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标题: 基于LIN总线的倒车雷达系统的设计与实现 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-16 17:20
标题: 基于LIN总线的倒车雷达系统的设计与实现

???? 摘? 要：采用AT89S52作为控制器，连接并控制自主设计的超声波倒车雷达的接收与发送模块。控制器将倒车雷达模块的数据以LIN协议规定的报文格式发送到LIN总线，通信过程按照LIN协议规定的一主多从的通信方式。实验表明，该系统数据的传输符合LIN协议标准，能够很好地与其他符合LIN标准的汽车电子设备进行通信，具有较好的实际应用价值。
　　随着汽车工业的发展和人们生活水平的提高，城市里汽车的数量迅速增加，出现了交通拥挤、停车难等问题，为了解决汽车后视镜存在的后视盲区问题，免除驾驶员的视野死角和视线模糊的缺陷，减少汽车倒车时的碰撞事故，各种汽车倒车雷达应运而生。自从20世纪80年代中期德国博世公司开发现场总线CAN以来，发展迅速并引起广泛关注，目前CAN总线已经成为汽车总线推广、应用的主流。
　　然而，由于CAN总线复杂的仲裁机制使其在低端市场的生产成本受到了挑战；另外，在汽车使用中，其稳定性相比另一种专门应用于低端市场的LIN总线也存在一些不足。
　　本设计正是基于以上的应用背景设计，与传统的单独倒车系统相比，在兼容性和汽车布线方面具有强大的优势；同时与主流的CAN总线相比在成本和稳定性方面具有相当的优势。所以LIN总线做为CAN总线的补充和辅助总线，在倒车雷达、车灯控制等低端的应用必将受到更加广泛的关注。
　　1 系统的整体设计思路
　　本设计主要由超声波测距和LIN总线通信两部分组成。
　　(1)超声波测距。由探头、发射电路、接收电路、选频电路和单片机处理组成。主要过程是：单片机产生20个0.5 ms脉冲信号，频率为40 kHz，自动避过大约为2 ms的盲区时间，然后开始计时，脉冲原始信号为5 V，该信号经过运放放大后，可驱动超声波发射探头发出15 V、40 kHz的脉冲超声波。由于接收头与发射头配对，因此，接收后可将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大后加至高通有源滤波电路滤除低频杂波，最后产生一个TTL电平的回波信号。该信号输入到单片机产生外部中断，停止单片机的定时器，然后读出计时器的时间差，得到超声波发射出去碰到阻碍物回射的时间差，再根据公式d=v*t/2得出距离障碍物的距离。原理框图如图1所示。

　　2 超声波测距模块的设计
　　2.1 超声波测距模块的硬件设计
　　2.1.1 发射电路
　　发射模块的主要作用是对超声波发射探头进行功率驱动，由单片机引脚输出40 kHz的脉冲信号，经CD4049转变成24 V电压信号激励超声波探头，从而产生频率为40 kHz的超声波并发射出去。
　　2.1.2 接收电路
　　前端放大电路：前置放大电路单元的作用是对有用的信号进行放大，并抑制其他的噪声和干扰，从而达到最大信噪比，以利于后续电路的设计。
　　带通滤波电路：在传感器接收的信号中，除了障碍物反射的回波外，总混有杂波和干扰脉冲等环境噪声。而前端放大电路在放大有用信号的同时，也会将一部分的噪声信号同时放大，并没有提高输入信号的信噪比[4]。由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后仍具有一定的电压放大和缓冲作用，所以采用有源滤波电路抑制无用频率干扰信号。
　　由于在本系统中，总噪声包括在低频段的室内环境噪声和50 Hz工频干扰，以及在高频率段的接收机内部噪声。故选用由TL082运算放大器以及外围电阻电容构成的带通滤波电路。经过此滤波电路后，40 kHz左右的有用回波信号被保留，而无用信号被削弱，为下一级的检波电路提供较高信噪比的输入信号。
　　2.1.3 检测电路
　　接收传感器输出信号经过上述放大滤波电路后，就可以进行信号检测。其目的是确定接收信号的到达时间，这是整个电路中的关键，因为它不仅决定系统的测量精度，还关系到整个系统是否能正常工作。

　　从节点包括2类：(1)带有倒车雷达的从节点，它有1个ID信箱，将自己在总线获得的ID放在里面，每当识别到有报文帧来的时候，提取报文头里的ID与本身信箱里的ID进行对比。如果相同则将采集到的超声波数据装进数据信箱，然后把数据做为数据响应发送出去；否则保持沉默，不发送任何数据。(2)不带倒车雷达系统的从节点，其主要功能是对接收总线的数据进行显示，并在必要的时候充当网关的作用，将收集到的LIN信号转换成其他总线信号进行下一步的传输，其本身并不发送数据，所以该ID定义全局的标识符，对总线上所有的信号进行接收，并且根据校验和场的数据，分析数据传输过程是否出现错误，如果没有，则将数据显示出来；如果有，则产生提醒信号并将数据丢弃掉。
　　4 倒车雷达系统实验及数据分析
　　4.1 超声波测距误差及分析
　　超声波测距在室温下进行测试，其数据如表1所示。经过多次测量发现，在同一温度下测量结果有如下规律:

　　本系统实现了与瑞典Kvaser公司的LIN总线分析仪相互进行通信，实验表明该系统数据的传输符合LIN协会规定的LIN协议标准，能够很好地与其他符合LIN标准的汽车电子设备进行通信，具有较好的实际应用价值。由于目前国内汽车总线正处于发展阶段，相比欧美国家来说存在一定的差距，本设计虽然基本上实现了LIN总线通信的功能，但与标准的LIN协议通信还有一定的距离。

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