一種卡車(chē)語(yǔ)音報警器的設計和實(shí)現
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20世紀40年代，汽車(chē)診斷雖然應用一些簡(jiǎn)單的測試儀表，但主要還是靠人的直觀(guān)檢查和判斷。從50年代開(kāi)始，陸續研制成多種能進(jìn)行汽車(chē)技術(shù)狀況綜合診斷的設備，從而導致專(zhuān)門(mén)汽車(chē)診斷工段或診斷站的建立。日本、英、美等國家還確定了對汽車(chē)作年度或定期監督檢驗的制度，并規定了具體的檢驗項目和內容。70年代中期又相繼出現了半自動(dòng)診斷系統和全自動(dòng)診斷系統。在備有全自動(dòng)診斷系統的汽車(chē)上，設有中心診斷插座，利用電子計算機控制測試設備，由車(chē)內自檢電路得到檢驗數據并進(jìn)行顯示評價(jià)。這種診斷方法已進(jìn)入實(shí)用階段。
我們設計的基于CAN總線(xiàn)技術(shù)的卡車(chē)語(yǔ)音報警系統能給汽車(chē)乘員提供一個(gè)安全的駕乘環(huán)境。該語(yǔ)音報警系統采用了摩托羅拉公司的M68HC908GZ16微控制器，該微控制器尺寸小，資源齊全，具有很高的性?xún)r(jià)比。
CAN總線(xiàn)位定時(shí)
CAN總線(xiàn)采用同步串行通信方式，數據流中的字符與字符之間、字符內部的位與位之間都同步，這就要求收/發(fā)雙方必須以同步時(shí)鐘來(lái)控制數據的發(fā)送和接收。要在相當長(cháng)的數據流中保持位同步，接收端必須能識別每個(gè)二進(jìn)制位是從什么時(shí)刻開(kāi)始的，這就是位定時(shí)。通常為保證接收器時(shí)鐘和發(fā)送器時(shí)鐘嚴格一致，采用接收器通過(guò)解調器從數據流中提取同步信號，或者接收器和發(fā)送器使用統一的時(shí)鐘的方法。但是即便這樣，仍然很難解決總線(xiàn)傳輸延時(shí)問(wèn)題。針對以上問(wèn)題，CAN總線(xiàn)的位定時(shí)改進(jìn)了位編碼/解碼。
CAN總線(xiàn)位定時(shí)由4部分組成：同步段（SYNC_SEG）、傳播段（PROP_SEG）、相位段1（PHASE_SEG1）和相位段 2（PHASE_SEG2）。同步段用于同步總線(xiàn)上的各節點(diǎn)，在此段等待一個(gè)跳邊沿；傳播段用于補償網(wǎng)絡(luò )內的物理延遲時(shí)間；相位段1及相位段2用做補償相位誤差。在采樣點(diǎn)讀總線(xiàn)電平。
M68HC908GZ16微控制器（見(jiàn)圖1）中內置CAN控制器，提供了波特率控制寄存器；SJW（重同步跳轉寬度）決定了一次重同步期間一個(gè)位時(shí)間被延長(cháng)或縮短的時(shí)間量子；BRP為波特率預分頻系數；Spl（采樣模式位）決定對有效位采樣的次數。
圖1 MC68HC908GZ16的內部結構
位定時(shí)主要用于定義CAN總線(xiàn)通信的速率，對同一總線(xiàn)上的各個(gè)節點(diǎn)應定義同一種通信速率，否則無(wú)法進(jìn)行通信聯(lián)系。CAN控制器的總線(xiàn)工作頻率計算公式如下：
式中：BRP為系統預分頻因子，它在TSEG1域中的取值范圍為0～63；TSEG1、TSEG2的值由位定時(shí)寄存器編程決定，并滿(mǎn)足 1≤TSEG1≤7，2≤TSEG2≤15。報警器中位定時(shí)的設置，定義通信頻率為250KB/s。設定 DSC="BRP"=1，TSEG1+TSEG2=5，系統晶振頻率為8MHz，即XTAL=8MHz，CAN通信頻率由上式計算得到250KB/s。
最后位定時(shí)設置結果為：BRP=1，TSEG2=2，TSEG1=3。
圖2 語(yǔ)音報警系統結構
設計概述
該卡車(chē)語(yǔ)音報警系統的設計目標是：成本低；功能強大；適用于日常應用；能夠應用于各類(lèi)車(chē)輛。該系統可實(shí)現如下功能：利用CAN網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對卡車(chē)故障碼的接收；二，通過(guò)識別CAN系統傳過(guò)來(lái)的信號，并對信號進(jìn)行處理得到相應的語(yǔ)音提示，通過(guò)與語(yǔ)音芯片的連接實(shí)現相應故障的語(yǔ)音播放報警。
該語(yǔ)音報警系統以摩托羅拉公司的MC68HC908GZ16處理器為核心，并利用其豐富的接口擴展使用了語(yǔ)音播放、CAN通信接口等外圍模塊，使產(chǎn)品設計更加人性化。MC68HC908GZ16處理器具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1.豐富的硬件資源
MC68HC908GZ16為閃存型MCU，內部擁有16K的FLASH存儲空間和1K的RAM存儲空間。內部擁有鎖相環(huán)電路，能夠在使用低速晶振的情況下使總線(xiàn)頻率最高達到8MHz。同時(shí)擁有多達37個(gè)通用I/O口，可以方便地與其他外圍設備相連接。
圖3 卡車(chē)報警器電路原理圖
2.極強的抗擾能力
內部集成了CAN控制器，利用CAN通信具有很強的抗干擾這一特點(diǎn)，保證了產(chǎn)品能夠在惡劣環(huán)境條件下高效而穩定地運行。
本設計采用CAN通信的方式完成卡車(chē)語(yǔ)音報警系統的設計，系統結構如圖2所示。
通過(guò)MC68HC908GZ16上集成的MSCAN08模塊實(shí)現數據通信。利用C68HC908GZ16的I/O口，我們在設計中使用了市場(chǎng)上常見(jiàn)的ISD公司的ISD4002-120數碼語(yǔ)音芯片。該芯片采用3V直流供電，可以錄制并保存2min的語(yǔ)音信息。其采樣頻率為8kHz，信息分辨率可達200ms，能夠非常真實(shí)地再現語(yǔ)音、音樂(lè )、聲調和效果音。
硬件設計
從圖3可以看出，卡車(chē)報警器電路主要由三部分構成：微控制器MC68HC908GZ16（內部集成的MSCAN08模塊）、語(yǔ)音芯片 ISD4002和CAN總線(xiàn)收發(fā)器TLE6250、ZJYS.微控制器負責MSCAN08模塊的初始化，通過(guò)CAN模塊實(shí)現數據的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。 CAN通信控制模塊主要完成CAN的通信協(xié)議。CAN控制模塊可完成物理層和數據鏈路層的所有功能，適用于汽車(chē)及一般的工業(yè)環(huán)境。利用CAN通信不但可以減少導線(xiàn)連接，而且能增強診斷和監控能力。
CAN收發(fā)器TLE6250用于提供對總線(xiàn)差動(dòng)發(fā)送和接收的驅動(dòng)能力，具有輸出信號CANH和CANL的最佳匹配、電磁輻射更低、無(wú)待機模式等優(yōu)點(diǎn)。CANH和CANL與地之間并聯(lián)兩個(gè)25PF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作用。
軟件描述
軟件編程主要實(shí)現兩大功能：利用總線(xiàn)進(jìn)行故障碼接收；通過(guò)轉換故障碼實(shí)現相應的語(yǔ)音故障報警。語(yǔ)音播放根據其功能設計，整個(gè)程序大部分操作在主程序中完成，而CAN接收是在中斷中完成。
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