毕业设计论文基于无线网络的车位管理系统

1 绪论本文主要针对由于车辆增多而导致城市交通中出现的停车场秩序混乱、停车难等问题，分析了许多前辈的方案，通过比较他们所采用的传感器技术的利弊，提出了基于磁敏电阻传感器的停车场车位控制系统。1.1研究背景21世纪的第一个十年是我国汽车行业突飞猛进的时代，遥想当年，2000年中国汽车产量不及美国的1/6，销量不及美国的1/8，在国际上不过是个小角色。谁曾想不过10年，中国汽车产量超过美国的2倍，销量超过美国的1.5倍，产销量均超过美国和日本的综合。收获的同时也有负面反应，随着城市汽车数量的飞速增长，给整个城市的交通运输，尤其是城市停车造成了巨大的困扰。现如今，停车场个数及停车场内的泊车位都日趋短缺，随着时间的推移，“停车难”已经成了车主的主要问题。但是，良好的城市规划又不允许我们过多的用城市土地资源来扩充停车场数量，如何利用有限的城市土地资源来支撑日益扩大的停车需求已经成为有关部门迫在眉睫的问题。基于一项大中型城市停车泊车位与汽车的数量的最新调查报告表明：汽车数量与公共停车泊车位的比例约为3:1，有的城市地区甚至达到了5:1，其中特别是在商业区、城市中心地带等可以高达10:1.因此，随着市里的车辆不增多，城市的停车难问题就显得异常突出。随着车辆在城市的广泛应用，车子在数量上急剧增加，特别是私家车的数量，但是，目前有限的可以利用的停车场设施却不能满足当前的需求，这就带来了严重的车辆交通供给与车辆停放需求的矛盾。造成这种现象的原因之一就是停车设施实施建设的速度严重落后于机动车的增长，结果造成停车难，乱停车的恶性循环，成为城市交通管理的难点，结果就导致交通的堵塞，阻碍了经济的发展。另一个促进因素就是房地产市场的快速增长。按现行住宅配置建设指标的最低限额来计算，每户0.3个车位，到2002-2008年至少需要配置3150万个位子。特别是在住宅小区内、商场附近、医院附近、政府机构及企事业单位附近等一些用地紧张的地方，需要更多的停车位。下面是我国自2000年至2010年我国汽车销售统计柱状条形图，由图易见这十年来我国的汽车数量一直呈上升趋势，且增长的越来越快。该现象再一次提醒我们需要正视这个停车难得问题。图表 1-1 2000年-2010年我国汽车销售统计表2 解决方案简介2.1车辆检测系统模块车辆系统模块包括信息检测单元、数据采集单元、信息传输单元、数据处理单元、数据执行单元、数据存储单元。如图2-1所示：图 2-1 车位检测系统主要过程流程图信息检测单元式通过使用基于研究就对象中相应的物理量确定的磁敏电阻传感器，就可以检测出能够反映出车辆停靠在泊车位上时所引起的物理量的变化，并将检测到的物理量的变化量转化为合适的电信号（例如电压）送入下一个单元。数据采集单元式对信息检测单元中的传感器送来的信号进行预处理，主要是对数据信号进行放大的作用，然后通过模数转换进行A/D转换及数据采集、记录等。信息传输单元是将采集到的信息无失真的传送到后续单元。数据处理单元，对采集的数据与存储值（事先计算好的）比较后进行处理和分析，如抑制干扰作用，提取特征值，为检测提供有效的数据。数据执行单元在此处的作用是将在数据处理单元处理后得到的数据，由主控单元来控制执行器，一是使停车场的空车位信息反馈在停车场外面的大屏幕上，二是使该信息通过无线网络发送到顾客的手机上。数据存储单元存储的是经过处理后得到的数据，保存这些数据是为了进一步的进行数据统计和分析。2.2基于磁阻传感器的车位检测系统磁传感器可分为霍尔效应传感器和磁阻传感器，霍尔传感器是一种基于在半导体材料中的载流子的移动性制造的装置，常用的半导体材料是硅；而当前的磁阻传感器类型有磁阻传感器（MR）、各向异性磁阻传感器（AMR）、巨磁阻传感器(GMR)和超巨磁阻传感器（CMR）5。磁阻传感器早在大约2000年前就开始使用，最早的磁阻传感器是一块有磁极的磁石，人们用它来在没有航道的大海上指示方向。然而，直至20世纪，磁阻传感器技术虽然已经具有了较高的灵敏度及较小的尺寸和与电子系统更好的兼容性，但是它任然主要用于航海中；随着时间的推移，科学技术不断发展，各种各样的磁阻传感器不仅可用来测量来自地球磁场的存在、强弱及方向；而且可以测量来自永磁体、软磁体、车辆移动、脑电波的活动以及电流所产生的磁场，由于磁阻传感器可以不经过物理接触就能测出它们的特性，因而，现在磁阻传感器变成了许多工业控制系统的好帮手，而不仅仅是航海业5。磁阻传感器HMC1052是将高性能的两轴磁阻传感器集成在单个芯片上的。它具有完美的正交双轴检测，超小尺寸，低功耗，8-pin SOIC封装。供电电压低于1.8V；灵敏度达1mv/v/Oe，检测磁场范围达60e；近乎完美的正交双轴感应（误差0.01）,且灵敏度相互匹配，消除了指向误差；位于芯片上的置位/复位带，减少了温度漂移影响，非线性误差，也减少了大磁场存在引起的信号输出损失。它的指标可以提高我们的检测精度，实现更优控制，实际应用过程中效果非常好，典型应用包括汽车检测，电子罗盘，遥控飞机，航空模型等需要二维定位的场合，本次设计中我们用HMC1052传感器与磁场的线性看关系来测量磁选机内部的磁场强度，扩展了磁阻传感器的应用17。HMC1052像其它HMC10系列传感器，每个传感器都有一个由磁阻薄膜合金组成的惠斯通桥。当桥路加上供电电压，传感器将磁场强度转化为电压输出，包括环境磁场和测量磁场。HMC1052包含两个敏感元件，它们的敏感轴互相垂直。敏感元件A和B，共存于单硅芯片中，完全正交，且参数匹配。HMC1052的尺寸小，低工作电压，而且消除了两个敏感元件引起的非正交误差5。除了惠斯通桥，HMC1052有两个位于芯片上的磁耦合带；偏置带和置位/复位带。敏感元件A和B，都有这两个带。置位/复位带，用于确保精度。偏置带，用于校正传感器，或偏置任何不想要的磁场。在标准的10针外形（MSOP）中，两个敏感元件可以独立上电，用于减少功耗。然而，却不能使用偏置带。若需要偏置带，可以用另一种封装HMC1052。除了惠斯通桥，HMC1052有两个位于芯片上的磁耦合带；偏置带和置位/复位带。敏感元件A和B，都有这两个带。置位/复位带，用于确保精度。偏置带，用于校正传感器，或偏置任何不想要的磁场。图 2-2 磁敏电阻传感器内部电路图磁传感器内部电路如图2-1所示。在标准的10针外形（MSOP）中，两个敏感元件可以独立上电，用于减少功耗。然而，却不能使用偏置带。若需要偏置带，可以用另一种封装HMC1052。10-pin磁阻传感器引脚图如图2-3所示。图 2-3 磁阻传感器HMC1052引脚图HMC磁阻传感器的特点：整个传感器最关键的部分是其中的惠斯通电桥。当外加磁场后，电桥的电阻变化，引起力传感器输出电压Uout变化：Uout=（R/R）Ub，式中Ub为工作电压。霍尼韦尔磁阻传感器是简单的电阻电桥设备，只需要一个供电电压便可测量磁场。当010伏电压连接到桥路上时传感器开始测量轴线内的环境磁场或施加磁场18。除了电桥电路外传感器的芯片上有两个磁耦合的电流带偏置电流带和置位/复位电流带。这些带你留待是霍尼韦尔的专利，它省去了外部加装线圈的需要。磁阻传感器是由在硅圆片上电积的一个薄层镍铁（或称坡莫合金或镍铁合金）薄膜制成，并不知成一个电阻带，存在施加磁场时，带南桥电阻的变化使电压输出产生相应的变化。通常施加在薄膜侧的外部磁场使磁力线产生旋转并改变其角度5，这又使电阻值发生变化（R/R），并造成惠斯通电桥的电压输出的变化。这种镍铁电阻的变化被称作磁阻效应，它直接与电流的方向和磁化矢量有关。制造过程中，敏感轴（磁场方向）被设置为沿薄膜长度的方向，这样可使施加在镍铁薄膜的磁场导致电阻值的最大变化，但是沿敏感轴的强磁场（大于10高斯）的影响，会扰乱或翻转薄膜此话的极性，改变传感器的特性。针对这样的扰动磁场，为了恢复复位后的相应或置位传感器的特性，必需短暂地施加一个强的恢复磁场，这种做法被称作施加置位脉冲或复位脉冲。电桥输出信号的极性取决于此内部薄膜的此话方向并且与零磁场输出相对称，置位和复位电流带用来修正传感器灵敏度。在外场超过10*10-4T的磁场会打乱传感器内部磁畴的极化方向，改变传感器的输出特性，降低灵敏度。利用置位和复位电流带上施加脉冲，使内部磁畴的极化方向统一，提高灵敏度。2.3 信号放大及模数转换通常情况下，传感器的输出信号很弱，需要用信号放大电路予以放大，以便转换处理或驱动指示与控制机构。为了保证检测精度的要求，传感器输出信号要求放大电路具有如下特点：1、足够大的放大倍数和响应速度；2、输入阻抗高，输出阻抗低；3、高共模抑制能力；4、低温漂，低噪声、低失调电压和电安兴运算放大器具有上述特点，因而传感器输出信号的放大器一般是由线性云端放大器组成。2.3.1信号放大电路及原理本设计放大电路采用的放大器为AD623，AD623是一个集成单电源仪表放大器，,在单电源（+3V到+12V)供电的情况下，AD623就能提供满电源幅度的输出；不仅如此，它还能在使用单个增益设置电阻的情况下进行增益编程，以得到更好的灵活性。符合8引脚的工业标准配置。在无外接电阻条件下，AD623被设置为单增益（G=1）。在有外接电阻的条件下，AD623可编程设置增益，增益最高可达1000倍。AD623的引脚图如图2-4所示：图 2-4 AD623引脚图AD623通过提供极好的随增益增大而增大的交流共模抑制比（AC CMRR）而保持最小的误差。线路噪声及谐波将由于CMRR在高达200HZ时仍保持恒定。它有较宽的共模输入范围，可以放大具有低于地电平150mv共模电压信号。它在双电源（2.5至6V）仍能提供优良性能。低功耗，宽电源电压范围，满电源幅度输出，使AD623成为电池供电的理想选择。在低电源电压下工作时，满电源幅度输出级使动态范围达最大。它可以取代分立的仪表放大器设计，且在最小的空间提供很好的线性度，温度稳定性很可靠性。由于磁敏电阻传感器的输出电流很小，且负载能力差、内阻大，所以必须对其采集的电压信号进行放大处理，这样才能遍于处理基于信号的后续工作。为了减小放大后的信号的失真程度，就需要尽可能的增大放大电路输入端的输入阻抗值，相应的为了提高电路的负载能力，就要尽可能的减小放大电路输出端的输出阻抗值。2.3.2比较器电路对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较。 能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。 比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输 入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。因此，也可以将其当作一个1位模/数转换器（ADC）2。本设计中所用的比较器是反相滞回比较器，滞回比较器从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路及传输特性如图。当输入电压VI从零逐渐增大，且VI上限阀值（触发）电平。当输入电压VIVT时，VT称为下限阀值（触发）电平。此处选好电阻RES2及RES4的电阻值，使得VT10V，如此，在VI10V时，VOUT由高电平变成低电平。滞回比较器电路如图2-5：图 2-5 滞回比较器比较器的性能指标有：1. 滞回电压：比较器两个输入端之间的电压在过零时输出状态将发生改变，由于输入端常常叠加有很小波动电压，这些波动所产生的差模电压会导致比较器输出发生连续变化，为避免输出振荡，新型比较器通常具有几mV的滞回电压。滞回电压的存在使比较器的切换点变为两个：一个用于检测上升电压，一个用电压门限（VTRIP）之差等于滞回电压（VHYST），滞回比较器的失调电压是TRIP 和VTRIP-的平均值。不带滞回的比较器的输入电压切换点为输入失调电压，而不是理想比较器的零电压。失调电压一般随温度、电源电压的变化而变化。通常用电源抑制比表示电源电压变化对换调电压的影响。2. 偏置电流：理想的比较器的输入阻抗为无穷大，因此，理论上对输入信号不产生影响，而实际比较器的输入阻抗不可能做到无穷大，输入端有电流经过信号源内阻并流入比较器内部，从而产生额外的压差。偏置电流（Ibias）定义为两个比较器输入电流的中值，用于衡量输入阻抗的影响。MAX917系列比较器的最大偏置电流仅为2nA。3. 输出延迟时间：包括信号通过元器件产生的传输延时和信号的上升时间与下降时间，对于高速比较器，如MAX961，其延迟时间的典型值可对达到4.5ns，上升时间为2.3ns。设计时需注意不同因素对延迟时间的影响，其中包括温度、容性负载、输入过驱动等的影响。4.超电源摆幅。5.漏源电压。2.4 信息采集模块信息采集模块采用的是模仿点阵的设计，将没一个车位上的信息采集电路作为点阵中的一个阵点，每个阵点都包含一个磁阻传感器芯片、一个放大器及比较器。而阵点的两条引出线分别是信息采集电路的输出和放大器AD623的电源线。如图2-6所示为单个阵点的电路图：图 2-6 单个采集电路图每八个阵点组成一个阵点行列（简称阵列），横排中每一排都将八个阵点电路中放大器的电源（VCC）连接成一组行阵列，从上至下依次是1-8八行行阵列。竖排中每一列都是将八个阵点电路中最后的输出连接成一组列阵列，自左向右依次是A-H八列列阵列。本设计中将1-8行行阵列连接至单片机AT89C52的P2.0-P2.7八个I/O接口，将A-H八列列阵列连接至单片机的P0.0-P0.7。系统工作时，利用软件编程，使P2.0-P2.7对1-8行行阵列进行依次单独获得电源供电（例如此时使P2.0对图 2-6 信息采集模块图1阵列供电），在供电的前提下，P0.0-P0.7接口会检测到A-H八列列阵列的输出，而此时的输出即是A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1 八个阵点的情况，也使这八个阵点所对应的车位的情况；依次使P2.1对2阵列供电，这样P0.0-P0.7接口会检测到A2-H2 八列列阵列的输出。以上信息检测模块如图所示：3 主电路图 3-1 AT89C52引脚图AT89C52，AT表示的是生产地公司名，89表示的是一个系列，C表示CMOS，52表示的是内部程序的存储空间大小为2*4=8K。该芯片属于总线型，有四组I/O口，分为并行I/0接口和串行I/0接口。此外还包括中央处理器(CPU）程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器、计数器和中断系统等等几大单元1。本设计中用到的四组I/0接口，P0口连接的是信息采集模块的A-H阵列，P2口连接的是信息采集模块的1-8阵列，P1口中P1.5连接TC35模块的15（IGT点火线）引脚来控制TC35模块的启动与否。P3口中主要是P3.0（RXD）与P3.1（TXD）与串口芯片MAX232相连接来相互传输数据5。4 GSM系统GSM系统虽然是一种数字移动通信系统，但是从其传输数据的方式及传输特征来看，属于无线网络技术的进一步发展。而且GSM是一种典型的开放式结构，是一种面向未来的通信系统，可以依照用户的需要为用户提供各种形式的通信。GSM系统所提供的基本业务可以分为承载业务和电信业务。承载业务提供接入点之间的传输信号的能力。电信业务主要包括话音业务、数据业务及短消息业务等。GSM系统采用了FDMA/TDMA的复用方式，频率利用率比较高，同时它具有灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求。且巨涌较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全需求，而且系统抗干扰能力较强，通信质量高。GPRS是通用分组无线业务的简称，是一种以GSM为基础的数据传输技术，可以说是GSM技术的延续，但是它又突破了GSM网络只能提供电路交换的方式，因此在网络资源的利用率上有了很大的提高而且传输速率可以提升至56到114Kbps。相比较于GSM来说，GPRS拥有171.2 Kbps的访问速度，而GSM仅拥有9.6 Kbps的访问速度；在连接建立时间方面，GSM建立连接一般需要10-30秒，而GPRS只需要极端的时间就可建立连接并访问到相关请求。无线网络技术发展到今天，其应用范围也已由军用转向民用，现在更被广泛的应用于各种手持设备、智能家居、远程监控、医疗护理等领域，因此有着广阔的应用前景和发展潜力，作为一个新兴前沿的技术，新的理论与技术突破也不断推动者它的继续发展。4.1 GSM系统的特点简介若想要将信息发送到手机上，信号传输的距离比较大。目前应用较为广泛的Bluetooth、Zigbee等都属于短距离无线传感器网络系统，无法满足长距离的停车车位信息的收集与处理。而且底层的节点及控制器等多采用8位微处理器，但Bluetooth的协议栈非常复杂，不便于编程处理。虽然现在很多应用都开始采用Zigbee技术，由于Zigbee本身所采用的冲突避免算法存在一定的缺陷，容易受到其它网络的干扰，造成通信质量下降，网络传输性能减弱。所以短距离无线传感器网络无法满足本系统的运行要求。基于数字移动通信的无线网络技术GSM，采用了频率复用的方式，使用容量大增，同一频率可以被相距足够远的几个小区同时使用，整个系统的设备和网络复杂度大为增加，通信质量和安全性能也大大增加。GSM有如下主要特点9：1、GSM系统的几个子系统间有明确且详细的接口标准，可以使不同厂商提供的GSM设备互连。同时GSM与各种公用通信网间也定义了相应的标准化接口方案，可以很方便地和这些公用通信网互连。2、GSM系统是一种多业务系统，除了提供话音业务和数据业务这些传统业务外，还开放了各种承载业务、补充业务以及和ISDN相关的各类业务。3、GSM系统采用了时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA）及跳频的复用方式，频率复用率高，同时它具有灵活方便的组网结构，可满足不同用户的需求。4、GSM系统具有较强的加密及鉴权功能，能确保用户和网络的信息安全需求。5、GSM系统具有较强的抗干扰能力，系统通信质量高。4.2 GSM的主要功能及业务GSM主要有两种业务：基本业务和补充业务，基本业务又可进一步分为电信业务和承载业务两个项目。而主要的承载业务又9：1.异步数据：3009600b/s 。2.同步数据：12009600b/s 。3.PAD接入：3009600b/s，分组打包和拆包，为GSM用户接入分组网提供一个异步连接，且该业务只能由移动台主叫发起。4.分组接入：24009600b/s，为GSM用户接入分组网提供一个同步连接，且该业务只能由移动台主叫发起。5.话音/数据交替：在呼叫过程中，提供话音和数据的交替。6.话音后数据：线话音连接，而后进入数据连接。而电信业务主要有：1. 话音复位：全速（13kb/s），半速（6.5kb/s）。这项服务提供语音信息和语音信号到网络的传输。2. 紧急电话在一些受限的情况下更具优先权，且一般只提供移动永华主叫发起。3. 短消息服务（到移动电话终端，MT/PP）：小于160个字符，这项服务用于消息处理系统提供短消息给移动用户。4. 短消息服务（移动电话发起，MO/PP）：小于160个字符，这项服务用用移动用户给服务中心提供短消息。5. 短消息传输（小区广播）：小于93个字符。这项服务用于传输对小区范围内的所有的移动用户。这是一对多的服务。6. 自动传真：第三类传真。这项服务自动提供第三类呼叫和被呼模式传真。4.3 GSM系统的结构GSM(Global System of Mobile communication全球移动通信系统)系统由移动台 MS (Mobile Station)、基站子系统 BSS (Bast Station Sub-System)、网络子系统NSS (Network Sub-System)、操作维护子系统OSS (Operation Sub-System)四个分系统组成，（其中，BSS包括基站（BTS）和基站控制器（BSC），NSS包括移动业务交换中心(MSC)、拜访位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、设备识别寄存器(EIR)、鉴权中心(AUC)），四个分系统之间都有定义明确且详细的标准化接口方案，保证任何厂商提供的GSM 系统设备可以互连。GSM 系统除了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种承载业务、补充业务以及与ISDN 相关的各种业务。GSM 系统采用 FDMA/TDMA 及跳频的复用方式，频率重复利用率较高，同时它具有灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求。GSM 系统具有较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全需求，系统抗干扰能力较强，通信质量较高。GSM系统的结构图如下所示：图 4-1 GSM系统结构图移动台由移动台物理设备和智慧部件SIM卡两部分构成。移动台物理设备的功能为：无线接入GSM数字移动通信网，并完成各种控制功能。支持各种基本业务（电信业务和承载业务）和补充业务。间断接收（DRX）和间断发射（DTX）。加密，对用户数据和信令单元进行加密。语音编解码和信道编译码。协助BSS完成自动功率控制（APC）、跳频及各种切换。无线信道速率和用户数据之间的适配。支持人机接口（MMI）各种功能。呼叫过程的提示。SIM卡用于识别用户的模块，该SIM卡存储与该卡和持卡者特征有关的信息、GSM网络操作所需的信息（例如：国际移动台识别码IMSI、临时移动用户识别码TMSI、位置区域识别LAI、加密键Kc、用户密钥Ki、鉴权算法 A3、加密算法A5和加密键A8等）以及缩位拨号码,网络承载性能、移动台设备参数、短消息业务信息等。基站子系统 GSM系统最基本组成部分。基站子系统通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。其主要功能为：协助MSC完成地面信道管理。无线信道测量和分配、链路监视、功率控制、跳频管理。无线频道资源指示。信道编解码，对用户数据和用户单元进行加密。码型转换及速率适配。独立完成小区和同一基站控制器（BSC）内的切换，执行MSC指令和BSC间的切换。DRX接收。DXT发射。交换功能将无线信道连接至A接口PCM（脉冲编码调制）信道，充分利用PCM中继通道时隙资源。空间分集接收。图 4-2 （a）基站控制部分（b）基站射频部分如图4-2所示，控制部分负责将基站各部分连为一个整体，从而控制整个基站的工作，同时将从BSC来的信号转变成适合基站处理的格式并完成相反转换。射频部分主要负责无线信号的发射与接收、解码与编码。基站控制器通过基站收发器和移动台的远端命令管理所有无线接口，主要负责无线信道的分配、释放和越区信道切换的管理等，起着交换设备的作用。BSC由BTS的控制部分、交换部分及公共处理部分等组成。一般来说，一台BSC可有控制几个到几十个BTS。网络与交换子系统（NNS）具有交换功能和数据功能，数据库中存有用户数据和安全性管理、移动性管理所需的数据库功能。它由一系列功能实体组成，各功能实体之间以及NSS和BSS间通过7号信令相互通信。它的主要作用是管理GSM用户与其他网络用户间的通信。NSS各功能实体介绍如下：1. 移动业务交换中心（MSC）：它是GSM网络的核心，主要功能是完成基本的交换功能，实现移动用户与其他网络用户间的通信连接。同时还提供了GSM网和公共交换电话网PSTIN等其它公用通信网间的接口，具有无线资源管理金和移动性管理等功能。2. 归属位置寄存器（HLR）：它是用于移动用户管理的数据库。每个移动网有一个HLR，HLR存储的信息分两种，一种是永久性信息，另一种是关于用户当前位置的临时性信息。3. 访问位置寄存器（VLR）：它包含了所有当前在服务MSC中移动用户的有关数据，通常每一个移动交换区有一个VLR。4. 鉴权中心（AUC）：它是认证移动用户身份和产生相应认证参数的功能实体。它为每一个在相关HLR登记的移动用户设置一个识别字，该识别字用于产生鉴别移动用户身份的数据及对移动台和网络之间无线信道加密的另一个密匙。5. 设备识别寄存器（EIR）：它是存储有关移动台设备参数的数据库，可以对移动台的IMEI进行核查以防非法移动台使用。4.4 TC35模块本设计采用的GSM收发器是TC35模块。TC35是西门子公司的一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。它易于集成，使用它可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。TC35自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35模块的工作电压为3.35.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。 模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。 TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下,可支持FR、HR和EFR语音信道编码。MC35TS模块的主要技术指标及特性：1. TC35是西门子公司推出的新一代GSM通信模块。它设计小巧、功耗很低，支持EGSM900和GSM1800双频。2. TC35是西门子公司生产的第三代GSM双频模块，其紧凑的设计和高性能的表现，使得客户能在最短时间内开发出自己的应用环境，并可迅速升级到未来的GPRS应用。3. 支持数据、语音、短消息和传真。4. TC35模块可广泛应用于：POS终端，手持式设备，移动电脑，无线电话，交通控制和导航系统，快速管理，安全系统，远程监视，远程抄表，自动售卖机等系统中。5. TC35/TC35I模块技术特点：体积小、重量轻、低功耗，支持数据、语音、短消息和传真，SIM 应用工具包，AT 命令集控制，R&TTE 认证、GCF认证，SMS：MT/MO/CB/PDU模式，音频: 最高速率，升级最高速率和半速率，便于集成。6. 如表4-1所示：表 4-1 主要性能及技术指标短信息模式：MT、MO、CB和PDU；输出功率；2W（GSM900MHzClass4）；1W（DCS1800MHzClass1）；输入电压：3.35.5V；工作电流：休眠状态，3.0mA；空闲状态，10.0mA；发射状态300mA（平均），1.8A（峰值）；工作温度：储存温度：-2055，-3085；数据速率：CSD状态下最大速率14。4kbps；模块复位：采用AT指令或掉电复位；SIM卡连接方式：外接；通讯接口：RS232（指令和数据的双向传送）；天线：由天线连接器连接外部天线；接口：40pin，包括电源、3V1.8VSIM卡、RS232接口、语音、控制等管脚50天线接口。4.5 TC35模块的引脚功能TC35共有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。1-14脚：电源部分；1-5脚：为电源电压输入端Vbatt+；6-10脚：为电源地GND；11、12脚：充电引脚；13脚：对外输出电压（供外电路使用）；14脚：为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻；24-29脚：为SIM卡引脚，分别为IN、RST、IO、CLK、VCC、GND；33-40脚：为语音接口用来接电话手柄；15脚：为点火线IGT(Ignition)，当TC35模块通电后必须给IGT一个大于100ms的低电平，模块才能启动；30脚：为RTC backup；31脚：为Power down；32脚：为SYNC；16-23脚：为数据输入/输出，为别是DSRO、RINGO、RxDO、TxDO、CTSO、RTSO、DTRO和DCDO。在此我们只要使用到RxDO和TxDO连接单片机就可以了。TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，它符合ITU-T RS232 接口标准，它由固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps-115kbps之间，硬件握手信号用RSTO/CTSO，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS思安片，支持标注的AT命令集。通过这一接口可以用AT命令切换操作模式，可以使它处于语音、数据、短消息或传真模式。 TC35模块与单片机AT89C52之间的接线原理图如下图所示：图 4-3 TC35与AT89C52接线图4.6 硬件电路4.6.1 总体电路在本设计中，TC35模块利用GSM网络来发送短信息，覆盖面广，花费少，而且信息安全度。并且TC35模块内部集成了标准的AT命令集和RS232标准接口，便于系统对TC35的控制，减少了外部电路的设计和代码的编写。图 4-4 系统总体结构图考虑到串口的使用限制，决定使用有四组I/O口的AT89C52单片机作为控制器，使用MAX232芯片来实现单片机与PC机的接口通信，TC35模块直接与单片机的串口相连，串口P3.0 RXD 用来进行TC35与单片机之间串行数据的接收，串口P3.1 TXD 用来进行串行数据的发送。4.6.2 电源电路LM2576系列的稳压器是单片机集成电路，能提供降压开关稳压器（buck）的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力。这些器件的固定输出电压有3.3V、5V、12V、15V,还有可调整输出的型号。而且在制定输入电压和输出负载条件下保证输出电压的误差在4%以内，以及震荡器的频率的误差在10%以内。LM2576芯片引脚图如图4-5所示：图 4-5 LM2576引脚图 1(IN)是指1号引脚接输入，2(OUT)是指2号引脚接输出，4(FB)的全称是FeedBack，指反馈引脚，5(ON/OFF)是指当5号引脚接低电平时芯片工作，而当接高电平时芯片不运作。 LM2576芯片及外部接线图即电源模块如下图所示：图 4-4 LM2576外部接线图电源电路采用7-12V直流稳压器输入，为了使单片机工作稳定，需在经过LM2576后稳定在5V，当然，在为单片机供电的同时也为TC35模块供电。4.6.3 串口接口电路MAX专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片3，使用+5v单电源供电。芯片引脚图如图所示：图 4-5 MAX232引脚图第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。本设计只用到了第二数据通道。数据传输路径为：TTL/CMOS数据从T2IN输入转换成RS-232数据从T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R2OUT输出。 第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。图 4-6 系统总体结构图 如图4-7所示为标准的DB9接口各引脚的功能图。1 DCD 载波检测2 RXD 接受数据（由终端至计算机）3 TXD 发送数据（由计算机至终端）4 DTR 数据终端准备好5 GND 信号接地6 DSR 数据准备好7 RTS 请求发送8 CTS 清除发送9 RI 振铃指示 图 4-7 DB9接口引脚图5 软件单片机如要完成初始化操作、发送查看、发送和删除短信息和设置短信息模式的AT指令、与PC通信和GBK个功能。单片机与TC35通信的波特率固定为1.92kbps，而与PC串口通信波特率可以由软件设定下面依次作详细介绍。5.1 AT指令AT 即Attention， AT 命令集是从TE（Terminal Equipment ）或DTE（Data Terminal Equipment）向TA（Terminal Adapter）或DCE（Data Circuit Terminating Equipment）发送的。通过TA，TE 发送AT 命令来控制MS（Mobile Station）的功能，并且与GSM 网络业务进行交互10。用户可以通过AT 命令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。TC35模块的通讯全部采用AT+XXX完成的。以下是单片机向TC35发送“AT”，回车，后检测TC35的返回值如是“OK”，则表明连接正确；如是“ERROR”则表示连接错误10。TC35模块的短息模式的设置有两种，第一种是TEXT模式，第二种是PDU模式。TEXT模式不需要编码，简单但是只能发送英文，不能发送中文。而PDU码虽然复杂了点，但是采用UNICODE编码即能发送英文也发送中文，更有实用价值。本设计中采用PDU模式，短信息模式的设置命令是：“AT+CMGF=0”+/0为PDU模式；1为TEXT模式。后检测返回值，如是“OK”，则表明连接正确；如是“ERROR”则表示连接错误。表 5-1 AT指令10AT+CSMS选择消息服务，支持的服务有GSM-MO、SMS-MT、SMS-CB。AT+CNMA新信息确认应答。AT+CPMS优先信息存储，这个命令定义用来读信息的存储区域。AT+CMGF优先信息格式。执行格式有TEXT方式和PDU方式。AT+CSAS保存设置，保存+CSAS和+CSMP的参数。AT+CRES恢复设置。AT+CSDH显示文本方式的参数。AT+CNMI新信息指示，这个命令选择如何从网络上接受短信息。AT+CMGR读信息，信息从+CPMS命令设定的存储器读取。AT+CMGL列出存储的信息。AT+CMGS发送信息。AT+CMGW写短信息并存储。AT+CMSS从存储器中发送信息。AT+CSMP设置文本模式的参数。AT+CMGD删除短信息，删除一个或多个短信息。AT+CSCA短信服务中心地址。AT+CSCB选择单元广播信息类型。AT+WCBM单元广播信息标识。AT+WMSC信息状态（是否读过、是否发送等等）修正。AT+WMGO信息覆盖写入AT+WUSS不改变SMS状态，在执行+CMGR或+CMGL后仍保持UNREAD。5.2 PDU模式下短信息发送由于PDU模式下可同时发送中英文信息，实用价值更大。但是在该模式下解决UNICODE编码问题，就要将发送的中文信息转化为UNICODE码，再将其转换为ANSII码发送。下面是PDU模式下短信息发送协议的详细内容：（1）短信息格式短信息的接受格式如下：SCAPDU-typeOAPIDDCSSCTSUDLUD短信息的发送格式如下：SCAPDU-typeMRDAPIDDCSVPUDLUD以上表格中的英文缩写的含义如下：SCA：短信息服务中心地址，1-12位数字。如江西省短信息服务中心地址为：13800791500.PDU-type：协议数据单元类型，1位数。OA：发送方地址，即发送的手机号，2-12位数。MR：由手机设置的短信息递交帧的递交数字（0-225），1位数。PID：协议识别码符，1位数。DA：接受方地址，即接受方的手机号，2-125位数。DCS：数据译码方案，1位数。SCTS：服务中心收到短信息的时间，7位数。VP：短信息发送的合法期限，0、1或7位数。UDL：用户数据长度，1位数。UD：用户数据，0-140数字。PDU模式下发送和接受指令的操作过程：（1）串口连接，可通过软件或者串口终端设置好串口速率、奇偶校验、数据位长度、停止位等格式。（2）测试连接状况，指令为AT +，如返回“OK”则表示可以正常收发信息；如返回“ERROR”则说明需要重新检查串口连接状况。（3）选择短信息模式，AT+CMGF=0/1 +，0为PDU模式；1为TEXT模式。（4）设置短信息服务中心号码，假设机号为12345678910，则可以输入指令：AT+CSCA=“+8612345678910” +，设置成功则返回“OK”，否则返回“ERROR”。（5）发送短消息，利用CMGS指令完成，格式如下：AT+CMGS=+例如我们要发送“Hi”字符串到短信服务中心，发送手机号为15152180967，根据上面的指令格式，则可将PDU字符串设置为：08 91 682143658719F0 11 00 0D 91 685151120869F7 00 00 00 02 C834各部分解释如表5-2：表 5-1 AT指令分段含义说明08SMSC地址长度共8个字节91SMSC地址类型（TON/NPI）采用国际格式，前面加+68 21 43 65 87 19 F0SMSC的号码两个一组互换顺序，不足补F11基本参数（TP-MTI/VEP）发送，TP-VP用相对格式00校级基准值（TP-MR）00D目标地址长度（十进制）共13个数，不包括F和9191目标地址类型（TON/NPI）采用国际格式，前面加+68 51 51 12 08 69 F7目标地址号码（TP-DA）两个一组互换顺序，不足补F00协议标识（TP-PID）普通GSM类型，点到点方式00信息编码方式（TP-DCS）7-bit编码00有效期（TP-VP）5分钟02发送信息长度（TP-UDL）共2个字节C8 34信息内容（TP-UD）Hi（6）接受短信，利用CMGR或者CMGL指令完成，设置指令格式如下：AT+CMGR= ：读取一条短信AT+CMGL= ：读取多条短信5.3 软件的实现图 5-1 GSM数据发送流程图 图 5-2 GSM数据接受流程图在本系统中把与管理层相连接的GSM收发器作为短消息服务中心(SMSC)，把与通信控制器端相连接的GSM收发器作为用户端，则通信的主过程为用户向SMSC传送消息、。收到车位器节点的消息后，通过MAX232芯片在RS232总线上发送AT指令到用户的GSM收发器模块，该AT指令主要是操作是让GSM收发器发送短消息到短消息服务中心。同理，用户也可以接收来自短消息服务中心的消息。整个GSM系统，主要采用了上节提到的与短消息相关的AT指令完成通信任务。GSM数据传输的流程如图5-1和图5-2所示。6.设计总结本设计针对城市中心地带、商业街等地方普遍存在的“停车难”问题的现状，利用发展成熟的GSM无线网络，实现了基于无线网络的车位管理系统的设计，为地方小型停车场的停车位自动检测的设计提供了思路与解决方案，具有很大的实际效用。此次主要任务:(l)在查阅大量文献资料和技术文档的基础上，分析不同的检测方法存在的缺陷，寻找一个可以减少甚至消除这些个缺陷的检测方法。综合比较了基于各种传感器的检测方法，最终提出了基于磁敏电阻传感器的检测方法。(2)基于对Bluetooth、Zigbee、GSM等无线网络的了解，发现前两个更适合短距离的无线网络的传输应用，因此本设计中选用了GSM无线网络，并详细研究了GSM系统的组成、结构及工作原理。而GSM系统的无线收发器选用了TC35模块来完成短消息的收发。(4)在合理分析各模块功能的基础上，完成了基于无线网络的车位管理系统的硬件设计，并在此基础上，详细分析了各模块间相互通信及信息传递的具体流程，实现了GSM无线网络的软件设计。本设计通过合理选用元件及优化的软硬件设计，使我们制作的方向指示系统具有显著的低功耗、低成本、便携式、高精度的特点。在设计制作过程中，我们对电路的每一部分都进行了严密的分析论证和参数计算，并经过长时间的调试逐步优化我们的设计。积累总结了许多硬件电路方面的经验。我们将继续对此设计作进一步的探索，使方向指示系统的功能更加完善，应用领域更加广泛。致 谢本文从选题到完成的整个过程，得到魏鲁源老实的悉心指导。魏鲁源老师渊博的学识，谦虚、严谨的治学态度、灵活的思维方式、认真的工作作风和对学生的关心都令我佩服不已，谆谆教诲使我受益匪浅，这必将在今后的学习和工作中给我鼓励和鞭策，为以后步入社会、适应工作奠定良好的基础。在此，本人由衷的表示的感谢！感谢江苏师范大学电气工程及自动化学院的老师们在这四年里不仅在专业的学习上给予我的帮助，更感谢他们在我的为人处事上给予的教诲。在论文的完成过程中，还得到其他学院多位老师和同学的热情帮助，在此表示感谢！感谢评审论文的各位专家、老师为本文提出的宝贵的意见。最后，向所有曾给予我关心和帮助的师长、朋友及家人表示感谢参考文献1 张鑫，华臻，陈书谦，单片机原理及应用M.北京.电子工业出版社，2005.82 童诗白，华成英，模拟电子技术基础M.北京.高等教育出版社，2009.63 杨文显，现代微型计算机与接口M.北京.清华大学出版社，20024 刘海宽，陈传虎，电子CAD实训教程M.南京.东南大学出版社，2009.25 乔建忠，李艳,一种各向异性磁阻传感器在车辆探测中的应用J.传感器与微系统.2009，5(28).6 何立民，单片机应用系统设计M.北京.航空航天大学出版社.20047 万光毅，严义，单片机实验与实践教程M.北京.航空航天大学出版社.20058 卢艳军，单片机基本原理及应用系统M.机械工业出版社.20059 李斯伟，贾璐，杨艳.移动通信技术.北京:清华大学出版社，200610 赵大成，贾海燕,手机短信收发的AT指令控制.信息工程大学学报，2004(2).11 Howard S S，Resha J.Shared Parking in the Portland MetroPolitan Area，SteinEngineering.Beaverton，OR.1996.12 Yu H，Yang T，Liu X M，et al.The parking zoning and differential policy in Beijing.Model City Researeh，2006，21(10).13 SHANG Huayan，LIN Wen ji，HUANG Hai jun.Empirical study of parking problem on University CampusJ.J 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/短信号码长度，如果每加一个中文，长度加para_tempTMP_BUF+=TEL_temp13;para_tempTMP_BUF+=0x0d;para_tempTMP_BUF+=0x00;para_tempTMP_BUF+=0x00;Send_AT_Command(SMS_CMGS);TMP_BUF=0;para_tempTMP_BUF+=0;para_tempTMP_BUF+=0;para_tempTMP_BUF+=1;para_tempTMP_BUF+=1;para_tempTMP_BUF+=0;para_tempTMP_BUF+=0;para_tempTMP_BUF+=0;para_tempTMP_BUF+=D;para_tempTMP_BUF+=9;para_tempTMP_BUF+=1;para_tempTMP_BUF+=6;para_tempTMP_BUF+=8;/3118180295F2/para_tempTMP_BUF+=8;para_tempTMP_BUF+=1;/改号码的地方18958173928/para_tempTMP_BUF+=5;para_tempTMP_BUF+=9;/para_tempTMP_BUF+=1;para_tempTMP_BUF+=8;/para_