基于蓝牙技术的汽车四轮定位系统无线化设计

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引 言
近年来，随着我国汽车工业的快速发展和汽车保有量的大幅增加，汽车检测技术也取得了巨大的进步，汽车检测设备的功能、质量都在不断提高，正逐步向数字化、智能化、便携化方向发展。作为汽车检测的基本设备，四轮定位仪是专门用来测量车轮定位参数的设备。国内市场上常见的四轮定位仪主要是拉线式和无线测量有线传输式两种，未来的发展趋势是全无线式。如何利用低成本的无线传输技术改造现有的有线数据传输系统，就成了工程上很有意义的问题。本文利用低成本的无线传输蓝牙技术，提出了一种改造现有汽车四轮定位系统的方案，详细说明了无线化汽车四轮定位系统的软、硬件设计方法。

1 传统设计的问题和解决方案
1.1 传统设计的问题
汽车在出厂时，其悬挂系统的定位角度都是设定好的，但是车辆在行驶一段时间后，这些定位角度会产生变化。定位系统是1个主控电脑和4个安装在四轮上的传感器。检测时，四轮定位仪测量出汽车现时的四轮定位参数，将数据传回主控电脑；主控电脑将显示汽车测量的数据列表，并与原厂的数据相比较，计算出偏差值，再对小车相关的部位进行恰当的调节。
传统的汽车四轮定位仪是依靠有线方式和主电脑通信的，使用起来有诸多限制。四轮定位仪价格昂贵，国产的一般在十几万元以上，进口的则更贵，一般都在20万元以上。所以要想将其无线化，最好的方案是保留原有的硬件系统，仅添加无线收发单元的软硬件，以免汽车维修站二次投资。
1.2 无线化解决方案
工业场合经常需要无线传输数据，比如光纤制造时拉伸晶体用的超高温热炉需要把温度数据传送出来。蓝牙模块体积小，不受障碍物和角度限制，价格也相对低廉，比较适合。除了某些专用的蓝牙模块以外，大多蓝牙模块硬件上都提供了数据接口，通过RS232串口可以传输对速率要求不高的实时数据。
本文选择蓝牙技术来设计无线化传统汽车四轮定位系统。蓝牙工作在免费的ISM频段，且发射功率比较小(一般为1～10 mW)，不会对汽车维修站的其他电气设备产生无线电干扰，很适合汽车维修场合应用。蓝牙采用点对点或者点对多点的主从网络方案，蓝牙四轮定位网络采用1个主设备和4个从设备的方案，如图1所示。这是由于现代轿车普遍都是前后独立悬挂，所以前、后车轮各自需要调整的参数是独立的，不能采用一主一从的点对点方案，而要用一主四从的方案。

  

2 系统硬件设计
2.1 硬件总体设计
蓝牙主设备是具有无线收发功能的主控电脑，负责查询四轮的状态，并且向四轮发送调整指令；蓝牙从设备是4个安装在汽车车轮上的测量传感仪器，负责测量四轮的状态参数，并且把测量得到的参数无线传回主控电脑。主控电脑里存储了该车型的标准资料，它无线接收四轮传来的数据(即汽车现时的四轮定位参数)，并与该车型的存储值对比算出偏差，做出相应判断，再把调整指令无线发送给四轮。据此要求，硬件系统结构如图2所示。


2.2 硬件工作流程
图2中的单片机C和测量传感仪器属于无线化以前的传统汽车四轮定位仪。测量仪测得汽车车轮的角度等参数，通过传感器发给单片机C。
四轮的状态参数传回主控电脑的过程如下：单片机C得到车轮传感器的数据，通过UART口传给单片机A；单片机A把数据通过蓝牙从设备无线发送给主控电脑端的蓝牙主设备；单片机B从蓝牙主设备获得数据后，通过转换芯片转换为标准的RS232串口形式，再通过PC机上的标准9针串口送给主控电脑。主控电脑向四轮发送调整命令的流程与此类似。
这样，只需在传统的四轮定位系统上附加一些元件就实现了无线化，方便了汽车维修公司。
2.3 蓝牙模块与单片机接口电路设计
蓝牙模块采用CSR公司的Bluecore系列CSR0312。主要技术规范如下：

◆遵从蓝牙1.1规范；
◆射频输出为class2级，作用距离10 m；
◆蓝牙1.1认证；
◆FCC&ETST认证；
◆支持UART接口。
单片机用来存放初始化蓝牙模块和建立无线ACL数据连接的指令代码，可以说单片机中的软件是此系统的核心。这里采用AT89S51，该款单片机价格相对低廉。转换芯片采用MAX3232E。
传输指令的电路连接如图3所示。蓝牙模块的UART接口作为数据收发接口RXD和TXD，与AT89S51的P3.0和P3.1通信。AT89S51通过这两个接口和蓝牙模块CSR0312互传数据，并且向其发送主机控制接口指令。AT89S51的P1.2和P1.3作为扩展的串行接口，和其他单片机通信；P3.2作为外部中断入口，当有数据从其他单片机传过来时，将触发中断开始接收数据。

  

3 系统软件设计
蓝牙模块通过主机控制接口HCI和单片机通信，利用主机控制接口指令，蓝牙模块可以进入一种给定的操作模式(比如查询网络中其他设备，或者建立一个数据连接)。这样就可以用单片机控制蓝牙模块，实现无线数据传输。建立ACL连接和断开连接的蓝牙指令分别是：
MOV DPTR，#HCICreateACLConnection
……
MOV DPTR，#HCIDisConnect
……
蓝牙模块收到#HCICreateACLConnection信号以后，就会进入建立ACL连接的模式。
主设备和从设备的软件流程基本一致，不同之处在于：主设备要查询从设备并建立ACL数据链路，而从设备没有这部分工作。主设备端的程序流程如图4所示。系统启动后，主设备首先要查询从设备，收到从设备的响应后，可得知能否和该从设备建立蓝牙网络，并且确定了该蓝牙从设备代表4个轮胎中的哪一个；然后主设备发起连接请求，建立一个无线ACL链路，准备收发数据，采用外部中断的方式通知有数据到来。四轮定位完毕后，主控电脑发出一个结束信号，与其相连的蓝牙模块将该信号解释为断开蓝牙连接，通知从设备撤销蓝牙网络，流程结束。

  

4 总 结
蓝牙模块作用范围虽然不大，通常不超过10 m，但是用于四轮定位场合是可以接受的。如果需要，还可以通过提高发射功率来增加有效距离。总的来说，蓝牙模块成本低，组网灵活；与有线四轮定位系统相比，价格没有大幅度提高，使用灵活性却大为增加。测试结果表明，蓝牙技术应用于四轮定位仪，不仅提高了系统稳定性和工作效率，也便于设备的使用，可以很好地适应汽车维修场所恶劣的环境。