《基于zigbee的汽車高溫報警系統(tǒng)設計》13000字【論文】

PAGE基于zigbee的汽車高溫報警系統(tǒng)設計摘要隨著科技的飛速發(fā)展，各類機動車、非機動車不斷涌現(xiàn)、更迭換代，現(xiàn)如今，各種代步工具已成為人類日常生活中不可替代的一部分，它們極大地提高了我們的生活效率與生活質(zhì)量。對于目前汽車變得越來越多，很多的家庭都擁有自己的汽車作為交通工具。但是于我們大多數(shù)人都缺乏安全意識，近年來，出現(xiàn)了很多次由于家長朋友的疏忽大于導致孩子誤鎖在車內(nèi)，最終因為高溫和窒息死亡的案件?，F(xiàn)在經(jīng)過人們研究發(fā)現(xiàn)，尤其是在酷暑炎熱的夏天。當汽車的車門關閉，車窗也關閉的情況下，在太陽底下暴曬，汽車內(nèi)部的溫度可以達到70攝氏度的高溫，我們?nèi)梭w根本不承受不住的高溫。據(jù)科學研究報告表面，當環(huán)境溫度超過37攝氏的時候，人體便會出現(xiàn)心跳加快，頭暈，惡心，嘔吐的狀態(tài)，隨著溫度的增加，如果人體得不到及時的救助，便很有可能導致死亡。在我國，最近幾年出現(xiàn)多次由于家長的疏忽大于，導致兒童鎖在車內(nèi)高溫窒息死亡的案例，這些案例觸目驚心，以此我們做一個有效的汽車車內(nèi)溫控報警系統(tǒng)就顯得尤為重要。在本研究中，針對日益嚴重的汽車安全問題，提出了一款基于zigee的汽車高溫報警系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有極高的性價比。本設計利用了zigbee的無線通信協(xié)議，有效防止由于疏忽大于，而將兒童或?qū)櫸镦i在車內(nèi)，尤其是在夏天的情況下，導致車內(nèi)溫度過高而產(chǎn)生慘劇的發(fā)生。本設計運用單片機、傳感器、電子信息技術、溫度控制技術與ZigBee協(xié)議的無線傳輸技術與相結(jié)合，從而實現(xiàn)了極具性價比的汽車車內(nèi)智能高溫無線報警功能。該系統(tǒng)充分利用ZigBee無線網(wǎng)絡技術優(yōu)勢，可以用低成本的價格，低故障的概率，來解決車內(nèi)有動物的情況下高溫報警的問題。該系統(tǒng)的整體設計由四部分組成，分別是感器模塊、單片機模塊、ZigBee協(xié)議的無線通信模塊，報警系統(tǒng)模塊。本文不僅設計了高溫報警系統(tǒng)的硬件電路，而且還同時完成了報警系統(tǒng)軟件部分的設計，最終實現(xiàn)了對汽車內(nèi)溫度的實時監(jiān)控和報警功能。我們通過理論分析和實驗測試，最終表明該系統(tǒng)具有低成本、低功耗和組網(wǎng)靈活等優(yōu)點，而且能夠有非常有效的減少老人或兒童由于疏忽大于而導致被誤鎖車內(nèi)高溫窒息安全事故的發(fā)生，具有很高的性價比和實用價值。作為一種電路芯片的單片機，其優(yōu)點包括集成度高、成本低、體積小、設計簡單等，近年來對它的應用研究不斷深入，單片機往往作為主控芯片，結(jié)合硬件、軟件加以設計完善，以完成相應功能。關鍵詞：單片機；zigbee；數(shù)字溫度傳感器；熱釋電紅外傳感器；蜂鳴器；目錄13170第一章設計的背景及前景 7294921.1研究背景 761291.2發(fā)展前景 731581第二章基于ZigBee的汽車高溫報警系統(tǒng)功能概述 989872系統(tǒng)設計總體方案 98461第三章系統(tǒng)硬件電路的設計 11179533.1傳感器模塊 11160903.1.1熱釋電紅外傳感器 1137803.1.2DS18B20數(shù)字溫度傳感器 12232883.2ZigBee模塊 13173983.2.1物理層 15235153.2.2介質(zhì)接入控制子層 15103683.2.3網(wǎng)絡層 1578753.2.4應用層 1671243.3單片機模塊 17265653.4報警系統(tǒng)模塊 21211083.5車窗升降器模塊 227956第四章系統(tǒng)軟件程序的設計 23272884.1程序主體設計流程 23116694.2子程序模塊設計 2317804.3KeilC51軟件應用 2369114.4系統(tǒng)仿真 2321464參考文獻 30-PAGE22-第一章設計的背景及前景1.1研究背景早在三千多年前,中國便出現(xiàn)了馬車,之后漫長的幾千年中,交通工具都圍繞著畜力和人力或者少量的借助自然之力在開展著,直至今日,各類代步機械層出不窮,汽車、輪船、客機等交通工具層出不窮。在這其中非機動車、機動車已經(jīng)發(fā)展成為隨處可見的提升效率的生活必需品。而隨著機動車的普及,人類交通事業(yè)的蓬勃興起,汽車數(shù)量逐年大幅增加,汽車安全問題成為一個不可避免的問題,尤其對于老人,兒童,寵物來說,汽車安全問題等情況時有發(fā)生,而伴隨著人類科技技術的更新升級,物聯(lián)網(wǎng),大數(shù)據(jù)等新興技術正在逐步應用與交通領域,據(jù)此,汽車高溫報警系統(tǒng)設計變成了我們必須關注的問題。由于汽車日益普遍,更多的人也開始使用私家車。但因為保護意識的欠缺,近年來發(fā)生了多起孩子因為父母的忽視而被鎖在車內(nèi),最后造成孩子中毒身亡的悲劇的發(fā)生。而科學研究也表明,在酷熱的夏季,如果將汽車長期處于門窗鎖死車窗緊閉的狀態(tài)下,在陽光照射射一段時間之后,車廂內(nèi)的高溫就可以到達。70°以上,但身體卻不能忍受這種高溫。而科學研究也證實,汽車如果在封閉空氣中的氣溫超過正常人體溫度即37°以上時,人們的身體就會開始發(fā)生頭痛、胸悶、不能呼吸等各種身體不適反應,當氣溫不斷上升,如果身體長期處在其中,就有出現(xiàn)生命危險的可能。而近年來,在世界各地出現(xiàn)了多起孩子被忘在車內(nèi)的事故,最后造成了悲慘的下場。所以一套有效的汽車車內(nèi)溫度預警裝置就變得尤為重要。本產(chǎn)品設計將ZigBee協(xié)議的無線傳輸信息和溫度控制技術相結(jié)合,并運用了單片機、感應器、電子信息技術等，實現(xiàn)了對于汽車智能高溫報警。該控制系統(tǒng)充分發(fā)揮ZigBee等無線互聯(lián)網(wǎng)科技優(yōu)勢,在節(jié)約人員,經(jīng)濟資源的時候,可以高效的完成對車輛內(nèi)是否有被誤鎖在其內(nèi)的檢測,和對車輛內(nèi)高溫情況的實時監(jiān)控與報警。1.2發(fā)展前景隨隨著人類技術更新進步,人們變得日益忙碌,自己可隨意支配的時間也變得越來越少。同時大、中、小城市的機動車、非機動車數(shù)量與日俱增,如何才能更加有效地避免汽車高溫安全是一個重要的問題?；ヂ?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新興科技已經(jīng)逐步被應用于生活的各個領域,為人類生活帶來便捷的同時,需要我們深入思考,利用更加先進的技術更新升級現(xiàn)有技術。近年來,關于單片機控制器的設計與研究也不斷深入,伴隨著在計算機領域的日益滲透發(fā)展,以單片或微型計算機為核心的自動控制調(diào)整與設置以更廣泛的形式使用在日常電子中,而單片機電芯也往往具備了體積小、價格低、集成化度高、壓力低、可靠性強及功能強等優(yōu)勢,如今單片機的應用設計已經(jīng)遍及生活學習。在單片機的應用設計中,并不利用單片機完成整個系統(tǒng)設計,而是往往結(jié)合軟件、硬件設計,其僅作為核心部件來使用。溫度監(jiān)控技術是當今應用最為廣泛的技術之一。機器、電氣、石油、化學等各種制造業(yè)中普遍要求對溫度的監(jiān)測和管理。并且隨著人類生存技術水平的提升,人類對自身的環(huán)境更加重視。而環(huán)境中氣溫的變動對于人類的舒適度以及情緒都有著直接的影響。因此溫度實時監(jiān)控系統(tǒng)有著廣闊的應用前景,可以降低了人工成本,同時可以實時準確地對各類情況進行做出判斷及調(diào)整,有效地降低了發(fā)生汽車高溫導致被困車內(nèi)人員遇險的概率,為人類的安全出行提供便利。

第二章基于ZigBee的汽車高溫報警系統(tǒng)功能概述2系統(tǒng)設計總體方案采用ZigBee技術的車輛高熱告警控制系統(tǒng)主要由以下三種模塊構(gòu)成,主要是溫度傳感器模組,ZigBee技術的無線通信模塊,以及報警系統(tǒng)模組等。其基本原理為在車輛鎖死時,整個控制系統(tǒng)正常工作。當系統(tǒng)啟動時,首先通過紅外線傳感器探測汽車內(nèi)部是否有被誤鎖,一旦有則由溫度傳感器開始對其內(nèi)部的高熱數(shù)據(jù)進行即時測量,否則,整個控制系統(tǒng)關閉工作。當高熱數(shù)據(jù)被傳送給單片機控制系統(tǒng)時,以及在車輛高熱達到一個規(guī)定值時,由單片機控制系統(tǒng)發(fā)送的命令經(jīng)過ZigBee無線網(wǎng)絡傳輸,并發(fā)出告警短信到客戶手機或筆記本電腦。把這幾方面控制系統(tǒng)有效集成到了一塊,這樣的話就能夠做到在汽車車門鎖死后,汽車的內(nèi)部人員被誤鎖之中,并對汽車的內(nèi)部高熱情況進行即時檢測和預警。從而形成的基于ZigBee的車輛高溫預警系統(tǒng)的完整框架。。圖2.1系統(tǒng)設計總體框圖本管理系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)技術在車輛安全檢測體系中的一種運用。通過利用ZigBee的無線信息技術,并融合感應器、數(shù)字單片機等高新技術設計出該管理系統(tǒng),能夠更高效地對車輛內(nèi)環(huán)境信息實施檢測,并具備了價格便宜、低功率、即時性強等優(yōu)勢,同時還設計了相關的應用軟件,有著良好的實用性。但目前而言,基于ZigBee技術開發(fā)的車輛高溫報警控制系統(tǒng)在日常生活中的實際使用范圍還比較小,在未來具有很大的研發(fā)空間和使用發(fā)展前景。該控制器還有可擴展性較強的優(yōu)勢,該產(chǎn)品在實際應用中得到了用戶的認可，其優(yōu)異的性能得到了廣泛的好評。本產(chǎn)品廣泛應用與高速，鐵路，機場，車站，服務區(qū)，港口等區(qū)域，同時產(chǎn)品與發(fā)達國家同系列焊盤水平。來實現(xiàn)不同的要求。傳感器產(chǎn)品控制主要采用的是較廉價的熱釋電紅外感應器和DS18B20數(shù)字溫度傳感器,使得控制器的硬件電路結(jié)構(gòu)簡潔,耗電量較少,節(jié)約空間。該控制器價格低廉,安全性較高,安裝簡單。其集信息采集、分析、數(shù)據(jù)執(zhí)行和通信能力于一身,能有效保障被鎖老人及小孩的人身安全,從而降低了此類事件的發(fā)生率。第三章系統(tǒng)硬件電路的設計3.1傳感器模塊3.1.1熱釋電紅外傳感器紅外傳感器電路也是電子產(chǎn)品中最常用、最基礎的感應器系統(tǒng)之中。紅外傳感器既可以監(jiān)測物質(zhì)的運動速度,又可以監(jiān)測物質(zhì)的能量等性質(zhì),在紅外線光譜中,任何物質(zhì)都會產(chǎn)生人眼看不到的熱輻射,而紅外感應器可以利用發(fā)射光來感應周圍的環(huán)境,這種感應器類似于人體的視覺感應,也可以用于偵測障礙物,是在實時監(jiān)測中最常見的應用之一。本設計使用的類型是HC-SR501的熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)。熱釋電紅外感應器在此體系中的主要功用,是通過感受車輛與人之間所產(chǎn)生或發(fā)出的紅外線輻射,確定將車門鎖死后的汽車車內(nèi)是否有人。該感應器的基本結(jié)構(gòu)包括二個并聯(lián)的紅外線傳感單元,在車內(nèi)無人時,此時只是車內(nèi)的背景照射,另外二個傳感單元都不會產(chǎn)生輸出訊號;但當有人在車內(nèi)的時候,對人體的所產(chǎn)生紅外線照射就會被其中一個傳感單元所感知到。為了有效減少干擾輻射,HC-SR501熱釋電紅外傳感器實物圖如圖3.1.1所示。1.1HCSR501熱釋電紅外傳感器實物圖HC-SR501的熱釋電紅外感應器具有VCC、VCC、OUT三種接口。工作時,通過VCC和VCC插針直接與Zigbee端口上的VCC和GND連線進行供電,通過OUT插針直接與端口上的P零點一口連接,電路接線圖如圖3.1.2所示。通過熱釋電紅外線感應器探測到人體紅外線傳感器并輸入到單片機,單片機中的軟件通過感應器提供的高低電壓信息,在車輛鎖死時對車內(nèi)是否人進行精確判別,獲取具體數(shù)據(jù)。圖3.1.2熱釋電紅外傳感器電路接線圖3.1.2DS18B20數(shù)字溫度傳感器本系統(tǒng)所使用的是DS18B20數(shù)碼溫度傳感器。該感應器的可測量的溫度范圍從零下五十五℃至一百二十五℃之間,而它的最大分辨率則是零點五℃。該感應器同時使用了數(shù)字模塊采集高新技術和溫度傳感器高新技術。另外,DS18B20數(shù)碼溫度傳感器中還含有一種帶NTC功能的溫度測量元器件,它可以與一種高性能的八位單片機技術相連接,而此傳感器技術和單片機是單線連接,所以只需有一條線相連就能實現(xiàn)關于環(huán)境溫度信息的數(shù)碼讀寫。所以,本產(chǎn)品具備了質(zhì)量優(yōu)、熱響應好、抗干擾能力強等優(yōu)勢。和熱敏電阻式溫度傳感器一樣,DS18B20數(shù)碼溫度傳感器也擁有數(shù)字式檢測控制系統(tǒng),它能夠?qū)⑵噧?nèi)的溫度測量信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號,并將該數(shù)值信息傳送給單片機控制系統(tǒng),而通過單片機程序就能夠?qū)崿F(xiàn)溫度控制讀數(shù)和指示以達到對預定值報警的目的,使得該感應器測溫準確度特別高,且穩(wěn)定性也特別好。而DS18B20數(shù)碼溫度傳感器的內(nèi)在構(gòu)造,如圖3.1.3所示。1.3DS18B20數(shù)字溫度傳感器結(jié)構(gòu)另外,DS18B20數(shù)碼溫度傳感器也是能夠通過九位數(shù)據(jù)進行讀出溫度控制,其典型的轉(zhuǎn)換時間約為一秒,但速率卻相當快。這種數(shù)字溫度傳感器傳感器能夠直接和單片或微型計算機進行相連通過寄生供電的方式。這樣的話就可以不用外部的電源來供電,而且還能夠獲取單線通信的電源，從而還可以大大減少了連線過程時間。如圖3.1.4所示為此DS18B20數(shù)字溫度傳感器的連接電路圖。此溫度傳感器和熱釋電紅外線感應器將所探測到的車內(nèi)有人或被誤鎖的數(shù)據(jù)傳遞到單片機控制器,并進行操作。在運行中可以將該系統(tǒng)安裝到車的座位上,其溫度傳感器能夠即時檢測車內(nèi)環(huán)境溫度,同時將信號發(fā)送到單片微型機相應終端;單片機通過系統(tǒng)的設置,當環(huán)境溫度達到三十七年℃,單片機使用基于zigbee技術的無線通信功能向預設的用戶手機或筆記本電腦的顯示終端發(fā)出報警消息。.4DS18B20數(shù)字溫度傳感器連接電路圖3.2ZigBee模塊系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設計建立在ZigBee中CC2530芯片之上。其優(yōu)點是近距離、較少復雜度、自組裝、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合于自動和遠程遙控領域,并能夠植入各類裝置。總之,ZigBee是一個方便的,低功率的近距離無線局域網(wǎng)技術。ZigBee技術是一個中低速短距離傳送的無線協(xié)定。ZigBee的協(xié)定由下至上,它們是在物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層與媒體訪問控制層與IEEE802.15.4標準的規(guī)定。該晶片的功能非常強勁。實際應用時,把所需要的傳感器接到ZigBee模塊上,就可以完成信號收集功能。核心芯片上使用了TI有限公司的產(chǎn)物CC2530。CC2530也是TI有限公司發(fā)布的真正意義上的SoCZigBee產(chǎn)物。在CC二千五百三十片上的系統(tǒng)功能模塊,整合了CC2420RF收發(fā)信機,此模塊具有很強的抗干擾性能和靈敏性并支持2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議[3]。CC2591[4]是美國TI集團提出的一種新型高性能、廉價的RF前端,可使輸出功率增加至+22dBm,接收機的靈敏度也增加至+六dB。水質(zhì)感應器使用了美國Dallas集團提供的單軌制數(shù)字式德克羅蒙溫度傳感器DS18B20,它把從現(xiàn)場收集到的水溫數(shù)值直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,傳遞到了CC二千五百三十的IO口。CC2530的電路圖如圖3.2.1所示。2.1ZigBeeZigBee技術的無線通訊網(wǎng)絡基礎是構(gòu)建于IEEE802.15.4的規(guī)范上,但是因為IEEE802.15.4規(guī)范中僅界定了物理層協(xié)定和MAC層協(xié)定,因此還必須建立一個ZigBee的技術聯(lián)盟,而ZigBee技術聯(lián)盟能夠?qū)ζ浠ヂ?lián)網(wǎng)層協(xié)議和API加以規(guī)范,并且還發(fā)展出了安全層。經(jīng)過了ZigBee聯(lián)盟對IEEE802.15.4規(guī)范的進一步完善后,這才真正建立了ZigBee的技術協(xié)議棧(Zstack)。ZigBee技術協(xié)議棧如圖3.2.2所示。2.2ZigBeeZigBee將數(shù)據(jù)傳輸速度降低至十KB/s至二百五十KB/s之間,其協(xié)議棧主要專注于中低速度傳送應用,而且ZigBee技術傳輸耗電量也非常低,在如此低耗電量的待機模式下,市場上二節(jié)普通五號電池就可以用一二年之久。Zigbee終端的實物圖如圖3.2.3所示。。圖3.2.3Zigbee終端的實物圖3.2.1物理層資料傳送的主要作用包括:通道選擇;信道功率測試ED(EnergyDetect);空閑通道評估CCA(ClearChannelAssessment);無線通道收發(fā)統(tǒng)計PPDU(PHYProtocolDataUnit);接受包鏈路質(zhì)量LQI(LinkQualityIndication)的測量;物理層則提出了868-868.6MHz、902-928MHz和2400-2483.5MHz三個載波頻率供選擇,其應用區(qū)域依次為亞洲、美國、甚至全球。此采用了Q-QPSK調(diào)制方式,三個頻段均各自達到了20kbps、40kbps和二百五十kbps的最高速率。3.2.2介質(zhì)接入控制子層IEEE的八百零二系列規(guī)范,將數(shù)據(jù)鏈路層細分成邏輯鏈路層(LLC:LogicalLinkControl)和MAC兩子層。LLC子層在IEEE802.6規(guī)范中定義,與八百零二規(guī)范系統(tǒng)所共用;而MAC子層協(xié)議則依賴于相應的物理層。IEEE802.15.4的MAC子層可以支撐多個LLC規(guī)范,并且透過服務指定的匯聚子層(SSCS:Service-SpecificConvergenceSublayer)協(xié)議支撐IEEE802.2協(xié)定的第一種型態(tài)的LLC規(guī)范,并且還可以任何LLC規(guī)范中直接應用IEEE802.15.4MAC子層的功能。LLC子層的主要功用是實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息包的拆分和重構(gòu)、實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息包按次序傳送及其對數(shù)據(jù)傳輸安全性的保證與管理。在MAC子層和LLC子層相互之間的連接中,作為管理目的的源語僅有二十六條,而相對于藍牙技術的一百三十一條源語和三十二個事件而言,IEEE802.15.四MAC子層的工作復雜性非常小,也不要求高速處理器,從而減少了耗電量和降低成本。因為MAC層在服務協(xié)議集合層(SSCS)與物理層中間形成了一種聯(lián)系。在圖二負三中我們能夠看到,在MAC層兩個不同行業(yè)的連接端實現(xiàn)著二種不同的MAC層行業(yè):MAC層透過它的公共部分子層行業(yè)連接端為它供給數(shù)據(jù)業(yè)務;MAC層透過它的管理實體行業(yè)連接端為它供給管理業(yè)務。3.2.3網(wǎng)絡層Zigbee網(wǎng)絡層的主要作用是給出一個適當?shù)膮?shù),保證MAC層能正常運行,同時為應用層提出適當?shù)挠脩暨B接。為給應用層增加其連接,網(wǎng)絡層設計了二種必要的主要功能支持實體,它們是數(shù)據(jù)信息服務實體和信息管理業(yè)務實體,如圖二負四所示。計算機網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)管理實業(yè)通過網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)管理實業(yè)業(yè)務連接點進行數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務,而數(shù)據(jù)管理實業(yè)則通過網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)管理實物業(yè)務接入端進行網(wǎng)絡系統(tǒng)管理業(yè)務。互聯(lián)網(wǎng)層管理實物使用互聯(lián)網(wǎng)底層數(shù)據(jù)實體進行了一些對互聯(lián)網(wǎng)的管理,同時互聯(lián)網(wǎng)層管理實物進行了對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的保護和管理。網(wǎng)絡層的實體使用網(wǎng)絡管理服務,并允許應用和堆棧交互。它也允許以下業(yè)務:安裝一種新的應用。為了確保系統(tǒng)正常運行的要求,系統(tǒng)必須擁有足夠堆?？臻g,以適應安裝的要求。安裝方案包含了一組Zigbee協(xié)調(diào)裝置,包括對一組已有的網(wǎng)絡裝置的系統(tǒng)初始化處理。最初化一種網(wǎng)絡系統(tǒng)。通過最初化,使其具備創(chuàng)建一種新網(wǎng)絡系統(tǒng)的功能。接通或或切斷互聯(lián)網(wǎng)。電氣設備擁有接通或斷開一條互聯(lián)網(wǎng)的功能,并且為設備設置的Zigbee協(xié)同器或路徑器,擁有使電氣設備和互聯(lián)網(wǎng)斷開的功能。尋址。而Zigbee協(xié)同器和路徑器具有為要進入互聯(lián)網(wǎng)的電氣設備分派位置的功能。路由設備出現(xiàn)。具有找到和保存能夠有效傳輸消息的網(wǎng)絡路徑的功能。由鄰居機器出現(xiàn)。其實現(xiàn)以下業(yè)務:產(chǎn)生網(wǎng)絡層協(xié)議數(shù)據(jù)信息單位(NPDU)。指定拓撲的路由。如圖三點二.四,計算機網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)單元系統(tǒng)(計算機網(wǎng)絡層幀結(jié)構(gòu))的主要構(gòu)成包括:網(wǎng)絡層幀報發(fā),包括幀控制、位置和序列數(shù)據(jù);網(wǎng)絡層幀中的可變長有效負載,包括幀類別和特定的統(tǒng)計信息。表3.2.4網(wǎng)絡層幀格式3.2.4應用層使用會聚層將是負責把不同的應用對象映射到Zigbee的技術網(wǎng)絡上,具體而言分為:安全性和鑒權、多業(yè)務數(shù)據(jù)流的輻合、設施發(fā)現(xiàn)、服務發(fā)現(xiàn)。使用層主要由使用支撐子層(APS)、Zigbee設備應用對象(ZDO)及其廠商定制的應用對象所構(gòu)成。使用支撐子層(APS)的功能主要是維護設施綁定表,它將具備按照行業(yè)情況及需要配對相應設施的功能,并可以透過工作界線上的設施轉(zhuǎn)發(fā)消息。而APS的另一個功能則是設施發(fā)掘,它將可以找到正在工作區(qū)域內(nèi)運行的其它設施。ZDO的主要工作內(nèi)容是界定在網(wǎng)內(nèi)其它設施的身份(如Zigbee協(xié)調(diào)器或末端設備)、發(fā)出或應答綁定申請、在網(wǎng)路設施間構(gòu)建信息安全管理機制(如確定公用鑰匙、對稱密鑰等)等。由廠商所界定的運行對象,按照Zigbee技術界定的使用說明進行具體的運行。應用層幀格式如表3.2.5應用層幀格式所示。表3.2.5應用層幀格式應用設備提供支持子層為互聯(lián)網(wǎng)層和使用層之間進行連接,并實現(xiàn)可以與ZDO和廠商特定使用設備所共享的業(yè)務。這些業(yè)務通常使用二種實物來完成:應用支撐子層數(shù)據(jù)實體(ApplicationSupportSub-layerDataEntity,APSDE)和應用支撐子層管理實物(ApplicationSupportSub-layerManagementEntity,APSME)。主要應用于在子層負責管理的事業(yè)實體,透過與其關聯(lián)的服務業(yè)務存取點(ServiceAccessPoint,SAP)進行數(shù)據(jù)的管理業(yè)務;應用領域支撐子層管理實體使用與其關聯(lián)的SAP系統(tǒng)實現(xiàn)功能上的信息服務工作,同時也將被信息管理的設備信息保存到應用領域支撐子層信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中(APSInformationBase,AIB)。應用領域支撐子層使用模式,見圖3.2.6所示。圖3.2.6應用層支持子層參考模型3.3單片機模塊入式單片機簡稱為微控制器,是一個嵌入式的集成電路芯片,它利用了超大面積范圍嵌入式集成電路工藝技術,將可管理數(shù)據(jù)的中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM、計時器/計量器、進入輸出接口、中斷裝置等都整合到了一塊硅片上,從而形成了一臺小而完備的迷你計算機系統(tǒng)。所有的兼容于Intel8051指令系統(tǒng)的機器人,即是五十一機器人。五十一系列單片機的鼻祖為八千零四單片機,其概念由Intel公司提出,之后由于快閃存儲器的成功開發(fā),該單片機已發(fā)展為目前在工業(yè)自動化方面應用最為普遍的通用單片機之一。同時,51單片機還是一款應用簡便的入門級通用單片機,非常適合于初學者的掌握,在校園教學實驗中大量運用,經(jīng)設計可實現(xiàn)各種功能系統(tǒng)。單片機的最小應用系統(tǒng)設計是以單片機芯片為基礎,并在其成就基礎上實現(xiàn)了外圍電路擴展,使單片機可以正常工作并應用于測試系統(tǒng)中的電路。在以單片機為控芯片的控制系統(tǒng)設計流程中,未采用最少的內(nèi)部元器件保證單片機實現(xiàn)順利運轉(zhuǎn),其需要包含單片機本身、晶體振蕩器集成電路、恢復回路、電源組,其中,單片機實現(xiàn)最小外圍集成電路的三主要部分為開關電源、恢復回路和晶體振蕩器集成電路。(1)電源在人們的日常生活中,計算機一般必須電源供應方可正常運行。目前主流單片機的供電存在三點三V和五V兩種標準,但同時也存在部分特定場合,單片機系統(tǒng)采用了更小的電流。本系列中使用的STC89C51,所需要的供電系統(tǒng)都是五V。供電電路的具體是VCC引腳(40號導路)接電源正極,通常是+五V,GND引腳(20號導路)接在開關電源負極,通常是接地,同時可以在VCC和GND之間接一個電容。(2)晶振電路石英晶體振蕩器又稱晶振,這種溫度傳感器的主要優(yōu)點是工作精度高而且穩(wěn)定性很強,晶體振蕩器集成電路又稱為時鐘集成電路,晶體振蕩器的集成電路就如同起搏器,給STC89C51主控芯片的正常工作帶來了平穩(wěn)的時刻信息,而單片機控制器的所有工作也都是按照這個時鐘頻率完成的,起作用就是利用一種外界集成電路來給單片微型計算機的正常運作提供一種時刻基礎,而晶體振蕩器電路工作中會形成幅度、頻率等都非常平穩(wěn)的正弦波信號,當單片微型計算機正在正常工作時,就需要產(chǎn)生一個脈沖信號來作為執(zhí)行命令的觸發(fā)信息,它內(nèi)部一切的工作也都是以這種時刻信息作為時刻基礎來完成正常工作的。晶振值越大,意味著單片機的執(zhí)行運作效率越高,但往往在電子產(chǎn)品的設計開發(fā)中,性能好壞并不直接與其運行處理速度成正比,只有當速度與情況匹配且適度的情況下才是最好的,速度越快的電路往往抗干擾的能力較差,可靠性也隨之降低。在晶振電路中,我們在石英晶片的二極板之間加入了一個電場技術,此時在電場的作用下晶片會發(fā)生物理變形;反過來,當我們在兩個極板間施加外力,兩極板間就會產(chǎn)生相應的電場作用,正是晶片的這一特性讓我們可以加以利用,成為諧振的重要一環(huán)。使用上面的特性,如果當我們在晶片的二極板之間施以交變電壓時,晶片會反復在相反方向上形成物理變形,而這種變形震動優(yōu)惠產(chǎn)生交替變換的電場,這種電場的變換頻率及其振動幅度相對穩(wěn)定,因此,石英晶體的特點是高頻穩(wěn)定。石英晶體振蕩器通常分為無源和有源兩種,二者都可以為單片機系統(tǒng)工作提供時鐘基準。有源晶體振蕩器相比無源晶振可以提供更優(yōu)的信號,且其操作更加簡單,而在無源晶體振蕩器中,如果需要正常工作還需要振蕩器,其外圍電路與晶振配套,二者只能同時更改其,且無源晶振所產(chǎn)生的信號穩(wěn)定度、精度等性能較差。在電路實現(xiàn)中,我們可把晶振電路作為用一個電阻先并聯(lián)一個電容器,后再和另一電容器相并聯(lián)。晶振在這種相對較窄的頻譜范圍內(nèi)和電子傳感器的功能相同。在此基礎上,如果知道在晶體振蕩器的二端可以串聯(lián)相應的電容器,就會產(chǎn)生一種并聯(lián)諧振電路。在STC89C51芯片中的十八腳和十九腳的晶體振蕩器插針,我們先連接了一個十二M的晶體振蕩器(它每秒鐘振蕩12M次),然后再加入了兩個二十p法的電容器,電容主要是為了讓晶體振蕩器起振,同時保證了振動信號的可靠性。如圖3.3.1單片機最小系統(tǒng)晶振電路原理圖。如圖3.3.1單片機最小系統(tǒng)晶振電路原理圖。圖3.3.1單片機最小系統(tǒng)晶振電路原理圖復位電路恢復電路功能旨在使該系統(tǒng)再次回歸初始化狀態(tài),此功能等同于在計算機中的重啟功能,當個人電腦出現(xiàn)死機的情形下,其重新啟動按鍵將強行再次開啟計算機,同理在該系統(tǒng)中,如果受到各種影響導致程序執(zhí)行出錯的情況,此時可以通過單片機中的復位電路來完成單片機的重新啟動。這樣就可以合理有效地解決運行過程中的一些問題,讓程序可以穩(wěn)定、正確地執(zhí)行。此復位電路即在整個系統(tǒng)接通后,單片機的復位插針將進入下一次高電平,通常,當單片機的復位插針持續(xù)存在于二個機器周期之間的高電平狀態(tài)時,單片機就會發(fā)生復位操作圖3.3.2高電平復位電路及低電平復位電路恢復回路一般包括上電復位回路和按鈕自動復位回路二類。上電復位法(如圖3.8)進行恢復的基本原理利用了電容器能夠充滿的特點,即在供電導通的瞬間,單片機獲得的RST端的電位必須與VCC值一致,即在上海電力學院的瞬間給出了一種與正常運行情況下完全相反的電平,因此我們可以采用電容電壓不可變形的原則,使電容和電阻并聯(lián),在上海電力學院時,由于電容器無法充滿,二端電流為零,此時,產(chǎn)生恢復脈沖,開關電源持續(xù)的為電容充電,直到電容二端電壓都低于供電要求,RST的電位才變?yōu)樽畹碗娖?單片機進入了正常運行階段。按鍵恢復集成電路中可以使用按鍵來控制單片機的恢復動作,但在上電復位電路中,顧名思義,必須要在單片機接上電源的瞬間就自動進行恢復處理。在按鍵恢復集成電路中,當鍵被按下,單片機就立即無條件進行恢復動作,并強制執(zhí)行初始化時間操作,然后從頭開始運行程式。針對高電平復位電路,在按下復位鍵時,恢復端被垂直拉到高電平,使單片機實現(xiàn)恢復。而針對低電壓復位電路,按下復位鍵后,恢復端被垂直拉到低地端,使單片機實現(xiàn)恢復。圖3.3.3高電平按鍵復位電路及低電平按鍵復位電路在STC89C51芯片中的9腳是復位引腳,我們接一個高電平按鍵復位電路實現(xiàn)系統(tǒng)的復位功能,有效解決系統(tǒng)在在受到各類影響后程序執(zhí)行出現(xiàn)錯誤的問題。圖3.3.4單片機最小系統(tǒng)復位電路原理圖3.4報警系統(tǒng)模塊本系列所使用的聲音報警裝置是一個能夠被用在危險場合并且可以通過產(chǎn)生聲響和閃爍來向人類告警的聲光報警裝置。,如果環(huán)境溫度高于預設值,單片微式電腦通過接受到的數(shù)字信息后,內(nèi)部定時器就會產(chǎn)生一個按一定規(guī)律變換的PWM(脈寬調(diào)制)信號,此PWM信息通過由內(nèi)部充氣三極管等所組成的驅(qū)動電路來驅(qū)動蜂鳴器和指明燈,此時蜂鳴器就會響同時指示燈會產(chǎn)生燈光的閃爍，以此來向車主產(chǎn)生告警。本系列的聲光報警裝置電路3.4所示圖3.4聲光報警器電路3.5車窗升降器模塊車窗戶升降機的主體部分,是一種由三級管、MOS管、馬達、電源等所組成的窗戶升降系統(tǒng)。此窗戶升降系統(tǒng)主要用于控制車輛的門窗玻璃的升降。當HC-SR501熱釋電紅外感應器探測到有人被鎖在車內(nèi)時,此模塊通過DS18B20數(shù)碼溫度傳感器實時檢測車內(nèi)環(huán)境溫度發(fā)生的變化,當室溫達到規(guī)定值,單片機控制器通過收集到的數(shù)字信息后,發(fā)出了控制車窗玻璃降下的信息,該信息通過充氣三極管的啟動電路和MOS管的開關電路,控制車窗電機旋轉(zhuǎn),從而達到汽車窗玻璃降下,并使車上的行人通風的目的。該型車窗提升機的窗戶下降系統(tǒng),3.5所示。圖3.5車窗升降電路第四章系統(tǒng)軟件程序的設計4.1程序主體設計流程圖4.1系統(tǒng)總流程圖4.2子程序模塊設計首先,在門窗鎖死之后,控制系統(tǒng)進行了初始化。當車內(nèi)沒有無熱釋電或紅外傳感器激發(fā)時,將單片機控制系統(tǒng)關掉。當站點內(nèi)人走時,利用熱釋電紅外傳感器將人的消息傳遞給機器人,并當機器人識別到站點內(nèi)人的消息后并在機器人確定溫度控制到達預設值后,利用ZigBee無線通信模塊,向車手進行短信告警。當用戶收到消息后,能快速地采取相應行動,以防止風險的出現(xiàn)。4.3KeilC51軟件應用KeilC51是由美國Keil軟件技術有限公司開發(fā)的基于八千零五十一系列單片機結(jié)構(gòu)的一種IDE,支持C語言,匯編語言等,是一種適應性極強、功能強大的IDE。C語言和匯編語言比較,擁有更高的可讀性、結(jié)構(gòu)也更為清晰明了、功能更為強大,而且在后期的可維護性更好,而C五十一則繼承了C語言,是運行在五十一內(nèi)核上的單片機平臺。KeilC51還提出了集成宏匯編、C翻譯器、仿真調(diào)試器、庫管理系統(tǒng)、接口等方面的一套整體設計開發(fā)工具方案,主要包括AX51、BL51、CX51、LIB51、LX51、OH51六大模塊。目前,AT89系列、STC89系列、STC12系列單片機廣泛適用于我們的生活中。4.4系統(tǒng)仿真Proteus是當今世界上有名的模擬軟件產(chǎn)品,它由加拿大LabCenterElectronics有限公司推出,既具有對任何模擬軟件系統(tǒng)的高仿真功能,還可以模仿機器人及外設元件,是一種全新的嵌入式系統(tǒng)軟件、硬件設計與模擬平臺。Proteus從原理圖布圖設計、編程測試到單片機產(chǎn)品設計和外圍系統(tǒng)的協(xié)調(diào)模擬,最后一鍵轉(zhuǎn)換到PCB產(chǎn)品設計,真實完成了從工程設計到生產(chǎn)過程的全面設計。同時,Protues可與KeilC的聯(lián)合仿真。圖4.4Proteus仿真圖

MAX487芯片是把串口轉(zhuǎn)成485總線,串口是ttl電平,485總線是另外一個電平,一個組線形式的,上面可以并聯(lián)很多個節(jié)點。但是串口就是點對點的,如果是串口通信的話只能點對點,他不能夠?qū)芏鄠€。485總線可以實現(xiàn)對很多個,可以對溫度采集模塊和車窗模塊進行一個廣播。MAX487芯片就是把串口的ttl電平轉(zhuǎn)換成485總線的電平。在轉(zhuǎn)化的同時有一個區(qū)分就是串口的雙工的,可以發(fā)的同時也可以進行數(shù)據(jù)的接收。485總線是單總線,是單工的,所以只能發(fā)送或者接收,只有一種狀態(tài)。這個RE和DE引腳,是互為相反的,他們兩個并在一起,接到3.2端口上。當他為低電平的時候,就是readdate,芯片工作在接受模式?？偩€上的所有數(shù)據(jù)會轉(zhuǎn)化到MAX487的RO引腳,到單片機的receive引腳。這個時候的TXD引腳是無效的,所以這個時候總線上的數(shù)據(jù)是不會有變化的。如果要報警模塊的芯片總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的時候,就把MAX487的DE引腳拉高,這個時候RE引腳失效,此時MAX487工作在發(fā)送模式,此時DI上的電平變化會轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)發(fā)送到485總線上,此時RO引腳是失效的。如圖4.5是報警節(jié)點圖,同時通過熱釋電紅外也檢測車內(nèi)是否有人。如圖4.6發(fā)動機機艙的節(jié)點圖,通過DS18B20獲取車內(nèi)的溫度,同時獲取發(fā)動機的運行狀態(tài)。如圖4.7車門上節(jié)點圖,用來檢測車窗的一個狀態(tài),車窗是否升到頂,車窗是否降到底,若兩個都不在的話,車窗就是在一個中間位置,最后一個是來檢測車門是否關閉。三個節(jié)點是通過485總線來模擬zigbee的廣播通信,給DS18B20配備了一個LDE顯示器,用來檢測單片機讀取到的系統(tǒng)的溫度是否在我們設置的模擬仿真的溫度相同。圖4.5報警節(jié)點圖圖4.6發(fā)動機倉節(jié)點圖圖4.7車門節(jié)點圖開始仿真，第一步打開電源，開始運行，報警節(jié)點會檢測熱釋電傳感器的狀態(tài)，同時獲取另外兩個節(jié)點上報給其的狀態(tài)，其中有一個數(shù)組，數(shù)組里面每一個字節(jié)代表著是每一項對應的值。是一個status,總共定義了四個，分別是溫度，發(fā)動機狀態(tài)，車門狀態(tài)，車窗的狀態(tài)。我們設定的是當發(fā)動機引擎關閉的狀態(tài)，窗戶沒有完全打開的狀態(tài)下，車門是關閉的時候，紅外傳感器等于0也就是車內(nèi)有人的時候，在溫度大于34度的時候，Buzzer=0蜂鳴器產(chǎn)生一個報警，同時向廣播里面?zhèn)鞑ヒ粋€命令MOTORSTART，讓電機開始旋轉(zhuǎn)，讓我們把車窗給降下來。直到車窗降下來之后，電機就退出此循環(huán)，繼續(xù)看溫度是否大于34攝氏度，若小于24攝氏度，就取消報警。PAGE參考文獻王瑞瑛,楊祖芳,曾鶴瓊.“Protel99SE”教學研究與實踐[J].科教文匯(中旬刊),2015(01):60+63.杜新珂.超聲波測距在智能導盲系統(tǒng)中的應用[D].南京理工大學,2012.李鐘婧.電磁式酸堿濃度傳感器的研究[D].黑龍江大學,2010.何曦光.改進型室內(nèi)安防系統(tǒng)的研究[D].武漢理工大學,2008.樓俊君.基于STC89C51的簡易秒表的設計[J].福建電腦,2015,31(09):116+145.徐玉召,戴德偉,劉義,郭紅波.基于單片機的電子密碼鎖硬件系統(tǒng)設計[J].電腦知識與技術,2019,15(09):212-214.牛亞莉.基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)設計[J].電子設計工程,2020,28(18):136-139.潘琳.基于STC89C52單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)設計[J].時代農(nóng)機，2018，15（8）:89.ChengHuiYang.AKindofTrafficLightControllerSimulationDesign[J].AdvancedMaterialsResearch,2014,2879.翟明欣.一種帶中斷的單片機交通燈控制系統(tǒng)[J].集成電路應用，2019，15（9）:78-79.付振華，紀祥，趙坤旭.基于YOLO算法的智能交通燈控制系統(tǒng)模型[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2019，21（9）:12-13.曹競豪，徐天偉，鄭鵬.基于單機片的智能交通紅綠燈控制系統(tǒng)設計[J].科技創(chuàng)新與應用，2017，26（16）:78.YuChen.ResearchanddesignofintelligentdistributedtrafficsignallightcontrolsystembasedonCANbus[P].InternationalSymposiumonAdvancedOpticalManufacturingandTestingTechnologies(AOMATT),2007.張卿，曹曉平.基于FPGA的智能交通信號控制器設計[J].山東工業(yè)技術，2017，16（16）:141.曲奕.分布式智能交通信號燈控制系統(tǒng)的設計[J].電子技術與軟件工程，2017，19（24）:26.高正中，許煥奇，雷倩，等.基于PLC的旋流器自動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術，2016，39（17）:98-101.LiZhongbo.Electronicdesignandsimulation,[M].Beijing:MechanicalIndustryPress,.(2007).Lanjiangqiao,Caohanfang.Moderndigitalcircuitdesign,[M].Beijing:HigherEducationPress.(2006).呂星宇.計算機網(wǎng)絡自動檢測控制系統(tǒng)軟件開發(fā)設計[J].現(xiàn)代電子技術，2017，40（1）:99-103.ZhangTao.Prote199simulationtechnologyinthedesignofelectroniccircuitapplications"[J]."MaomingCollegeNews,(2000).Yaoyafu;Penghao;hierarchicalfuzzycontroloftrafficlightintersectionDev