基于藍牙技術(shù)的汽車(chē)駕駛盤(pán)控制系統設計

作者：時(shí)間：2012-09-03 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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1 引言

高科技應用改變了人的生活，汽車(chē)作為基本的運載工具的同時(shí)人們更希望汽車(chē)的駕駛操作更加簡(jiǎn)單方便，而且在車(chē)內能及時(shí)與外界進(jìn)行信息溝通與交流。

藍牙技術(shù)可為實(shí)現這種新型汽車(chē)電子信息系統提供技術(shù)支撐，利用藍牙技術(shù)可以將汽車(chē)上的各種電子設備以無(wú)線(xiàn)的方式連成一體，形成“車(chē)域網(wǎng)”，這些設備包括汽車(chē)電氣控制設備、音響和視頻設備、車(chē)輛定位與監控設備、各種傳感器及其控制系統、車(chē)輛保安系統和車(chē)輛導航系統等。

藍牙作為一種新型短距離無(wú)線(xiàn)擴頻通信技術(shù)，具有體積小、功耗低、開(kāi)放性和互操作性等特點(diǎn)。與傳統的以電纜和紅外方式傳輸數據相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）抗干擾能力強；無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的手提電腦、手機等各種具有無(wú)線(xiàn)通信功能的電子設備工作時(shí)，對車(chē)內的其它電子設備存在大量的電磁干擾。藍牙技術(shù)具有快速確認和跳頻方案以確保鏈路穩定的特點(diǎn)。它把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道，在一次連接中，無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個(gè)信道“跳”到另外一個(gè)信道，只有收發(fā)雙方是按這個(gè)規律進(jìn)行通信的，從而避開(kāi)干擾；跳頻的瞬時(shí)帶寬是很窄的，但通過(guò)擴展頻譜技術(shù)使這個(gè)窄帶寬成百倍擴展成寬頻帶，使干擾可能的影響變成很小。（2）不需信號線(xiàn)的連接，減少成本，縮小所占空間。（3）具有電磁波的基本特性，有較大的功率，可以增加傳送距離，而且沒(méi)有角度及方向性的限制，具有穿墻性，可在物體之間反射、繞射。（4）功耗非常低，能同時(shí)連接許多元件，傳輸速度快。

本文介紹的基于藍牙技術(shù)的駕駛盤(pán)控制系統，采用有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)相結合的網(wǎng)絡(luò )方案構成整個(gè)控制系統。

2 系統方案設計

本系統通過(guò)安裝在駕駛盤(pán)上的按鈕實(shí)現車(chē)內定速巡航、音響、車(chē)內空氣環(huán)境、前大燈照明等控制功能。
控制系統基于藍牙技術(shù)設計，其硬件組成主要包括藍牙主控設備和藍牙從控設備兩大部分。主控設備通過(guò)ZLG7289 采集按鍵信號，然后送入微處理器STC89LE516 中處理，微處理器根據不同的按鍵信號發(fā)送相應的指令和數據至藍牙模塊BC219159B 中，藍牙模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在主、從控設備的藍牙模塊之間建立鏈接后傳遞指令和數據，從控設備的微處理器根據相應的信號發(fā)送不同的指令和數據至CAN 總線(xiàn)上，連接在CAN 總線(xiàn)上的其它車(chē)載系統根據指令實(shí)現相關(guān)功能，LCD 顯示各種功能狀態(tài)。藍牙主控與從控設備硬件框圖分別如圖1 與圖2 所示。

圖1 藍牙主控設備硬件框圖

圖2 藍牙從控設備硬件框圖

3 系統硬件設計

3.1 主控設備硬件設計

3.1.1 按鈕部分

按鈕位置示意如圖3 所示分為4 個(gè)區，每區4 個(gè)按鈕。為使操作舒適簡(jiǎn)潔，采用一鍵多功能來(lái)減少硬件設備和簡(jiǎn)化操作，駕駛盤(pán)上設定16 個(gè)功能按鈕。

圖3 駕駛盤(pán)按鈕位置分布圖

功能描述：1 號鍵是定速巡航開(kāi)關(guān)按鈕，按一下1號鍵進(jìn)入定速巡航控制，按2 號鍵進(jìn)入設定或重設功能，3 號和4 號鍵為上下選項移動(dòng)鍵，再按1 號鍵退出定速巡航；5 號鍵是音響系統啟動(dòng)關(guān)閉鍵，并可切換FM/CD 模式，根據按鍵次數選擇（開(kāi)啟→FM→CD→關(guān)閉），6 號鍵為節目選擇鍵，同樣根據按鍵次數選擇相關(guān)項，7、8 號鍵為音量調節鍵；9 號鍵為空調啟動(dòng)關(guān)閉鍵，10 鍵為溫度模式切換鍵，11、12 號鍵為溫度調節鍵；13 號鍵為遠近燈開(kāi)關(guān)控制鍵，14 號鍵為霧燈開(kāi)關(guān)控制鍵，15、16 號鍵為前大燈強弱調節按鍵。

3.1.2 按鍵信號處理模塊

按鍵信號處理采用鍵盤(pán)掃描管理芯片ZLG7289 實(shí)現。ZLG7289 采用SPI 串行總線(xiàn)與微處理器通訊，/CS、CLK、DIO 分別與微處理器三個(gè)I/O 引腳相連，KEY與/INT0 相連，串行數據從DATA 引腳送入芯片，并由CLK 端同步。當有鍵被按下和片選信號變?yōu)榈碗娖胶?，DATA 引腳上的數據在CLK 引腳上升沿被寫(xiě)入ZLG7289 的緩沖寄存器，并且只有當/INT0 引腳出現下降沿時(shí)才允許讀取按鍵值。在無(wú)任何按鍵情況下，LED為亮的狀態(tài)，當有任意鍵按下時(shí)，LED 為滅的狀態(tài)。

圖4 與圖5 分別為ZLG7289 芯片引腳圖與鍵盤(pán)邏輯陣列圖，4 根行線(xiàn)分別接ZLG7289 的SG、SF、SE、SD引腳；4 根列線(xiàn)分別接ZLG7289 數據線(xiàn)DIG0~3.

3.1.3 藍牙模塊

BC219159 核心是CSR 公司推出的單片射頻芯片BlueCore2–External，包含無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器、基帶控制器硬件電路及實(shí)現藍牙應用框架所必需的協(xié)議。片內含有自動(dòng)校準和內置的自檢程序，從而簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)、應用、和產(chǎn)品測試。外加存有CSR 藍牙協(xié)議棧軟件的外部Flash 時(shí)，BlueCore2–External 可構成用于音頻和數據通信的完整藍牙系統［1］。

該芯片外配元件少，RF 接收器具有接近零中頻結構，在低噪聲放大器輸入端足夠高的帶外截止性能指標允許射頻模塊靠近GSM 和W-CDMA 手機發(fā)射器使用。該芯片使用FSK 監頻器，在噪聲存在的情況下具有卓越的性能。內部功率放大器最大有+6dBm 的功率輸出，射頻合成器完全集成在內核中，不需要外接壓控振蕩器、變容調諧二極管或者LC 調諧器，系統的基準時(shí)鐘由內置的晶振產(chǎn)生，時(shí)鐘范圍8~40MHz.

藍牙模塊支持USB、UART、PCM 語(yǔ)音接口和SPI接口等多種通信接口。片上有32KB RAM，作為保存每個(gè)有效連接的音頻/數據的環(huán)形緩沖器和藍牙協(xié)議棧功能的存儲器，還有8MB 的Flash;支持點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，可構成匹克網(wǎng)和散射網(wǎng)。

本系統的藍牙模塊將數據按藍牙協(xié)議轉換成相應編碼發(fā)送到對方的藍牙設備，由于BC219159 提供標準UART 接口，因此它可以直接與本系統中的STC89LE516 的UART 口連接進(jìn)行通訊。

3.2 從控設備硬件設計

從控設備硬件設計包括藍牙通信、CAN 總線(xiàn)控制、顯示等模塊，限于篇幅簡(jiǎn)介如下。

3.2.1 藍牙模塊

從控設備的藍牙芯片BC219159 與單片機STC89C516 相連，當藍牙開(kāi)始工作，其LED 將快速的閃爍。如果此時(shí)主控設備的藍牙模塊正在搜尋藍牙從模塊，則兩者通過(guò)自動(dòng)搜尋功能自動(dòng)建立連接和通訊。

從控系統中被控制的對象大部分采用5V 信號電平，故選用5V 信號電平的STC89C516 單片機，由于藍牙模塊采用3.3V，因此藍牙與STC89C516 相連時(shí)需要在串口線(xiàn)之間加上100Ω電阻來(lái)匹配電壓。

3.2.2 CAN 總線(xiàn)控制

現代汽車(chē)控制系統節點(diǎn)多、數量大、實(shí)時(shí)性要求高，而且大批的數據信息要求能在不同的電子器件間共享［2］.CAN 總線(xiàn)是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)，它具有很高的網(wǎng)絡(luò )安全性、通訊可靠性和實(shí)時(shí)性，簡(jiǎn)單實(shí)用，網(wǎng)絡(luò )成本低，不但可以減少導線(xiàn)連接，而且能增強診斷和監控能力，適用于汽車(chē)及一般工業(yè)環(huán)境。本設計中CAN 控制器選用PHILIPS 公司的SJA1000。車(chē)內系統示意接線(xiàn)如圖2 所示。

3.2.3 顯示模塊

系統的顯示模塊采用ST7920 驅動(dòng)芯片為核心的12864 液晶顯示模塊，具有64*16 位元字元顯示RAM和64*256 位元繪圖顯示RAM.系統將主控設備所調用的狀態(tài)模式及該功能下的進(jìn)度，以圖片和字符形式實(shí)時(shí)地顯示在屏幕上，具有較強的直觀(guān)性，便于駕駛員及時(shí)了解車(chē)內各種電子設備的參數，使操控更方便。

4 系統軟件設計

軟件編程主要包括藍牙通訊軟件設計和主從設備應用程序設計兩大部分。

在PC 機上完成對藍牙模塊的初始化，對其設定主從，通過(guò)給藍牙分配一個(gè)地址，并確定它的波特率，來(lái)完成數據準確及時(shí)的傳輸。

BC219159 與STC89LE516 之間通過(guò)串口通訊，在程序中使用串口函數就可以互相傳遞數據，藍牙相當于一根無(wú)形的導線(xiàn)，接通主控和從控設備。

4.1 藍牙通訊軟件設計

兩個(gè)藍牙模塊進(jìn)行數據通信是通過(guò)HCI 分組實(shí)現的。HCI 分組有命令分組、事件分組、數據分組而數據通訊流程一般包括以下6 個(gè)步驟：藍牙模塊初始、HCI 流量控制設置、查詢(xún)、建立連接、數據傳輸和斷開(kāi)連接。
這部分程序主要借助CSR 公司的BlueLab 開(kāi)發(fā)平臺，在WindowsXP 環(huán)境下用C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)實(shí)現。

4.2 藍牙主從控系統應用程序設計

藍牙主、從控設備的應用程序比較復雜，軟件設計遵循了模塊化的設計思想。圖6 與圖7 分別給出了主控、從控系統部分的流程圖，所有的程序模塊均在在WindowsXP 環(huán)境下用C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)實(shí)現。