基于ARM的車輛檢測(cè)系統(tǒng)控制單元電路設(shè)計(jì)

由于交通需求的不斷增加,有越來越多的環(huán)形感應(yīng)線圈檢測(cè)器用于交通檢測(cè)。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測(cè)到車輛通過時(shí)的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。交通流量是交通統(tǒng)計(jì)和交通規(guī)劃的基本數(shù)據(jù),通過這些檢測(cè)結(jié)果可以用來計(jì)算占用率(表征交通密度),在使用雙線圈模式時(shí)還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)對(duì)于交通管理和統(tǒng)計(jì)是極為重要的。通常高速公路車輛檢測(cè)系統(tǒng)由多通道環(huán)形檢測(cè)單元LD4和控制單元CCU組成,本文采用PHILIPS公司最新推出的ARM7內(nèi)核微處理器LPC2114設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了車輛檢測(cè)系統(tǒng)控制單元部分,并且和5個(gè)LD4環(huán)形檢測(cè)器一起構(gòu)成10通道高速公路車輛檢測(cè)系統(tǒng),其原理框圖如圖1所示。

圖1 車輛檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖

圖2 控制板系統(tǒng)原理框圖

總體方案設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的控制板系統(tǒng)原理框圖如圖2所示,以LPC2114為核心控制單元,該芯片是一種支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位基于ARM7TDMI-S 內(nèi)核的CPU。內(nèi)部集成了4路10 位A/D轉(zhuǎn)換器,兩個(gè)32位定時(shí)器、一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門狗,多個(gè)串行接口,包括兩個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的UART、高速和兩個(gè)SPI總線接口,外部多達(dá)46個(gè)與TTL電平兼容的通用I/O口,非常適用于作為主控單元。CPLD EPM7128作為微處理器的擴(kuò)展輸入/輸出,通過光電耦合和LD4標(biāo)準(zhǔn)定義總線相連,該標(biāo)準(zhǔn)定義的總線基于RS-485總線通信協(xié)議。LD4和控制板通過標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,控制板每隔10秒掃描并發(fā)送一次請(qǐng)求數(shù)據(jù)的命令,相應(yīng)LD4通道返回請(qǐng)求數(shù)據(jù)或者無效信息,ARM處理器對(duì)獲得的各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算處理。每隔用戶設(shè)定的間隔時(shí)間就將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于靜態(tài)RAM,供中心站定時(shí)獲取,同時(shí),以分鐘為單位將統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)備份至Flash電子硬盤中。中心站可以通過請(qǐng)求備份數(shù)據(jù)命令獲取相應(yīng)時(shí)間段的數(shù)據(jù),并存入數(shù)據(jù)庫。中心站和控制板采用RS-232串口方式通信,利用調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。為了解決大容量存儲(chǔ)問題,系統(tǒng)使用了三星公司提供的K9F2808來作為電子硬盤,16MB的容量能夠存儲(chǔ)11天備份數(shù)據(jù),并且該電子硬盤能夠靈活升級(jí)。

LPC2114與電子硬盤的接口實(shí)現(xiàn)

　　為了防止傳輸及中心站故障等問題而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失,系統(tǒng)要求對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份,因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中需要考慮大容量存儲(chǔ)問題。

　　設(shè)定本系統(tǒng)每分鐘需要備份一次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),根據(jù)環(huán)形檢測(cè)器LD4的數(shù)據(jù)格式,一次數(shù)據(jù)量為1026B,若采用靜態(tài)RAM作為存儲(chǔ)單元,需要多片大容量RAM級(jí)聯(lián)使用,價(jià)格昂貴,且存儲(chǔ)容量擴(kuò)展困難。若使用動(dòng)態(tài)RAM作為存儲(chǔ)單元,缺點(diǎn)在于控制困難,需要?jiǎng)討B(tài)RAM控制器輔助操作。Flash作為存儲(chǔ)器使用簡(jiǎn)單,容量大,盡管使用壽命有限,考慮到系統(tǒng)每1分鐘存儲(chǔ)1026B,就16MB容量而言,11天左右寫滿一次,那么一個(gè)月擦寫約3次,以此計(jì)算,一年擦寫約36次,而Flash壽命一般為擦寫10萬余次,所以本系統(tǒng)完全可以采用Flash作為電子硬盤用在車輛檢測(cè)系統(tǒng)中。另外,Flash還具有掉電非易失特性,更適合應(yīng)用于本系統(tǒng)。

　　為了便于存儲(chǔ)容量的升級(jí)擴(kuò)展,本系統(tǒng)選用K9F2808作為存儲(chǔ)器。K9F2808為48腳表面封裝器件,芯片內(nèi)部有(16M+512K)×8 bit的存儲(chǔ)空間,可組成32768行,528列,其中后備的16列的列地址編碼為513"527,可進(jìn)行528字節(jié)為一頁的讀、寫和32頁為一塊的擦除操作。此外,K9F2808的特點(diǎn)還在于其命令、地址和數(shù)據(jù)信息均通過8條I/O總線傳輸,接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,易于存儲(chǔ)容量升級(jí)。

圖3 LPC2114和電子硬盤連線示意圖

　　圖3為L(zhǎng)PC2114和Flash電子硬盤之間的連線示意圖,由于LPC2114沒有外部總線,所以對(duì)Flash操作只能采用I/O操作方式。K9F2808各種操作具有共同特點(diǎn),即在I/O端口首先發(fā)送操作命令字到命令寄存器,其后的連續(xù)3個(gè)周期發(fā)送需要操作單元的地址,順序?yàn)椋篈0"A7,A9"A16,A17"A23,其中A8由命令字確定。

　　下面以頁編程操作為例,給出K9F2808的ARM驅(qū)動(dòng)程序(基于ADS1.2開發(fā)環(huán)境),而頁讀以及塊擦除等方法與頁編程類似,只是讀是由#RE信號(hào)來鎖存數(shù)據(jù),而擦除時(shí)只須送兩個(gè)周期的地址。

　　row_add為頁號(hào),需要左移9位得到行地址。erase_flash( )——擦除Flash函數(shù)

　　write_command( )——寫命令函數(shù)

　　write_address( )——寫地址函數(shù)

　　write_data( )——寫數(shù)據(jù)函數(shù)

　　read_data( )——讀數(shù)據(jù)函數(shù)

　　void flash_store(uint32 row_add, uint8 *buffer )

　　{ uint16 i;

　　uint32 statue,address;

　　//變量定義

　　IO0DIR = 0x00ff0000;

　　//設(shè)定IO方向

　　if((row_add== 0) ((row_add%32)==0))

　　{address = row_add＜＜9;

　　address = 0x00fffe00;

　　erase_flash(address);}