隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,自動(dòng)化、智能化的嵌入式產(chǎn)品逐漸滲透到人們的日常生活中,成為人們生活中必不可或缺的一部分,同時(shí)也對(duì)我國(guó)的公共設(shè)施建設(shè)產(chǎn)生十分重大的影響。體積龐大、操作復(fù)雜的傳統(tǒng)設(shè)備不斷被嵌入式智能化設(shè)備所取代,無法徹底取代的設(shè)備也會(huì)在原有框架的基礎(chǔ)上融合智能化應(yīng)用轉(zhuǎn)型升級(jí),這其中也包括高速路收費(fèi)系統(tǒng),隨著智能化設(shè)備的引入,人們逐漸從繁重的工作中解放出來,高速路收費(fèi)系統(tǒng)的工作效率也得到大幅度提高。當(dāng)前我國(guó)的高速公路普遍使用半自動(dòng)收費(fèi)管理系統(tǒng),該系統(tǒng)在工作時(shí),信息采集、費(fèi)用計(jì)算的內(nèi)容都由智能化產(chǎn)品負(fù)責(zé),收費(fèi)員只需完成費(fèi)用核對(duì)即可完成任務(wù)。本設(shè)計(jì)是一種基于CC2640的高速路收費(fèi)系統(tǒng),設(shè)計(jì)思想是在原有的高速路收費(fèi)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做出改進(jìn),以進(jìn)一步提升工作效率,緩解高速路的交通壓力。該系統(tǒng)選用的CC2640芯片是一款功耗低、性能強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)的藍(lán)牙芯片,其搭載了可獨(dú)立運(yùn)行的32位高性能的Cortex M3內(nèi)核微處理器,可高效處理實(shí)時(shí)通信任務(wù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)從功能需求出發(fā),提出系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)框圖并設(shè)計(jì)出硬件主控電路及其外圍模塊電路,然后根據(jù)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)方案完成PCB電路板的線路布置,之后結(jié)合高速路收費(fèi)系統(tǒng)的通信協(xié)議流程進(jìn)行軟件系統(tǒng)的開發(fā),通信協(xié)議的內(nèi)容包括高速路收費(fèi)入口通信協(xié)議和高速路收費(fèi)出口通信協(xié)議,軟件開發(fā)的內(nèi)容包括驅(qū)動(dòng)硬件程序、系統(tǒng)軟件程序和上層應(yīng)用程序,軟硬件系統(tǒng)開發(fā)完成后通過檢測(cè)來驗(yàn)證系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)從提升工作效率的角度出發(fā),融合了無線通信、狀態(tài)顯示、通信協(xié)議等多種技術(shù),可有效提升高速路收費(fèi)系統(tǒng)的效率。本文最后部分對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件功能的測(cè)試,結(jié)果表明基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中提出的需求功能,能夠滿足高速路收費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)際需要。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U495
【部分圖文】：

主控芯片和各個(gè)模塊提供穩(wěn)定的工作電壓；顯示模塊應(yīng)選擇尺寸較大屏幕，方便客戶和工作人員快速得知車輛繳費(fèi)狀態(tài)信息；藍(lán)牙模塊需選用功耗較低、傳輸穩(wěn)定性高、收發(fā)靈敏度高、便于開發(fā)的藍(lán)牙模塊；指示燈模塊主要顯示系統(tǒng)終端運(yùn)行狀態(tài)，包括：正常運(yùn)行、故障、正在處理中等多種狀態(tài)，因此使用三色LED燈是比較合適的選擇；存儲(chǔ)模塊用來存儲(chǔ)主控芯片接收的數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)量不需太大，因此高性價(jià)比高的存儲(chǔ)芯片可以作為選擇目標(biāo)；通信模塊是電路中非常重要的部分，根據(jù)需求至少設(shè)計(jì)兩個(gè)串口模塊，其中一個(gè)與高速路收費(fèi)數(shù)據(jù)接口通信，另外一個(gè)藍(lán)牙模塊通信。另外，為了減小電路板尺寸同時(shí)降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，應(yīng)盡可能選擇低功耗貼片式封裝的芯片。2.3.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)思路，高速路收費(fèi)系統(tǒng)終端電路設(shè)計(jì)為兩個(gè)主板，分別是主控板和顯示板，主控板采用兩個(gè)通信接口模塊，指示燈模塊采用多組LED燈，顯示板電源模塊輸出兩路電源，硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架如圖 2-1、圖 2-2 所示。

圖 2-2 顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2.4.1 軟件設(shè)計(jì)思路軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中需要考慮的重要內(nèi)容。根據(jù)該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)[7]，將軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容分為主控板軟件程序、顯示板軟件程序和CC2640軟件程序三個(gè)部分。主控板軟件程序需要實(shí)現(xiàn)與高速路收費(fèi)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能，顯示板軟件程序驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示信息，CC2640 軟件程序則處理與手機(jī)端的無線連接、通信。2.4.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)上面的設(shè)計(jì)思路，將系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分成驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序，其中驅(qū)動(dòng)程序包括定時(shí)器設(shè)置、I/O口配置、LED燈驅(qū)動(dòng)、LCD顯示驅(qū)動(dòng)、UART驅(qū)動(dòng)、CC2640 驅(qū)動(dòng)，這些部分與底層硬件直接接觸，提供操作外設(shè)硬件模塊的

圖 2-3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖協(xié)議設(shè)計(jì)議設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)中通信協(xié)議也是必須要考慮的內(nèi)容，是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基數(shù)據(jù)包傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)流程協(xié)議[8]，按照系統(tǒng)的安全性要求，程應(yīng)為：數(shù)據(jù)打包、加密、數(shù)據(jù)傳輸、解密、數(shù)據(jù)拆包，另外需要設(shè)置返回響應(yīng)、超時(shí)處理、數(shù)據(jù)重發(fā)等內(nèi)容；數(shù)據(jù)流程協(xié)之間的通信傳輸流程，數(shù)據(jù)流程協(xié)議的內(nèi)容包括：建立連接、信處理、結(jié)果返回、斷開連接等過程。在通信過程中，傳輸?shù)臑椋簲?shù)據(jù)包、應(yīng)答包、等待包、狀態(tài)包、特殊功能包等內(nèi)容，作完成數(shù)據(jù)傳輸。議結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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