1、僅供個人參考2011-2012德州儀器C2000及MCU創新設計大賽項目報告題目：基干MSF43Q的公交控制系統學校：西安電子科技大學Forpersonaluseonlyinstudyandresearch.;notforcommercialuse指導教師：組別：應用類別：控制系統類平臺：MSP43。視頻文件觀看地址：未拍攝郵寄地址和收件人聯系方式:地址:收件人：聯系電話：題目：基于MSP430的公交控制系統摘要;這個系統中，我們選用恰當的芯片用創新性的思想實現了部分的公交H動控制系統,整個系統以T1的MSP430F169為核心控制芯片，主要由站牌與公交車的通信模塊，站牌間通信模塊，顯示模塊三

2、大模塊組成。經過實際測試，證明我們的設計方案確實可實現可靠通信，達到了以低成本實現了公交車自動控制功能的目的.Abstract:Inthissystem,weestablishapartlybusself-controlsystembyusingtheappropriatechipsinacreativeway.ThewholesystemisbasedontheMSP430F169,whichworksasthecoredominativechip,andismainlyconsistedofthreesegments：theconnnunicationbetweenthestationan

3、dbus,thecommunicationbetweenstationsandthedisplaysegment.Passingtherealtests,ourdesignliasbeenproventobepracticalandreliable,reachingthegoalsofacquiringthebusself-controlabilityatalowcost.關鍵詞：無線通信芯片NRF24L01無線數傳芯片APC220-43單片機MSP430F169LED小器Keywords:SinglechiptransceiverNKF24L01Wirelessserialdatatrans

4、fermoduleAPC220-43Single-chipMSP430F169LEDdisplay1.引言隨著社會經濟的快速發展，人們的生活節奏日益加快，對于交通出行的效率要求也越來越高。目前廈門、廣州、濟南、無錫等一線城市已經部分實現了智能公交系統，其主要是基于GPS、GIS、GPRS等技術的綜合運用。這種方法實現的系統固然可行，但是其高成本投資卻不容忽視，這或許也是這類智能公交系統仍未能在二三線城市大量普及應用的重要原因之一。鑒于這方面原因我們設計了本系統，利用無線通信芯片NRF24L01特定的通信距離特點來實現對于公交車輛的位置定位，用無線數據傳輸芯片APC220-43來實現站牌與站牌間

5、的通信，這兩種芯片均價格低廉，且其特定的通信距離十分符合系統的要求，相信我們這種合理使用恰當的小芯片以降低生產應用成本的方法，定可推進公交智能控制系統的普及。2 .系統方案2.1 系統設計關鍵點：站牌與公交車的通信模塊：當前成熟的方法均使用昂貴的GPS來實現車輛定位,這樣能夠做到基本10m范圍精確度的準確定位，對乘客來說這么高的精度是不需要的，因為乘客想要知道的也就是大概的車輛位置信息，考慮到城市一般的站牌之間距離就是1000m左右，也就是說公交車一般在兩個站牌之間也就是用2、3分鐘左右，這個時間乘客完全可以忍受的誤差范圍。因此，在車輛到站距離約為20m左右時，在公交車與站牌之間來實現通信即可

6、說明車輛目前在這一站，以達到對車輛定位的目的。站牌間通信模塊：目前的方法是由GPS定位得到車輛精確位置后，利用GPRS的傳輸網絡來直接發布到各個站牌上，這樣需要耗費很大一筆信息費，因此我們考慮用一種適合站牌間距離（1000m左右）相互通信的數據傳輸模塊，此站牌將獲得的車輛信息傳至一個站牌，下一個站牌再往下一站傳輸，這樣依次往下傳的思想，如此避免了長距離的數據傳輸，大大的降低了信息發布成本。2.2 系統流程概述：本系統由MSP430F169作為系統的MCU,由MSP430F169控制站牌與公交車的通信模塊，站牌間通信模塊，顯示模塊這三個子模塊。通過相應通信芯片實現公交車定位，站牌間通信，進而實現

7、最終的LED顯示。車載NRF24L01子模塊發送車輛信息，當公交車即將靠站時，站牌NRF24L01子模塊獲得公交車的進站信息，并將站牌信息反饋給車載NRF24L01子模塊，進而實現定位。該站牌將車輛信息通過無線數傳芯片APC220-43傳送給下一個站牌，下一個站牌再依次傳下去，讓每一個站牌都收到此時車輛的位置信息。每一站牌MCU根據本站牌所收到的公交車信息更新顯示模塊的顯示內容，以提醒乘客。系統流程框圖如下:車載部分站牌A ：站牌B：3 .系統硬件設計本系統分為：站牌與公交車的通信模塊，站牌間通信模塊，顯示模塊共三個大模塊。3.1 站牌與公交車間通信模塊本模塊乂分為兩個子模塊：車載NRF24L

8、01子模塊，站牌NRF24L01子模塊。主要功能是實現對各路公交車的定位。當公交車即將靠站時，站牌NRF24L01子模塊能獲得公交車的進站信息，并將站牌信息反饋給車載NRF24L01子模塊，進而實現定位。無線通信芯片NRF24L01適合進行短距離高速通信，實際通信半徑約20m。故在公交車距站牌較遠時車載NRF24L01子模塊與站牌NRF24L01子模塊之間不進行通信，站牌NRF24L01子模塊不會檢測到公交車信息。只有當公交車距離站牌20m以內時，車載NRF24L01子模塊與站牌NRF24L01子模塊才會實現通信，也就證明公交車即將到站，由此實現對公交車的定位。如下圖所示，兩個圓的面積分別代表

9、公交車上無線通信芯片NRF24L01與站牌上的無線通信芯片NRF24L01的通信范圍。當兩圓有重疊時即可實現站牌與公交車的通信，代表公交車進站。3 .2.站牌間通信模塊本模塊的主要功能是使公交車線路上的各個站牌能獲得公交車的當前位置信息。無線數傳芯片APC220-43適合于在強干擾惡劣的環境下通信，且通信距離能達到1500米左右，故在每個站牌部分中置入無線數傳芯片APC220-43,進行站牌間通信，本站牌APC220-43將本站所獲得的公交車位置信息發往下一站牌的APC220-43,下一站牌的APC220-43乂將本站牌所獲取的公交車位置信息發往下下個站牌APC220-43,依次傳遞。既可在保

10、證實現功能的同時，乂比常用的方法經濟簡單許多。站牌間無線數傳芯片APC220-43間通信簡明過程如下圖:本模塊乂分為：站牌顯示模塊，車載顯示模塊共兩個子模塊。主要功能是實現信息的顯示。站牌顯示模塊：本站的MCU根據本站所接收到的所有信息進行處理，在站牌顯示器上顯示經過本站的每一路公交車中距離本站最近的公交車的當前位置信息，并實時更新，以提醒候車乘客。站牌顯示器如下圖：車次916路 400路233路9路當前位置鐘樓站西北大學西安電子科技大學火車站車載顯示模塊：車載MCU根據本車所接收到的所有信息進行處理，在車載顯示器上顯示下一站的名稱。并實時更新，以提醒下車乘客。車載顯示器如下圖：下一站：鐘樓站

11、請您提前準備下車4 .系統軟件設計本系統軟件分為兩個部分：車載部分軟件、站牌部分軟件。4.1 車載部分軟件此程序功能是實現車載NRF24L01子模塊與站牌NRF24L01子模塊之間的信息交互及車載顯示模塊的顯示控制。采用子程序輪詢方式工作，為站牌與公交車間通信模塊子程序、按鍵處理子程序、車載顯示模塊子程序這三個子程序分配MCU的使用時間。由于這3個子程序的優先級不同，從高到低依次為：站牌與公交車間通信模塊子程序、按鍵處理子程序、車載顯示模塊子程序。輪詢工作的實現是利用定時器A進行加計數，將計數結果對6取余，余數為3或4或5這三種情況下運行站牌與公交車間通信模塊子程序，余數為1或2這兩種情況下運

12、行按鍵處理子程序，余數為0時運行車載顯示模塊子程序。程序流程圖如下：站牌與公交車間通信模塊子程序公交到站后，車載NRF24L01子模塊給站牌NRF24L01子模塊發送到站信息,在通信距離內，站牌NRF24L01子模塊才會接收到公交車到站信息，及時回復車載NRF24L01子模塊應答信息。若車載NRF24L01子模塊在設定時間內未收到應答,則重新發送到站信息，直到收到站牌NRF24L01子模塊的應答為止。由于將NRF24L01置為EnhancedShockBurst收發模式，若站牌模塊通過CRC校驗碼發現數據錯誤，則發送請求信息請求公交模塊重新發送到站信息。無線通信芯片NRF24L01通信過程示意

13、如下:數據幀設計如下：無線通信芯片NRF24L01每次可以以約1Mbps的高速率發送8bit大小的數據。我們設計一個數據幀的大小為3個字節。選用第一字節數據表示公交車車次信息，存儲公交車次的編號，可最多為256路公交車編號。選用第二字節數據表示公交車控制信息?？紤]到上行和下行公交站牌的距離可能較近，為區分上行與下行公交車信息，在本字節中選用lbit數據作為公交車行駛方向的標志位。因為在每個站點處有三種數據幀（到站信息數據幀，請求數據幀，應答數據幀）在傳輸，故在本字節中設置2bit的數據幀類型標識位。剩于5bit作為保留位，暫不使用。選用第三字節數據表示公交站牌的地址信息。無線通信芯片NRF24

14、L01數據幀格式如下：位76543210公交車ID方向標志幀類型標識保留公交站牌地址信息程序流程圖如下:按鍵處理子程序本子程序主要由兩個函數構成：Key-event()函數通過調用check-key()函數完成對4*4矩陣鍵盤的掃描以及鍵值的獲取來檢測是否有有效按鍵被按下。Key-ctr()函數對鍵值進行處理，設計了四個有效的按鍵：按鍵1:顯示幫助菜單按鍵2：通過串口發送新站點信息到車載無線通信芯片NRF24L01,覆蓋原站點信息，以對存儲器中存取的站點信息修改。按鍵3：手動報站。當公交車靠站后，若車載NRF24L01子模塊與站牌.NRF24L01子模塊通信失敗的情況下，通過此按鍵強制更新公交

15、車的站點顯示信息。按鍵4：當公交車到達終點站后，司機按下此鍵以更改公交車信息中的上行下行標志位。其余按鍵為日后做功能擴展備用。程序流程圖如下:車載顯示模塊子程序當公交車進站后，車載顯示器的站點信息應予以更新。顯示公交車?？康恼军c名稱及下一站點的名稱。程序流程圖如下：4. 2站牌部分軟件此程序功能是實現兩個站牌間無線數傳芯片APC220-43之間的信息交互、車載NRF24L01子模塊與站牌NRF24L01子模塊之間的信息交互及站牌顯示模塊的顯示控制。同樣采用子程序輪詢方式工作，為站牌間通信模塊子程序、站牌與公交車間通信模塊子程序、站牌顯示模塊子程序這三個子程序分配MCU的使用時間。由于這3個子程

16、序的優先級不同，從高到低依次為：站牌間通信模塊子程序、站牌與公交車間通信模塊子程序、站牌顯示模塊子程序。輪詢工作的實現是利用定時器A進行加計數，將計數結果對6取余，余數為3或4或5這三種情況下運行站牌間通信模塊子程序，余數為1或2這兩種情況下運行站牌與公交車間通信模塊子程序，余數為0時運行站牌顯示模塊子程序。程序流程圖如下：站牌間通信模塊子程序若公交車Carl已到達A站，下一站將前往B站。則A站站牌APC220-43子模塊給B站站牌APC220-43子模塊發送公交車Carl的位置信息，B站站牌APC220-43子模塊收到信息后，利用無線數傳芯片APC220-43的高效的循環交織糾錯編碼機制進行

17、校驗，無錯誤則回復應答信息給A站牌APC220-43子模塊，若A站站牌APC220-43子模塊在設定時間內仍未收到應答，則重新發送該信息。若發現數據錯誤，則發送請求信息請求A站站牌APC220-43子模塊重新發送公交車Carl的位置信息。若發送兩次以后A站牌APC220-43子模塊仍未收到應答信息,則廣播公交車Carl的到站信息。其他站牌APC220-43子模塊（例如站牌C站牌D等）接收該信息后給B站牌APC220-43子模塊轉發該信息。不得用于商業用途僅供個人參考引入廣播機制是考慮到城市中公交站牌數眾多，存在上行和下行兩路站牌,可充分利用這些可用的通信硬件資源，在A站牌與B站牌不能直接通信的

18、情況下,借助這些資源以實現更加有保障的通信。程序流程圖如下：站牌間無線數傳芯片APC220-43正常通信過程原理圖:僅供個人參考站牌間無線數傳芯片APC220-43廣播通信過程原理圖:數據幀設計：無線數傳芯片APC220-43內設256bytes大容量緩沖區，數據幀做如下設置:我們設計一個數據幀的大小為3個字節。選用第一字節數據表示公交車車次信息，存儲公交車次的編號，可最多為256路公交車編號。選用第二字節數據表示公交車控制信息。考慮到上行和下行公交站牌的距離可能較近，為區分上行與下行公交車信息，在本字節中選用lbit數據作為公交車行駛方向的標志位。因為在每個站點處有三種數據幀（到站信息數據幀

19、，請求數據幀，應答數據幀）在傳輸，故在本字節中設置2bit的數據幀類型標識位。選用lbit數據作為廣播標志位，置1時為廣播信息，置。時位非廣播信息。剩于4bit數據用于表示數據幀累計通過的站點數。選用第三字節數據表示公交站牌的地址信息。無線數傳芯片APC220-43Car到站數據幀格式如下：公交車ID方向標志幀類型標識廣播標志累計通過站點數公交站牌地址信息654310不得用于商業用途站牌與公交車間通信模塊子程序流程圖如下：通信數據幀同車載部分軟件中站牌與公交車間通信模塊子程序中的數據幀格式相同。站牌顯示模塊子程序當公交站牌APC220-43子模塊收到某公交車位置信息時（假設此公交車靠站于A站點

20、），若此時本站牌顯示器上顯示此路公交車目前所在站點為B站點，將A站點與B站點二者與本站點的距離進行比較，即比較二者離本站點的站點數的大小，若A站點離本站牌更近，則更新顯示器信息，否則不作處理。以保證站牌顯示器上顯示的公交車位置信息是距離本站牌最近的公交車位置。程序流程圖如下：5.系統創新:本公交系統的創新性主要體現在公交車的定位以及將公交車位置信息發送到各個站牌這兩個部分的實現上。5. 1公交車定位現有的公交系統多是采用GPS技術來實現公交車的精確定位，每個站點距離較近，只要能確定公交車到達各個站點的時間即可，無需對公交車在站點間行駛時的位置進行精確定位。所以我們選用無線通信芯片NRF24L0

21、1為核心，設計了車載NRF24L01子模塊與站牌NRF24L01子模塊這兩個模塊。由這兩個模塊之間的通信與否來確定公交車是否進站，以實現公交車的定位。這種方案與GPS方案相比，在實現公交車定位的同時，極大的節約了成本，有利于系統的推廣普及。5. 2將公交車位置信息發送到各個站牌。一般公交系統的公交車位置信息傳遞都是采用GPRS技術來實現的。實現較為復雜且成本較高，存在一定的資源浪費。我們選用無線數傳芯片APC220-43作為核心設計了站牌間通信模塊，充分利用公交線路上站牌的間距特點，由公交線路上相鄰站牌上的無線數傳芯片APC220-43進行通信，將公交車位置信息沿線路上的站點依次傳遞，最終實現將各路公交車位置信息傳遞到各個站牌