应用ARM的车辆检测系统控制单元电路设计

摘要：文中基于应用ARM的车辆检测系统控制单元电路设计，在完成了总体方案设计后，主要对以下内容进行了分析： LPC2114与电子硬盘的接口实现 ；LPC2114串口通信实现；系统软件设计思想及注意事项。
关键词：LPC2114；车辆检测；系统控制；单元电路
0 引言
随着人们对交通需求的不断提高与增多,用于交通检测方面的环形感应线圈检测器也随之增多。该检测器是埋在道路地下的，当车辆通过时其电磁会发生改变，根据这种变化就可以精确的计算出交通流量了。交通流量作为一种基本数据主要是用于交通统计与规划,根据这些检测到的数据可以对占用率进行计算,若采用的是双线圈模式，还能获取车辆速度、行驶方向以及车型等数据,在交通管理与统计方面，以上的数据就显得尤为重要。一般高速公路车辆检测系统由两部分组成：多通道环形检测单元与控制单元，本文对于控制单元部分的实现使用的是飞利浦公司ARM7内核微处理器PLC2114，同时与五个LD4环形检测器共同组成10通道高速公路车辆检测系统，下图1是车辆检测系统原理图
1 总体方案设计
图2为设计的控制板系统原理图,主控制单元是存储器微处理器,此芯片是一种16/32位基于ARM7TDMI-S 内核的CPU，它可以进行仿真与跟踪。其内部由多个部分组成，包括：A/D转换器、32位定时器、实时时钟和看门狗、串行接口,外部有多个通用I/O口,因此该处理器作为核心控制单元是极其合适的。基于微处理器，将CPLD EPM7128作为其输入/输出端口,然后连接到环形检测器标准定义的总线,此总线要满足总线通信协议。环形检测器与控制板的数据交换是由总线实现的,每间隔一个十秒，控制板就会进行扫描，同时将数据请求发送出去，然后环形检测器会将返回请求数据返回，再由存储器微处理器统计、计算以及处理所得到的各个数据。用户对间隔时间进行设置，每间隔该时刻就会在静态存储器中保存所统计的数据，以便于核心站在规定的时间内使用，另外，每分钟在电子硬盘中对所获取的数据进行备份，核心站能够获取对应的一段时间的数据,在数据库里进行保存。控制板与核心站对于远程数据传输是通过调制解调器实现的。系统电子硬盘采用的是SAMSUNG公司的产品K9F2808，可以对一周以上的备份数据进行存储,加上其扩展升级比较灵活，这样可以使大容量存储问题很好的得到解决。
2 LPC2114与电子硬盘的接口实现
为了避免因某些故障而产生的数据丢失现象,系统需要备份某段时间内的数据,所以大容量存储问题在设计系统时必须要考虑到。假使该系统每六十秒要对统计数据进行一次备份，在环形检测器数据格式下,一次数据量约为1KB,如果存储单元为静态存储器，则要使用多个大容量存储器,但是这种不仅成本较高,存储容量也很难扩展。如果存储单元为动态存储器,又难以控制，要借助动态存储器的控制器。而Flash存储器不仅具有较大的容量，且便于使用，虽然它的使用周期不是特别长,系统每六十秒的数据存储量约为1KB,那么大概十一天就会存储满，这样一个月大概要清除三次，这样一年就要清除三十六次左右， Flash使用时间约为10万次清除，加上它还能在掉电后恢复，因此将Flash作为车辆检测系统的电子硬盘是比较合适的。该系统的存储器选的是K9F2808，其存储容量比较方便升级与扩展。K9F2808芯片一共有48个引脚，其能够存储的空间为(16M+512K)×8 bit。它的读操作和写操作是以528字节为一页，以及擦除操作是以32页为一块。除此之外,它的相关数据信息的传输都是由I/O总线来执行的,传输通道标准是一致的，存储容量较为方便升级。
上图是LPC2114和电子硬盘连线示意图,LPC2114外部无连接总线，因此只能通过I/O方式来操作Flash。K9F2808的所有操作都是先通过I/O接口将操作命令字传送至命令寄存器,随后紧接的3个周期将所要执行部分的地址传送至命令寄存器。
3 LPC2114串口通信实现
LPC2114的UART可以帮助控制系统交换与LD4、中心站之间的数据,UART具备有缓冲功能的FIFO。当中UART1的调制解调器接口比UART0多，对UART进行操作可以借鉴51内核单片机的操作步骤。第一步,将I/O与UART相连；接着对串口波特率进行设定；再对串口的工作模式进行设定；这个时候U0THR与U0RBR寄存器就能够对数据进行接收与发送了, 寄存器U0LSR可以对接收发送模块的状态信息进行读取。通过RS-485总线连接到LD4板卡,总线控制器MAX3485连接到LPC2114的UART1。MAX3485是输出电压为3.3V的半双工收发芯片,将RS-485总线的差分信号转换成ARM核可以接受的信号。为了与电脑进行连接,系统转换芯片选择的是输出电压为3.3V的MAX3232。
4 系统软件设计思想及注意事项
车辆检测系统存储软件基于分层设计理念，其组成部分包括两块：驱动程序和应用软件。驱动程序使Flash、RS-485、实时时钟(RTC)、RS-232以及I/O等操作属性与具体细节隐藏。而应用软件又包括基本函数库和主程序两块。下图为主程序流程图。
 
　　图4 主程序流程图
　　对于三十二位ARM核处理器，其启动代码通常会用某汇编文件来表示，来执行堆栈、系统变量、中断、I/O初始化等步骤以初始化系统。ADS开发平台实质上所给出的启动代码是有缺失的，不完整的部分就要通过开发人员来完成了。中断向量表、堆栈初始化和中断程序与C语言的接口均为系统设计的启动代码所包含的元素。对于LPC2114来说，要让向量表里的全部数据三十二位之和为零,要对其向量值进行保存设置,然后对中断向量表里的三十二个字节数进行求和，保存的向量值不需要进行求和，再取其补码,该补码的第三十二位即为保存向量的值，此值会被作为用户程序有效的关键字。如果向量表中全部数据之和等于零,且ISP外部条件又达不到要求，那么用户程序将会被执行。
参考文献：
[1]张百清. 基于嵌入式系统的违章车辆视频检测系统[J]. 现代电子技术,2012,11:164-166.
[2]吕海洋,钱正洪,白茹,张星波,孙玲玲. 基于GMR传感器的Zig Bee无线车辆检测系统设计[J]. 传感器与微系统,2013,03:127-130




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