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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)PAGEV基于CAN總線(xiàn)的轎車(chē)車(chē)燈控制系統(tǒng)及雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘要隨著現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的日益發(fā)展,汽車(chē)電子裝置不斷增加,汽車(chē)綜合控制系統(tǒng)中需實(shí)時(shí)交換的各種控制信息隨之越來(lái)越多,傳統(tǒng)線(xiàn)束技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足這種需求,汽車(chē)總線(xiàn)控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)車(chē)燈控制系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)的智能化。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)P87C591為核心構(gòu)建硬件平臺(tái),通過(guò)CAN總線(xiàn)模塊接收和發(fā)送報(bào)文、光敏傳感器采集光信號(hào)和濕度傳感器采集濕度信號(hào),傳感器采集的信號(hào)輸入給AD轉(zhuǎn)換器,再傳輸給單片機(jī),由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理,輸出控制信號(hào)控制汽車(chē)車(chē)燈的亮滅,雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)超聲波的發(fā)送和接收模塊,把信號(hào)傳給A/D轉(zhuǎn)換器,在由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理,控制報(bào)警電路報(bào)警。在軟件設(shè)計(jì)上,有CAN總線(xiàn)收發(fā)系統(tǒng),燈光系統(tǒng),雷達(dá)系統(tǒng)和測(cè)距系統(tǒng)等。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)車(chē)燈控制的智能化和雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)距功能,再有障礙物靠近車(chē)輛時(shí),報(bào)警電路能夠及時(shí)報(bào)警,保證了汽車(chē)在行駛過(guò)程中的汽車(chē)的安全行駛,大大提高了車(chē)輛在行駛中的安全性和可靠性。關(guān)鍵詞:CAN總線(xiàn),P87C591,車(chē)燈控制,雷達(dá)系統(tǒng)AbstractWiththedevelopmentofmodernautomobile,automobileelectronicdeviceincreasesceaselessly,allsortsofinformationcontrolwillbemoreandmorereal-timeexchangeneedcomprehensiveautomobilecontrolsystem,thetraditionalwiringtechnologyhasfarcannotmeetthisdemand,vehiclebuscontroltechnologyemergeasthetimesrequire.Thisdesignismainlytherealizationofintelligentlightingcontrolsystemsandradarsystems.TheP87C591single-chipdesignasthecoreofthehardwareplatform,receivingandsendingnewspaper,aphotosensitivesensorsignalcollectionandhumiditysensorandhumiditysignalthroughtheCANbusmodule,signalsensorinputstotheADconverter,andthentransmittedtothemicrocontroller,thesignalwasprocessedbySCM,theoutputcontrolsignalstocontrolthevehiclelamplightout,radarsystembyultrasonicsendingandreceivingmodule,sendingasignaltotheA/Dconverter,bythemicrocontrolleronthesignalanalysisandprocessing,controlalarmcircuitalarm.Insoftwaredesign,CANbustransceiversystem,lightingsystem,radarsystemandrangingsystem.Thissystemhasrealizedtherangingfunctionofintelligentandradarsystemofautomobilelightcontrol,anotherobstacletothevehicle,thealarmcircuitcanalarmintime,ensurethesafetyofvehiclesintheautomobiledrivingprocess,greatlyimprovingthesafetyandreliabilityofthevehicle.Keywords:CANBus;P87C591l;LightsControll;RadarSystem
目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及CAN總線(xiàn)技術(shù)特點(diǎn) 11.2課題研究的背景 21.2.1汽車(chē)車(chē)身電子技術(shù) 21.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的意義 21.2.3車(chē)燈控制系統(tǒng)及雷達(dá)系統(tǒng)利用CAN總線(xiàn)的意義 21.3畢業(yè)設(shè)計(jì)總體內(nèi)容 3第2章方案設(shè)計(jì) 42.1方案比較 42.2總體方案 13第3章硬件設(shè)計(jì) 153.1單片機(jī)的最小系統(tǒng) 153.2燈光控制節(jié)點(diǎn)MCU 163.3燈光驅(qū)動(dòng)電路 173.4超聲發(fā)射電路 173.5超聲波接收模塊設(shè)計(jì) 183.6顯示電路 213.7報(bào)警電路 213.8串行通訊接口設(shè)計(jì) 223.9單片機(jī)的拓展電路 233.10光敏傳感模塊 243.11濕度傳感器模塊 253.12穩(wěn)壓電路 26第4章軟件設(shè)計(jì) 274.1系統(tǒng)總體軟件功能 274.2J1939通訊協(xié)議 274.3燈光系統(tǒng)的流程圖 284.4節(jié)點(diǎn)接收模塊 304.5節(jié)點(diǎn)發(fā)送模塊 314.6照明燈軟件設(shè)計(jì) 334.7霧燈軟件設(shè)計(jì) 344.8測(cè)距系統(tǒng) 35第5章結(jié)論 37致謝 38參考文獻(xiàn) 39附錄I 40附錄II 43附錄III 50PAGE58緒論國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及CAN總線(xiàn)技術(shù)特點(diǎn)本課題所研究的基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)車(chē)身控制系統(tǒng),主要是為了簡(jiǎn)化現(xiàn)代汽車(chē)車(chē)身中日益復(fù)雜的電子控制設(shè)備之間的連線(xiàn)。在現(xiàn)代汽車(chē)的車(chē)身中,電子控制的部件越來(lái)越多(例如集控鎖、電動(dòng)車(chē)窗、后視鏡、廂內(nèi)照明燈、各種信號(hào)燈、座椅控制和汽車(chē)聲像系統(tǒng)),如果用傳統(tǒng)的信號(hào)線(xiàn)連接方式會(huì)使得連接導(dǎo)線(xiàn)非常復(fù)雜和冗長(zhǎng)。采用CAN總線(xiàn)以后,不管有多少電子部件需要控制,從控制命令發(fā)出部件所在位置,到接收部件所在位置的連線(xiàn)只需2根,故需要控制的部件越多,從命令發(fā)出地點(diǎn)到接收地點(diǎn)的距離越長(zhǎng)(如大型車(chē)),節(jié)約導(dǎo)線(xiàn)的效果就越明顯。并且隨著導(dǎo)線(xiàn)連接的簡(jiǎn)化,給汽車(chē)制造時(shí)的線(xiàn)束布置帶來(lái)極大方便,另外在功能擴(kuò)展(如再加入新的電子控制部件)時(shí),無(wú)需重新布線(xiàn),大大方便了升級(jí)換代工作。一個(gè)常用來(lái)說(shuō)明CAN總線(xiàn)優(yōu)點(diǎn)的例子是:某型汽車(chē)原來(lái)的連線(xiàn)總長(zhǎng)為500米,使用CAN以后縮短為50米,節(jié)約導(dǎo)線(xiàn)10倍(總重量也會(huì)減輕)。不僅如此,CAN總線(xiàn)能夠方便地實(shí)現(xiàn)整車(chē)數(shù)據(jù)共享,使汽車(chē)的性能全面優(yōu)化和高水平智能化。CAN總線(xiàn)具有卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì),因此,已經(jīng)在汽車(chē)工業(yè)、航空工業(yè)、控制安全防護(hù)、嵌入式網(wǎng)絡(luò)和保安系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。今天,在歐洲幾乎每一輛新客車(chē)上均裝配有CAN局域網(wǎng)。在國(guó)外現(xiàn)代轎車(chē)的設(shè)計(jì)中,CAN己經(jīng)成為必須采用的技術(shù),奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾、勞斯萊斯等汽車(chē)都將CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。一些汽車(chē)專(zhuān)家認(rèn)為,就像汽車(chē)電子技術(shù)在20世紀(jì)70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣,近10年現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)CAN技術(shù)的引入也將是汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。我國(guó)在CAN總線(xiàn)研究應(yīng)用方面起步較晚,工程應(yīng)用幾乎是空白。特別是在汽車(chē)上的應(yīng)用,可以說(shuō)是從近年,才在幾個(gè)大的汽車(chē)研究和生產(chǎn)單位正式啟動(dòng)的,目前都處于研究的初級(jí)階段,還沒(méi)有拿出產(chǎn)品化的成果。由于這些研究剛剛還處于起步階段,故目前的研究重點(diǎn)都集中在動(dòng)力系統(tǒng)(發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、電機(jī)、電池、儀表等)的CAN通訊上,還沒(méi)有精力針對(duì)汽車(chē)車(chē)身的電子控制部件進(jìn)行CAN總線(xiàn)的應(yīng)用研究。在我國(guó),CAN總線(xiàn)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)還剛剛起步,完全國(guó)產(chǎn)化的、應(yīng)用CAN總線(xiàn)控制動(dòng)力系統(tǒng)的汽車(chē)還沒(méi)有;CAN總線(xiàn)在車(chē)身控制方面的應(yīng)用還僅限于開(kāi)關(guān)量控制(如車(chē)燈、車(chē)門(mén)等)。本課題所研究的CAN總線(xiàn)車(chē)身控制系統(tǒng),可以簡(jiǎn)潔汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、促進(jìn)產(chǎn)品的實(shí)用化和低成本化。課題研究的背景近幾年來(lái),隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,汽車(chē)技術(shù)的更新周期也在縮短,汽車(chē)對(duì)電子產(chǎn)品的依賴(lài)性越來(lái)越突出,可以說(shuō)要提高汽車(chē)的技術(shù)水平,主要靠汽車(chē)電子技術(shù)來(lái)完成。目前,國(guó)內(nèi)的汽車(chē)電子技術(shù)多數(shù)還處于初級(jí)階段,有自主技術(shù)的汽車(chē)電子產(chǎn)品也不過(guò)是汽車(chē)音響、影音娛樂(lè)系統(tǒng)及空調(diào)等汽車(chē)媒體技術(shù)。而控制類(lèi)汽車(chē)電子技術(shù)還沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè),國(guó)內(nèi)整車(chē)廠現(xiàn)在采用的汽車(chē)電子控制技術(shù),多為直接引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品或是一些中外合資企業(yè)生產(chǎn)、組裝的產(chǎn)品。汽車(chē)工業(yè)已經(jīng)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)支柱型產(chǎn)業(yè),2006年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到700萬(wàn)輛,而我國(guó)的汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)還很薄弱,特別是汽車(chē)電子技術(shù)更加落后,已經(jīng)阻礙了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。所以,能否在電子技術(shù)上占領(lǐng)制高點(diǎn),開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、技術(shù)含量高的汽車(chē)電子產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展,減輕對(duì)國(guó)外汽車(chē)零部件的技術(shù)依賴(lài),是我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。這樣才能使我國(guó)的汽車(chē)技術(shù)趕上世界發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車(chē)技術(shù)水平,為我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供必要條件。汽車(chē)車(chē)身電子技術(shù)控制類(lèi)汽車(chē)電子產(chǎn)品一般分為動(dòng)力系統(tǒng)和車(chē)身控制系統(tǒng)兩類(lèi),在本研究課題中將詳細(xì)介紹車(chē)身控制技術(shù)中關(guān)于儀表和車(chē)燈控制的詳細(xì)內(nèi)容。車(chē)身控制系統(tǒng)主要是為了汽車(chē)增加輔助功能,提高駕駛的方便性、乘坐的舒適性及安全性。車(chē)身控制系統(tǒng)涵蓋范圍廣,包括燈光控制系統(tǒng),門(mén)窗控制系統(tǒng),座椅控制系統(tǒng),氣候(空調(diào))控制系統(tǒng),防盜系統(tǒng),導(dǎo)航定位系統(tǒng),安全氣囊,儀表板顯示集控等。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的意義現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)(FCS)是20世紀(jì)80年代中期在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的一種嶄新的工業(yè)控制技術(shù),它的出現(xiàn)引起了傳統(tǒng)的PLC和DCS控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的革命性變化?,F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)極大地簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)繁瑣且技術(shù)含量較低的布線(xiàn)工作量,使其系統(tǒng)檢測(cè)和控制單元的分布更趨合理,使原來(lái)基于設(shè)備來(lái)選擇控制和通信的方式,轉(zhuǎn)變?yōu)榛诰W(wǎng)絡(luò)來(lái)選擇設(shè)備。隨著Internet和Intranet的迅猛發(fā)展,現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)越來(lái)越顯示出其傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無(wú)可替代的優(yōu)越性?,F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品是否具有總線(xiàn)接口已成為能否在市場(chǎng)上生存的一個(gè)必要條件。車(chē)燈控制系統(tǒng)及雷達(dá)系統(tǒng)利用CAN總線(xiàn)的意義目前,現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有許多種類(lèi),幾種有影響的總線(xiàn)為:基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn),LONWORKS,PROFIBUS,CAN,HART等,由于CAN總線(xiàn)(全稱(chēng)為“ControllerAreaNetwork")最初是針對(duì)汽車(chē)提出的,故在汽車(chē)領(lǐng)域,可以說(shuō)CAN總線(xiàn)占據(jù)著霸權(quán)的地位。20世紀(jì)90年代以來(lái),汽車(chē)上由電子單元控制的部件越來(lái)越多,例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動(dòng)裝置(ABS)、安全氣囊、電控門(mén)窗、主動(dòng)懸架、自動(dòng)變速器、汽車(chē)穩(wěn)定性控制(ESP),混和動(dòng)力汽車(chē)中的電機(jī)控制,電池管理系統(tǒng)、座椅控制之類(lèi)的舒適系統(tǒng)、汽車(chē)聲像之類(lèi)的娛樂(lè)系統(tǒng)等等。隨著這些集成電路和單片機(jī)在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用,使得電子控制裝置之間的通訊越來(lái)越復(fù)雜,如果用傳統(tǒng)的信號(hào)線(xiàn)連接方式來(lái)連接各個(gè)控制器,不但會(huì)使控制器的引腳過(guò)多、控制器設(shè)計(jì)變得非常復(fù)雜,而且也會(huì)使得連接導(dǎo)線(xiàn)變得非常冗長(zhǎng)(如某型汽車(chē)原來(lái)的連線(xiàn)為500米,使用CAN以后縮短為50米;采用傳統(tǒng)連線(xiàn)方式的東風(fēng)汽車(chē)公司的混和動(dòng)力轎車(chē),僅連接電纜就達(dá)40公斤),使可靠性大大降低。博世(Bosch)公司推出CAN總線(xiàn)的最初動(dòng)機(jī),就是為了解決現(xiàn)代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通訊問(wèn)題,減少不斷增加的信號(hào)線(xiàn)。CAN總線(xiàn)是一種單一的網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn),其最大的優(yōu)點(diǎn)是:所有的控制器件都可以?huà)旖釉贑AN總線(xiàn)(只有兩根電線(xiàn))上?,F(xiàn)在汽車(chē)上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條CAN,一條用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN,速率達(dá)到500kb/s,一條用于車(chē)身系統(tǒng)的低速CAN,速率是100kb/s驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要連接對(duì)象是發(fā)動(dòng)機(jī)控制器ECU、ASR及ABS控制器、安全氣囊控制器、組合儀表等,它們的基本特征相同,都是控制與汽車(chē)行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)。車(chē)身系統(tǒng)CAN主要連接對(duì)象是4門(mén)以上的集控鎖、電動(dòng)車(chē)窗、后視鏡和廂內(nèi)照明燈等。目前,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN和車(chē)身系統(tǒng)這2條獨(dú)立的總線(xiàn)之間尚沒(méi)有關(guān)系。但人們已在設(shè)計(jì)“網(wǎng)關(guān)”,以實(shí)現(xiàn)在各個(gè)CAN之間的資源共享,并將各個(gè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)的信息反饋到儀表板上。駕車(chē)者只要看看儀表板,就可以知道各個(gè)電控裝置是否正常工作了。畢業(yè)設(shè)計(jì)總體內(nèi)容本次本業(yè)設(shè)計(jì)主要由以下幾個(gè)章節(jié)構(gòu)成:第一章緒論:緒論主要包括CAN總線(xiàn)國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況、次設(shè)計(jì)研究的背景、車(chē)車(chē)身的電子技術(shù)及車(chē)燈控制系統(tǒng)及雷達(dá)控制系統(tǒng)利用CAN總線(xiàn)的意義。第二章方案設(shè)計(jì):包括了方案的選擇及總體框圖的設(shè)計(jì),確定了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。第三章硬件設(shè)計(jì):硬件設(shè)計(jì)主要包括穩(wěn)壓電路、燈光控制節(jié)點(diǎn)MCU、超聲發(fā)射電路、超聲波接收電路、燈光驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)的外圍系統(tǒng)、顯示電路、報(bào)警電路、單片機(jī)的拓展電路和A/D采樣電路。第四章軟件設(shè)計(jì):包含了本設(shè)計(jì)的主體流程圖和汽車(chē)燈光控制系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的子程序流程圖及其相對(duì)應(yīng)的子程序,具體闡述了軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第五章設(shè)計(jì)總結(jié):總結(jié)了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)到知識(shí)點(diǎn)和本次設(shè)計(jì)遇到的難題和解決這些難題的方法,受益良多。方案設(shè)計(jì)方案比較本設(shè)計(jì)在顯示電路、總線(xiàn)的選擇、單片機(jī)的選擇和測(cè)距傳感器的選擇進(jìn)行方案比較。顯示方案一:采用數(shù)碼管作為顯示。根據(jù)題目要求至少需要四位數(shù)碼管顯示,數(shù)碼管在與單片機(jī)的串行連接時(shí)需要用到移位寄存器74LS164,比較繁瑣麻煩,增加了硬件電路的復(fù)雜性,并且數(shù)碼管顯示受溫度的影響,而是數(shù)碼管沒(méi)有良好的均勻度。顯示方案二:采用LCD1602液晶顯示屏。因?yàn)長(zhǎng)CD1602液晶顯示屏是個(gè)微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧,常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中,因此得到廣泛的應(yīng)用。所以選擇方案二。CAN總線(xiàn)方案一:1.由于目前CAN為愈來(lái)愈多的不同領(lǐng)域采用和推廣,導(dǎo)致要求不同應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此,1991年9月PhilipsSemiconductors制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范(Version2.0)。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩個(gè)部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報(bào)文格式,而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式。此后,1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)載工具——數(shù)字信息交換——高速通信控制器局部網(wǎng)(CAN)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11898),為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、推廣鋪平了道路。CAN技術(shù)規(guī)范2.0A和2.0B以及CAN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898是設(shè)計(jì)CAN應(yīng)用系統(tǒng)的基本依據(jù),也是應(yīng)用設(shè)計(jì)工作的基本規(guī)范??刂破骶植烤W(wǎng)是一種具有很高保密性、有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò)。在自動(dòng)化電子領(lǐng)域、發(fā)動(dòng)機(jī)控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等的應(yīng)用中,CAN的位速率可高達(dá)1Mbps。同時(shí),它可以廉價(jià)地用于交通運(yùn)載工具電器系統(tǒng)中,例如:燈光聚束、電氣窗口等等以代替所需要的硬件連接。CAN技術(shù)規(guī)范的目的是使任意兩個(gè)CAN執(zhí)行過(guò)程達(dá)到兼容。然而,兼容性具有眾多的不同方面,例如:電氣特性和被傳送數(shù)據(jù)的表示方法。CAN技術(shù)規(guī)范版本2.0包括兩部分內(nèi)容:版本2.0A描述在CAN技術(shù)規(guī)范1.2中定義的CAN報(bào)文格式;版本2.0B描述標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展格式兩種報(bào)文格式。為了同CAN技術(shù)規(guī)范2.0兼容,要求CAN執(zhí)行既同版本2.0A,也同版本2.0B兼容。隨著串行通信進(jìn)入更多應(yīng)用領(lǐng)域,因此,要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信功能報(bào)文標(biāo)識(shí)符標(biāo)注的標(biāo)準(zhǔn)化,如果原有由11個(gè)標(biāo)識(shí)符定義地址范圍加以擴(kuò)展,CAN對(duì)于這些應(yīng)用服務(wù)將更加周到,因而,引入了第二種報(bào)文格式(擴(kuò)展格式),它可以提供由29位定義的更大地址范圍,這將使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者解釋除在定義良好結(jié)構(gòu)名稱(chēng)方面的苦惱。需要借助擴(kuò)展格式提供標(biāo)識(shí)符范圍的CAN用戶(hù)可以繼續(xù)使用方便的11位標(biāo)識(shí)符(標(biāo)準(zhǔn)格式)。這種情況下,他們可以使用市場(chǎng)過(guò)去推廣使用的CAN,也可以使用兩種格式的新型控制其來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式,CAN報(bào)文格式中第一個(gè)保留位像它在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的一樣被使用。由于CAN技術(shù)規(guī)范1.2的報(bào)文格式等效于標(biāo)準(zhǔn)格式,因而仍然可用,而由于定義了擴(kuò)展格式,可使標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的報(bào)文在相同的網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)存在。2.CAN總線(xiàn)的四種幀(1)數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀自一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)攜帶數(shù)據(jù)至一個(gè)或多個(gè)接收節(jié)點(diǎn),數(shù)據(jù)幀由七種不同的位域組成:幀的起始域;仲裁域;控制域;數(shù)據(jù)域;CRC域;應(yīng)答域;幀的結(jié)束域。幀的起始域:該域表示一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的開(kāi)始,它由一個(gè)顯性組成,該顯性用于接收狀態(tài)下的CAN控制器的硬同步。仲裁域:由信息標(biāo)識(shí)符及RTR位組成,當(dāng)有多個(gè)CAN控制器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),在仲裁域要進(jìn)行面向位的沖突裁決。標(biāo)識(shí)符:由11位組成,用于提供信息地址及優(yōu)先級(jí)。其發(fā)送順序?yàn)镮D.10至ID.0(LSB)。需要注意的是,其最高七位(ID.10至ID.4)均為隱性的現(xiàn)象不允許出現(xiàn)。ID決定了報(bào)文的優(yōu)先權(quán),ID的數(shù)值越小,優(yōu)先級(jí)越高。這一點(diǎn)可以從CAN總線(xiàn)的物理特性理解。當(dāng)總線(xiàn)上有幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)需要發(fā)送數(shù)據(jù),其ID標(biāo)識(shí)符分別為01001011111;01001111111和01111111111,當(dāng)發(fā)送ID.10和ID.9時(shí),三個(gè)節(jié)點(diǎn)都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)沖突,于是繼續(xù)發(fā)送ID.8,這時(shí)由于C節(jié)點(diǎn)發(fā)送的是隱性(邏輯1),而A和B節(jié)點(diǎn)都發(fā)送的是顯性(邏輯0),各節(jié)點(diǎn)上是集電極開(kāi)路,“線(xiàn)與”的關(guān)系,所以C節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)有沖突,而且自己標(biāo)識(shí)符的優(yōu)先級(jí)低,于是C節(jié)點(diǎn)退出仲裁。同樣的道理,8節(jié)點(diǎn)在發(fā)送ID.5后退出仲裁。CAN總線(xiàn)優(yōu)先級(jí)的仲裁與Ethernet有很大的不同。Ethernet采用的是CSMA/CD協(xié)議,即檢測(cè)到碰撞后,各節(jié)點(diǎn)均先退出發(fā)送,經(jīng)過(guò)各自隨即產(chǎn)生的時(shí)間延遲后再重新發(fā)送。而CAN總線(xiàn)這種按優(yōu)先級(jí)判別的方法,可以使優(yōu)先級(jí)高的消息先發(fā)送。因此,標(biāo)識(shí)符取值最小的節(jié)點(diǎn)能夠占據(jù)總線(xiàn)。需要注意的是,優(yōu)先級(jí)別取決于發(fā)送消息中的標(biāo)識(shí)符,而不是節(jié)點(diǎn)。標(biāo)識(shí)符并不限定某一特定節(jié)點(diǎn)接收該信息,因?yàn)镃AN網(wǎng)絡(luò)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)接收及廣播幾種通訊方式。程幀發(fā)送請(qǐng)求位(RTR):CAN總線(xiàn)上的接收節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求總線(xiàn)上另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,方法是向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)出遠(yuǎn)程幀用標(biāo)識(shí)符指出節(jié)點(diǎn)地址,并置RTR位為高。如果所尋址節(jié)點(diǎn)立即發(fā)送所請(qǐng)求的數(shù)據(jù),則使用相同的標(biāo)識(shí)符,此時(shí)總線(xiàn)上不會(huì)產(chǎn)生沖突,因?yàn)閿?shù)據(jù)幀的RTR位此時(shí)為低(數(shù)據(jù),顯性)??刂朴颍捍擞蛴?個(gè)位組成,包括2個(gè)保留位(ID,用于CAN協(xié)議擴(kuò)展)及4位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼,允許的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度值0~8。數(shù)據(jù)域:發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼指示的長(zhǎng)度發(fā)送。對(duì)于接收的數(shù)據(jù)同樣如此,第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的最高有效位第一個(gè)被發(fā)送/接收。循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)域:CRC域由CRC序列位(1位)及CRC連界符(一個(gè)隱性)組成。CRC范圍包括幀的起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域及CRC序列。CRC序列的最高有效位被首先發(fā)送/接收,選用這種幀校驗(yàn)式,是由于這種CRC碼對(duì)于少于127位的幀是最佳的。應(yīng)答域:應(yīng)答域由發(fā)送方發(fā)出的兩位(應(yīng)答空隙及應(yīng)答分界)隱性組成,所有接收到正確的CRC序列的節(jié)點(diǎn)將在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答空隙上將發(fā)送方的這一隱性改寫(xiě)為顯性。因此,發(fā)送節(jié)點(diǎn)將一直監(jiān)視總線(xiàn)信號(hào)以確保網(wǎng)絡(luò)中至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)正確地收到了所發(fā)信息。應(yīng)答分界位是應(yīng)答域中第二個(gè)隱性。由此可見(jiàn),應(yīng)答空隙兩邊有兩個(gè)隱性,CRC分界位及應(yīng)答分界位。幀結(jié)束域:每一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀均由一串7個(gè)隱性的幀結(jié)束域結(jié)尾。這樣,接收節(jié)點(diǎn)可以正確檢測(cè)到一個(gè)幀的結(jié)束。(2)遠(yuǎn)程幀CAN上的一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)可以啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸,方法是向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)一個(gè)遠(yuǎn)程幀,用標(biāo)識(shí)符尋址數(shù)據(jù)發(fā)送源節(jié)點(diǎn),且置相應(yīng)幀的RTR位為高。遠(yuǎn)程幀與數(shù)據(jù)幀有如下不同:RTR位為高;數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼無(wú)效;無(wú)數(shù)據(jù)域。遠(yuǎn)程幀由6個(gè)域組成:幀起始域、仲裁域、控制域、CRC域、應(yīng)答域、幀結(jié)束域。(3)錯(cuò)誤指示幀錯(cuò)誤指示幀由兩個(gè)不同的域組成:第一個(gè)域反映來(lái)自控制器的錯(cuò)誤標(biāo)志,第二個(gè)域?yàn)殄e(cuò)誤分界符。①錯(cuò)誤標(biāo)志有兩種形式的錯(cuò)誤標(biāo)志:主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志,它由6個(gè)連續(xù)顯性組成:被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志,它由6個(gè)連續(xù)隱性組成,它可由其它CAN控制器的顯性改寫(xiě)。處于主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的CAN節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到錯(cuò)誤后,將發(fā)出主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志,該錯(cuò)誤標(biāo)志不滿(mǎn)足位填充(插入)規(guī)則,或者破壞T應(yīng)答域或幀結(jié)束域的固定格式。所有其它節(jié)點(diǎn)都將檢測(cè)到錯(cuò)誤狀態(tài),并發(fā)出該錯(cuò)誤標(biāo)志。因此,這些從總線(xiàn)上監(jiān)測(cè)到的顯性串是各節(jié)點(diǎn)發(fā)出的不同錯(cuò)誤標(biāo)志的結(jié)果,這一位串的長(zhǎng)度最小是6個(gè),最長(zhǎng)是12個(gè)。被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的CAN控制器檢測(cè)到錯(cuò)誤后發(fā)出被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志,并等待從被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志開(kāi)始的相同極性的6個(gè)連續(xù)位。當(dāng)這6個(gè)相同位被檢測(cè)到后,被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志結(jié)束。②錯(cuò)誤分界錯(cuò)誤分界符由8個(gè)隱性組成它與過(guò)載分界有相同的格式。當(dāng)錯(cuò)誤標(biāo)志發(fā)生后,每一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)監(jiān)視總線(xiàn),直至檢測(cè)到一個(gè)顯性的跳變。此時(shí)表示所有的CAN節(jié)點(diǎn)已經(jīng)完成了錯(cuò)誤標(biāo)志的發(fā)送,并開(kāi)始發(fā)送8個(gè)隱性的分界符。之后網(wǎng)絡(luò)上的主動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)便可同時(shí)開(kāi)始其它的發(fā)送。如果在數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)地幀的發(fā)送過(guò)程中,出現(xiàn)錯(cuò)誤,則當(dāng)前的信息作廢,并重新啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送。如果CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤指示幀出錯(cuò),則重發(fā)。當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)錯(cuò)誤指示幀錯(cuò)誤時(shí),則相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)將變?yōu)楸粍?dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)。為正確地結(jié)束錯(cuò)誤標(biāo)志,被動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要總線(xiàn)空閑至少三個(gè)位周期(如果在一個(gè)被動(dòng)錯(cuò)誤態(tài)接收控制器出現(xiàn)本地錯(cuò)誤)。(4)超載幀超載幀由兩個(gè)區(qū)域組成:超載標(biāo)志及超載分界符。下述兩種狀態(tài)將導(dǎo)致超載幀發(fā)送:接收方在接收一幀之前需要過(guò)多的時(shí)間處理當(dāng)前的數(shù)據(jù)(接收未準(zhǔn)備好);在幀間空隙域檢測(cè)到顯性信號(hào)。①超載幀發(fā)送條件條件有兩個(gè):在幀間空隙域的第一個(gè)位周期:在幀間空隙域中檢測(cè)到顯性信號(hào)一個(gè)位周期后,方可啟動(dòng)超載幀的發(fā)送。②超載標(biāo)志超載標(biāo)志由6個(gè)隱性組成,其格式與錯(cuò)誤標(biāo)志相同。③超載分界符超載分界符由8個(gè)隱性組成:其格式與錯(cuò)誤分界符相同。當(dāng)超載標(biāo)志發(fā)出后,每個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)視總線(xiàn)狀態(tài),直至檢測(cè)到隱性的跳變。此時(shí),所有的節(jié)點(diǎn)均已完成超載標(biāo)志的發(fā)送,并開(kāi)始發(fā)8個(gè)隱性串。幀間空隙數(shù)據(jù)幀及遠(yuǎn)程與其前面一幀信息包之間的空隙是幀間空隙,它由幀間空隙域及總線(xiàn)空閑狀態(tài)組成。(5)幀間空隙幀間空隙由三個(gè)隱性組成,在此期間,CAN節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行幀發(fā)送。幀間空隙是必要的,為的是使CAN控制器在下次信息傳遞前有時(shí)間進(jìn)行內(nèi)部處理操作。LIN總線(xiàn)方案二:1.LINBus系統(tǒng)主要特性有:(1)單主機(jī)多從機(jī)組織(即沒(méi)有總線(xiàn)仲裁),配置靈活;(2)于普通UART/SCI接口的低成本硬件實(shí)現(xiàn)低成本軟件協(xié)議;(3)帶時(shí)間同步的多點(diǎn)廣播接收,從機(jī)節(jié)點(diǎn)無(wú)需石英或陶瓷諧振器,可以實(shí)現(xiàn)自同步;(4)保證信號(hào)傳輸?shù)难舆t時(shí)間??蛇x的報(bào)文幀長(zhǎng)度:2、4和8字節(jié);(5)數(shù)據(jù)校驗(yàn)和的安全性和錯(cuò)誤檢測(cè),自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的故障節(jié)點(diǎn);(6)使用最小成本的半導(dǎo)體組件(小型貼片,單芯片系統(tǒng))。(7)速度高達(dá)20kbit/s;LIN網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)以及一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成,媒體訪問(wèn)由主節(jié)點(diǎn)控制--從節(jié)點(diǎn)中不必有仲裁或沖突管理??梢员WC最差狀態(tài)下的信號(hào)傳輸延遲時(shí)間。LIN相對(duì)于CAN的成本節(jié)省主要是由于采用單線(xiàn)傳輸、硅片中硬件或軟件的低實(shí)現(xiàn)成本和無(wú)需在從節(jié)點(diǎn)中使用石英或陶瓷諧振器。2.LIN物理層總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)/接收器的定義遵循ISO9141單線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),并帶有一些增強(qiáng)性能??偩€(xiàn)為單線(xiàn)傳輸,"與"總線(xiàn)通過(guò)終端電阻由電池正極節(jié)點(diǎn)(VBAT)提供??偩€(xiàn)收發(fā)器采用增強(qiáng)型的ISO9141實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)??偩€(xiàn)可以取兩個(gè)互補(bǔ)的邏輯值:主控值其電壓接近于接地端,代表邏輯值"0",退讓值其電壓與電池電壓接近,代表邏輯值"1"。總線(xiàn)采用上拉電阻作為終端,主節(jié)點(diǎn)的上拉電阻為1kΩ,從節(jié)點(diǎn)的上拉電阻為30kΩ。電阻需串聯(lián)一個(gè)二極管以防止由于本地電源泄漏對(duì)總線(xiàn)產(chǎn)生的干擾。從節(jié)點(diǎn)的終端電容通常值為CSlave=220pF,主節(jié)點(diǎn)的電容要更高以使整個(gè)總線(xiàn)的電容小于從節(jié)點(diǎn)的值。由于采用單線(xiàn)媒質(zhì)傳輸,最大的傳輸波特率被限定在20kbit/s以?xún)?nèi)。該值為從滿(mǎn)足信號(hào)同步而不產(chǎn)生沖突的最高值,到為滿(mǎn)足電磁兼容性要求而要達(dá)到的傳輸最低值之間的實(shí)驗(yàn)中間值。最小的傳輸波特率為1kbit/s--這有助于避免在實(shí)際中產(chǎn)生超時(shí)沖突。LIN協(xié)議通過(guò)LIN總線(xiàn)傳輸?shù)膶?shí)體為幀。一個(gè)報(bào)文幀由幀頭以及回應(yīng)(數(shù)據(jù))部分組成。在一個(gè)激活的LIN網(wǎng)絡(luò)中,通訊通常由主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng),主節(jié)點(diǎn)任務(wù)發(fā)送包含有同步間隙的報(bào)文頭,同步字節(jié)以及報(bào)文標(biāo)志符(ID)。一個(gè)從節(jié)點(diǎn)的任務(wù)通過(guò)接收并過(guò)濾標(biāo)志符被激活,并啟動(dòng)回應(yīng)報(bào)文的傳送?;貞?yīng)中包含了1到8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)以及一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼。傳輸一幀所花費(fèi)的總的時(shí)間是發(fā)送每個(gè)字節(jié)所用的時(shí)間,加上從節(jié)點(diǎn)的回應(yīng)間隙,再加上傳輸每個(gè)字節(jié)的間隙時(shí)間(inter-bytespace)。字節(jié)間隙是指發(fā)送完前一個(gè)字節(jié)的停止位后到發(fā)送下一個(gè)字節(jié)的啟動(dòng)位之間的時(shí)間。LIN協(xié)議的核心特性是使用進(jìn)度表(scheduletable)。進(jìn)度表有助于保證總線(xiàn)不出現(xiàn)過(guò)載的情況,他們同樣是保證信號(hào)定期傳輸?shù)暮诵慕M件。在一組LIN節(jié)點(diǎn)中只有主節(jié)點(diǎn)任務(wù)才可以啟動(dòng)通訊保證了行為的確定性。主節(jié)點(diǎn)有責(zé)任保證與操作模式相關(guān)的所有幀都必須分配了足夠長(zhǎng)的傳輸時(shí)間。LIN信息是以報(bào)文的形式傳送的。報(bào)文傳輸是由報(bào)文幀的格式形成和控制的。報(bào)文幀由主機(jī)任務(wù)向從機(jī)任務(wù)傳送同步和標(biāo)識(shí)符信息,并將一個(gè)從機(jī)任務(wù)的信息傳送到所有其它從機(jī)任務(wù)。主機(jī)任務(wù)位于主機(jī)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部,它負(fù)責(zé)報(bào)文的進(jìn)度表、發(fā)送報(bào)文頭(HEADER)。從機(jī)任務(wù)位于所有的(即主機(jī)和從機(jī))節(jié)點(diǎn)中,其中一個(gè)(主機(jī)節(jié)點(diǎn)或從機(jī)節(jié)點(diǎn))發(fā)送報(bào)文的響應(yīng)(RESPONSE)。幀內(nèi)部間隔(inter-framespace)是從上一幀發(fā)送完畢后到下一幀啟動(dòng)發(fā)送間的時(shí)間間隔。幀由幀間間隔以及接下來(lái)的4到11個(gè)字節(jié)域組成。一個(gè)報(bào)文幀如圖2.1所示,是由一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文頭和一個(gè)主機(jī)或從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的響應(yīng)組成。報(bào)文幀的報(bào)文頭包括一個(gè)同步間隔場(chǎng)(SYNCHBREAKFIELD)、一個(gè)同步場(chǎng)(SYNCHFIELD)和一個(gè)標(biāo)識(shí)符場(chǎng)。報(bào)文幀的響應(yīng)(RESPONSE)則由3個(gè)到9個(gè)字節(jié)場(chǎng)組成:2、4或8字節(jié)的數(shù)據(jù)場(chǎng)(DATAFIELD)和一個(gè)校驗(yàn)和場(chǎng)(CHECKSUMFIELD)。字節(jié)場(chǎng)由字節(jié)間空間分隔,報(bào)文幀的報(bào)文頭和響應(yīng)是由一個(gè)幀內(nèi)響應(yīng)空間分隔。最小的字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間是0,這些空間的最大長(zhǎng)度由報(bào)文幀的最大長(zhǎng)度TFRAME_MAX。圖2.1LIN報(bào)文幀通過(guò)方案一和方案二比較可以得出結(jié)論,LIN總線(xiàn)有一個(gè)主節(jié)點(diǎn),其他是從節(jié)點(diǎn)。從節(jié)點(diǎn)不能主動(dòng)向主節(jié)點(diǎn)傳輸信息,只有主節(jié)點(diǎn)需要從節(jié)點(diǎn)才能發(fā)送信息;CAN總線(xiàn)沒(méi)有主從之分,總線(xiàn)上得節(jié)點(diǎn)都可以在總線(xiàn)空閑時(shí)互相通信,如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同事發(fā)送信息,那么按報(bào)文優(yōu)先級(jí)來(lái)分,優(yōu)先級(jí)高的可以先發(fā),優(yōu)先級(jí)低的后法,優(yōu)先級(jí)是由報(bào)文標(biāo)識(shí)符確定的。從速率上說(shuō),CAN總線(xiàn)最高通信速率可達(dá)1M每秒,LIN總線(xiàn)只有20K左右,所以選擇方案一。單片機(jī)的選型方案一,選擇AT89S52:主要性能:與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容;8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器;1000次擦寫(xiě)周期;全靜態(tài)操作:0Hz~33MHz;三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器;32個(gè)可編程I/O口線(xiàn);三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;八個(gè)中斷源;全雙工UART串行通道;低功耗空閑和掉電模式;掉電后中斷可喚醒;看門(mén)狗定時(shí)器;雙數(shù)據(jù)指針;掉電標(biāo)識(shí)符;功能特性描述:AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O口線(xiàn),看門(mén)狗定時(shí)器,2個(gè)數(shù)據(jù)指針,三個(gè)16位
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外,AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。方案二,選擇P87C591;
P87C591是一個(gè)單片8位高性能微控制器,具有片內(nèi)CAN控制器,從80C51微控制器家族派生而來(lái)。它采用了強(qiáng)大的80C51指令集并成功地包含了PHILIPS半導(dǎo)體SJA1000CAN控制器強(qiáng)大的PeliCAN功能。全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復(fù)而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。改進(jìn)的1:1內(nèi)部時(shí)鐘預(yù)分頻器在12MHz外部時(shí)鐘速率時(shí)實(shí)現(xiàn)500ns指令周期。微控制器以先進(jìn)的CMOS工藝制造,并設(shè)計(jì)用于汽車(chē)和通用的工業(yè)應(yīng)用。除了80C51的標(biāo)準(zhǔn)特性之外,器件還為這些應(yīng)用提供許多專(zhuān)用的硬件功能。P87C591組合了P87C554(微控制器)和SJA1000(獨(dú)立的CAN控制器)的功能,并具有下面的增強(qiáng)特性:(1)增強(qiáng)的CAN接收中斷(2)擴(kuò)展的驗(yàn)收濾波器(3)驗(yàn)收濾波器可"在運(yùn)行中改變"特性(1)16K字節(jié)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器,512字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM;(2)3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器:T0、T1和T2(捕獲&比較),1個(gè)片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器T3;(3)帶6路模擬輸入的10位ADC,可選擇快速8位ADC;(4)2個(gè)8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出(PWM);(5)具有32個(gè)可編程I/O口(準(zhǔn)雙向、推挽、高阻和開(kāi)漏);(6)帶硬件I2C總線(xiàn)接口;(7)全雙工增強(qiáng)型UART,帶有可編程波特率發(fā)生器(8)雙DPTR;(9)可禁止ALE實(shí)現(xiàn)低EMI;(10)復(fù)位信號(hào);(11)eliCAN內(nèi)核;(12)度范圍:-40~+85℃;通過(guò)方案一和方案二比較,由于方案二更適合用與CAN總線(xiàn)模塊相連,所以選擇方測(cè)距傳感器的選擇;方案一:激光測(cè)距激光測(cè)距裝置門(mén)是一種光子雷達(dá)系統(tǒng),它具有測(cè)量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn),在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前在汽車(chē)上應(yīng)用較廣的激光測(cè)距系統(tǒng)可分為非成象式激光雷達(dá)和成象式激光雷達(dá)。非成象式激光雷達(dá)根據(jù)激光束傳播時(shí)間確定距離。它的工作原理是:從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后,用掃描鏡左右掃描,向空間發(fā)射,照射在前方車(chē)輛或其他目標(biāo)上,其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖,被導(dǎo)入到信號(hào)處理裝置內(nèi)光電二極管,利用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)激光二極管啟動(dòng)脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時(shí)間差,即可求得目標(biāo)距離。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測(cè)器測(cè)定反射鏡的角度即可測(cè)出目標(biāo)的方位。成象式激光雷達(dá)又可分為掃描成象激光雷達(dá)和非掃描成象激光雷達(dá)。掃描成象激光雷達(dá)把激光雷達(dá)同二維光學(xué)掃描鏡結(jié)合起來(lái),利用掃描器控制激光的射出方向,通過(guò)對(duì)整個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行逐點(diǎn)掃描測(cè)量,即可獲得視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)的三維信息。非掃描成象式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過(guò)強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出,照射待測(cè)區(qū)域。由于非掃描成象激光雷達(dá)測(cè)點(diǎn)數(shù)目大大減少,從而提高了系統(tǒng)三維成象速度。在汽車(chē)測(cè)距系統(tǒng)中,激光測(cè)距的應(yīng)用只有局限性。盡管非成象激光雷達(dá)更同成象式激光雷達(dá)相比,具有造價(jià)低、速度快、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但由于激光雷達(dá)測(cè)距儀器工作環(huán)境處于高速運(yùn)動(dòng)的車(chē)體中,振動(dòng)大,對(duì)其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求,其體積也受到了一定的限制,同時(shí)激光測(cè)距方式受天氣狀態(tài)、汽車(chē)的震動(dòng)及反射鏡表面磨損、污染等因素影響較大,測(cè)距精度難以保證。所以在汽車(chē)防撞領(lǐng)域激光測(cè)距方式?jīng)]有得到發(fā)展。方案二:攝像系統(tǒng)測(cè)距CCD攝像機(jī)是一種用來(lái)模擬人眼的光電探測(cè)器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確、其線(xiàn)掃描輸出的光電信號(hào)有利于后續(xù)信號(hào)處理等優(yōu)良特性,在汽車(chē)行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。利用面陣CCD,可獲得被測(cè)視野的二維圖像,但無(wú)法確定與被測(cè)物體之間的距離。只使用一個(gè)CCD攝像機(jī)的系統(tǒng)稱(chēng)為單目攝像系統(tǒng),在汽車(chē)上常用于倒車(chē)后視系統(tǒng),輔助駕駛員獲得后視死角信息,以避免倒車(chē)撞物。為獲得目標(biāo)三維信息,模擬人的雙目視覺(jué)原理,利用間隔固定的兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)對(duì)同一景物成象,通過(guò)對(duì)這兩幅圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析處理,即可確定視野中每個(gè)物體的三維坐標(biāo),這一系統(tǒng)稱(chēng)為雙目攝像系統(tǒng)。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺(jué)原理,測(cè)量精度高。但目前價(jià)格較高,同時(shí)由于受軟件和硬件的制約,成象速度較慢,而且探頭容易磨損,使得探測(cè)距離精確程度降低,一般減少至原來(lái)的1/2一1/3。方案三:超聲波測(cè)距超聲波簡(jiǎn)單的說(shuō)就是音頻超過(guò)了人類(lèi)耳朵所能夠聽(tīng)到的范圍。在彈性媒質(zhì)中,如果波源所激起的縱波的頻率在2OHz到20000Hz之間,就能引起人的聽(tīng)覺(jué)。在這一頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)稱(chēng)為聲振動(dòng),聲振動(dòng)所激起的縱波稱(chēng)為聲波。頻率高于20000Hz的機(jī)械波稱(chēng)為超聲波,頻率低于20Hz的機(jī)械波稱(chēng)為次聲波。與光波不同,超聲波是一種彈性機(jī)械波,它可以在氣體、液體和固體中傳播。電磁波的傳播速度為380m/s,超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s(常溫下),其速度與電磁波相差5個(gè)等級(jí),其速度相對(duì)電磁波是非常慢的,由于超聲波指向性強(qiáng),能量消耗緩慢,在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn),并且利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制,并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求,因而超聲波經(jīng)常用于多距離的測(cè)量,如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn),在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。由上,述敘述可知,超聲波測(cè)量能夠達(dá)到系統(tǒng)中所要求的測(cè)量精度,一般應(yīng)用在汽車(chē)倒車(chē)系統(tǒng)上。方案四:毫米波雷達(dá)測(cè)距毫米波是指波長(zhǎng)介于1一1Omm之間的電磁波,雷達(dá)是利用目標(biāo)對(duì)電磁波反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置的。汽車(chē)上應(yīng)用的雷達(dá)采用的是3OGHZ以上的毫米波雷達(dá),毫米波雷達(dá)測(cè)距在原理上和以上幾種測(cè)距方式類(lèi)似。毫米波頻率高、波長(zhǎng)短,一方面可縮小從天線(xiàn)輻射的電磁波射束角幅度,從而減少由于不需要的反射所引起的誤動(dòng)作和干擾,另一方面由于多普勒頻移大,相對(duì)速度的測(cè)量精度高"毫米波雷達(dá)的主要特征有:(l)穩(wěn)定的探測(cè)性能。不受被測(cè)物體表面形狀、顏色等的影響:對(duì)大氣紊流、氣渦等具有適應(yīng)性。(2)良好的環(huán)境適應(yīng)性。毫米波雷達(dá)的穿透能力很強(qiáng),其測(cè)距精度受雨、雪、霧及陽(yáng)光等天氣因素和雜音、污染等環(huán)境的影響較小,可以保證車(chē)輛在任何天氣下的正常運(yùn)行。作為車(chē)載雷達(dá),目前適用的主要有脈沖多普勒雷達(dá)、雙頻CW雷達(dá)和FM雷達(dá)三種。應(yīng)用雷達(dá)測(cè)距,需要防止電磁波干擾,雷達(dá)彼此之間的電磁波和其他通信設(shè)施的電磁波對(duì)其測(cè)距性能都有影響。毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用于防撞,以避免高速公路上發(fā)生追尾碰撞。但是,由于應(yīng)用毫米波雷達(dá)測(cè)距易受電磁干擾,而且成本太高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其價(jià)格昂貴,市場(chǎng)價(jià)格在1500元以上,一般使用于高檔轎車(chē)。方案五:紅外線(xiàn)測(cè)距紅外線(xiàn)測(cè)距和激光、超聲波測(cè)距在原理上基本相同,均是根據(jù)發(fā)射波和反射時(shí)間來(lái)判斷目標(biāo)的距離,車(chē)載儀器通過(guò)發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線(xiàn),依據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱及波長(zhǎng)的不同,同時(shí)分析時(shí)間差,可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車(chē)的距離。紅外線(xiàn)的最大探測(cè)距離為10m,測(cè)距時(shí)響應(yīng)的時(shí)間較慢,約1000ms。紅外線(xiàn)測(cè)距在技術(shù)上難度不大,構(gòu)成的測(cè)距系統(tǒng)成本較低,但是在惡劣的天氣和長(zhǎng)距離探測(cè)方面仍然不能滿(mǎn)足汽車(chē)防撞的要求。同時(shí),紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光線(xiàn)長(zhǎng),是肉眼看不見(jiàn)的光,有顯著的熱效應(yīng)和較強(qiáng)的穿透云霧的能力。由于任何物體在任何時(shí)候都會(huì)發(fā)出紅外線(xiàn),而且人類(lèi)肉眼感知不到紅外線(xiàn),具有極強(qiáng)的隱蔽性,夜間同樣不妨礙測(cè)距儀的工作,故該種測(cè)距儀廣泛應(yīng)用在軍,用汽車(chē)上。從以上五種測(cè)距技術(shù)方案的介紹可以看出各個(gè)傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn):超聲波技術(shù)主要用于短距離探測(cè),成本低,制作安裝簡(jiǎn)便,適應(yīng)惡劣環(huán)境;紅外線(xiàn)技術(shù)一般用于夜間環(huán)境,對(duì)環(huán)境適應(yīng)性差:微波雷達(dá)測(cè)距和激光測(cè)距相對(duì)于超聲波測(cè)距來(lái)講精度更高,定位更準(zhǔn)確。攝像系統(tǒng)技術(shù)價(jià)格較貴;毫米波雷達(dá)技術(shù)和激光技術(shù)的成本很高,所以運(yùn)用其原理進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備價(jià)格也是相當(dāng)高的,因而現(xiàn)在只是在比較高級(jí)的轎車(chē)中才有所應(yīng)用。綜合以上考慮和實(shí)際應(yīng)用條件,本系統(tǒng)的測(cè)距模塊采用的是第三種方案,并在超聲波測(cè)距技術(shù)方案的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化和改進(jìn)??傮w方案本設(shè)計(jì)采用CAN總線(xiàn)通訊協(xié)議建立電動(dòng)汽車(chē)燈光控制系統(tǒng)局域網(wǎng)和雷達(dá)控制系統(tǒng)局域網(wǎng),完成該局域網(wǎng)內(nèi)前、后車(chē)燈控制系統(tǒng)與主控制器節(jié)點(diǎn)的信息通訊。通過(guò)CAN總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)燈光控制功能,如圖1所示。其中,左右前燈包括:遠(yuǎn)光燈(45W)、近光燈(40W)、前轉(zhuǎn)向燈(12W)、示寬燈(5W)、邊轉(zhuǎn)向燈(5W)和霧燈(55W);左右后燈包括:后轉(zhuǎn)向燈(23W)、制動(dòng)燈(21W)、尾燈(5W)和倒車(chē)燈(23W)。要實(shí)現(xiàn)的燈光控制功能包括:遠(yuǎn)光燈控制、近光燈控制、霧燈控制、倒車(chē)燈控制、制動(dòng)控制、尾燈控制、示寬燈控制。通過(guò)主控器節(jié)點(diǎn)上的開(kāi)關(guān)控制所有的車(chē)燈,一共有8個(gè)控制開(kāi)關(guān):近光燈開(kāi)關(guān);遠(yuǎn)光燈開(kāi)關(guān);左轉(zhuǎn)向燈開(kāi)關(guān);右轉(zhuǎn)向燈開(kāi)關(guān);霧燈開(kāi)關(guān);倒車(chē)燈開(kāi)關(guān);小燈開(kāi)關(guān),制動(dòng)等開(kāi)關(guān)。汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)前面四組,后面兩組構(gòu)成雷達(dá)控制系統(tǒng),檢測(cè)汽車(chē)和障礙物的距離,進(jìn)行報(bào)警。示寬燈前轉(zhuǎn)向燈前轉(zhuǎn)向燈示寬燈示寬燈前轉(zhuǎn)向燈前轉(zhuǎn)向燈示寬燈智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)后燈節(jié)點(diǎn)MCUCAN總線(xiàn)收發(fā)器智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)CAN總線(xiàn)收發(fā)器四組雷達(dá)系統(tǒng)CAN總線(xiàn)收發(fā)器主控節(jié)點(diǎn)MCU車(chē)燈控制開(kāi)關(guān)前燈節(jié)點(diǎn)MCU智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)兩組雷達(dá)系統(tǒng)智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)近光燈遠(yuǎn)光燈遠(yuǎn)光燈近光燈邊轉(zhuǎn)向燈倒車(chē)燈邊轉(zhuǎn)向燈倒車(chē)燈制動(dòng)燈尾燈牌照燈制動(dòng)燈制動(dòng)燈后轉(zhuǎn)向燈后轉(zhuǎn)向燈后轉(zhuǎn)向燈后轉(zhuǎn)向燈尾燈尾燈牌照燈牌照燈圖2.2總體框圖硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)需要供電、晶振電路與時(shí)鐘電路的共同作用,才能工作,本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào),外接晶振時(shí),C1、C2值通常選擇30uF左右;C1、C2可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用,振蕩頻率范圍是0到24MHz。為了減少寄生電容,更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作,諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝于單片機(jī)芯片靠近。復(fù)位電路采用手動(dòng)上電復(fù)位電路,這種電路利用電容器充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)加電時(shí),電容C3充電,電路有電流流過(guò),構(gòu)成回路,在電阻上R2上有壓降,RESET引腳為高電平;當(dāng)電容C3充滿(mǎn)電后,電路相當(dāng)于斷開(kāi),RESET電位與地相同,復(fù)位結(jié)束。圖3.1單片機(jī)的最小系統(tǒng)燈光控制節(jié)點(diǎn)MCU考慮到系統(tǒng)的成本,本設(shè)計(jì)選用P87C591單片機(jī)作為燈光控制節(jié)點(diǎn)的MCU。P87C591是一個(gè)單片8位高性能微控制器,組合了P87C554(微控制器和SJA1000獨(dú)立的CAN控制器)的功能,并在SJA1000的基礎(chǔ)上增加了以下CAN的特性:(1)增強(qiáng)的CAN接收中斷;(2)擴(kuò)展的驗(yàn)收濾波器;(3)驗(yàn)和TXD相連,而是通過(guò)高速光電耦合器6N137后與PCA82C250相連,這樣就很好地實(shí)現(xiàn)了總線(xiàn)上各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。不過(guò),應(yīng)該特別說(shuō)明的一點(diǎn)是,光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源Vcc和Vdd必須完全隔離,否則采用光耦也就失去了意義。PCA82C250與CAN總線(xiàn)的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。PCA82C250的CANH和CANL引腳各自通過(guò)一個(gè)10KΩ的電阻與CAN總線(xiàn)相連,電阻可起到一定的限流作用,保護(hù)PCA82C250免受過(guò)流的沖擊。CANH和CANL與接地之間并聯(lián)了兩個(gè)100uF的小電容,可以起到濾除總線(xiàn)上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外,在兩根CAN總線(xiàn)輸入端與地之間分別接了一個(gè)防雷擊管,當(dāng)兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時(shí),通過(guò)防雷擊管的放電可起到一定的保護(hù)作用。圖3.2燈光控制節(jié)點(diǎn)MCU燈光驅(qū)動(dòng)電路燈光驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)智能功率開(kāi)關(guān)對(duì)車(chē)燈進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。各個(gè)車(chē)燈節(jié)點(diǎn)對(duì)車(chē)燈的驅(qū)動(dòng)大致相同,以一個(gè)單通道智能功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路為例進(jìn)行說(shuō)明,如圖3.3所示。BTS443是Infinion公司的智能高邊功率開(kāi)關(guān),它適用于汽車(chē)電子苛刻的工作環(huán)境,其工作的溫度范圍可從-40℃至+150℃。采用12V或24V負(fù)載控制,適用于各種阻性負(fù)載、感性負(fù)載或容性負(fù)載,尤其適用于具有高浪涌電流的負(fù)載,如車(chē)燈等;可以作為繼電器、保險(xiǎn)絲及分立電路等控制方法的替代方法。此外,BTS443還具有多項(xiàng)保護(hù)功能:短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫關(guān)斷和掉電保護(hù)、靜電放電保護(hù)和電源反接保護(hù)等。圖3.3燈光驅(qū)動(dòng)電路超聲發(fā)射電路發(fā)射電路提供電脈沖信號(hào)需要由超聲波發(fā)射。超聲波是由軟件生成方法生成。超聲波信號(hào)由軟件生成的,傳送到驅(qū)動(dòng)程序,通過(guò)輸出引腳驅(qū)動(dòng)由司機(jī)推探測(cè)器,產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是,該軟件可以充分利用和柔韌性好。超聲波是由555時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)采用12V電源以確保555時(shí)基電路有足夠的驅(qū)動(dòng)能力,如圖3.3所示。圖3.4超聲波發(fā)射電路超聲波接收模塊設(shè)計(jì)根據(jù)電路需求,需要接收放大電路滿(mǎn)足以下要求:(l)微弱信號(hào)放大,放大倍數(shù)要求mv一V。(2)波形整形。(3)實(shí)時(shí)選通不同方向的微弱信號(hào)。如圖所示,不同方向的超聲波接收器將接收到回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)(正弦波),信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大以后,被送入電壓比較器進(jìn)行比較,電壓比較器輸出的方波信號(hào)直接輸入單片機(jī),該低電平作為P87C591外部中斷0的中斷信號(hào)使P87C591產(chǎn)生中斷,并計(jì)算出有關(guān)數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn),接收電路完成了超聲波回波信號(hào)的換向識(shí)別、轉(zhuǎn)換。圖3.4.1接收電路信號(hào)變化信號(hào)的放大和整形以及產(chǎn)生中斷信號(hào)等功能,進(jìn)行波形處理:如圖3.4.1所示,微弱信號(hào)一放大信號(hào)一整形信號(hào)。(1)放大電路設(shè)計(jì)放大電路目的:微弱信號(hào)放大。微弱信號(hào)需要放大整形,因此接收部分電路主要由放大電路、壓比較電路構(gòu)成。根據(jù)所用的T40一16型超聲波傳感器的資料以及在實(shí)驗(yàn)中所觀察到的現(xiàn)象,超聲波發(fā)射器在發(fā)射超聲波時(shí),有一部分聲波從發(fā)射器直接傳到接收器,這部分信號(hào)直接加到回波信號(hào)中,干擾回波信號(hào)的檢測(cè)"此問(wèn)題在軟件中處理。超聲波接收電路將接收換能器輸出的微弱信號(hào),進(jìn)行濾波、放大、檢波、整形,來(lái)得到大幅值電信號(hào),供單片機(jī)端口辨識(shí)、接收電路可采用新產(chǎn)品專(zhuān)用集成電路,也可用傳統(tǒng)的濾波、放大、檢波、整形的電路。過(guò)去均采用分立元件構(gòu)成,現(xiàn)在可以用集成電路來(lái)代替。采用超聲波微弱信號(hào)放大芯片,如下圖3.4.2所示。圖3.4.2聲波接收電路圖3.4.2由集成運(yùn)放Al、A2構(gòu)成,R,C,為無(wú)源濾波網(wǎng)絡(luò),二極管、R9為檢波網(wǎng)絡(luò)。在回波信號(hào)的放大過(guò)程中,由于干擾信號(hào)的存在,為避免將干擾信號(hào)放大而產(chǎn)生回波誤識(shí)別,必須將干擾信號(hào)濾除,即回波信號(hào)放大過(guò)程中必須設(shè)計(jì)帶通濾波器,對(duì)有效頻帶內(nèi)的超聲波信號(hào)進(jìn)行選擇放大。濾波器的功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò),而將此頻率范圍之外的信號(hào)加以抑制或使其急劇衰減。當(dāng)干擾信號(hào)與有用信號(hào)不在同一頻率范圍之內(nèi),可使用濾波器有效的抑制干擾。由于超聲波回波信號(hào)具有頻率低、幅度小、易受干擾等特點(diǎn),因此,本系統(tǒng)采用RC無(wú)源濾波方式,用于微弱回波信號(hào)的放大。由于集成運(yùn)放技術(shù)已十分成熟,應(yīng)用己經(jīng)十分普及檢波網(wǎng)絡(luò)的功能是通過(guò)二階帶通濾波網(wǎng)絡(luò),檢測(cè)到系統(tǒng)所需要的40(HZ)頻率信號(hào)。(2)比較電路設(shè)計(jì)比較電路目的:將mv級(jí)的微弱信號(hào)放大后的V級(jí)信號(hào)整形成能為辨識(shí)的脈沖信號(hào),本文是下降沿引起中斷。根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)思想,要將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU識(shí)別的高低中斷信號(hào),所以在對(duì)回波信號(hào)(正弦波)經(jīng)過(guò)兩次放大以后,需要將正弦波整形成方波,于是后面接了一個(gè)電壓比較電路。因?yàn)檩斎腩l率為40HZ,采用了集成電壓比較LM393。LM393具有低偏置電流和失調(diào)電流(典型值分別為100nA和6nA),其響應(yīng)速度為200ms可用單電源供電(如十5V),也可用雙電源供電(如士12V)。在本系統(tǒng)中采用了+5V單電源供電。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察,LM393輸出信號(hào)符合設(shè)計(jì)要求,單片機(jī)端口識(shí)別引腳1處標(biāo)準(zhǔn)下降沿。電路圖如圖:圖3.4.3比較電路顯示電路顯示電路是選擇LCD1602液晶顯示屏,因?yàn)橛捎谝壕э@示器顯示質(zhì)量高,每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度,恒定發(fā)光。因此,液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。而且液晶顯示器都是數(shù)字式的,和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠,操作更加方便。液晶顯示器通過(guò)LCD顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的,在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。相對(duì)而言,液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上,因而耗電量比其它LCD顯示器要少得多。圖3.4LCD1602液晶顯示屏報(bào)警電路本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報(bào)警,當(dāng)距離車(chē)后障礙物小于2米時(shí),距離車(chē)兩側(cè)障礙物距離小于0.2米時(shí),蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為1HZ的BIBi聲。其電路設(shè)計(jì)如圖3.8所示,在圖3.8中,蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱組成。當(dāng)接通電源后(l.5一15V直流工作電壓),多諧振蕩器起振,輸出1.5一2.5HZ的音頻信號(hào),阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。蜂鳴器電路由單片機(jī)的RD端控制。本系統(tǒng)報(bào)警燈由單片機(jī)脈沖信號(hào)觸發(fā),當(dāng)測(cè)距距離于0.2米時(shí)報(bào)警。圖3.8報(bào)警電路串行通訊接口設(shè)計(jì)串行通信是數(shù)據(jù)通信的主要方式之一。由于其連線(xiàn)少、成本低,再加上有調(diào)制解調(diào)功能因而特別適合于距離較遠(yuǎn)而且通信點(diǎn)較多的場(chǎng)合。P87C591中的串行口是一個(gè)全雙工的異步串行通信接口,可以同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)"在微型計(jì)算機(jī)中一般都有1一2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS一232C串行通信口,利用這些串行口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)串行數(shù)據(jù)通信,具體的接線(xiàn)如圖3.9所示,以MAX232通過(guò)一個(gè)DB一9型連接器與計(jì)算機(jī)的COM口連接,通過(guò)插座J與單片機(jī)相連。根據(jù)時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的方式,串行通信分為同步通信和異步通信兩種。在同步通信傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)串時(shí),發(fā)送和接收應(yīng)保持一致,因此往往使用同一個(gè)時(shí)鐘控制串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。同步通信的實(shí)用性完全取決于發(fā)送器和接收器保持同步的能力。如果由于某種原因,數(shù)據(jù)漏掉一位,則所有下面接收的字節(jié)數(shù)據(jù)都是不正確的。異步串行通信,發(fā)送器和接收器兩端分別使用自己的時(shí)鐘,不再共用一個(gè)時(shí)鐘。要求兩個(gè)時(shí)鐘的頻率大致相同,能在短時(shí)間內(nèi)保持同步。異步數(shù)據(jù)發(fā)送器先送出一個(gè)起始位,后面跟著具有一定格式的串行數(shù)據(jù)位和停止位。異步數(shù)據(jù)接收器首先接收起始位,同步它的時(shí)鐘,使之接近于發(fā)送器的頻率,然后使用同步時(shí)鐘接收數(shù)據(jù)串。在接收過(guò)程中,接收時(shí)鐘與發(fā)送時(shí)鐘的匹配會(huì)有偏差,但這種偏差不會(huì)影響接收數(shù)據(jù)的正確性。停止位表示數(shù)據(jù)串的結(jié)束,它通常被接收器用來(lái)判別接收過(guò)程中的某些錯(cuò)誤。同步通信與異步通信比較,具有傳輸數(shù)據(jù)速度快的優(yōu)點(diǎn),但使用較多的連接線(xiàn),如果有錯(cuò)則成批的數(shù)據(jù)將報(bào)廢。而異步通信傳輸數(shù)據(jù)速度較慢,但使用較少的連接線(xiàn),若一次串行數(shù)據(jù)的過(guò)程中,出現(xiàn)錯(cuò)誤,僅僅影響一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中,串行數(shù)據(jù)的傳輸常采用異步通信方式。因此本控制器也采用異步通信方式。在電氣性能方面,RS一232C標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯,邏輯l電平在一5~一15V范圍內(nèi),邏輯0電平在+5~+l5V范圍內(nèi)。RS一232C能夠識(shí)別低至+3V的信號(hào)作為邏輯0,能夠識(shí)別高至一3V的信號(hào)作為邏輯1。而對(duì)于TTL器件,一個(gè)邏輯低輸出必須不高于0.4V,一個(gè)邏輯低輸入必須不高于0.8V:一個(gè)邏輯高輸出必須至少為2.4V,一個(gè)邏輯高輸入必須至少為2V。由于電氣特性上的不同,如果計(jì)算機(jī)與單片機(jī)要互連,必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。這種電平的轉(zhuǎn)換有多種方式,可以采用標(biāo)準(zhǔn)的RS一232C電平轉(zhuǎn)換器MC1488和MC1489,但是MC1488和MC1489是兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器和發(fā)送器芯片,而且MC1488驅(qū)動(dòng)器需要外接正負(fù)12V電源。因此選用MAXIM公司的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片,MAX232內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路,僅需+5V電源便可工作,使用十分方便。圖3.9串行接口電路單片機(jī)的拓展電路由于單片機(jī)P87C591單片機(jī)的接口不夠,不能滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求,所以選擇8255對(duì)電路進(jìn)行拓展。P87C591單片機(jī)與8255的接口電路比較簡(jiǎn)單,如圖3.9所示,8255的片選信號(hào)及口地址選擇線(xiàn)A0、A1分別由P87C591的T1、P0.0、P0.1經(jīng)地址鎖存提供。故8255的A、B、C口及控制口地址分別為BFFCH、BFFEH、BFFFH。8255的D0~D7分別于P87C591的P0.0~P0.7相連。8255的復(fù)位端與89S52的復(fù)位端相連,都接到89S52的復(fù)位電路上。另外P87C591的、一一對(duì)應(yīng)相連。這樣單片機(jī)與8255就實(shí)現(xiàn)了I/O的并行擴(kuò)展了。圖3.10單片機(jī)拓展電路光敏傳感模塊圖3.11光敏傳感模塊模塊描述
(1)可以檢測(cè)周?chē)h(huán)境的亮度和光強(qiáng)(與光敏電阻比較,方向性比較好,可以感知固定方向的光源)(2)靈敏度可調(diào)(圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié))(3)工作電壓3.3V-5V(4)輸出形式a模擬量電壓輸出。b數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出(0和1)(5)設(shè)有固定螺栓孔,方便安裝(6)小板PCB尺寸:3cm*1.6cm模塊接口說(shuō)明(4線(xiàn)制)(1)VCC外接3.3V-5V電壓(可以直接與5v單片機(jī)和3.3v單片機(jī)相連)(2)GND外接GND(3)DO小板數(shù)字量輸出接口(0和1)(4)AO小板模擬量輸出接口濕度傳感器模塊濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類(lèi)。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜,當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí),元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化,利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí),濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化,使其電容量也發(fā)生變化,其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá)2-3%RH,這比干濕球測(cè)濕精度高。濕敏元件的線(xiàn)性度及抗污染性差,在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí),濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中,很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這方面沒(méi)有干濕球測(cè)濕方法好。電阻式氯化鋰濕度計(jì):第一個(gè)基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局的F.W.Dunmore研制出來(lái)的。這種元件具有較高的精度,同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉,適用于常溫常濕的測(cè)控等一系列優(yōu)點(diǎn)。氯化鋰元件的測(cè)量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個(gè)元件的有效感濕范圍一般在20%RH以?xún)?nèi)。例如0.05%的濃度對(duì)應(yīng)的感濕范圍約為(80~100)%RH,0.2%的濃度對(duì)應(yīng)范圍是(60~80)%RH等。由此可見(jiàn),要測(cè)量較寬的濕度范圍時(shí),必須把不同濃度的元件組合在一起使用??捎糜谌砍虦y(cè)量的濕度計(jì)組合的元件數(shù)一般為5個(gè),采用元件組合法的氯化鋰濕度計(jì)可測(cè)范圍通常為(15~100)%RH,國(guó)外有些產(chǎn)品聲稱(chēng)其測(cè)量范圍可達(dá)(2~100)%RH。圖3.12濕度傳感器穩(wěn)壓電路輸入電源來(lái)自于車(chē)載電池,電源模塊的作用是為了給控制器和其他模塊電路提供符合要求的電源。目前汽車(chē)上使用的是12V的系統(tǒng),蓄電池的電壓范圍是9~12V,一般單片機(jī)的輸入電壓為5V,因此需要對(duì)汽車(chē)上的電源系統(tǒng)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,來(lái)供MCU和其它器件使用。由電路我們可以看到,在該電源模塊中我們使用了7812和7805兩種穩(wěn)壓管,通過(guò)它們來(lái)將電壓穩(wěn)定到12V和5V的需要電壓。同時(shí)在電源模塊電路中還使用了LC及RC濾波電路,通過(guò)該電路可以濾除電源中的干擾信號(hào),從而達(dá)到凈化電源的效果。具體電路如下:圖3.1穩(wěn)壓電路
軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體軟件功能CAN總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)要有效、實(shí)時(shí)地完成通信任務(wù),軟件的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方案,具有較好的模塊性、功能性、可移植性以及可修改性。系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)分為五個(gè)部分:CAN通訊程序(包括應(yīng)用層的1939協(xié)議通訊),外圍接口程序(所有檢測(cè)芯片和驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)),中斷服務(wù)程序(信號(hào)處理,故障報(bào)警以及數(shù)據(jù)收發(fā)),雷達(dá)系統(tǒng)程序(檢測(cè)汽車(chē)與障礙物的距離),主程序(完成系統(tǒng)的初始化設(shè)計(jì)以及任務(wù)調(diào)度)。整個(gè)系統(tǒng)采用兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的MCU來(lái)控制各自的硬件電路,它們之間通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以及電路控制信號(hào)的傳遞。系統(tǒng)分為前后兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn),這符合汽車(chē)上的應(yīng)用設(shè)計(jì)。前端節(jié)點(diǎn)主要的軟件功能:通過(guò)掃描開(kāi)關(guān)量,將采集到的車(chē)燈控制信號(hào)通過(guò)CAN總線(xiàn)以數(shù)據(jù)幀的形式發(fā)送到后端節(jié)點(diǎn)來(lái)控制后端車(chē)燈的亮滅。雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)超聲波檢測(cè)的信號(hào),通過(guò)測(cè)距計(jì)算出汽車(chē)車(chē)身與障礙物的距離,如果在設(shè)定的距離內(nèi)是,報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。J1939通訊協(xié)議SAEJ1939通信協(xié)議是由美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)—卡車(chē)和公共汽車(chē)電氣電子委員會(huì)下的控制和通信網(wǎng)絡(luò)分委員會(huì)制定的高層CAN網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。它是按照ISO的開(kāi)放式數(shù)據(jù)互聯(lián)模型定義的七層基準(zhǔn)參考模型制定的,它采用串行通信協(xié)議CAN2.0B作為網(wǎng)絡(luò)核心協(xié)議。該協(xié)議已經(jīng)在上文描述。其特點(diǎn)是:使用所謂多路復(fù)用技術(shù)(Multiplexing),為車(chē)輛上各傳感器、執(zhí)行器和控制器提供建立在CAN總線(xiàn)基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)化的高速網(wǎng)絡(luò)連接,在車(chē)輛電子裝置之間實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)共享,有效減少電子線(xiàn)束的數(shù)量,利于提高車(chē)輛電子控制系統(tǒng)的靈活性、可靠性、可維修性和標(biāo)準(zhǔn)化程度。目前SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為世界各大車(chē)輛部件制造商均支持的重要通信標(biāo)準(zhǔn),尤其在大客車(chē)、載貨汽車(chē)、特種車(chē)輛和工程機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。J1939是一個(gè)高速的通信網(wǎng)絡(luò),傳輸速率可達(dá)到250Kbps。它的前身是J1708和J1587,但它們是低速的,只提供ECU之間的簡(jiǎn)單的信息交換,包括了診斷信息。J1939完全兼容了前兩者的功能。J1939使用的CAN協(xié)議允許任何一個(gè)ECU在總線(xiàn)空閑的時(shí)候向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息,每一個(gè)消息包括了一個(gè)用來(lái)定義消息優(yōu)先級(jí)、誰(shuí)發(fā)送的消息以及消息中包含了什么數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)符。標(biāo)識(shí)符同時(shí)避免了沖突的產(chǎn)生。這允許在發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候高優(yōu)先級(jí)的消息得到總線(xiàn)的訪問(wèn)權(quán)。J1939協(xié)議是基于CAN2.0為網(wǎng)絡(luò)核心,取自O(shè)SI(OpenSystemInterconnect開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián))七層模型的其中四層,即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)管理層。但是通常物理層標(biāo)準(zhǔn)與ISO11898規(guī)范兼容并采用符合該規(guī)范的CAN控制器與收發(fā)器,因而我們經(jīng)常討論的J1939協(xié)議主要是數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層及網(wǎng)絡(luò)管理層。數(shù)據(jù)鏈路層J1939-21,該層需要和CAN的數(shù)據(jù)鏈路層交互;網(wǎng)絡(luò)管理層J1939-81,該層涉及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?jié)點(diǎn)的增加和刪除管理;以及汽車(chē)應(yīng)用層J1939-71,該層和汽車(chē)的具體應(yīng)用相關(guān)。SAEJ1939的數(shù)據(jù)鏈路層在物理層之上提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸功能。通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層的組織,發(fā)送的CAN數(shù)據(jù)幀具有必需的同步、順序控制、錯(cuò)誤控制和流控制等功能。其中,流控制是通過(guò)一致的信息幀格式完成。數(shù)據(jù)鏈路層的功能通過(guò)命令、請(qǐng)求、廣播/響應(yīng)、應(yīng)答、組功能和傳輸協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中傳輸協(xié)議用于長(zhǎng)度大于8個(gè)字節(jié)的參數(shù)組(PGN)的收發(fā)。傳輸協(xié)議涉及報(bào)文的拆裝和重組,通信方式又分為廣播和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)話(huà),對(duì)傳輸過(guò)程還定義了超時(shí)監(jiān)測(cè)和錯(cuò)誤處理,是數(shù)據(jù)鏈路層最復(fù)雜的部分。SAEJ1939的網(wǎng)絡(luò)層定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)ECU的需求和服務(wù),它們負(fù)責(zé)不同SAEJ1939網(wǎng)絡(luò)段之間的互聯(lián)。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)層也定義了各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)ECU和它們所提供的功能。SAEJ1939的汽車(chē)應(yīng)用層詳細(xì)定義SAEJ1939協(xié)議應(yīng)用層所用到的SPN(可疑參數(shù)編號(hào))和PGN(參數(shù)組),該層包含管理功能和所采用的支持應(yīng)用的機(jī)制。在應(yīng)用層技術(shù)要求中,對(duì)報(bào)文格式、ISO拉丁字符集、參數(shù)范圍、傳輸重復(fù)率、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的命名規(guī)則等方面都有具體的規(guī)定和描述。另外,SAEJ1939應(yīng)用層所提供的主要診斷功能包括:周期性廣播活動(dòng)診斷故障代碼;確定控制器診斷燈狀態(tài);讀取或清除診斷故障代碼;讀寫(xiě)控制器存儲(chǔ)器;提供安全功能;停止/起動(dòng)報(bào)文廣播;報(bào)告診斷就緒狀態(tài);監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)等。這些功能分別由診斷報(bào)文DM1—DM19具體實(shí)現(xiàn)。燈光系統(tǒng)的流程圖首先系統(tǒng)的程序初始化,接受采集開(kāi)關(guān)量和傳感器傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào),通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器的進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,CAN總線(xiàn)接受A/D轉(zhuǎn)化器傳來(lái)的信號(hào),在通過(guò)CAN總線(xiàn)模塊發(fā)送給單片機(jī),單片機(jī)對(duì)傳過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理和分析,然后執(zhí)行車(chē)燈的亮滅。按照本系統(tǒng)的測(cè)距需要,需要得到超聲波的傳輸時(shí)間T和超聲波的傳輸速度V進(jìn)行TV運(yùn)算以得到車(chē)子與障礙物的距離S。超聲波的傳輸時(shí)間T:采用用單片機(jī)的P1.1或P1.2控制振蕩電路,振蕩產(chǎn)生產(chǎn)生40kHz的脈沖串,再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)超聲波換能器發(fā)射超聲波,同時(shí)采用計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí),當(dāng)超聲波接收器接收到回波信號(hào)時(shí)停止計(jì)時(shí),由此得出超聲波的的傳輸時(shí)間T。從而得出障礙物與車(chē)輛之間的距離,如果障礙物與車(chē)輛之間的距離在報(bào)警范圍內(nèi),報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。開(kāi)始開(kāi)始初始化掃描開(kāi)關(guān)信號(hào)和傳感器信號(hào)CAN總線(xiàn)接收模塊CAN總線(xiàn)發(fā)送模塊單片機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行車(chē)燈的亮滅結(jié)束A/D轉(zhuǎn)換模塊調(diào)用延時(shí)發(fā)送程序,清發(fā)射位調(diào)用系統(tǒng)系統(tǒng)測(cè)距模塊子程序調(diào)用數(shù)據(jù)處理模塊子程序,計(jì)算測(cè)距距離調(diào)用顯示模塊子程序,將距離送到顯示模塊顯示是否在設(shè)定距離報(bào)警電路報(bào)警YN圖4.3燈光系統(tǒng)流程圖節(jié)點(diǎn)接收模塊節(jié)點(diǎn)的報(bào)文接收采用中斷控制,其流程圖如圖4.1所示,整個(gè)接收的過(guò)程可在中斷服務(wù)程序中完成而不需要與主程序發(fā)生交互
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