dá)到此目的要將電橋放大器的輸出端連接到驅(qū)動(dòng)偏置電流帶的電流源利用環(huán)路內(nèi)的高增益和反向反饋這將使磁阻橋路輸出為0(輸出+=輸出-)這種方法可以給出極佳的線性度和溫度特性始終以平衡的電阻模式操作磁阻電橋即無(wú)論測(cè)量什么樣的磁場(chǎng)通過(guò)偏置電流帶的電流都會(huì)將之消除電橋始看到一個(gè)零磁場(chǎng)條件用來(lái)消除施加磁場(chǎng)的合成電流是此磁場(chǎng)強(qiáng)度的一個(gè)直接度量并且可以被轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)值在應(yīng)用的同時(shí)偏置電流帶還可以被用來(lái)自動(dòng)校準(zhǔn)磁阻電橋它對(duì)偶爾校對(duì)軸的電橋增益或在大的溫度擺動(dòng)范圍內(nèi)作調(diào)整是非常有用的它可以在上電或者正常操作期間的任何時(shí)候進(jìn)行其原理非常簡(jiǎn)單沿一線路取兩點(diǎn)并確定該線的斜度即增益當(dāng)電橋正在測(cè)量穩(wěn)定的施加磁場(chǎng)時(shí)輸出將保持恒定記錄穩(wěn)定磁場(chǎng)的讀數(shù)稱之為H1此時(shí)施加特定電流通過(guò)偏置電流帶然后記錄該讀數(shù)并稱之為H2通過(guò)偏置電流帶的電流將導(dǎo)致磁阻傳感器測(cè)量的磁場(chǎng)的變化稱之為施加磁場(chǎng)增量(Ha)磁阻傳感器增益可如下計(jì)算噪音密度(nV/√Hz)磁阻(MR)增益=(H2—H1)/Ha除了以上所述外偏置電流帶還有許多其它用途關(guān)鍵是環(huán)境磁場(chǎng)和偏置磁場(chǎng)可以簡(jiǎn)單地相互疊加被磁阻傳感器作為單一磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。置位/復(fù)位電流帶大多數(shù)低磁場(chǎng)傳感器會(huì)受到大的磁場(chǎng)干擾(>4-20高斯)的影響可能導(dǎo)致輸出信號(hào)的衰變?yōu)榱藴p少這種影響和最大化信號(hào)輸出可以在磁阻電橋上應(yīng)用磁開關(guān)切換技術(shù)消除過(guò)去磁歷史的影響置位/復(fù)位電流帶的目的就是把磁阻傳感器恢復(fù)到測(cè)量磁場(chǎng)的高靈敏度狀態(tài)這可以通過(guò)將大電流脈動(dòng)通過(guò)S/R電流帶實(shí)現(xiàn)S/R電流帶看起來(lái)像加在SR+和SR—引腳之間的一個(gè)電阻此電流帶與偏置電流帶不同因?yàn)樗且源怪陛S或不敏感的方向磁耦合到磁阻傳感器上的一旦傳感器被置位(或復(fù)位)可實(shí)現(xiàn)低噪音和高靈敏度的磁場(chǎng)測(cè)量在下面的討論中術(shù)語(yǔ)置位即指置位電流或者指復(fù)位電流當(dāng)磁阻傳感器暴露于干擾磁場(chǎng)中傳感器元件會(huì)分成若干方向隨機(jī)的磁區(qū)域從而導(dǎo)致靈敏度衰減峰值電流高于最低要求電流的脈沖電流(置位)通過(guò)置位/復(fù)位電流帶將生成一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)此磁場(chǎng)可以重新將磁區(qū)域?qū)?zhǔn)統(tǒng)一到一個(gè)方向上這樣將確保高靈敏度和可重復(fù)的讀數(shù)反向脈沖(復(fù)位)可以以相反的方向旋轉(zhuǎn)磁區(qū)域的方向并改變傳感器輸出的極性如果不出現(xiàn)干擾磁場(chǎng)這種磁區(qū)域的狀態(tài)可以保持?jǐn)?shù)年。圖2-10鎳鐵合金(NiFe)電阻芯片內(nèi)的S/R應(yīng)通過(guò)脈沖電流來(lái)重新對(duì)準(zhǔn)或翻轉(zhuǎn)傳感器內(nèi)的磁區(qū)域此脈寬可短至2微秒連續(xù)脈沖時(shí)平均耗電少于1mA(DC)可選定為每50ms有一個(gè)2μs脈寬的脈沖或者更長(zhǎng)以節(jié)電唯一的要求是每個(gè)脈沖只在一個(gè)方向上施加即,如果+3。5A的脈沖被用來(lái)置位傳感器則脈沖衰減不應(yīng)低于0電流任何負(fù)(低于額定電流)電流脈沖信號(hào)都會(huì)導(dǎo)致無(wú)法置位傳感器并且不會(huì)得到最佳的靈敏度利用S/R電流帶可以消除或減少許多影響包括溫度漂移非線性錯(cuò)誤交叉軸影響和由于高磁場(chǎng)的存在而導(dǎo)致信號(hào)輸出的丟失這可通過(guò)下列過(guò)程實(shí)現(xiàn)電流脈沖I置位可從S/R+引腳施加到S/R-引腳以實(shí)現(xiàn)“置位"條件然后可測(cè)量電橋輸出并作為Vout(置位)儲(chǔ)存起來(lái)在S/R引腳內(nèi)施加相等但相反的另一個(gè)脈沖可實(shí)現(xiàn)“復(fù)位”條件然后可測(cè)量電橋的輸出并作為Vout(復(fù)位)儲(chǔ)存起來(lái)電橋輸出Vout可以表達(dá)為Vout=[Vout(置位)-Vout(復(fù)位)]/2此方法可以消除由電子器件以及電橋溫度漂移導(dǎo)致的偏置和溫度影響設(shè)計(jì)置位/復(fù)位脈沖電路的方法有多種圖2-12—4所示為一簡(jiǎn)單的置位/復(fù)位電路.設(shè)計(jì)置位/復(fù)位脈沖電路的方法有多種圖2-11所示為一簡(jiǎn)單的置位/復(fù)位電路。圖2—11置位/復(fù)位電路置位/復(fù)位脈沖電流的幅值取決于系統(tǒng)磁噪音的靈敏度如果給定的應(yīng)用場(chǎng)合HMC1001/2的最小可測(cè)磁場(chǎng)約500μ高斯那3A(最小值)的脈沖就足夠了如果最小可測(cè)磁場(chǎng)低于100μ高斯那么就要求4A(最小值)的脈沖生成S/R脈沖的電路應(yīng)置于靠近磁阻傳感器處并且電源和接地連接良好霍尼韋爾磁傳感器上的置位/復(fù)位電流帶標(biāo)有SR+和SR-未指明極性因?yàn)樗皇且粋€(gè)金屬帶電阻。低功率-對(duì)于電源低至3。3V的低功率應(yīng)用可使用圖2—1-2-6所示的電路這些低閾值FET在VGS=2.7V時(shí)提供低的接通電阻(0.3歐姆)置位/復(fù)位脈沖不需要連續(xù)產(chǎn)生為省電一開始可施加SET(置位)脈沖隨后施加RESET(復(fù)位)脈沖偏置(OS)可按下列公式計(jì)算:OS=(Vset+Vrst)/2該偏置項(xiàng)包括傳感器電橋和接口電子器件的DC偏置以及傳感器電橋和接口電子器件的溫度漂移保存好此偏置值并在以后所有的電橋輸出讀數(shù)中減去此值一旦電橋被RESET(復(fù)位)它將保持該狀態(tài)持續(xù)數(shù)年-或直至外加一個(gè)20高斯的干擾磁場(chǎng)為止計(jì)時(shí)器可設(shè)置為每10分鐘定期更新偏置項(xiàng)該過(guò)程用圖2—12所示的程序框圖和圖2—13所示的計(jì)時(shí)電路圖加以說(shuō)明。圖2-12更新偏置程序框圖圖2-13更新偏置電路2.1.3磁傳感器電路部分HMC1022封裝SOIC(SmallOutlineIntegratedCircuitPackage)小外形集成電路封裝指外引線數(shù)不超過(guò)28條的小外形集成電路,一般有寬體和窄體兩種封裝形式。其中具有翼形短引線者稱為SOL器件,具有J型短引線者稱為SOJ器件。SOIC是表面貼裝集成電路封裝形式中的一種,它比同等的DIP封裝減少約30—50%的空間,厚度方面減少約70%。與對(duì)應(yīng)的DIP封裝有相同的插腳引線。對(duì)這類封裝的命名約定是在SOIC或SO后面加引腳數(shù).例如,14pin的4011的封裝會(huì)被命名為SOIC-14或SO-14?HMC1022原理圖AMP04放大器介紹AMP04是一款單電源儀表放大器,工作電源電壓范圍為+5V至±15V.它實(shí)現(xiàn)了高精度、低功耗、寬輸入電壓范圍和出色增益性能的完美組合。該器件通過(guò)一個(gè)外部電阻設(shè)置增益,增益范圍為1至1000。輸入共模電壓范圍允許AMP04以最高精度處理地電壓至正電源1V范圍內(nèi)的信號(hào)。輸出擺幅可以達(dá)到正電源的1V范圍內(nèi)。增益帶寬超過(guò)700kHz。AMP04不僅易于使用,而且電源電流僅700μA。對(duì)于高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),經(jīng)過(guò)激光調(diào)整的低漂移薄膜電阻可以將輸入失調(diào)電壓限制在150μV以下,因此該器件可以提供0.005%的增益非線性和30ppm/°C的增益溫度系數(shù)。專有輸入結(jié)構(gòu)將輸入失調(diào)電流限制在5nA以下,且漂移僅8pA/°C,因此該器件能夠直接連接高阻抗傳感器和其它信號(hào)源。AMP04的額定溫度范圍為-40°C至+85°C工業(yè)溫度范圍,并提供塑封和陶瓷DIP以及SO-8表貼封裝。AMP04原理圖放大電路介紹電容C8濾波作用,電壓放大倍數(shù)為2000倍(2000K/100)。磁阻傳感器采樣模塊接收模塊電路圖說(shuō)明:此模塊由穩(wěn)壓電路,電源指示電路,和接收電路組成。OUT+A,OUT—A,OUT+B,OUT—B,分別引出經(jīng)AMP04放大1500倍,可滿足NRF9E5芯片AD口所要求的電壓值。2。2基于NRF9E5的無(wú)線收/發(fā)射模塊2.2.1NRF9E5功能及工作原理NRF9E5功能介紹nRF9E5是NordicVLSI公司于2004年2月5日推出的系統(tǒng)級(jí)RF芯片,其內(nèi)置nRF905433/868/915MHz收發(fā)器、8051兼容微控制器和4輸入10位80kspsA/D轉(zhuǎn)換器,是真正的系統(tǒng)級(jí)芯片。內(nèi)置nRF905收發(fā)器與nRF905芯片的收發(fā)器一樣,可以工作于ShockBurst(自動(dòng)處理前綴、地址和CRC)方式。內(nèi)置電壓調(diào)整模塊,最大限度地抑制噪音,為系統(tǒng)提供1.9~3。6V的工作電壓,QFN5×5mm封裝,載波檢測(cè)。nRF9E5符合美國(guó)通信委員會(huì)和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由于nRF905功耗低,工作可靠,因此很適用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。NRF9E5原理圖1.1nRF9E5硬件(1)微控制器nRF9E5的片內(nèi)微控制器與標(biāo)準(zhǔn)8051兼容,指令時(shí)序與標(biāo)準(zhǔn)8051稍有區(qū)別。典型的區(qū)別是:nRF9E5的片內(nèi)微控制器的指令周期為4到20個(gè)指令周期。中斷控制器支持5個(gè)擴(kuò)展中斷源:ADC中斷、SPI中斷、RADIO1中斷、RADIO2中斷和喚醒定時(shí)器中斷。片內(nèi)控制器還有3個(gè)與8052相同的定時(shí)器.1個(gè)和8051相同的串口,可以用定時(shí)器1和定時(shí)器2來(lái)作為異步通信的波特率產(chǎn)生器。此外,還擴(kuò)展了2個(gè)數(shù)據(jù)指針,以方便于從XRAM區(qū)讀取數(shù)據(jù)。微處理器中有256B的數(shù)據(jù)RAM和512B的ROM。上電復(fù)位或軟件復(fù)位后,處理器自動(dòng)執(zhí)行ROM引導(dǎo)區(qū)中的代碼.用戶程序通常是在引導(dǎo)區(qū)的引導(dǎo)下,從EEROM加載到1個(gè)4KB的RAM中,這個(gè)4KB的RAM也可作存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用。NRF9E5的大部分寄存器和標(biāo)準(zhǔn)8051相同,只是增加了一些特殊功能寄存器,如RADIO(P2)、ADCCON、ADCDATAH、ADCDATAL、ADCSTATIC、PWMCON、PWMDUTY、RCAP2L、RCAP2H、CKLFCON等.nRF9E5中的P0、P1和P2口寄存器地址和標(biāo)準(zhǔn)8051中的相同,都是0x80、0x90、0xA0,但功能和標(biāo)準(zhǔn)8051中的有所不同。(2)CKLF時(shí)鐘、RTC喚醒定時(shí)器、GPIO喚醒和WTDnRF9E5內(nèi)有一個(gè)低頻的時(shí)鐘CKLF,該時(shí)鐘常開。當(dāng)晶振開始工作后,CKLF頻率為4Hz;晶振不工作時(shí),CKLF是一個(gè)低功耗RC晶振器,只要VDD≥1。8V,其連續(xù)工作。RTC喚醒定時(shí)器、WTD(看門狗)和GPIO喚醒全都工作在CKLF頻率,以保證芯片功耗工作時(shí)能夠完成這三個(gè)功能。RTC喚醒定時(shí)器是一個(gè)24位可編程控制的遞減計(jì)數(shù)器,WTD則是一個(gè)16位可編程控制遞減計(jì)數(shù)器.RTC喚醒定時(shí)器和WTD的循環(huán)周期一般在300μs~80ms,默認(rèn)為1ms.RTC喚醒定時(shí)器也能作GPIO的輸出源,也就是說(shuō),當(dāng)RTC喚醒定時(shí)器初始化時(shí)間發(fā)生溢出時(shí),能夠產(chǎn)生一個(gè)用作GPIO輸出的程序脈沖。(3)SPI接口和A/D轉(zhuǎn)換器SPI(串行外設(shè)接口)的接口引腳有MISO(接收EEPROM的SDO送來(lái)的數(shù)據(jù))、SCK(給EEPROM的SCK提供時(shí)鐘信號(hào))、MOSI(送數(shù)據(jù)到EEPROM的SDI)、EECSN(給EEPROM的CSN送使能信號(hào))。SPI口的MISO、SCK和MOSI與P1口的低3位重用,通過(guò)寄存器SPI_CTRL控制來(lái)控制功能間的撤換。SPI硬件不產(chǎn)生任何片選信號(hào),可以用GPIO口來(lái)進(jìn)行片選。通常,系統(tǒng)上電時(shí),SPI自動(dòng)和片外25320相連。當(dāng)程序加載完成后,MISO(P1.2)、MOSI(P1。0)可能會(huì)用作其它用途,比如其它的SPI器件或GPIO.nRF9E5片內(nèi)有10位ADC,A/D轉(zhuǎn)換參考電壓可以通過(guò)軟件設(shè)置在AREF和1。22V之間(內(nèi)部參考電壓).A/D轉(zhuǎn)換器的4個(gè)輸入可通過(guò)軟件進(jìn)行選擇,通道0~3可以把對(duì)應(yīng)引腳AIN0~AIN3上的電壓值分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字值,通道4用于對(duì)nRF9E5工作電壓的監(jiān)控.A/D轉(zhuǎn)換器默認(rèn)工作于10位方式,可通過(guò)軟件使其工作于6位、8位或12位方式。(4)射頻收發(fā)器nRF9E5收發(fā)器通過(guò)內(nèi)部并行口或內(nèi)部SPI口與其它模塊進(jìn)行通信,具有同單片射頻收發(fā)器nRF905相同的功能.收發(fā)器通過(guò)片內(nèi)MCU的并行口或SPI口與微控制器通信,數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好,載波檢測(cè)和地址匹配信號(hào)能夠作為微控制器和中斷.nRF905工作于433/868/915MHzISM頻段。收發(fā)器由1個(gè)完事的頻率合成器、1個(gè)功率放大器、1個(gè)調(diào)節(jié)呂和2個(gè)接收器組成。輸出功率、頻道和其它射頻參數(shù)可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器RADIO(0xA0)編程進(jìn)行控制。發(fā)射模式下,射頻電流消耗為11mA,接收模式下為12.5mA。為了節(jié)能,可通過(guò)程序控制收發(fā)器的開/關(guān)。1。2nRF9E5的收發(fā)方式不同于nRF401和nRF903,nRF9E5使用SPI接口進(jìn)行單片機(jī)與無(wú)線模塊間的數(shù)據(jù)傳輸。這部分在nRF9E5片內(nèi)的8051內(nèi)核與nRF905射頻收發(fā)器之間完成。nRF9E5片內(nèi)的8051內(nèi)核與nRF905射頻收發(fā)器之間完成。nRF905片內(nèi)的8051內(nèi)核與nRF905射頻收發(fā)器之間完成。nRF9E5的收發(fā)器有三種工作方式,ShockBurst接收(RX)方式、ShockBurst發(fā)送(TX)方式和空閑方式。當(dāng)收發(fā)器在空閑方式下,微控器依然在運(yùn)行。nRF9E5使用NordicVLSI公司的ShockBurst的特性,進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸。與射頻數(shù)據(jù)相關(guān)的協(xié)議由nRF9E5片內(nèi)的nRF9E5收發(fā)器自動(dòng)處理。nRF9E5只用簡(jiǎn)單的SPI接口便能和nRF9E5進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣热Q于SPI接口的速度,這個(gè)可以在nRF9E5片內(nèi)8051內(nèi)核中進(jìn)行配置。ShockBurst實(shí)現(xiàn)低速數(shù)據(jù)輸入,高速數(shù)據(jù)輸出,從而降低了系統(tǒng)的平均能耗。在ShockBurst接收方式下,當(dāng)收到一個(gè)有效地址的射頻數(shù)據(jù)包時(shí),地址匹配寄存器位(AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好寄存器位(DR)通知片內(nèi)MCU把數(shù)據(jù)讀出。在ShockBurst發(fā)送方式下,nRF9E5自動(dòng)給要發(fā)送的數(shù)據(jù)加上前綴和CRC校驗(yàn)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完后,數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好寄存器位(DR)會(huì)通知MCU數(shù)據(jù)已經(jīng)處理完畢.當(dāng)系統(tǒng)沒有發(fā)送和任務(wù)時(shí),其進(jìn)入空閑方式,nRF9E5在空閑方式下,一旦有任務(wù)要處理時(shí),其能夠在很短的時(shí)間內(nèi)就進(jìn)入ShockBurst接收方式和ShockBurst發(fā)送方式??臻e方式下,晶體振蕩器依然工作,配置字中的內(nèi)容不至于丟失。1。3載波檢測(cè)在ShockBurst接收方式下,當(dāng)出現(xiàn)nRF9E5工作信道內(nèi)的射頻載波時(shí),載波檢測(cè)引腳(CD)被置高,這個(gè)特性很好的避免了同一工作頻率下不同發(fā)射器數(shù)據(jù)包之前的碰撞。當(dāng)收發(fā)器準(zhǔn)備發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí),它首先進(jìn)入接收方式并探測(cè)所工作的信道是否空閑。載波檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)一般比靈敏度低5dB,比如,靈敏度為-100dBm,載波檢測(cè)功能探測(cè)低至—105dBm的載波。也就是說(shuō),載波低于-105dBm,載波檢測(cè)信號(hào)為低(一般為0),高于-95dBm,則載波檢測(cè)信號(hào)為高(一般為VDD),介于-105~95dBm之間,載波檢測(cè)信號(hào)可能為低也可能為高.2無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)2。1系統(tǒng)組成無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有點(diǎn)對(duì)點(diǎn),點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)三種。本系統(tǒng)由于實(shí)際應(yīng)用的需要,由于位PC機(jī),主接收器和多臺(tái)數(shù)據(jù)終端組成。主接收器和數(shù)據(jù)終端之前的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)nRF9E5進(jìn)行,構(gòu)成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)多無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng).整個(gè)系統(tǒng)中,PC機(jī)和數(shù)據(jù)終端之間的無(wú)線通信采用433MHz的頻段作為載波頻率.為了避免同頻干擾的問題,系統(tǒng)采用TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)通信技術(shù)。主接收器采用逐一掃描的方式探測(cè)各個(gè)數(shù)據(jù)終端有沒有收發(fā)通信請(qǐng)求或其它任務(wù);數(shù)據(jù)終端則采用中斷方式,對(duì)主接收器發(fā)出的地址信息進(jìn)行處理,若與本機(jī)地十相符則執(zhí)行命令.由此可見,上位PC機(jī)與數(shù)據(jù)終端的通信轉(zhuǎn)化為主接收器與數(shù)據(jù)終端間的通信,以及PC機(jī)與主接收通過(guò)串口(USB或UART)間的通信.2.2通信協(xié)議通信協(xié)議是通信雙方為實(shí)現(xiàn)信息交換而制定的規(guī)則。本系統(tǒng)采用時(shí)分多路訪問通信技術(shù)(TDMA),將點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式轉(zhuǎn)化為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信,因此必然涉及信源與信宿之間建立通信連接時(shí)的地址匹配問題.由于主接收器與數(shù)據(jù)終端之間的通信可能會(huì)受到其它數(shù)據(jù)終端或外界環(huán)境的干擾而發(fā)生錯(cuò)誤,因此,需要通信協(xié)議來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。nRF9E5只有一種協(xié)議格式,其中的前綴也就是數(shù)據(jù),設(shè)備地址包括本機(jī)的地址和主接收器的地址,CRC校驗(yàn)可進(jìn)行選8位或16位。3無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)3.1系統(tǒng)硬件圖3為無(wú)線數(shù)傳系統(tǒng)中主要接收器的硬件原理圖.數(shù)據(jù)終端的硬件原理與圖3類似,只不過(guò)沒有與PC機(jī)相接的串口部分,并且GPIO口和A/D轉(zhuǎn)換口號(hào)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入端相連,如溫度傳感器和中斷信號(hào)等。ANT1和ANT2為天線連接引腳,可采用PCB環(huán)形差分天線,晶振工作頻率為16MHz。25A(chǔ)A320為EEPROM,在nRF9E5上電后,系統(tǒng)根據(jù)引導(dǎo)程序,把25AA320中和程序代碼拷貝到nRF9E5的4KBRAM中。LM1117為電源管理模塊,把5V電平轉(zhuǎn)化為nRF9E5可用的3.3V。MAX3232CSE為nRF9E5串口與PC串口間通信的電平轉(zhuǎn)換芯片。由圖3可知,用nRF9E5進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常方便.nRF9E5的外形尺寸非常小,在對(duì)外形尺寸要求很嚴(yán)格的場(chǎng)合,nRF9E5更使用。3。2系統(tǒng)軟件無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸主要由無(wú)線數(shù)據(jù)終端、主接收器和PC機(jī)組成,PC機(jī)與主接收器間用串行口通信。整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部分都是服務(wù)于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸這個(gè)目的。所以,在整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中,無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸為最主要部分。如圖4和圖5所示,是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕邮蘸桶l(fā)送流程。軟件設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)通信協(xié)議并考慮數(shù)據(jù)的糾錯(cuò),檢錯(cuò)可采用CRC校驗(yàn)8位或16位方式.TRX_CE發(fā)送和接收使能寄存器位,DR為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備寄存器位,AM為地址匹配寄存器位,AUTO_RETRAN為自動(dòng)重發(fā)寄存器位。4結(jié)論利用射頻無(wú)線片上系統(tǒng)nRF9E5,容易實(shí)現(xiàn)小尺寸、高穩(wěn)定性的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),433/868/915MHz三個(gè)工作頻段可根據(jù)使用需要進(jìn)行選擇。nRF9E5片內(nèi)的UART方便于實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)間的串行通信,其片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器方便于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.nRF9E5的ShockBurst技術(shù)和電源監(jiān)管技術(shù),使得無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的功耗更低,設(shè)計(jì)中為節(jié)約用電而編寫的程序代碼也更少。NRF9E5封裝及原理圖采用QFN32L5X5mm的封裝。QFN(QuadFlatNo-leadPackage,方形扁平無(wú)引腳封裝)是一種焊盤尺寸小、體積小、以塑料作為密封材料的新興的表面貼裝芯片封裝技術(shù)。由于底部中央大暴露的焊盤被焊接到PCB的散熱焊盤上,使得QFN具有極佳的電和熱性能。QFN是一種無(wú)引腳封裝,呈正方形或矩形,封裝底部中央位置QFN封裝的芯片有一個(gè)大面積裸露的焊盤,具有導(dǎo)熱的作用,在大焊盤的封裝外圍有實(shí)現(xiàn)電氣連接的導(dǎo)電焊盤.由于QFN封裝不像傳統(tǒng)的SOIC與TSOP封裝那樣具有鷗翼狀引線,內(nèi)部引腳與焊盤之間的導(dǎo)電路徑短,自感系數(shù)以及封裝體內(nèi)布線電阻很低,所以,它能提供卓越的電性能。此外,它還通過(guò)外露的引線框架焊盤提供了出色的散熱性能,該焊盤具有直接散熱的通道,用于釋放封裝內(nèi)的熱量.通常,將散熱焊盤直接焊接在電路板上,并且PCB中的散熱過(guò)孔有助于將多余的功耗擴(kuò)散到銅接地板中,從而吸收多余的熱量。圖1所示是這種采用PCB焊接的外露散熱焊盤的QFN封裝。由于體積小、重量輕,加上杰出的電性能和熱性能,這種封裝特別適合任何一個(gè)對(duì)尺寸、重量和性能都有要求的應(yīng)用。你可以模糊地把它看成一種縮小的PLCC封裝,我們以32引腳的QFN與傳統(tǒng)的28引腳的PLCC封裝比較為例,面積(5mm×5mm)縮小了84%,厚度(0。9mm)降低了80%,重量(0.06g)減輕了95%,電子封裝寄生效應(yīng)也降低了50%,所以,非常適合應(yīng)用在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA以及其它便攜式小型電子設(shè)備的高密度印刷電路板上。2。2.2基于NRF9E5的無(wú)線發(fā)射模塊LM117穩(wěn)壓電路介紹集成三端穩(wěn)壓器LM117/LM317是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。

1.LM117/LM317的輸出電壓范圍是1。2V至37V,負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡(jiǎn)單,僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好.?2,LM117/LM317內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。?通常LM117/LM317不需要外接電容,除非輸入濾波電容到LM117/LM317輸入端的連線超過(guò)6英寸(約15厘米).使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。?3,LM117/LM317能夠有許多特殊的用法.比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上,可以用來(lái)調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓,只要輸入輸出壓差不超過(guò)LM117/LM317的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路.還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上,實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。

4,特性簡(jiǎn)介

可調(diào)整輸出電壓低到1。2V.保證1.5A輸出電流.典型線性調(diào)整率0.01%。典型負(fù)載調(diào)整率0.1%。80dB紋波抑制比。輸出短路保護(hù)。過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù).標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。

此模塊的功能是為NRF9E5芯片提供3。3V的工作電壓.無(wú)線發(fā)射模塊電路圖說(shuō)明:1.此模塊由穩(wěn)壓電路,電源指示電路,傳感器電路及基于NRF9E5的無(wú)線發(fā)射模塊組成。2.穩(wěn)壓電路為NRF9E5提供3.3V的穩(wěn)定電壓,使芯片可以穩(wěn)定工作,同時(shí)由于基準(zhǔn)電壓也是3.3V,所以穩(wěn)壓電路可以是A/D轉(zhuǎn)換更準(zhǔn)確.3。電源指示電路可以查看,供電是否正常。4。NRF9E5將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)天線傳輸給無(wú)線接收端。2.2.3基于NRF9E5的無(wú)線接收模塊無(wú)線接收模塊電路圖說(shuō)明:1。此模塊由穩(wěn)壓電路,電源指示電路,MAX232串口電路及基于NRF9E5的無(wú)線接收模塊組成。2.穩(wěn)壓電路為NRF9E5提供3.3V的穩(wěn)定電壓,使芯片可以穩(wěn)定工作,同時(shí)由于基準(zhǔn)電壓也是3。3V,所以穩(wěn)壓電路可以是A/D轉(zhuǎn)換更準(zhǔn)確。3。電源指示電路可以查看,供電是否正常。4。NRF9E5的無(wú)線接收模塊經(jīng)過(guò)天線接收給無(wú)線發(fā)射端傳送的信息。3SPI基本協(xié)議3.1SPI基本協(xié)議(1)收發(fā)兩個(gè)方向完全獨(dú)立,每個(gè)方向分為數(shù)據(jù)和狀態(tài)通道。(2)16位數(shù)據(jù)總線,1位控制指示。數(shù)據(jù)和控制都為DDR模式,電平為LVDSI/O標(biāo)準(zhǔn).數(shù)據(jù)和控制是時(shí)分的,屬于源同步時(shí)鐘設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)和控制時(shí)分關(guān)系。(3)狀態(tài)信息為兩位總線.該通道是數(shù)據(jù)通道的反方向,提供流控信息及SDR采樣.電平為LVTTL或LVDSI/O標(biāo)準(zhǔn),最大速率為1/4數(shù)據(jù)速率,時(shí)鐘模式為源同步.3.2SPI用戶邏輯該模塊針對(duì)用戶不同的應(yīng)用來(lái)設(shè)計(jì),本質(zhì)上就是用戶的具體業(yè)務(wù)應(yīng)用,與SPI—4接口沒有直接關(guān)系.當(dāng)應(yīng)用支持多個(gè)端口時(shí),這部分就顯得至關(guān)重要。下面以支持兩個(gè)端口的應(yīng)用來(lái)說(shuō)明用戶邏輯的設(shè)計(jì)技巧.(1)SinkCore的用戶邏輯端口為兩個(gè)時(shí),用戶邏輯就需要用兩個(gè)不同的FIFO根據(jù)端口的地址等來(lái)分別緩存用戶的兩個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù).同時(shí)根據(jù)FIFO的情況來(lái)發(fā)出流控信息給SP14數(shù)據(jù)接口,如圖1所示。SinkCeore兩個(gè)端口的用戶邏輯(2)SourceCore的用戶邏輯當(dāng)端口為兩個(gè)時(shí),用戶邏輯就需要根據(jù)流控信息和兩個(gè)不同的FffiOffJ情況來(lái)做仲裁,諛定哪個(gè)用戶邏輯FIFO需要發(fā)送給SPI4數(shù)據(jù)接口。SourceCore2個(gè)端口的用戶邏輯3.3SPI原理3種SPI的處理流程大同小異,以目前使用最多的SPI-4為例來(lái)說(shuō)明SPI的原理。它在發(fā)送接口和接收接口都有各自的數(shù)據(jù)通道和流控狀態(tài)信息通道,其數(shù)據(jù)通道和流控狀態(tài)信息通道是獨(dú)立的并且是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。數(shù)據(jù)是以包的形式發(fā)送,根據(jù)數(shù)據(jù)包中的內(nèi)嵌地址可支持高達(dá)256個(gè)端口,以下分別說(shuō)明基本協(xié)議及數(shù)據(jù)通道和流控狀態(tài)信息的處理過(guò)程。進(jìn)度績(jī)效指數(shù)SPI(scheduleperformanceindex)=BCWP/BCWS其中BCWP--已完成工作預(yù)算費(fèi)用(掙值)=已完工程量×預(yù)算單價(jià)BCWS--計(jì)劃完成工作預(yù)算費(fèi)用=計(jì)劃工程量×預(yù)算單價(jià)SPI〉1說(shuō)明進(jìn)度超前,符合要求;SPI<1說(shuō)明進(jìn)度延遲,應(yīng)采取措施糾正!SalesPerformanceInternat(yī)ional(SPI)SalesPerformanceInternational(SPI)是解決方案銷售(SolutionSelling&reg;)方法的唯一知識(shí)產(chǎn)權(quán)所有者—-全球備受承認(rèn)的銷售培訓(xùn)可為銷售人員和管理專業(yè)人士提供成熟、完整、端到端的專業(yè)發(fā)展計(jì)劃.SPI亞洲總部位于新加坡,通過(guò)與顧客精誠(chéng)合作,在亞洲地區(qū)開展了廣泛而深入的工作,通過(guò)提供戰(zhàn)略、運(yùn)營(yíng)及戰(zhàn)術(shù)層次上的解決方案來(lái)幫助客戶提升銷售業(yè)績(jī)。SPI成立于1988年,已幫助多家公司成功地從銷售產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)闋I(yíng)銷和銷售高價(jià)值的解決方案,是業(yè)內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)者。SPI已在50個(gè)以上的國(guó)家內(nèi)使用14種以上的語(yǔ)言為超過(guò)60萬(wàn)名的銷售及管理專業(yè)人士提供過(guò)培訓(xùn),具備足夠的專業(yè)技能來(lái)為客戶提供合適的解決方案,可幫助客戶實(shí)現(xiàn)可衡量及可持續(xù)的收入增長(zhǎng)和可執(zhí)行的銷售業(yè)績(jī)提升。寬度208MIL,封裝SOP83。3.1SPI的多義性(1)、SPI是英文SoftwareProcessImprovement的縮寫,中文意思是軟件過(guò)程的改進(jìn).它是CMM(還有其他能力模型)中的一個(gè)重要概念,CMM模型的目的就是要改進(jìn)一個(gè)組織的過(guò)程,提高過(guò)程能力,所以叫做SPI—軟件過(guò)程改進(jìn)。(2)、SPI是英文ServiceProviderInterface的縮寫。中文意思是服務(wù)提供商接口。滿足某種服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商提供的符合該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口,SPI應(yīng)該和該服務(wù)的API標(biāo)準(zhǔn)是兼容的,應(yīng)用程序一般應(yīng)該是基于API編寫,除非是SPI中包含API中沒有提供的功能而又必須使用.(3)、SPI是英文SerialPeripheralInterface的縮寫,中文意思是串行外圍設(shè)備接口,SPI是Motorola公司推出的一種同步串行通訊方式,是一種四線同步總線,因其硬件功能很強(qiáng),與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡(jiǎn)單,使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。(4)、SPI是英文SingleProgramInitiation的縮寫。中文意思是單個(gè)程序啟動(dòng).(5)、SPI:SecurityParameterIndex,安全參數(shù)索引。IPSec協(xié)議基本概念之一.是一個(gè)32比特的數(shù)值,在每一個(gè)IPSec報(bào)文中都攜帶該值。SPI、IP目的地址、安全協(xié)議號(hào)三者結(jié)合起來(lái)共同構(gòu)成一個(gè)三元組,來(lái)唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)特定的安全聯(lián)盟(SecurityAssociation)。(6)、SPI理論:心理學(xué)中在記憶部分,SPI是SERIAL(記憶系統(tǒng)的編碼是串行的),PARALLEL(存儲(chǔ)是并行的),INDEPENDENT(提取是獨(dú)立的)的縮寫.在1995年,由Tulving提出,試圖將記憶系統(tǒng)和記憶過(guò)程的概念統(tǒng)一到一個(gè)更綜合的框架中.(7)、SPIStandardProcessInstruction標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)(8)、SPITheSocietyofthePlasticsIndustry,Inc美國(guó)塑料工業(yè)協(xié)會(huì)3.3.2通信的SPI概念SPI:高速同步串行口。是一種標(biāo)準(zhǔn)的四線同步雙向串行總線。SPI,是英語(yǔ)SerialPeripheralinterface的縮寫,顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應(yīng)用在EEPROM,F(xiàn)LASH,實(shí)時(shí)時(shí)鐘,AD轉(zhuǎn)換器,還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間.SPI是一種高速的全雙工同步的通信總線,并且在芯片的管腳上只占用四根線,節(jié)約了芯片的管腳,同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間,提供方便,正是出于這種簡(jiǎn)單易用的特性,現(xiàn)在越來(lái)越多的芯片集成了這種通信協(xié)議,比如AT91RM9200.SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口,它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息.外圍設(shè)置FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD顯示驅(qū)動(dòng)器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等.SPI總線系統(tǒng)可直接與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口,該接口一般使用4條線:串行時(shí)鐘線(SCLK)、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號(hào)線INT、有的SPI接口芯片沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。SPI的通信原理很簡(jiǎn)單,它以主從方式工作,這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備,需要至少4根線,事實(shí)上3根也可以(用于單向傳輸時(shí),也就是半雙工方式)。也是所有基于SPI的設(shè)備共有的,它們是SDI(數(shù)據(jù)輸入),SDO(數(shù)據(jù)輸出),SCLK(時(shí)鐘),CS(片選)。(1)MOSI–SPI總線主機(jī)輸出/從機(jī)輸入(SPIBusMasterOutput/SlaveInput)(2)MISO–SPI總線主機(jī)輸入/從機(jī)輸出(SPIBusMasterInput/SlaveOutput)(3)SCLK–時(shí)鐘信號(hào),由主設(shè)備產(chǎn)生(4)CS–從設(shè)備使能信號(hào),由主設(shè)備控制其中CS是控制芯片是否被選中的,也就是說(shuō)只有片選信號(hào)為預(yù)先規(guī)定的使能信號(hào)時(shí)(高電位或低電位),對(duì)此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個(gè)SPI設(shè)備成為可能.接下來(lái)就負(fù)責(zé)通訊的3根線了.通訊是通過(guò)數(shù)據(jù)交換完成的,這里先要知道SPI是串行通訊協(xié)議,也就是說(shuō)數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)摹_@就是SCLK時(shí)鐘線存在的原因,由SCK提供時(shí)鐘脈沖,SDI,SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸.數(shù)據(jù)輸出通過(guò)SDO線,數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變,在緊接著的下降沿或上升沿被讀取.完成一位數(shù)據(jù)傳輸,輸入也使用同樣原理。這樣,在至少8次時(shí)鐘信號(hào)的改變(上沿和下沿為一次),就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。要注意的是,SCLK信號(hào)線只由主設(shè)備控制,從設(shè)備不能控制信號(hào)線。同樣,在一個(gè)基于SPI的設(shè)備中,至少有一個(gè)主控設(shè)備。這樣傳輸?shù)奶攸c(diǎn):這樣的傳輸方式有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),與普通的串行通訊不同,普通的串行通訊一次連續(xù)傳送至少8位數(shù)據(jù),而SPI允許數(shù)據(jù)一位一位的傳送,甚至允許暫停,因?yàn)镾CLK時(shí)鐘線由主控設(shè)備控制,當(dāng)沒有時(shí)鐘跳變時(shí),從設(shè)備不采集或傳送數(shù)據(jù)。也就是說(shuō),主設(shè)備通過(guò)對(duì)SCLK時(shí)鐘線的控制可以完成對(duì)通訊的控制.SPI還是一個(gè)數(shù)據(jù)交換協(xié)議:因?yàn)镾PI的數(shù)據(jù)輸入和輸出線獨(dú)立,所以允許同時(shí)完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。不同的SPI設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式不盡相同,主要是數(shù)據(jù)改變和采集的時(shí)間不同,在時(shí)鐘信號(hào)上沿或下沿采集有不同定義,具體請(qǐng)參考相關(guān)器件的文檔。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信中,SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作,且為全雙工通信,顯得簡(jiǎn)單高效。在多個(gè)從設(shè)備的系統(tǒng)中,每個(gè)從設(shè)備需要獨(dú)立的使能信號(hào),硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些.2.2、接口的硬件連接示意圖在多個(gè)從器件的系統(tǒng)中,每個(gè)從器件需要獨(dú)立的使能信號(hào),硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些。SPI接口在內(nèi)部硬件實(shí)際上是兩個(gè)簡(jiǎn)單的移位寄存器,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8位,在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號(hào)和移位脈沖下,按位傳輸,高位在前,低位在后。如下圖所示,在SCLK的下降沿上數(shù)據(jù)改變,同時(shí)一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器。2.3、性能特點(diǎn)AT91RM9200的SPI接口主要由4個(gè)引腳構(gòu)成:SPICLK、MOSI、MISO及/SS,其中SPICLK是整個(gè)SPI總線的公用時(shí)鐘,MOSI、MISO作為主機(jī),從機(jī)的輸入輸出的標(biāo)志,MOSI是主機(jī)的輸出,從機(jī)的輸入,MISO是主機(jī)的輸入,從機(jī)的輸出。/SS是從機(jī)的標(biāo)志管腳,在互相通信的兩個(gè)SPI總線的器件,/SS管腳的電平低的是從機(jī),相反/SS管腳的電平高的是主機(jī)。在一個(gè)SPI通信系統(tǒng)中,必須有主機(jī).SPI總線可以配置成單主單從,單主多從,互為主從。SPI的片選可以擴(kuò)充選擇16個(gè)外設(shè),這時(shí)PCS輸出=NPCS,說(shuō)NPCS0~3接4—16譯碼器,這個(gè)譯碼器是需要外接4-16譯碼器,譯碼器的輸入為NPCS0~3,輸出用于16個(gè)外設(shè)的選擇。SPI接口的一個(gè)缺點(diǎn):沒有指定的流控制,沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。2.4、SPI協(xié)議舉例SPI是一個(gè)環(huán)形總線結(jié)構(gòu),由ss(cs)、sck、sdi、sdo構(gòu)成,其時(shí)序其實(shí)很簡(jiǎn)單,主要是在sck的控制下,兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。假設(shè)下面的8位寄存器裝的是待發(fā)送的數(shù)據(jù)10101010,上升沿發(fā)送、下降沿接收、高位先發(fā)送。那么第一個(gè)上升沿來(lái)的時(shí)候數(shù)據(jù)將會(huì)是sdo=1;寄存器中的10101010左移一位,后面補(bǔ)入送來(lái)的一位未知數(shù)x,成了0101010x.下降沿到來(lái)的時(shí)候,sdi上的電平將鎖存到寄存器中去,那么這時(shí)寄存器=0101010sdi,這樣在8個(gè)時(shí)鐘脈沖以后,兩個(gè)寄存器的內(nèi)容互相交換一次。這樣就完成了一個(gè)spi時(shí)序。2.5、舉例假設(shè)主機(jī)和從機(jī)初始化就緒:并且主機(jī)的sbuff=0xaa,從機(jī)的sbuff=0x55,下面將分步對(duì)spi的8?jìng)€(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)情況演示一遍:假設(shè)上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖主機(jī)sbuff從機(jī)sbuffsdisdo01010101001010101001上0101010x1010101x011下0101010010101011012上1010100x0101011x102下1010100101010110103上0101001x1010110x013下0101001010101101014上1010010x0101101x104下1010010101011010105上0100101x1011010x015下0100101010110101016上1001010x0110101x106下1001010101101010107上0010101x1101010x017下0010101011010101018上0101010x1010101x108下010101011010101010這樣就完成了兩個(gè)寄存器8位的交換,上面的上表示上升沿、下表示下降沿,sdi、sdo相對(duì)于主機(jī)而言的。其中ss引腳作為主機(jī)的時(shí)候,從機(jī)可以把它拉底被動(dòng)選為從機(jī),作為從機(jī)的是時(shí)候,可以作為片選腳用。根據(jù)以上分析,一個(gè)完整的傳送周期是16位,即兩個(gè)字節(jié),因?yàn)椋紫戎鳈C(jī)要發(fā)送命令過(guò)去,然后從機(jī)根據(jù)主機(jī)的命令準(zhǔn)備數(shù)據(jù),主機(jī)在下一個(gè)8位時(shí)鐘周期才把數(shù)據(jù)讀回來(lái)。SPI總線是Motorola公司推出的三線同步接口,同步串行3線方式進(jìn)行通信:一條時(shí)鐘線SCK,一條數(shù)據(jù)輸入線MISO,一條數(shù)據(jù)輸出線MOSI;用于CPU與各種外圍器件進(jìn)行全雙工、同步串行通訊。SPI主要特點(diǎn)有:可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù);可以當(dāng)作主機(jī)或從機(jī)工作;提供頻率可編程時(shí)鐘;發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志;寫沖突保護(hù);總線競(jìng)爭(zhēng)保護(hù)等。下圖示出SPI總線工作的四種方式,其中使用的最為廣泛的是SPI0和SPI3方式(實(shí)線表示):SPI總線四種工作方式SPI模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,根據(jù)外設(shè)工作要求,其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置,時(shí)鐘極性(CPOL)對(duì)傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果CPOL=0,串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平;如果CPOL=1,串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時(shí)鐘相位(CPHA)能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0,在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣;如果CPHA=1,在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設(shè)備時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該一致。SPI總線包括1根串行同步時(shí)鐘信號(hào)線以及2根數(shù)據(jù)線。SPI模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,根據(jù)外設(shè)工作要求,其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置,時(shí)鐘極性(CPOL)對(duì)傳輸協(xié)議沒有重大的影響.如果CPOL=0,串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平;如果CPOL=1,串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時(shí)鐘相位(CPHA)能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0,在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣;如果CPHA=1,在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣.SPI主模塊和與之通信的外設(shè)音時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該一致。SPI接口時(shí)序如圖3、圖4所示。2.6、性能補(bǔ)充上文中最后一句話:SPI主模塊和與之通信的外設(shè)備時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該一致。個(gè)人理解這句話有2層意思:其一,主設(shè)備SPI時(shí)鐘和極性的配置應(yīng)該由外設(shè)來(lái)決定;其二,二者的配置應(yīng)該保持一致,即主設(shè)備的SDO同從設(shè)備的SDO配置一致,主設(shè)備的SDI同從設(shè)備的SDI配置一致。因?yàn)橹鲝脑O(shè)備是在SCLK的控制下,同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù),并通過(guò)2個(gè)雙向移位寄存器來(lái)交換數(shù)據(jù)。工作原理演示如下圖:上升沿主機(jī)SDO發(fā)送數(shù)據(jù)1,同時(shí)從設(shè)備SDO發(fā)送數(shù)據(jù)0;緊接著在SCLK的下降沿的時(shí)候從設(shè)備的SDI接收到了主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)1,同時(shí)主機(jī)也接收到了從設(shè)備發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)0.2。7、SPI協(xié)議心得SPI接口時(shí)鐘配置心得:在主設(shè)備這邊配置SPI接口時(shí)鐘的時(shí)候一定要弄清楚從設(shè)備的時(shí)鐘要求,因?yàn)橹髟O(shè)備這邊的時(shí)鐘極性和相位都是以從設(shè)備為基準(zhǔn)的。因此在時(shí)鐘極性的配置上一定要搞清楚從設(shè)備是在時(shí)鐘的上升沿還是下降沿接收數(shù)據(jù),是在時(shí)鐘的下降沿還是上升沿輸出數(shù)據(jù)。但要注意的是,由于主設(shè)備的SDO連接從設(shè)備的SDI,從設(shè)備的SDO連接主設(shè)備的SDI,從設(shè)備SDI接收的數(shù)據(jù)是主設(shè)備的SDO發(fā)送過(guò)來(lái)的,主設(shè)備SDI接收的數(shù)據(jù)是從設(shè)備SDO發(fā)送過(guò)來(lái)的,所以主設(shè)備這邊SPI時(shí)鐘極性的配置(即SDO的配置)跟從設(shè)備的SDI接收數(shù)據(jù)的極性是相

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