ZigBee交通事故警示装置

近年来，随着人们生活水平的提高和电子技术的快速发展，汽车已逐渐走进人们的生活，汽车电子化也已成为一种趋势。鉴于全球定位系统(GPS)能够实时方便、精准的提供经纬度、时间、速度等信息的优势，目前已广泛应用于汽车的监控、导航、定位等领域。本文研究重点是利用ZigBee模块技术来传输发生交通事故的车辆向周围车辆发出的警示信息。

1系统的总体设计

为了对连环追尾的恶性交通事故进行预防，设计一款以ATmegal28单片机为主控芯片的交通事故警示装置，该装置由GPS模块、无线收发模块、液晶显示模块、语音警示模块、GSM模块、ATmegal28单片机最小系统模块等几部分组成。

系统结构框图如图1所示。

图1系统结构框图

2硬件部分设计

2．1 ZigBee模块设计

无线传输模块是报警信号收发的基本单元，信号的的稳定传输是整个系统可靠性的基本保证，ZigBee无线模块通常是一个微型的嵌入式系统，从传输功能上看，无线收发模块要进行本地信息的ZigBe数据采集处理外，还要对ZigBe数据采集到的信息据进行存储、管理和融合等处理，同时传输到用户手持遥控器。目前收发模块的软硬件技术是ZigBee模块传输研究的重点。

图2无线传输模块

本系统无线ZigBee数传模块由微处理器、无线收发芯片及天线等部分组成(如图2所示)，微处理器通过SPI总线和一些离散控制信号与RF收发器相连。微处理器充当SPI主器件而RF收发器充当从器件。控制器实现了IEEE 802．15．4 MAC层和ZigBee协议层。它还包含了特定应用的逻辑，它使用SPI总线与RF收发器交互。这里所采用的无线收发芯片是一个带有所需外部元件的RF(射频)收发器，如Chipcon公司推出的CC2420。天线接收的射频信号经过低噪声放大器和I／Q下变频处理后，中频信号只有2 MHz，此混合I／0信号经过滤波、放大、AD变换、自动增益控制、数字解调和解扩，最终恢复出传输的正确数据。

    发射机部分基于直接上变频。要发送的数据先被送入128字节的发送缓存器中，头帧和起始帧是通过硬件自动产生的。根据IEEE802．15．4标准，所要发送的数据流的每4个比特被32码片的扩频序列扩频后送到DA变换器。然后，经过低通滤波和上变频的混频后的射频信号最终被调制到2．4 GHz，并经放大后送到天线发射出去。

2．2 Amegal28单片机最小系统

模块本系统使用8位低功耗微处理器Amegal28 L，相对于其他通用的8位微控制器来说，它具有更加丰富的资源，并且具有极低的能耗。它具有片内128K字节的程序存储器(Flash)，4K字节的数据存储器(SRAM，可外扩到64K)和4K字节的E2PROM。此外，它还有8个10位ADC通道，2个8位和2个16位硬件定时／计数器，并可在多种不同的模式下工作。8个PWM通道、可编程看门狗定时器和片上振荡器、片上模拟比较器。UART、SPI、12C总线接口。JTAG口为开发和调试提供了方便的接口。更值得一提的是，除了正常操作模式外，它还具有六种不同等级的低能耗操作模式，在每种低能耗模式下具有不同的能耗。因此该微处理器非常适合于无线ZigBee数传模块这种需要低能耗的应用场合。

2．3语音模块设计

Amegal28 单片机作为主控制器，ISD4004语音模块作为语音播放的执行装置，单片机采用SPI总线对语音芯片进行控制。事先通过麦克风或上位机软件在语音芯片ISD4004中将需要播放的语音录入，在Amegal28 单片机的内存中记录下各段语音的首地址和语音总量，在控制播放时，通过单片机向ISD4004芯片发送相应的地址控制指令，从而实现任意段语音的播放。

    ISD4004语音芯片是美国ISD公司的ISD4000系列的一种，被广泛的应用于系统语音提示、自动应答系统、语音记录及语言玩具等方面。ISD4004芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。单片机采用SPI总线控制ISD4004，在单片机的EEPROM中记录各段语音的首地址和语音的总数，ISD4004芯片的存储器分为2400行，进行寻址时一行一行的进行。ISD4004芯片的行地址时钟信号为200mS，其包含175 ms的高电平和25 ms的低电平，无论是在录音或播放时，都从200 mS的行首地址开始的，因此利用单片机的计数器功能，对行地址的信号进行计数，即可得到各段语音的时长，记录下各段语音数据在ISD4004中的首地址，实现对语音芯片的控制。

2．4 GSM模块设计

GSM(全球移动通信系统)具有网络容量大、手机号码资源丰富、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低等优点，目前已经非常普及，在实现远程传输时无须再构建一个GSM网络，而只需直接连接一个GSM发射和接收模块，就可以实现远程控制，图3为GSM远程遥控系统原理图。

图3 GSM远程遥控系统原理图

本系统选用的GSM短信模块为西门子公司生产的TC35i，集成了SIM卡接口和RS232接口，可通过计算机AT指令对其进行调试和设置。单片机通过UART串行接口对GSM短信模块进行直接控制，利用AT指令控制GSM将数据传送出去，AT指令按照GSM模块的AT指令格式书写，通过串口发送出去同。GSM模块接收到串口发送过来的指令后对单片机作出相应的应答，最终实现短信发送。

2．5 GPS模块设计

GPS可实现全球范围内的定位和导航，在各个领域应用广泛。GPS接收模块将收到的GPS卫星导航的信息后，经转换处理送到电平转换电路再由MAX232转压芯片进行RS-232-TTL的电平转换，而后发送到单片机串口接收，当单片机收到GPS发送过来的导航信息后，经过单片机内部程序的选择，将地理位置信息发送到GSM中去，从而实现数据的传输。

    GPS通过串口与单片机相连实现数据的通信，在本设计中由于GSM模块，GPS模块都要用到串行端口。作为单片机与串行设备的之间的数据传输，而Amegal6单片机只有一对串行端口，端口使用出现冲突。为了解决该问题，对单片机串行端口进行扩展，实现单片机的一个串口分时复用。

2．6 LCDl2864液晶显示模块

为了显示事故车辆的准确地点，本系统设计了LCDl2864液晶显示模块[61。LCDl2864液晶显示屏可以显示汉字、大小写字母、其他各种符号等，满足设计要求。本设计中，利用Amegal28 单片机来控制LCDl2864，其中PC口作为并行数据口使用，向LCDl2864并行串口传送数据。PF口作为控制片选、读写、复位、串并数据传送方式选择使用。

3软件设计

软件开发以Win AVR、AVRStudio 4为开发平台，采用C语言编写。在无线传输设置时，使用Chipcon公司提供的开发套件，该套件包括各种高性能的ZigBee软件工具，如网络设置器、协议追踪调试工具等。

4结束语

文中设计的交通事故警示装置应用ZigBee数传模块，对事故车辆进行ZigBee数据采集，具有如下特点：1)对出事故车辆进行准确定位；2)出事车辆能够自动向急救中心发出求助信息；3)接收端能够进行语音警示；4)在接收端准确显示出事车辆地点。该装置工作稳定可靠，成本低廉，适合广大驾驶人员使用。