基于zigbee技术的智能交通灯设计与实现.doc

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1、嵌入式系统开发课程设计（题目：基于嵌入式系统和ZigBee的智能交通灯的设计与实现） 院 （系） 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师 起止时间：2014年10月31日至2014年11月11日目录1 综述11.1 嵌入式系统概述11.1.1 嵌入式的定义11.1.2 嵌入式发展21.2 语音识别概述31.2.1 语音识别的发展31.2.2 神经网络在语音识别中的应用42 搭建环境62.1 LD3320 语音识别芯片62.1.1 简介62.1.2 外观图62.2 Matlab矩阵实验室73 算法简介93.1 语音特征信号识别93.2 BP神经网络概述114 功能

2、实现与测试144.1 Matlab实现144.1.1 数据归一化144.1.2 BP神经网络初始化154.1.3 BP神经网络训练164.1.4 BP神经网络分类174.2 算法优化174.2.1 隐含层数优化184.2.2 学习率优化184.2.3 更新权值阈值优化184.3 测试结果194.3.1 优化前的运行结果194.3.2 优化后的运行结果204.3.3 运行结果对比235 实验总结24参考文献25基于嵌入式系统和ZigBee的智能交通灯的设计与实现摘 要摘要：在本次的课程设计中，主要是基于嵌入式系统和ZigBee技术的智能交通灯系统的设计与实现。主要功能是点阵显示直线箭头和曲线箭头

3、表示通行方向，蜂鸣器的间断发声作为通行提示音，数码管的倒计时标志着通行时间。通过该系统实现车辆的直线通行和转弯、方向变换的提醒、车辆注意时间是否足够通行。为十字路口的交通安全提供了保障。关键词：嵌入式系统 嵌入式系统 ZigBee 智能交通灯ABSTRACTAbstract：With the prevalence of mobile devices and development of embedded systems has become a hot spot. It is not a recent emergence of new technology, just as micro-ele

4、ctronics technology and the development of computer technology, micro-chip control functions more and more, and control of micro-chips embedded in the equipment and systems more and more, making the technology more Reply People attention. Hardware and software of its size, cost, power consumption an

5、d reliability have made stringent requirements. Embedded systems function more powerful, and more and more complicated, then there is the reliability greatly reduced. A recent trend is a powerful embedded systems usually need a operating system to support the operating system is already mature and s

6、table, can be embedded Linux, WINCE, and so on. This paper is to study under the ARM embedded systems the system of traffic lights design and implementation. Key words: Embedded Systems ARM LPC2138 intelligent traffic lights1 综述1.1 嵌入式系统简介随着计算机技术和微电子技术的迅速发展，嵌入式系统应用 领域越来越广泛。当今，嵌入式系统已成为一个时髦的名词，就像当初的计算

7、机热潮，似乎比当初的计算机热潮涉及的领域更广泛，应用技术人员更多，相关国民经济产值也更庞大。报纸、杂志、网络都把嵌入式系统当作讨论的热门话题。1 嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等4个部分组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的器件。嵌入式系统的软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用，而应用程序控制着系

8、统的运作和行为。 嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协 议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理越来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。1.1.1 嵌入式开发环境一个嵌入式系统的开发环境一般包括嵌入

9、式目标板、开发用的宿主PC机和硬件调试器，他们之间通过串口、JTAG或BDM等调试接口和网络等接口互相连接。其中，嵌入式软件系统运行于嵌入式目标板上，这些软件所对应的程序开发和编译在宿主机上运行，程序的调试则由宿主机通过硬件调试器控制目标机执行相应的操作实现。 在运行嵌入式Linux的系统时，硬件调试器只在Bootloader程序开发以及Linux内核移植时有可能需要使用。应用程序的开发通常是Linux操作系统在嵌入式目标机上运行起来之后进行。此时，更多的是在宿主机上使用GDB通过网络与目标板通信，进行程序的调试。也就是硬件调试器多在底层软件开发调试时使用，对于应用程序的开发调试通常使用其他手

10、段。 嵌入式Linux操作系统开发的第一步就是在宿主机上建立交叉开发所需的交叉编译环境。交叉编译环境的建立主要是在宿主机上安装交叉编译工具Cross-gcc。Cross-gcc工具链通常是使用别人已经编译好的交叉编译的GCC工具链。在交叉编译环境建立好之后，就可以在宿主机上利用交叉编译环境构造一个嵌入式Linux系统。Linux操作系统是由Linux内核和应用程序两大部分组成。Linux内核的开发主要是根据实际的需要进行内核裁剪和配置，然后用交叉编译器编译生成内核的二进制文件映像。对于许多自行设计的嵌入式系统，内核的开发还包括根据实际的硬件系统进行内核和外设驱动程序的移植开发。应用程序 通常都

11、放在Linux的根文件系统中。根文件系统主要存放了嵌入式的配置文件、设备文件、应用程序、动态链接库以及其他一些相关的程序和文件。通常最初的根文件系统只是一个基本的根文件系统，只包含了一些必要的系统支撑程序。 在宿主机PC机上完成嵌入式Linux软件系统的构建之后，就在嵌入式硬件系统上测试、运行构造好的嵌入式Linux软件系统。其中，测试工作需要在宿主机上通过远程终端操控嵌入式开发板完成。通常在嵌入式开发板上存在一个内核的引导加载程序，它用于硬件的初始化，给用户提供一个操作界面，将嵌入式Linux加载到内存中运行。除此之外，它对于嵌入式Linux系统的开发调试也起到很大的作用。一个基本的嵌入式L

12、inux系统在目标板上运行起来之后，就要进行程序移植开发和调试。1.1.2 嵌入式Linux操作系统的应用由于Linux具有对各种设备的广泛支持性，因此，能方便地应用在机顶盒、IA设备、PDA、掌上电脑、WAP手机、寻呼机、车载 盒以及工业控制等智能信息产品中。1.2zigBee技术简介ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其物理层和数据链路层协议为IEEE 802.15.4协议标准，网络层和安全层由ZigBee联盟制定，应用层的开发应用根据用户的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。 根据IEEE 802.15.4协议标准，ZigBe

13、e的工作频段分为3个频段，这3个工作频段相距较大，而且在各频段上的信道数据不同，因而，在该项技术标准中，各频段上的调制方式和传输速率不同。它们分别为 868MHz，915MHz和2.4GHz，其中2.4GHz频段上分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学（indus- trial，scientific and medical，ISM）频段，该频段为免付费、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为 250Kbs；另外两个频段为915868MHz，其相应的信道个数分别为10个和1个，传输速率分别为40Kbs和ZOKbs，868MHz和 915MHz无线电使用直接序列扩频技术和二进制

14、相移键控（BPSK）调制技术。2.4GHz无线电使用DSSS和偏移正交相移键控（OQPSK）。 在组网性能上，ZigBee可以构造为星形网络或者点对点对等网络，在每一个ZigBee组成的无线网络中，连接地址码分为16b短地址或者64b长地址，可容纳的最大设备个数分别为216和264个，具有较大的网络容量。 在无线通信技术上，采用CSMACA方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证传输数据的可靠性，建立了完整的应答通信协议。 ZigBee设备为低功耗设备，其发射输出为 03.6dBm，通信距离为3070m，具有能量检测和链路质量指示能力，根据这些检测结果，设备可以自动调整设备的发射功

15、率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设备能量。 为保证ZigBee设备之间通信数据的安全保密性，ZigBee技术采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。1.2.1 ZigBee的应用现状ZigBee的出发点是希望能发展出一种易布建的低成本无线网络，同时期低耗电性将使产品的电池能维持6个月到数年的时间。ZigBee技术弥补了低成本，低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。随着正式版本协议的公布，更多的注意力和研发力量将转到应用的设计和实现，互联互通测试和市场推广等方面。我们有理由相信在不远的将来，将有越来越多的内置Zi

16、gBee功能的设备进入生活，并极大地改善我们的生活方式和体验。 在国内，目前ZigBee网络的应用范围非常广泛，很多我们想象不到的地方也在使用ZigBee技术。例如，在工业领域，ZigBee技术不仅用来控制照明灯的开关，它还有一个用途是检查高速路上照明灯的工作情况。以前工程师要开车到高速路 上检查哪些照片灯已经坏掉了，需要维修，但因为车速较快，不能记下所有要检修灯的编号，但通过ZigBee网络，工程师只需坐在计算机，就可以很清楚地监测到整个高速路上照明灯的工作情况，这是目前的一个热点应用。再如，ZigBee技术用于进出的控制，可以记录汽车的进出，也可以在人员进出时用于传输相关指纹来识别数据，进

17、行身份认证。此外，通过ZigBee网络的路由器功能，它还可以用来实时监控煤矿内各点的安全状况，防止事故的发生。在加油站，一些客户不希望布线，他们正在考虑采用ZigBee无线技术来传输相关数据。 在消费类电子方面，ZigBee技术可以替现在的红外遥控，于红外遥控相比，ZigBee的优势在于每一个操作都会有反馈信息，告诉他们是否实现了相关操作。现今我们也可以看到ZigBee用于家庭保安，消费者在家中的门和窗上都安装了ZigBee网络，当有人闯入时，ZigBee可以控制开启室内摄像装置，这些数据再通过Internet或WLAN网络反馈给主人，从而实现报警。当在家电产品如空调，热水器等安装ZigBee

18、模块后，用户可以通过ZigBee无线网络来控制这些产品的开启。 在建筑智能化领域，各种灯光的控制，气体的感应与监测，如煤气泄漏的感应和报警都可以应用ZigBee技术。三表（电表，气表和水表）上采用ZigBee技术，相关管理部门不但可以实现自动抄表功能，还可以监控仪表如电表的状态，防止偷电事件的发生.1.2.2 ZigBee技术的优点与不足ZigBee的工作频率有下面三种标准： （1）868 MHz 传输速率为20 kb/s，适用于欧洲； （2）915 MHz 传输速率为40kb/s，适用于美国； （3）2.4 GHz 传输速率为250kb/s，全球通用。 目前国内都在使用2.4GHz的工作频率

19、，其带宽为5MHz，有16个信道。采用直接扩频（DSSS）方式的OQPSK调制技术。而基于IEEE 802.15.4的ZigBee在室内通常能达到30-50m作用距离，在室外如果障碍物少，甚至可以达到100m作用距离。 ZigBee技术的优势： （1）功耗低。在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。 （2）成本低。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。 （3）网络容量大。每个ZigBee网络最多可支持65535个设备，也就是说每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接。 （4）时延短。针对时延敏感

20、的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。 （5）可靠。采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。 （6）安全。ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。 ZigBee技术的不足： ZigBee技术本身是一种为低速通信而设计的规范，它的最高通信速度只有250kb/s,对一些大数据量通信的场合它并不合适,但是这一特点会逐渐改变,一些 厂商生产的ZigBee芯片目前也突破了这个限制,如CEL公司的ZICM2410，已经 达到1MHz的传输速率。 三、各种短距离通信技术

21、 从结构上来说，WLAN主要是一种服务器-客户端的结构，移动设备扮演的是客户端角色，而服务端是网络中心设备；蓝牙的实现可以使点到点或点到多点的结构；而IrDA技术书的两移动互联设备是点对点的结构。WLAN、UWB、ZigBee技术等可以作为移动Ad hoc网络的底层技术。 UWB和ZigBee技术均可应用于无线数字家庭组网，两种技术优势互补：UWB技术数据传输速率高，在无线数字家庭网络中主要用于传输大容量的影音节目信号；ZigBee技术具有低传输速率、低功耗和低成本的特点，主要用于控制家用电器的启动和关闭，而相对来说，Wi-Fi更多地是用于较大组网区域的接入部分，主要用于数据存取。 Bluet

22、ooth、UWB无线技术能够穿透实心物体；FNC、IrDA、ZigBee无法穿透实心物体，或受障碍物影响较大，因此传送距离和环境大大受限。 从速率上看，大致有： UWBWLANIrDA蓝牙RFID/NFCZigBee 从传输距离上看，大致有： WLANZigBeeUWB蓝牙IrDARFID/NFC1.2.3 ZigBee技术的应用前景ZigBee技术的应用前景被非常看好。ZigBee在未来的几年里将在工业控制，工业无线定位，家庭网络，汽车自动化，楼宇自动化，消费电子，医用设备控制等多个领域具有广泛的应用前景，特别是家庭自动化和工业控制，将成为今后ZigBee芯片的主要应用领域。 在工业领域，利

23、用传感器和ZigBee网络，使得数据的自动采集，分析和处理变得更加容易，可以作为决策辅助系统的重要组成部分。在汽车领域，主要是传递信息的通用传感器。由于很多传感器只能内置在飞转的车轮或者发动机中，比如轮胎压力监测系统，这就要求内置无线通信设备使用的电池有较长的寿命，同时应该克服嘈杂的环境和金属结构对电磁波的屏蔽效应。 在精确农业领域，传统农业主要使用孤立的，没有通信能力的机械设备，主要是依靠人力监测作物的生产状况，采用了传感器和ZigBee网络后，农业将可以逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化，网络化，职能化和远程控制的设备来耕种。 在家庭和楼宇自动化领域，家庭自动化系统作

24、为电子技术的集成得以迅速扩展，易于进入，简单明了和廉价的安装成本等成了驱动自动化居家，建筑开发和应用无线技术的主要动因。 在医学领域，将借助于各种传感器和ZigBee网络准确而且实时地监测病人的血压，体温和心跳速度等信息，从而减轻医生的查房的工作负担，有助于医生做出快速的反应，特别是对重病和病危患者的监护和治疗。 在消费和家用自动化市场，可以联网的家用设备有电视，录像机，无线耳机，PC外设，运动与休闲器械，儿童玩具，游戏机，窗户和窗帘，照明设备，空调系统和其它家用电器。2 搭建环境要想进行嵌入式开发，首先，必须搭建一套完整的嵌入式开发环境。本章介绍了在windows+Vmware虚拟机环境下嵌

25、入式开发环境的搭建。2.1 虚拟机概述用虚拟机软件，你可以在一台计算机上使用多台逻辑计算机，这些逻辑计算机可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等等。总的来说，它只是运行的一个应用程序在物理计算机上，但是在虚拟机中运行的应用程序而言，它就是一台真正计算机。因此，在虚拟机中进行软件应用的时候，系统也一样有崩溃的危险；但是，崩溃的只是虚拟机上的逻辑计算机，而不是物理计算机上的操作系统，并且，使用虚拟机的“Undo”（恢复）功能，你可以马上恢复虚拟机到安装软件之前的状态7。2.2 Linux系统Linux可用于多种硬件平台。Linux是开源的软件，代码的修改维护由世界各地的程序员进行，因此Li

26、nux有可靠保证的应用。可以根据需要进行配置，不需要获得任何的许可证，源代码可以无偿获得。同时Linux网络支持性良好，驱动程序采用模块化设计，开发过程中可动态调试驱动模块，便于开发。有利于添加对新硬件的驱动支持8。Linux是以内核为基础，通过虚拟文件系统支持对各类型物理介质的硬件资源访问。Linux系统提供了具有设备类的面向对象的设备模型、热插拔事件，以及用户空间的设备文件系统，使其更容易进行新硬件设备的扩展与驱动的开发应用。Linux系统有完善的开发工具，用不同的交叉编译工具，匹配不同的嵌入式处理器，建立嵌入式系统开发环境是简单快捷的。不仅如此，Linux系统还继承了UNIX稳定并且有效

27、率的特点，系统稳定，能长期运行而不会出现宕机的现象。2.3虚拟机安装Linux系统虚拟机vmware下安装Linux过程910：第一步:启动VMware，在其主界面“主页”标签页中点击“新建虚拟机”按钮打开新建向导，单击“下一步”按钮；第二步:在虚拟机配置界面中有两个选择:一是“典型”方式，它根据虚拟机的用途自动调整配置;二是“自定义”方式，它允许用户自行设置虚拟机的主要参数。这里用“典型”方式安装，比较方便。第三步:单击“下一步”按钮进入虚拟机操作系统选择界面，可以看到Windows、Linux、Novell等多种不同的系统，这里我们点选“Linux”。 图2.1 系统界面图2.1是安装完成

28、后的虚拟机启动界面，我们这里使用的是Fedora系统，用户为Root，密码123456，是在根权限下进行操作。2.4 超级终端的设定(1) 打开超级终端输入名称图2.6 超级终端连接图图2.7 超级终端端口选择图(2) 选择端口，如果是台式电脑就直接选择COM1，如果是笔记本电脑根据实际情况选择。(3) 端口设置，每秒位数选择115200，数据流控制选择无。图2.3 超级终端端口设置图打开电源启动超级终端，如下图 图2.4 内核启动 Linux启动时BOIS首先加电自检，然后会加载主引导加载程序再加载次加载引导程序，对Linux内核进行映射，初始化进程。3硬件设计根据设计任务要求，自行选择电子

29、元件，画出电气原理图，并调试。一个完整的系统除了主控芯片以外，还需配上电源系统、时钟电路、复位电路等。独立的芯片是不能工作的4.1LPC2138芯片介绍及设计LPC2138是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，并带有32kB的嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构，使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb.模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。较小的封装和极低的功耗使LPC2131可理想地用于小型系统中，具有以下一些特性：小型LQFP64封装8k的片内静态RAM

30、和32k的片内Flash程序存储器。片内Boot装载软件实现在系统/在应用中编程（ISP/SAP）单扇区或整片擦除时间为400ms。256字节行编程时间为1ms。1个10位D/A转换器两个32位定时器/计数器（带四路捕获和四路比较通道）、PWM单元（6路输出）和看门狗实时时钟具有独立的电源和时钟源，在节电模式下极大地降低了功耗多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C接口（400kbit/s）、SPITM和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP。多达47个5V的通用I/O口；向量中断控制器，可配置优先级和向量地址9个边沿或电平触发的外部中断引脚片内晶振频率范围：130M

31、Hz。通过片内PLL可实现最大为60MHz的CPU操作频率，PLL的稳定时间为100us低功耗模式：空闲和掉电。可通过个别使能/禁止外部功能和外围时钟分频来优化功耗。通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。单电源，具有上电复位（POR）和掉电检测（BOD）电路：CPU操作电压范围：3.0V3.6V(3.3V10)，I/O口可承受5V的电压。3.2 Arm实验箱简介 随着微电子技术的快速发展，ARM处理器经历了包括ARM7、ARM9在内的多个发展历程，而ARM11的成熟应用必将为嵌入式的发展带来新的活力，使更高端的产品应用成为可能。与ARM9的5级流水线相比，ARM11拥有一条具有独立的load-

32、store和算术流水的8级流水线，在同样工艺下，ARM11处理器的性能与ARM9相比大约提高了40%。ARM11执行ARMv6架构的指令，ARMv6指令包含了针对媒体处理的单指令流多数据流（SIMD）扩展，采用特殊的设计，以改善视频处理性能。为了能够进行快速浮点运算，ARM11增加了向量浮点单元。所有这些结构上的提高，都是ARM9处理器不可比拟的。ARM11为便携式和无线应用，提供了从未有过的高超性能，并且使我们主要关心的成本和功耗减到最小。ARM11的微架构保证了系统性能可以从基本的350-500MHz范围扩展到最终的1GHz以上。其微架构的高效率表现，允许开发者根据不同的应用来调节时钟频率

33、和电源电压，从而在性能和功耗之间达到最佳的折衷。例如，一个基于ARM11的微架构的处理器在1.2V工作电压下，使用0.13um工艺实现，其功率将不会超过0.4mW/MHz。ARM11微处理器是一种高性能、低功耗的准64位微处理器！对于目前大多数嵌入式应用，一个真正的64位处理器仍然被认为是不必要的，其巨大的功耗和面积让人难以接受。对此，ARM11选择了一个折中的方案，以较小的代价，部分实现了一个64位微架构。ARM11只在处理器整数单位和高速缓存之间，以及在整数单位和协处理器之间实现了64位数据总线。这些64位数据道路允许处理器在一个时钟周期中同时获取两条指令，还允许在一个时钟周期执行多个数据

34、读写指令。这使得ARM11在执行很多特定序列的代码时能够达到非常高的性能，特别是那些允许数据搬移与数据处理并行处理的代码序列。S3C6410是由三星公司推出的一款低功耗、高性价比的RSIC处理器，它基于ARM11内核（ARM1176JZF-S)，可广泛应用于移动电话和通用处理等领域；S3C6410为2.5G和3G通信服务提供了优化的硬件性能，内置强大的硬件加速器：包括运动视频处理、音频处理、2D加速、显示处理和缩放等；集成了一个MFC(Multi-FormatvideoCodec)支持MPEG4/H.263/H.264编解码和VC1的解码，能够提供实时的视频会议以及NRSC和PAL制式的TV输

35、出；除此之外，该处理器内置一个采用最先进技术的3D加速器，支持OpenGLES1.1/2.0和D3DMAPI，能实现4Mtriangles/s的3D加速；同时，S3C6410包含了优化的外部存储器接口，该接口能满足在高端通信服务中的数据带宽要求。由于以上突出的性能表现，著名的苹果公司手机IPHONE就是基于S3C6410处理器。CVT-6410开发板基于三星公司最新的ARM11处理器S3C6410，拥有强大的内部资源和视频处理能力，可稳定运行在667MHz主频以上，支持MobileDDR和多种NANDFlash。CVT-6410开发板上集成了多种高端接口，如复合视频信号、摄像头、USB、SD卡

36、、液晶屏、以太网，并配备温度传感器和红外接收头等。这些接口可作为应用参考帮助用户实现高端产品级设计。CVT-6410开发板采用核心板+底板结构，核心板尺寸规格为5CM6CM，底板尺寸为10.5CM14CM，核心板与底板之间采用4组高质量进口连接器（镍金工艺，接触好、抗氧化），共计320个引脚（804），方便客户进行二次开发，进行各种形式的扩展应用。CVT-6410开发板的设计严格按照CE、CCC等国内外电子产品认证标准，充分考虑高速信号的完整性等电磁兼容措施，确保CVT-6410开发板在严酷电磁环境下的可靠运行。CVT-6410的软件系统目前支持WinCE6.0、LINUX2.6.36、And

37、roid2.3.4以及uC/OS-II，提供标准板级支持包（BSP）并开放源码，其中包含了所有接口的驱动程序，客户可以直接加载使用。另外，该板可连接武汉创维特公司与之相配套使用的串口扩展板、WIFI模块、摄像头模块等。随着微电子技术的快速发展，ARM处理器经历了包括ARM7、ARM9在内的多个发展历程，而ARM11的成熟应用必将为嵌入式的发展带来新的活力，使更高端的产品应用成为可能。3.3数码管倒计时显示硬件设计数码管是一种很普遍的显示器件，数码管的主要部分是七段发光二极管；数码管分为共阴极和共阳极两种，为了保护各段LED，需外加限流电阻。有的产品还附加有一个小数点，因此有人也称之为八段式发光

38、二极管图4.6数码管外形图及阴阳两极连接示意图如图4.6所示，数码管由8个发光段（第八段表示小数点）的不同组合，从而实现十六进制数的显示。通过段选端可以控制数码管显示内容，位选端用于控制整个数码管是否工作：对于共阴极数码管，位选端要接低电平，对于共阳极数码管，位选端接高电平。数码管有两种显示方式：动态显示和静态显示。静态显示让数码管要点亮的数码管同时持续点亮；动态显示则利用了人眼的视觉暂留原理，在一个时间内只点亮一个数码管。如图4.6所示，数码管由8个发光段（第八段表示小数点）的不同组合，从而实现十六进制数的显示。通过段选端可以控制数码管显示内容，位选端用于控制整个数码管是否工作：对于共阴极数

39、码管，位选端要接低电平，对于共阳极数码管，位选端接高电平。数码管有两种显示方式：动态显示和静态显示。静态显示让数码管要点亮的数码管同时持续点亮；动态显示则利用了人眼的视觉暂留原理，在一个时间内只点亮一个数码管。本次设计采用2位一体的数码管，数码管的2条位选线连接ARM的通用I/O口；数码管的8个段选端连接74HC595芯片的并行I/O输出接口，74HC595再与ARM的SPI0模式进行通信，接受ARM发送过来的数据。数码管硬件电路连接图如图4.7所示。如图4.6所示，数码管由8个发光段（第八段表示小数点）的不同组合，从而实现十进制数的显示。通过段选端可以控制数码管显示内容，位选端用于控制整个数

40、码管是否工作：对于共阴极数码管，位选端要接低电平，对于共阳极数码管，位选端接高电平。数码管有两种显示方式：动态显示和静态显示。静态显示让数码管要点亮的数码管同时持续点亮；动态显示则利用了人眼的视觉暂留原理，在一个时间内只点亮一个数码管。本次设计采用一位的数码管控制绿灯通行的计时，这次的设计中，主要是控制南北和东西方向的通行，在同一方向通行时，另两个方向就不允许通行。通行的时间控制为8秒，在8秒倒计时结束时，通行方向发生变化。ZigBee显示截图如下：3.4点阵显示硬件设计点阵内部结构及外形如下，8*8点阵共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1

41、电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮。8*8点阵的工作原理：若要用点阵发光二极管显示汉字或者图形，首先要将图形、汉字、字母放在一个方块内，方格块分成8*8共64个小方格，在方块内写上所需要的内容，在字笔划下落处的小方格里填上“1”，无笔划处填上“0”，这样就形成了一个图形二进制数据。上图是一只8*8阵列的点阵发光显示器，该点阵发光显示器是由8*8阵列组成，共8行，每行8只发光二极管，共64只发光像素，每列的8只发光二极管的所有负极（阴极）相连。每行发光管的正极相连，点阵发光显示器在同一时间只能点亮一列，每列点亮的情况是根据从显示器P1P8送入的数据点亮，要使一个字符在显示器整屏显示，点阵发

42、光显示器就必须通过快速逐列点亮，而且是周而复始的循环点亮，使人眼的暂留视觉效应形成一个全屏字符。 3.2蜂鸣器设计 在ZigBee模块中通过程序控制设计蜂鸣器在方向变化时会发出提示音。具体实现是在绿灯开始时蜂鸣器会响起，以此作为通行的提示。4 功能实现 在本次的课程设计中，主要是基于嵌入式系统和ZigBee的智能交通灯的设计与实现。智能交通灯的设计是控制车辆在十字路口的通行情况，在绿灯开始时，ZigBee模块上的数码管进行8秒的倒计时，同时蜂鸣器发出响声作为提示音。在ZigBee模块显示的同时，Arm实验箱上的点阵以箭头的方向指向转弯通行的情况。4.1 cvt-6410实验箱上点阵的功能实现代

43、码如下：for(j=0;j50;j+)/实验箱上点阵实现东西指挥转弯ioctl(fd, 1, 0x20fe);ioctl(fd, 1, 0x70fd);ioctl(fd, 1, 0x20fb);ioctl(fd, 1, 0xe0f7);ioctl(fd, 1, 0x07ef);ioctl(fd, 1, 0x04df);ioctl(fd, 1, 0x0ebf);ioctl(fd, 1, 0x047f);for(j=0;j50;j+)/实验箱上点阵实现南北指挥转弯ioctl(fd, 1, 0x08fe);ioctl(fd, 1, 0x0afd);ioctl(fd, 1, 0x0ffb);ioctl

44、(fd, 1, 0x02f7);ioctl(fd, 1, 0x40ef);ioctl(fd, 1, 0xf0df);ioctl(fd, 1, 0x50bf);ioctl(fd, 1, 0x107f);实验截图如下：4.2 ZigBee模块上点阵的功能实现实现代码如下：SBuff12 = 0x04SendNum;/zb上的点阵实现东西直线通行的指挥SBuff13 = 0x2eSendNum;SBuff14 = 0x24SendNum;SBuff15 = 0x24SendNum;SBuff16 = 0x24SendNum;SBuff17 = 0x24SendNum;SBuff18 = 0x74Se

45、ndNum;SBuff19 = 0x20SendNum;SBuff12 = 0x00SendNum;/zb上的点阵实现南北直线通行的指挥SBuff13 = 0x40SendNum;SBuff14 = 0xfeSendNum;SBuff15 = 0x40SendNum;SBuff16 = 0x02SendNum;SBuff17 = 0x7fSendNum;SBuff18 = 0x02SendNum;SBuff19 = 0x00SendNum;实验截图如下：4.3 ZigBee模块上数码管功能实现实现代码如下：SBuff110 = 0x00-i-8;/数码管实现东西倒计时8si+;SBuff110

46、 = 0x00-i; /数码管实现南北倒计时8si+;SBuff120 = XorVerifySend(SBuff1);nwrite = write(serial_fd,SBuff1,sizeof(SBuff1);实验截图如下：4.3 ZigBee模块上蜂鸣器功能实现实现代码如下：if(i=0)/当东西刚开始通行的时候蜂鸣器发声SBuff211 = 0x1f+i;SBuff220 = XorVerifySend(SBuff2);nwrite = write(serial_fd,SBuff2,sizeof(SBuff2)；if(i=8)/当南北刚开始通行的时候蜂鸣器发声SBuff211 = 0x1f+i;SBuff220 = XorVerifySend(SBuff2);nwrite = write(serial_fd,SBuff2,sizeof(SBuff2)；