基于ATmega1280的列車臨時(shí)限速手持巡檢設(shè)備設(shè)計(jì)

CC2530是德州儀器公司提供的第二代ZigBee/IEEE802.15.4片上系統(tǒng)(SoC)解決方案的核心芯片，它擁有增強(qiáng)型8051單片機(jī)內(nèi)核和性能優(yōu)良的RF收發(fā)器。它具有256k字節(jié)flash記憶體，支持一般的低功率無(wú)線通信，支持在系統(tǒng)編程。CC2530提供了101dB的鏈路質(zhì)量，具有很高的靈敏度和抗干擾能力。四種供電模式，以及一套廣泛的外設(shè)集、2個(gè)UART串口、MAC定時(shí)器(T2)、5通道DMA、32kHz休眠定時(shí)器、電源監(jiān)控器、溫度傳感器、12位的ADC、AES安全協(xié)處理器、一個(gè)16位定時(shí)器(T1)、2個(gè)8位定時(shí)器(T3和T4)等。這些豐富的硬件資源對(duì)巡檢設(shè)備閱讀單元的設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)。CC2530模塊主要的連接原理圖見(jiàn)圖4。

上圖中C1和C2為電壓引入部分的濾波電容，D1和D2作為射頻模塊調(diào)試指示燈，指示芯片的工作狀態(tài)。第20管腳接上拉電阻，防止芯片工作時(shí)不斷地進(jìn)入復(fù)位模式。第22、23腳接外部晶振32M(高頻時(shí)鐘)和32k(低頻時(shí)鐘)。射頻收發(fā)的匹配電路接在第25腳和第26腳，第34腳DC(調(diào)試時(shí)鐘)和第35腳DD(調(diào)試數(shù)據(jù))接JTAG調(diào)試接口。射頻電路中第16腳(TX)和第17腳(RX)是與主控Atmega1280芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的傳輸腳，在RFID電子標(biāo)簽中則是普通IO管腳。

2.3.2 GSM單元

手持巡檢設(shè)備中的GSM單元主要是以短信的方式實(shí)時(shí)地將標(biāo)簽信息發(fā)給后臺(tái)系統(tǒng)。西門(mén)子TC35i工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，該模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，4.2V直流電壓可以讓其正常工作。TC35i的電流消耗在不同的時(shí)刻有著不同的值-休眠狀態(tài)只有3.5 mA，一般空閑狀態(tài)有25mA，發(fā)射時(shí)平均能達(dá)300mA，最高時(shí)有2.5A。Atmega1280通過(guò)UART接口向TC35i模塊發(fā)送AT指令來(lái)關(guān)斷信號(hào)、故障恢復(fù)，以及發(fā)送數(shù)據(jù)。它支持Text和PDU格式的SMS(短消息)。手持巡檢設(shè)備中作為T(mén)C35i的核心基帶處理器主要處理RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)信號(hào)。

如圖5所示，TC35i的第1～5引腳接電源正極，第6～10引腳是電源地。15腳是啟動(dòng)腳IGT，手持巡檢設(shè)備上電后必須給IGT引腳加一個(gè)大于100ms的低脈沖，且電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過(guò)1ms：只用這樣才能使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài)。18腳RxD0、19腳TxD0和Atmega1280相應(yīng)管腳通信。

24～29管腳連接SIM卡專用讀卡器。CCIN引腳可以檢測(cè)SIM卡是否良好接觸：連接正確，CCIN引腳輸出高電平;如輸出低電平，需重新校正SIM卡。

TC35i的第32腳SYNC引腳指示設(shè)備該模塊的工作狀態(tài)：當(dāng)紅色LED熄滅時(shí)，表明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài);當(dāng)LED為600ms亮/600ms熄時(shí)，表明SIM卡沒(méi)有插入或TC35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄，需等待SIM卡注冊(cè)完畢才能進(jìn)行下一步操作;當(dāng)LED為75ms亮/3s熄時(shí)，說(shuō)明模塊處于待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)可以發(fā)送標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

手持巡檢設(shè)備的系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。

(1)閱讀器單元的軟件實(shí)現(xiàn)是在ZigBee協(xié)議的基礎(chǔ)上，與同樣是ZigBee協(xié)議為基礎(chǔ)的電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互;

(2)每次對(duì)標(biāo)簽信息進(jìn)行編輯后都需按既定的幀格式通過(guò)TC35i模塊發(fā)送信息給后臺(tái);后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)以短信的方式接收電子標(biāo)簽的信息，并解析;

(3)“清除標(biāo)簽”在得到確認(rèn)后會(huì)刪除主控芯片存儲(chǔ)單元中的所有數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)

本文介紹的列車臨時(shí)限速手持巡檢設(shè)備能完善對(duì)鐵路工區(qū)巡道工的管理。它的廣泛應(yīng)用可以極大地提高鐵路管理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化，降低管理成本。手持巡檢設(shè)備操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、記錄準(zhǔn)確且數(shù)據(jù)可以永久保存，它為提升鐵道安全巡檢機(jī)制提供了又一個(gè)可行性手段。當(dāng)然，本文介紹的手持巡檢設(shè)備還可進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化。