智能公交车报站系统设计【开题报告+文献综述+毕业论文】

《智能公交车报站系统设计【开题报告+文献综述+毕业论文】》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

本科毕业论文系列开题报告电子信息工程智能公交车报站系统设计一、课题研究意义及现状自2000年以来，我国城市道路与公共交通投资累计超过2万亿元，但仍无法遏制城市交通拥堵的蔓延。交通需求猛增，交通供给受限，再加上居民出行结构小汽车化是造成城市交通拥堵的主要原因，交通需求管理作为解决城市交通拥堵问题的重要措施势在必行，其中，大力发展公共交通是交通需求管理的核心举措。截至2009年12月底，宁波市拥有运营车辆1752辆，运营线路113条，占全市公交总运营能力的80%以上，在宁波市客运市场发挥着主导作用。如此繁重的运营压力，迫使公交车运营朝着快捷、方便、准确的路线发展，因此诞生了宁波市第一条公交车专用车道，紧接着公交站台也能显示公交车所在位子，为乘客提供了很大的便利。信息技术的快速发展带动了公交管理方式的变化，从有人售票→无人售票→自动报站。目前最常用的报站系统要由驾驶员操作，在路面情况复杂时，具有一定的安全隐患。而且，很多时候由于驾驶员的操作疏忽，会导致漏报站，报错站甚至是不报站，这无疑给广大游客及市民带来了出行的不便。因此，如何实现真正意义上的自动报站就应运而生。目前公交车站能通过阅读器读取到装在公交车上的ID信息，然后将信息传送回公交控制中心，从而便于掌控公交运营状况及道路拥堵信息，及时调整班次。同样道理，我们在公交车里装一台阅读器，当公交车经过公交站台的时候就能获取到站台内RFID电子标签上的数据，通过与阅读器相连的单片机处理，播放出到站语音。但是，RFID射频识别距离短，成本昂贵等问题成为了阻碍RFID自动报站大范围推广，不过，在不久的将来，通过技术的改进，真正意义上的自动报站即将实现。二、课题研究的主要内容和预期目标1、采用RFID射频识别技术设计公交车能自动识别公交站台编码。预期目标每个站台拥有唯一电子标签，载有RFID阅读器的公交车经过公交车站时能捕获电子标签中的数据，从而自动识别站台信息。2、将RFID阅读器采集到的信号传输到单片机模块，处理得到语音信号，实现语音报站。 3、实现公交站台用LED灯点阵指示公交车所处位子。预期目标公交站台能用LED灯显示附近共计5个站台内的公交车到站情况，如果有车在站台范围内则亮起LED灯，如果没有公交车则灭灯。三、课题研究的方法及措施本设计主要研究的是RFID阅读器获取公交站台电子标签信息的功能。因此，首先要做的是通过网络及图书馆资源查找大量关于RFID的资料，设计出符合功能要求的RFID阅读器。同时，还需查询资料掌握MCS-51单片机语音播报功能。另外，也要学会使用C语言模块化，有调理地编写程序，最后进行软件和硬件的调试，完善系统功能。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自2010年9月至2011年5月。9月15日-9月30日：分析任务并将任务拆分成几个部分，收集RFID及单片机语音播报资料。10月1日-10月15日：对资料进行整理、总结，设计出系统总体方案。10月16日-10月31日：完成外文翻译、文献综述以及开题报告。11月1日-11月15日：组建毕业论文整体框架，完成引言部分。11月16日-11月30日：通过资料的查找，完成硬件部分的设计。其中包括阅读器模块，单片机模块，液晶显示模块等。12月1日-12月31日：通过多次测试完善硬件电路，首先要令RFID阅读器能准确识别站台信息，然后能将阅读器捕获的信息传输到单片机中，用单片机语音模块实现报站，最后还要实现LED点阵报站功能，得到测试数据。 1月1日-1月31日：通过对C语言知识的复习巩固，查阅相关资料，整理软件部分内容，包括初始化与各模块子程序。2月16日-2月25日：整理前期各个部分的内容，撰写毕业论文。3月1日-4月1日：解决设计中出现的问题，完善设计作品，修改论文。参考文献[1]李元忠.射频识别技术及其在交通领域的应用[J].电讯技术，2002，7，42（5）：5～9.[2]叶桥民.RFID技术在智能公交领域的应用探讨[J].北京电力高等专科学校学报，2010，6，27(3):147～149.[3]张华，魏臻.无线射频识别技术RFID及其应用[J].安防科技，2007，10，20(7):48～50.[4]王伟.射频识别（RFID）技术及其应用的研究[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2008，3，31(2):139～142.[5]沈宇超，沈树群.射频识别技术及其发展现状[J].电子技术应用，1999，1，1(1):4～5.[6]李彦林，董德发.射频识别技术在智能交通监管信息采集中的设计与应用[J].安防科技，2006，12，16(12):41～49.[7]王天吉.无线射频识别技术（RFID）应用的关键问题[J].微电子技术，2007，6，34(8):170～172.[8]周晓云，吴兆根.RFID在公共交通领域的应用[J].中国无线电，2005，5，5(5)：49～51.[9]StefanovicN,HanJ,KoperskiK.Object-basedSelectiveMateializationforEfficientImplementationofSpatialDataCubes[J].IEEETransactionsonKnowledgeandDataEngineering,2000,12(6):938～939.[10]路勇，姚鹤龄.基于RFID技术的公交车车站自动识别自动报站系统[J].现代电子技术2005，(13):113～115 毕业论文文献综述电子信息工程RFID技术的综述摘要：射频识别（RFID）技术采用大规模集成电路技术、识别技术、计算机及通信技术，通过读写器和载体上的RFID卡，构成RFID系统，实现对载体的非接触式的识别和数据信息交换[1]。RFID技术已广泛应用于交通、物流等多个领域。文章中首先介绍了RFID系统的基本组成和分类，然后介绍了系统的工作原理和优缺点，最后介绍了RFID在交通、物流方面的几个主要应用。关键词：射频识别；智能交通系统；射频识别；车辆自动识别1引言自2000年以来，我国城市道路与公共交通投资累计超过2万亿元，但仍无法遏制城市交通拥堵的蔓延。交通压力猛增，交通供给受限，再加上居民拥有的小汽车日益增多是造成城市交通拥堵的主要原因，交通需求管理作为解决城市交通拥堵问题的重要措施势在必行，其中，大力发展公共交通是交通需求管理的核心举措[2]。公交站台准确显示公交车预计到达时间，增加公交车专用车道，采用公交优先交通信号，提高公交车辆的运营速度，提高公交车的服务性能及载客能力，为出行者提供更加安全、实时、高效、便捷的公共交通服务，令广大市民自愿加入到公交车出行行列，提倡低碳生活。这就需要将先进的通信技术和信息化技术有效的应用于整个公共交通系统的指挥调度及车辆的运营管理，准确实现公交车辆的定位导航跟踪、监控，信息共享。2无线射频识别技术2.1RFID系统的基本组成无线射频识别技术RFID（RadioFrequencyIdentificationTechnology）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据[3]。最基本的RFID系统由标签（Tag）、阅读器（Reader）、天线（Antenna）三部分组成[4]。电子标签中保存有固定格式的电子数据，附着在待识别物体的表面。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中保存的数据，从而自动识别物体。一般来说，阅读器还要与电脑相连，所读取的信息被传到电脑上进行下一步处理。2．2RFID系统分类及工作原理 RFID系统可以根据工作频率的不同分为低频、中频、及高频系统[5]。低频系统一般工作在100k～500kHz，中频系统工作在10MHz～15MHz左右，虽然成本低廉，但识别距离短；而高频系统则可达850～950MHz及2.4～5GHz的微波段，它有着较远的识别距离及较高的工作效率。射频识别系统的工作原理如下：阅读器与应答器通过电磁波进行能量传递和数据通讯。在系统工作过程中，读卡器首先发送载波信号到RFID标签，标签的发射天线工作区域被激活，同时将加密载有目标标识码的高频加密载波信号采用调制方式经卡内高频发射模块发射出去，接收天线接收到载波信号后，经读卡器接收处理，提取出目标标识码送至计算机，完成预设的系统功能和自动识别，从而实现自动化管理[6]。2.3RFID系统的优缺点与其他传统识别系统相比，比如语音识别系统、MOBY识别系统等等，射频识别系统具有非接触式识别的优先，在识别过程中无须人工干预，操作快捷方便。射频卡可以反复使用，且不易损坏，特别适用于各类管理系统的信息自动化采集[7]。虽然低中频RFID传输距离限制了读写器和标签的间距，但该频段读写设备价格低廉、技术成熟、安全性能高、应用广泛[8]；最受重视、发展最快的是860～960MHz的远距离电子标签。该频段传输距离可达3～7m，传输效率最快，可多标签同时识别，但该频段读写设备昂贵，还不成熟，成本高，安全性一般；2.4GHz和5.8GHz频段下的产品拥挤、易受干扰、技术相对复杂，且存在共享频段等问题，应用方式还在探索当中。而且我国对于RFID的研究还存在统一标准、RFID信息系统的生成、成本过高、安全性不够四大问题。3RFID技术主要应用3.1公交车管理系统RFID应用在公交管理系统中实现的功能和特性有以下几个方面：不停车远距离自动识别，实时定点采集公交车辆进出站和通过站台的时间，确定公交车辆所处位置[9]；站台可以显示出公交车离本站的距离，一般性用LED灯亮在站点下方表示公交车正在哪个站台，以便让乘客第一时间了解还需等待多少分钟；而且公交管理系统还能查出公交车是否按规定路线行驶以及是否出现故障，提高车辆到达站台的准时性；此系统还便于对车辆的调度、流量统计、车辆考勤，以及维修保养期提示、车辆维修记录、审验记录等方面的自动化管理。3.2车辆自动识别（AVI)系统 固定基站AVI系统一般用于海关或检查站。当载有RFID卡的车辆通过车道时，系统读到卡中的识别地址(ID)号和车牌号，叠加上通过时间和车道号，存入智能控制器的存储器里[10]。数据传输单元将系统采集到的车辆数据信息，通过通信网络传到管理中心，同时将管理中心的控制指令下达到AVI系统，决定对车辆的自动放行或进行拦截。3.3不停车电子收费（ETC）系统我们驶离高速公路的时候经常会碰到大量的车排队收费的情况，为了缓解高速公路上收费的压力，采用ETC系统，实现不停车自动收费。ETC系统其实和AVI系统有着相似之处，也是在车内放置一张RFID卡，当车辆通过收费站时，系统将识别出地址号和车牌号，然后根据RFID卡内的信息识别出车辆的车型及通过次数，进行扣费，因此，ETC系统比AVI系统多了扣费显示这一环节。3.4自动设备识别（AEI）系统AEI系统主要是针对集装箱的识别。我们国家海运和铁路、公路运输主要采用的都是集装箱运输，那么，这么多的集装箱他们又是如何去分辨归类的呢？在集装箱内安装RFID卡，在卡中输入集装箱号及箱内货物编号、数量、发货地点以及到货地点。集装箱在运输过程中，AEI系统也能对其进行跟踪以及数据交换。4结束语RFID技术已经不是一门新技术了，从国外引进已经多年，它的基础技术包括RFID卡、微波天线、智能控制器的设计制作已日趋成熟，产品质量稳定可靠，国产读写器已有样机[1]。RFID技术和系统在交通领域的应用已有充分的物质基础，这必将推动我国ITS的迅速发展。参考文献[1]李元忠.射频识别技术及其在交通领域的应用[J].电讯技术，2002，7，42（5）：5～9.[2]叶桥民.RFID技术在智能公交领域的应用探讨[J].北京电力高等专科学校学报，2010，6，27(3):147～149.[3]张华，魏臻.无线射频识别技术RFID及其应用[J].安防科技，2007，10，20(7):48～50.[4]王伟.射频识别（RFID）技术及其应用的研究[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2008，3，31(2):139～142. [5]沈宇超，沈树群.射频识别技术及其发展现状[J].电子技术应用，1999，(1):4～5.[6]李彦林，董德发.射频识别技术在智能交通监管信息采集中的设计与应用[J].安防科技，2006，12，16(12):41～49.[7]马玉秋，沈树群，吴京松，李国华.射频识别系统中数字处理核心模块的研究[J].北京邮电大学学报，2005，12，28(6):123～127.[8]王天吉.无线射频识别技术（RFID）应用的关键问题[J].微电子技术，2007，6，34(8):170～172.[9]周晓云，吴兆根.RFID在公共交通领域的应用[J].中国无线电，2005，5，5(5)：49～51.[10]李元忠，黄黎明，马勇.车辆自动识别系统移动站及其在城市交通监管中的应用[J].电讯技术，2003，2，(3)：112～115.[11]StefanovicN,HanJ,KoperskiK.Object-basedSelectiveMateializationforEfficientImplementationofSpatialDataCubes[J].IEEETransactionsonKnowledgeandDataEngineering,2000,12(6):938～939. 本科毕业设计（20届）智能公交车报站系统设计 摘要射频识别（RFID，RadioFrequencyIdentification）技术是一种利用无线电射频通信实现的非接触式自动识别技术。本设计首先介绍了RFID的工作原理、特点、分类以及应用。然后按照当前公交报站系统提出了新的设计方案。如今大部分公交车上安装的都是人工按键式的操作系统，这个系统有几个明显的缺点：一，行车在进站前司机要分神操作报站系统，无法顾及站内情况，有着许多不安全因素；二，遇到临时改道则无法报站，亦或是错报站、漏报站，给人们的出行带来了诸多不便。本设计提供了一种基于RFID的站台自动识别系统以及自动报站系统。由车载无线接收器接收安装在公交站台上的无线发射器发出的RFID信号，进行识别并控制车载语音播报系统进行报站，实现真正意义上的自动报站。最后利用软件调试，模拟RFID发射器与阅读器的通讯，以及阅读器触发单片机进行语音播报的过程。实现公交车对公交车站的自动识别以及自动报站功能。关键词：射频识别；阅读器；自动报站；单片机 AbstractRadioFrequencyIdentification(RFID)isanewtechnologyofradiofrequencycommunicationwhichisrealizedthroughnon-contactautomaticidentificationtechnology.Firstly,operatingprinciple,featuresandapplicationsofRFIDsystemareintroduced.Andthen,accordingtocombinedwiththesituationofurbanpublictransportauto-announce,thesystemanewtypeintelligentbus-stopauto-announceisputforward.Manybusesareinstalledautomaticbus-stopbroadcastingsystems.But,thissystemhasseveralobviousshortcomings:first,thedrivershouldoperasystembeforestop,hecannottakeintoaccountthesituationofthestation,therearemanyfactorsofinsecurity.Second,encounteredtemporarydiversionsstationscannotreport,orthewrongbusstop,missstation,topeoplealotofinconveniencetravel.Finally,thesoftwareofsystemisdebuggedtoanalogthecommunicationbetweentransmittersandRFIDreader,aswellasreadertriggertheprocessofSCMVoiceBroadcast.Theauto-announceandauto-recognitionofstationisrealized.KeyWords:RFID,Reader,Auto-Announce,SingleChipComputer 目录1　引言12　系统方案设计33　硬件设计53.1车载部分53.1.1MCU控制模块53.1.2语音模块63.1.3显示模块73.1.4射频模块83.2站台部分114　软件设计124.1主程序124.2阅读器模块134.2.1nRF905的SPI驱动程序134.2.2nRF905发送与接收帧154.3语音芯片模块194.4液晶显示模块225　结论24致谢25参考文献26 1　引言城市交通需要满足几百万居民外出的需求，必须安全、快捷、准确、大流量，以此解决大城市交通拥堵问题。近几十年来，我国在交通事业上投入了大量的人力物力财力，但仍无法遏制城市交通拥堵的蔓延。交通需求猛增，交通供给受限，再加上居民出行结构小汽车化是造成城市交通拥堵的主要原因，交通需求管理作为解决城市交通拥堵问题的重要措施势在必行，其中，大力发展公共交通是交通需求管理的核心举措。近年来，随着宁波私家车的日益增多，市区的交通逐渐成为民众关注的焦点。从海曙到江东，差不多有一半的道路在上下班高峰期会异常拥堵，因此就有人提出多利用公交运输出行。截至2009年12月底，宁波市拥有运营车辆1752辆，运营线路113条，占全市公交总运营能力的80%以上，在宁波市客运市场发挥着主导作用。如此繁重的运营压力，迫使公交车运营朝着快捷、方便、准确的路线发展，因此诞生了宁波市第一条公交车专用车道，紧接着公交站台也能显示公交车所在位子，为乘客提供了很大的便利。但是，为了轨道交通的建设，近期很多公交线路不得不绕道而行，因此而产生的过站不报现象屡屡发生，为了能准确报站，发生改道的公交车必须把车内的语音报站器进行重新的编程，因此产生的工作量可想而知。那么就有很多市民提出了自己的想法，公交车的报站系统为什么就不能像地铁运营一般实现自动报站呢？首先我们想到了利用RFID系统进行站台的识别。RFID全称是射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标并获取数据，识别工作无须人工干预，可工作于多种环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签。RFID(RadioFrequencyIdentification)射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术。射频识别技术采用大规模集成电路技术、识别技术、计算机及通信技术，通过读写器和载体上的RFID卡，构成RFID系统，实现对载体的非接触式的识别和数据信息交换[1]。RFID利用射频信号自动识别物体，有着适应性强，无接触等优点，是现代热门技术之一。虽然我国处于研究起步阶段，但技术的发展必然导致RFID技术在我国会普及开来。RFID在我们的日常生活中得到了很广泛的应用，诸如图书馆书本的编码扫描，公交车IC卡刷卡等等。RFID(RadioFrequency Identification)是无线电射频识别技术，能利用射频信号自动获取物品信息。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型。1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别射频识别技术的理论基础[3]。图1-1RFID系统工作原理从图1-1中我们可以看出电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的[4]。 2　系统方案设计目前公交车报站主要应用到的是触发单片机语音播报，很多大型城市已经开始使用GPS语音报站系统。下面对这两种系统进行一个计较。方案一：RFID自动识别报站在公交领域利用RFID最多的是公交站台上的阅读器读取进站公交车的电子标签信息，然后将信息发送回公交控制中心。如同图2-1中下排的阅读器识别电子标签的过程。那么，换一种思路，公交车站能识别公交车，公交车亦能识别公交车站。因此在设计图中多出了上排的的阅读器和电子标签的组合，工作原理就是当公交车进入公交车站范围的时候车载的阅读器能识别出装在公交车站上的电子标签里的信息。然后将信息传回车载单片机语音播报系统进行报站。图2-1RFID自动识别报站系统结构框图方案二：基于GPS的公交车自动报站系统GPS定位应用于很多场所，在公交车报站系统中也有所体现，当公交车运行至指定的经度和纬度时，就能播报出对应的站台信息[5]。有着功耗低，工作稳定等特点。GSP报站系统的结构框图如图2-2所示。 复位电路接口电路MCU键盘电路LCDGPS模块音频输出音频放大扬声器NandFlash存储器图2-2GPS报站系统结构框图在两个方案中，共同一个目的就是要实现公交车的自动报站，从而减轻驾驶员的工作量，但相比较而言，方案一使用于小型城市，投入的成本可以降低，因此本设计选择方案一，采用RFID技术实现公交车自动识别站台继而语音播报。 3　硬件设计本设计的总体框图如图2-1所示，主要分为车载部分和站台部分。3.1车载部分车载读写器就是安装在公交车上的读写器设备，接收识别从站台发来的有效数据，驱动语音芯片报站，并向站台发送本车信息，完成与公交站台的双工通信。车载读写器的主要结构如图3-1所示。控制模块电路射频收发电路稳压电路串口通信站点显示电路语音功放电路语音功放电路站点显示电路稳压电路串口通信图3-1车载读写器结构图3.1.1MCU控制模块微处理器的选择对系统起着重要的作用，影响着整体的开发方案，如成本控制、运算效率等。目前市场上最常用的是51系列的8位单片机、DSP、ARM芯片等[6]。51单片机流行于八十年代，价格比较低，技术成熟，但是ROM和RAM容量较小，功能简单。如今DSP偏重应用于高端技术领域，价格较高，开发难度大。ARM芯片体积小、功耗低、成本低，但也不适合应用于小型系统。因此，本设计的微处理器选择了89S51单片机。电路原理图如图3-2所示。 图3-289S51单片机电路原理图3.1.2语音模块语音播报系统包括了语音芯片、音频功放和扬声器等电路，本设计选用的是ISD4003语音芯片。在本设计中主要考虑单片机与语音芯片进行通讯，控制播放语音的过程，而录音和存储的过程在这里不做详细说明。ISD4003工作电压为3V，单片录放时长4-8分钟，内含振荡器、滤波器、音频放大器、自动静噪等[7][11]。 图3-3ISD4003电路原理图从图3-3中可以看出，单片机控制ISD4003其中P2.0口接ISD4003片选引脚，控制ISD4003的选通，P2.1口接ISD4003的串行输出引脚MISO，P2.2接ISD4003的串行输入引脚MOSI，从该引脚读入放音的地址，P2.3和P2.4分别接ISD4003的串行时钟引脚SCLK和中断引脚。图中ANDOUT通过C1和R1连接到功率放大器LM386的3号引脚上，其中C1起到的是滤波的作用，电容值约为47uF。同样，功率放大器5号引脚连接C2接地，C2也是起到了滤波的作用[8][10]。ISD4003电路工作原理为：首先将准备放音的内容预先录存到语音芯片中，当公交车接收到站台发送的数据后，单片机根据收到的有效数据，然后向语音芯片发送对应的语音播放地址，启动语音芯片送出音频信号，然后经过放大器驱动扬声器播放语音。3.1.3显示模块液晶显示模块主要功能为实现语音报站时同步显示文字信息，为乘客带来方便，避免不必要的麻烦。在本设计中采用的是M12864-7A7液晶模块，它具有存储量大，显示种类多等特点，能显示文字、图形和字符。 M12864－7A7液晶显示模块使用两片KS0108B作为列驱动器，同时使用一片KS0107B作为行驱动器，KS0107B不与MCU发生联系只要提供电源就能产生行驱动信号和各种同步信号。图3-4为液晶显示模块的原理图。图3-4液晶显示模块原理图如图3-4所示，数据输入端DB0-DB7与单片机的P0口相接，CS1和CS2端为左右半屏的选择，当CS1为高电平时选择右半屏信号，CS2为高电平时选择左半屏信号。FL-E为液晶屏开关控制口，数据口加电阻是为了防止烧毁单片机[10][11]。当R/W=L，E=H→L时，数据被写到IR或DR。当R/W=L，E信号为下降沿时，锁存DB7-DB0。当R/W=L，E=H时，DDRAM数据读到DB7-DB0。3.1.4射频模块在RFID系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签(TAG)。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。电子标签作为数据载体，能起到标识识别、物品跟踪、信息采集的作用。在国外，电子标签已经在广泛的领域内得以应用。 电子标签根据供电形式的不同可以分成有源芯片和无源芯片。有源标签内部装有电池，有着较长的识别距离，但寿命短造价高是不可避免的缺陷。无源标签不含电池，利用电感耦合原理工作，重量轻、体积小、价格便宜是它的最大优势，但唯一的缺点就是识别距离短。在设计识别系统之前要选择好RFID的射频芯片，芯片的好坏直接关系到整个系统的性能稳定性及开发成本。从芯片的发射功率、抗干扰性、功耗、封装等角度考虑，目前比较成熟的是125KHz和13.56MHz的RFID系统。常用的无线射频收发芯片主要有nRF905、TRF6900、nRF401、RF2915等等。表3-1各种射频芯片性能比较BrandnRF905NordicRF2915RFMDBC418BluechipXC1201XemicsCC400ChipCon工作电压2.7-5.25V2.4-5.0V2.5-3.4V2.4-5.5V2.7-3.3V数据可否直接接单片机串口使用可以直接接，无需曼彻斯特编码，可直接传输数据不能直接接单片机使用，数据需要进行曼彻斯特编码不能直接接单片机使用，数据需要进行曼彻斯特编码不能直接接单片机使用，数据需要进行曼彻斯特编码不能直接接单片机使用，数据需要进行曼彻斯特编码发射电流9mA17mA45mA10mA91mA接收电流11mA6.8mA8mA7.5mA40mA输出功率+10dBm+5dBm+12dBm-5dBm+14dBm速率100Kbps9.6Kbps<128Kbps64Kbps9.6Kbps需要外接11221封装SSOP20LQFP32TQFP44TQFP32SSOP28元件数量约10个约50个>50个约20个>25个从表3-1中我们可以看出nRF905可以直接连接单片机，而且无需编码，传输速率可达100Kbps。nRF905由接收解调器、频率合成器、功率放大器、调制器、晶体振荡器组成。nRF905采用非实时方式传输数据。 图3-5nRF905电路原理图表3-2nRF905管脚说明管脚名称描述1GND电源地2VCC系统电源3TRX_CE使能芯片接收和发送4TXEN收发状态选择：TXEN='1'发射状态；TXEN='0'接收状态5uPCLK系统时钟分频输出6PWRUP工作状态控制：PWR='1'正常工作状态；PWR='0'待机微功耗状态7GND电源地8GND电源地9AM地址匹配10CD载波监听11MISOSPI输出，MCU由此口从RF芯片读入数据12DR接收或发送就绪13SCKSPI时钟14MOSISPI输入，MCU由此口向RF芯片写入数据15GND电源地16CSNSPI使能，低激活SPI接口包括状态寄存器、RF配置寄存器、发送地址寄存器、发送有效数据寄存器、接收有效数据寄存器。 如表3-2所示，nRF905芯片有14个重要的引脚，如图3-5所示，nRF905与单片机的通信采用SPI接口，管脚MISO为SPI输出，MOSI为SPI输入，CSN为SPI使能端，SCK为SPI时钟信号，而CD、AM、DR三个管脚分别为载波检测输出、地址匹配输出、数据就绪输出引脚。3.2站台部分在本设计中，站台部分实现的功能与车载部分实现的功能较为类似。目前的系统公交站台内装了阅读器，能识别出公交车的ID号码，从而显示公交车的信息。在本设计中公交车站内装的是RFID卡，公交车经过站台时阅读器能捕获到站台的数字信息从而达到识别站台的功能。 4　软件设计RFID公交车自动报站系统软件主要包括阅读器模块、显示模块、语音模块等部分。软件设计中着重于阅读器模块和语音模块。4.1主程序主程序主要包括主循环和初始化两大部分。主循环主要调用各模块子程序（如：显示模块程序、语音模块程序等）实现系统功能。初始化主要配置系统各硬件模块，使其能正常工作，本系统中初始化包括串口初始化，阅读器初始化，语音芯片初始化等。在读取RFID信息之前我们需要进行初始化设置，在初始化执行过后，设备对读写操作已就绪，可以收到或发送数据了。阅读器通过串口与单片机相连，首先要初始化的是阅读器的串行口，关键代码如下：serialPort1.PortName=”coml：serialPort1.BaudRate=9600：serialPort1.StopBits=1：serialPort1.DataBits=8：serialPort1.Parity=System.IO.Port.Parity.None：程序中把端口设置波特率为9600bps，还设置了1个停止位，8个数据位，无校验模式。串口初始化的同时，其他硬件系统都要初始化，比如语音系统，上电复位后首先初始状态设置为0，写操作：写操作发送5位控制位，11位数据位，共16位。//首先定义好I/O口sbit/SS=P2^3;sbitSLCK=P2^6;sbitMISO=P2^5;sbitMOSI=P2^4; 在使用nRF905之前也要进行初始化配置，nRF905有一个10字节的配置寄存器，通过配置该寄存器的相应位可使nRF905按要求正常运行。/*nRF905寄存器参数配置*/ucharn;ucharbuf[10];CodeRFConfigRxTxConf={10,0x4c,0x0f,0x44,0x20,0x20,0xcc,0xcc,0xcc,0xcc,0x58}以上10位数据对应的是字节0-9，比如0x4c对应的是字节0，数据显示CH_NO[7：0]，频率为430HZ。字节5-8都为0xcc，他们都是RX地址。4.2阅读器模块4.2.1nRF905的SPI驱动程序在nRF905芯片的通讯中包括了写数据，读数据，发送数据，接收数据等关键环节，这些子程序直接影响着整体识别的过程。在射频芯片初始化之后需要将有用的数据写入芯片中，按照nRF905的读写时序，向nRF905写数据的流程如图4-1所示。 YN数据写入缓存MOSI=0？SCK=1DATA_BUF<<1开始SCK=0图4-1向nRF905写数据流程图MCU通过SPI接口向nRF905写字节的程序如下：DATA_BUF=byte;//将需要发送的数据写入缓存for(i=0;i<8;i++)//循环8次发送一个字节的数据if(flag)//flag=DATA_BUF^7MOSI=1;elseMOSI=0;SCK=1;//SCK高电平DATA_BUF=DATA_BUF<<1；//左移一位，为下一位的发送做准备SCK=0;//SCK低电平MCU从nRF905中读取一个字节数据的程序实现如下：for(i=0;i<8;i++)//循环8次发送一个字节数据 DATA_BUF=DATA_BUF<<1;//左移一位，准备接收下一位SCK=1;if(MISO)flag1=1;elseflag1=0;SCK=0;程序中循环8次发送一个字节的数据，通过左移一位准备接收下一位，当SCK置为高电平时，flag1=DATA_BUF^0,为标志位，然后当SCK置为低电平时，DATA_BUF接收到的完整数据。4.2.2nRF905发送与接收帧nRF905发送一帧数据有以下几步：（1）单片机通过置低nRF905的TRX_CE引脚将其置于待机状态，开始与nRF905进行SPI通信；（2）单片机把发送目的地址写入nRF905发生地址寄存器TX_Address；（3）单片机将有效数据写入nRF905发生有效数据寄存器RX_Payload；（4）单片机通过置高nRF905的PWR_UP、TRX_CE、TX_EN引脚将nRF905置于ShockBurst发送模式；（5）nRF905的ShockBurst发送；（6）AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低；（7）单片机置低nRF905的TRX_CE管脚，发送完毕，进入空闲状态；nRF905发送一帧数据的流程如图4-2所示。 开始TX_EN=1,TRX_CE=0,PER_UP=1MCU写发送地址MCU写发送数据TRX_CE=1置nRF905为发送模式进入发送状态开始发送数据DR=1CD=0图4-2nRF905发送一帧流程图使用nRF905发送一帧数据的程序如下：SpiWrite(WTP);//写数据命令For(i=0;i<32;i++)SpiWrite(TxBuf[i]);//写入32直接发送命令CSN=1;//关闭SPI，保存写入数据Delay(1); CSN=0;//SPI使能，准备写入地址SpiWrite(WTA);//写数据至地址寄存器For(i=0;i<4;i++)//写入4字节地址SpiWrite(RxTxConf.buf[i+5]);CSN=1;//关闭SPITRX_CE=1;//进入发送模式，启动射频Delay(1);//发送完毕后进入待机状态TRX_CE=0;射频模块发送数据时，MCU必须先将nRF905至于待机状态，在将发送地址及发送有效数据通过SPI接口送给nRF905后，置nRF905为ShockBurst发射状态，nRF905自动对数据进行处理。在射频模块发送完数据之后，与之对应的将会有一个接收数据的过程。 TRX_CE=HI,PWR_UP=1TX-EN=0?进入ShockBurst接收状态检测到载波CD=1开始接收数据MCU通过SPI读取数据CD=0CD=0开始NY地址正确？CRC正确？NYNY图4-3nRF905接收一帧流程图 如图4-3所示，射频模块在接收数据时，当TRX_CE为高，TX_EN为低时，RF905进入接收模式，当检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高，当接收到一个匹配的地址，AM引脚被置高，当一个正确的数据包接收完毕，DR引脚置高，单片机把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式，当所有数据接收完毕，nRF905把DR引脚和AM引脚置低。4.3语音芯片模块ISD4003工作于SPI串行接口，所有对ISD4003的操作和控制都是通过SPI端口完成。单片机控制语音芯片播放，首先通过SPI端口发送上电指令和地址命令，由于语音芯片采用8KHZ的采样频率，器件上电后需要延迟25ms，具体过程为：二、发送POWERUP命令；三、等待TPUD四、发地址值为00的SETPLAY指令五、发PLAY指令六、是否产生INT中断七、放音完成ISD4003的放音过程如图4-4所示。 开始执行上电操作延时25ms，上电结束上电时间是否到执行开始命令，设置语音地址等待INT是否有效执行停止命令NY放音结束图4-4ISD4003放音流程图 表4-1ISD4003指令表指令5位控制码<11位地址>操作摘要POWERUP00100上电：等待TPUD后器件可以工作SETPLAY11100从指定地址开始放音，后跟PLAY指令使放音继续PLAY11110从当前地址开始放音（直至EOM或OVF）SETREC10100从指定地址开始录音，必须后跟REC指令录音继续REC10110从当前地址开始录音（直至OVF或停止）SETMC11101从指定地址开始快进，必须后跟MC指令快进继续MC11111执行快进，直到EOM，若再无信息，进入OVF状态STOP0X110停止当前操作STOPWRDN0X01X停止当前操作并掉电RINT0X110读状态：OVF和EOMISD4003放音的程序如下：/SS=0;for(i=0;i<8;i++)if(add&0x80==1)MOSI=1;elseMOSI=0;SCK=1;SCK=0;Add<<=1;对于不同的串行接口外围芯片，它们的时钟时序是不同的。上述程序是针对在SCLK的上升沿输入数据的。这些子程序也适用于在串行时钟的上升沿输入和下降沿输出的其它各种串行外围接口芯片，只要在程序中改变输出电平顺序进行相应调整即可。在研究过语音芯片的放音过程后，我们简单的了解下语音芯片的录音过程。图4-5为语音芯片录音的流程图。 录音子程序序号=0？读取首地址向ISD4003送SETREC指令状态=录音地址计数清零开启定时器发送REC指令结束首地址=0YN图4-5ISD4003录音流程图录音程序的关键在于找到首地址，在程序执行中通过录音序列号，在EEPROM中找到对应的首地址，向ISD4003发出SET和REC指令开始录音。开启单片机定时器为了对时钟信号进行计数，以便计算之后所产生的首地址。4.4液晶显示模块液晶显示模块的主要作用就是能以文字的形式同步显示出语音播放的内容。在显示模块软件设计中主要有以下几个过程：（1）定义单片机IO口。（2）建立初始化函数。 （3）建立标志信号函数。（4）建立写操作函数。液晶显示模块软件设计流程图如图4-6所示。初始化检查标志写控制指令写数据检查忙？液晶显示等待YYNN图4-6液晶显示流程图液晶显示模块的部分程序如下：cs1=1；cs2=0；rs=0；rw=1；Wait6:lcdaddr=0xff；e08=1；readlin5=lcdaddr；e08=0；readlin5=readlin5&0x80；If(readlin5==0x80){gotowait6}rw=0；lcdaddr=commm；e08=1；e08=0；以上这段程序为写指令代码。其中CS1=1，CS2=0表明这一部分程序应用于右半屏信号。 cs1=1；cs2=0；rs=0；rw=1；Wait5:lcdaddr=0xff；e08=1；readlin4=lcdaddr；e08=0；readlin4=readlin4&0x80；If(readlin4==0x80){gotowait5}rw=1；rw=0；lcdaddr=datatoo；e08=1；e08=0；以上这段程序为显示数据代码。 5　结论本设计主要研究方向为如何实现公交车自动识别公交车站，由于没有进行实物的制作，仅仅只做了理论上的研究，略感遗憾。在设计中介绍了RFID的简介及工作原理等，然后对设计框图中设计的几个芯片进行了挑选，并进行性能上的分析。设计中原先想要达到的效果是在公交车专用车道上公交车在站台前20米处能识别出站台信息进行预报站，在出站台10米处进行出站报站。RFID卡本来设计采用的是中低频芯片，安装在车道中间，但考虑到路面磨损与振动等情况终不成立。最理想化的设计就是能达到公交车不论开到哪个站台，都能识别报站，而不需预先在单片机里写好整条路线的流程，从而避免了临时改道引起的不必要的麻烦。本设计还存在许多缺陷：一，使用了中频段的RFID虽然减少了成本，但是识别距离太短。二，设想需要公交车专用车道，实现一车一识别，避免读卡冲突，但是现实中并没有那么长距离的公交车道。三，识别时间太短，很多公交车在进站的时候速度过快，RFID卡虽然可以达到高效率的识别，但是很有可能会出现识别不成功的案例。四，本系统中没有结合传感器，无法识别拐弯，起步等操作，故功能不是很完善。还有许多的不足之处等待改善，在今后的学习中将结合更多的知识进行研究，期待着在不久的将来，城市的公共交通建设得更加智能化。 参考文献[1]李元忠.射频识别技术及其在交通领域的应用[J].电讯技术，2002，7，42（5）：5～9.[2]叶桥民.RFID技术在智能公交领域的应用探讨[J].北京电力高等专科学校学报，2010，6，27(3):147～149.[3]张华，魏臻.无线射频识别技术RFID及其应用[J].安防科技，2007，10，20(7):48～50.[4]王伟.射频识别（RFID）技术及其应用的研究[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2008，3，31(2):139～142.[5]沈宇超，沈树群.射频识别技术及其发展现状[J].电子技术应用，1999，(1):4～5.[6]李彦林，董德发.射频识别技术在智能交通监管信息采集中的设计与应用[J].安防科技，2006，12，16(12):41～49.[7]马玉秋，沈树群，吴京松，李国华.射频识别系统中数字处理核心模块的研究[J].北京邮电大学学报，2005，12，28(6):123～127.[8]王天吉.无线射频识别技术（RFID）应用的关键问题[J].微电子技术，2007，6，34(8):170～172.[9]周晓云，吴兆根.RFID在公共交通领域的应用[J].中国无线电，2005，5，5(5)：49～51.[10]李元忠，黄黎明，马勇.车辆自动识别系统移动站及其在城市交通监管中的应用[J].电讯技术，2003，2，(3)：112～115.[11]曾亚光等.公交车报站系统设计[J].仪器仪表用户,2010(2):26～29.[12]李吉志,邓发明,张本文.基于DS18B20与DS1302的公交车报站系统[J].电子测试,2009(9):42～45.[13]StefanovicN,HanJ,KoperskiK.Object-basedSelectiveMateializationforEfficientImplementationofSpatialDataCubes[J].IEEETransactionsonKnowledgeandDataEngineering,2000,12(6):938～939.[14]MicheleSouthall,PateickJavick,JimLichtenberg,BethAnne Cusack.RadioFrequencyIdentification:TransformingtheDynamicsOfSupplyandDemandinPublishing[J].PubResQ,2010,26:1～10.