基于LIN總線(xiàn)的倒車(chē)雷達系統的設計與實(shí)現
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然而，由于CAN總線(xiàn)復雜的仲裁機制使其在低端市場(chǎng)的生產(chǎn)成本受到了挑戰；另外，在汽車(chē)使用中，其穩定性相比另一種專(zhuān)門(mén)應用于低端市場(chǎng)的LIN總線(xiàn)也存在一些不足[2]。
本設計正是基于以上的應用背景設計，與傳統的單獨倒車(chē)系統相比，在兼容性和汽車(chē)布線(xiàn)方面具有強大的優(yōu)勢；同時(shí)與主流的CAN總線(xiàn)相比在成本和穩定性方面具有相當的優(yōu)勢。所以LIN總線(xiàn)做為CAN總線(xiàn)的補充和輔助總線(xiàn)，在倒車(chē)雷達、車(chē)燈控制等低端的應用必將受到更加廣泛的關(guān)注。
1 系統的整體設計思路
本設計主要由超聲波測距和LIN總線(xiàn)通信兩部分組成。
(1)超聲波測距。由探頭、發(fā)射電路、接收電路、選頻電路和單片機處理組成。主要過(guò)程是：?jiǎn)纹瑱C產(chǎn)生20個(gè)0.5 ms脈沖信號，頻率為40 kHz，自動(dòng)避過(guò)大約為2 ms的盲區時(shí)間，然后開(kāi)始計時(shí)，脈沖原始信號為5 V，該信號經(jīng)過(guò)運放放大后，可驅動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)出15 V、40 kHz的脈沖超聲波。由于接收頭與發(fā)射頭配對，因此，接收后可將超聲波調制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?，?jīng)運算放大后加至高通有源濾波電路濾除低頻雜波，最后產(chǎn)生一個(gè)TTL電平的回波信號。該信號輸入到單片機產(chǎn)生外部中斷，停止單片機的定時(shí)器，然后讀出計時(shí)器的時(shí)間差，得到超聲波發(fā)射出去碰到阻礙物回射的時(shí)間差，再根據公式d=v*t/2得出距離障礙物的距離。原理框圖如圖1所示。
(2)LIN總線(xiàn)通信。將超聲波測距得到的數據通過(guò)LIN總線(xiàn)的方式發(fā)送出去，并產(chǎn)生不同頻率的報警提示，電路由LIN收發(fā)器、單片機和報警電路3部分組成。單片機接收超聲波測距電路傳回的數據，并對數據進(jìn)行處理。當判斷到有障礙物的時(shí)候，通過(guò)報警電路產(chǎn)生報警提示。當距離障礙物較遠時(shí)，報警聲音的間斷比較緩慢；當距離障礙物較近時(shí)，報警聲音比較急促。數據部分則主要通過(guò)LIN總線(xiàn)收發(fā)器產(chǎn)生符合LIN總線(xiàn)協(xié)議標準的信號進(jìn)行通信。其主要框圖如圖2所示。
2 超聲波測距模塊的設計
2.1 超聲波測距模塊的硬件設計
2.1.1 發(fā)射電路
發(fā)射模塊的主要作用是對超聲波發(fā)射探頭進(jìn)行功率驅動(dòng)，由單片機引腳輸出40 kHz的脈沖信號，經(jīng)CD4049轉變成24 V電壓信號激勵超聲波探頭，從而產(chǎn)生頻率為40 kHz的超聲波并發(fā)射出去。
2.1.2 接收電路
前端放大電路：前置放大電路單元的作用是對有用的信號進(jìn)行放大，并抑制其他的噪聲和干擾，從而達到最大信噪比，以利于后續電路的設計[3]。
帶通濾波電路：在傳感器接收的信號中，除了障礙物反射的回波外，總混有雜波和干擾脈沖等環(huán)境噪聲。而前端放大電路在放大有用信號的同時(shí)，也會(huì )將一部分的噪聲信號同時(shí)放大，并沒(méi)有提高輸入信號的信噪比[4]。由于集成運放的開(kāi)環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出阻抗又低，構成有源濾波電路后仍具有一定的電壓放大和緩沖作用，所以采用有源濾波電路抑制無(wú)用頻率干擾信號[5]。
由于在本系統中，總噪聲包括在低頻段的室內環(huán)境噪聲和50 Hz工頻干擾，以及在高頻率段的接收機內部噪聲。故選用由TL082運算放大器以及外圍電阻電容構成的帶通濾波電路。經(jīng)過(guò)此濾波電路后，40 kHz左右的有用回波信號被保留，而無(wú)用信號被削弱，為下一級的檢波電路提供較高信噪比的輸入信號。
2.1.3 檢測電路
接收傳感器輸出信號經(jīng)過(guò)上述放大濾波電路后，就可以進(jìn)行信號檢測。其目的是確定接收信號的到達時(shí)間，這是整個(gè)電路中的關(guān)鍵，因為它不僅決定系統的測量精度，還關(guān)系到整個(gè)系統是否能正常工作[6]。
2.2 超聲波倒車(chē)雷達的軟件設計
本系統采用了AT89S52單片機，用單片機匯編語(yǔ)言實(shí)現軟件編程。整個(gè)系統軟件功能的實(shí)現可以分為主程序、子程序、中斷服務(wù)子程序3個(gè)主要部分。
中斷服務(wù)程序響應單片機的外部中斷，在系統主程序中，發(fā)射的40 kHz脈沖信號遇到障礙物反射后，經(jīng)接收檢測電路產(chǎn)生外中斷信號至單片機。在中斷服務(wù)程序中，首先進(jìn)行必要的現場(chǎng)保護，再把進(jìn)入中斷服務(wù)程序處的計數值讀出并對該數據進(jìn)行處理，計算得到相應的距離值，同時(shí)轉換為十進(jìn)制，最后送到輸出顯示。
定時(shí)器中斷子程序主要完成計時(shí)工作，由于51 μ單片機是16位定時(shí)器，最大計時(shí)時(shí)間為65 536 μs，當測量的距離很遠的時(shí)候，定時(shí)器就會(huì )發(fā)生溢出，所以必須對溢出中斷進(jìn)行相應地設置才能使得單片機正常工作。同時(shí)由于電路的測量距離有限(最遠為5 m)，當測量距離超出5 m時(shí)，接收探頭就不能檢測回波，即不能產(chǎn)出外部中斷，更不可能關(guān)閉定時(shí)器。
3 LIN總線(xiàn)模塊設計
3.1 硬件設計原理
整個(gè)節點(diǎn)的主控部分是由控制器AT89S52、LIN收發(fā)器TJA1020組成。本設計需要5 V、12 V電源，為了節省外接電源、簡(jiǎn)化電路的外接線(xiàn)，采用了單電源設計，即系統的電源輸入為12 V，用于TJA1020的供電。另外，通過(guò)LM7805穩壓管12 V變?yōu)? V，用于提供單片機和LCD液晶顯示屏的電源。單片機的P3.0(RXD)和P3.1(TXD)分別連接TJA1020的RXD、TXD管腳，用于發(fā)送接收數據，并把數據顯示在LCD上，TJA1020的LIN管腳接DB9針接口的7腳，而DB9針接口則可以直接與Kvaser LIN總線(xiàn)分析儀連接，便于與上位機進(jìn)行直接通信。
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