基于can總線的轎車車燈控制系統(tǒng)及雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 和掉電模式； 掉電后中斷可喚醒；看門狗定時(shí)器； 雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)符；功能特性描述：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。方案二,選擇P87C591；P87C591是一個(gè)單片8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來。它采用了強(qiáng)大的80C51指令集并成功地包含了PHILIPS半導(dǎo)體SJA1000 CAN控制器強(qiáng)大的PeliCAN功能。全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復(fù)而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。改進(jìn)的1：1內(nèi)部時(shí)鐘預(yù)分頻器在12MHz外部時(shí)鐘速率時(shí)實(shí)現(xiàn)500ns指令周期。微控制器以先進(jìn)的CMOS工藝制造，并設(shè)計(jì)用于汽車和通用的工業(yè)應(yīng)用。除了80C51的標(biāo)準(zhǔn)特性之外，器件還為這些應(yīng)用提供許多專用的硬件功能。P87C591組合了P87C554(微控制器)和SJA1000(獨(dú)立的CAN控制器)的功能，并具有下面的增強(qiáng)特性：（1）增強(qiáng)的CAN接收中斷（2）擴(kuò)展的驗(yàn)收濾波器（3）驗(yàn)收濾波器可在運(yùn)行中改變特性（1）16K字節(jié)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，512字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM；（2）3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器：T0、T1和T2(捕獲amp。比較)，1個(gè)片內(nèi)看門狗定時(shí)器T3；（3）帶6路模擬輸入的10位ADC，可選擇快速8位ADC；(4)2個(gè)8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出(PWM)；(5)具有32個(gè)可編程I/O口(準(zhǔn)雙向、推挽、高阻和開漏)；（6）帶硬件I2C總線接口；(7)全雙工增強(qiáng)型UART，帶有可編程波特率發(fā)生器(8)雙DPTR；(9)可禁止ALE實(shí)現(xiàn)低EMI；(10)復(fù)位信號(hào)；(11)eliCAN內(nèi)核；(12)度范圍：40~+85℃；通過方案一和方案二比較，由于方案二更適合用與CAN總線模塊相連，所以選擇方測距傳感器的選擇；方案一:激光測距激光測距裝置門是一種光子雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成象式激光雷達(dá)和成象式激光雷達(dá)。非成象式激光雷達(dá)根據(jù)激光束傳播時(shí)間確定距離。它的工作原理是:從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描，向空間發(fā)射，照射在前方車輛或其他目標(biāo)上，其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖，被導(dǎo)入到信號(hào)處理裝置內(nèi)光電二極管，利用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)激光二極管啟動(dòng)脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時(shí)間差, 即可求得目標(biāo)距離。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測器測定反射鏡的角度即可測出目標(biāo)的方位。成象式激光雷達(dá)又可分為掃描成象激光雷達(dá)和非掃描成象激光雷達(dá)。掃描成象激光雷達(dá)把激光雷達(dá)同二維光學(xué)掃描鏡結(jié)合起來，利用掃描器控制激光的射出方向，通過對(duì)整個(gè)視場進(jìn)行逐點(diǎn)掃描測量，即可獲得視場內(nèi)目標(biāo)的三維信息。非掃描成象式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出，照射待測區(qū)域。由于非掃描成象激光雷達(dá)測點(diǎn)數(shù)目大大減少，從而提高了系統(tǒng)三維成象速度。在汽車測距系統(tǒng)中，激光測距的應(yīng)用只有局限性。盡管非成象激光雷達(dá)更同成象式激光雷達(dá)相比，具有造價(jià)低、速度快、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但由于激光雷達(dá)測距儀器工作環(huán)境處于高速運(yùn)動(dòng)的車體中，振動(dòng)大，對(duì)其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也受到了一定的限制，同時(shí)激光測距方式受天氣狀態(tài)、汽車的震動(dòng)及反射鏡表面磨損、污染等因素影響較大，測距精度難以保證。所以在汽車防撞領(lǐng)域激光測距方式?jīng)]有得到發(fā)展。方案二：攝像系統(tǒng)測距CCD攝像機(jī)是一種用來模擬人眼的光電探測器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確、其線掃描輸出的光電信號(hào)有利于后續(xù)信號(hào)處理等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。利用面陣CCD，可獲得被測視野的二維圖像，但無法確定與被測物體之間的距離。只使用一個(gè)CCD攝像機(jī)的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)，在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。為獲得目標(biāo)三維信息，模擬人的雙目視覺原理，利用間隔固定的兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)對(duì)同一景物成象，通過對(duì)這兩幅圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析處理，即可確定視野中每個(gè)物體的三維坐標(biāo),這一系統(tǒng)稱為雙目攝像系統(tǒng)。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測量精度高。但目前價(jià)格較高，同時(shí)由于受軟件和硬件的制約，成象速度較慢，而且探頭容易磨損，使得探測距離精確程度降低，一般減少至原來的1/2一1/3。方案三：超聲波測距超聲波簡單的說就是音頻超過了人類耳朵所能夠聽到的范圍。在彈性媒質(zhì)中，如果波源所激起的縱波的頻率在2OHz到20000Hz之間，就能引起人的聽覺。在這一頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)稱為聲振動(dòng)，聲振動(dòng)所激起的縱波稱為聲波。頻率高于20000Hz的機(jī)械波稱為超聲波，頻率低于20Hz的機(jī)械波稱為次聲波。與光波不同，超聲波是一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播。電磁波的傳播速度為380m/s，超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s(常溫下)，其速度與電磁波相差5個(gè)等級(jí)，其速度相對(duì)電磁波是非常慢的，由于超聲波指向性強(qiáng),能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，并且利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因而超聲波經(jīng)常用于多距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)，在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。由上，述敘述可知，超聲波測量能夠達(dá)到系統(tǒng)中所要求的測量精度，一般應(yīng)用在汽車倒車系統(tǒng)上。方案四:毫米波雷達(dá)測距毫米波是指波長介于1一1Omm之間的電磁波,雷達(dá)是利用目標(biāo)對(duì)電磁波反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定其位置的。汽車上應(yīng)用的雷達(dá)采用的是3OGHZ以上的毫米波雷達(dá)，毫米波雷達(dá)測距在原理上和以上幾種測距方式類似。毫米波頻率高、波長短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動(dòng)作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對(duì)速度的測量精度高毫米波雷達(dá)的主要特征有:(l)穩(wěn)定的探測性能。不受被測物體表面形狀、顏色等的影響:對(duì)大氣紊流、氣渦等具有適應(yīng)性。(2)良好的環(huán)境適應(yīng)性。毫米波雷達(dá)的穿透能力很強(qiáng)，其測距精度受雨、雪、霧及陽光等天氣因素和雜音、污染等環(huán)境的影響較小，可以保證車輛在任何天氣下的正常運(yùn)行。作為車載雷達(dá)，目前適用的主要有脈沖多普勒雷達(dá)、雙頻CW雷達(dá)和FM雷達(dá)三種。應(yīng)用雷達(dá)測距，需要防止電磁波干擾，雷達(dá)彼此之間的電磁波和其他通信設(shè)施的電磁波對(duì)其測距性能都有影響。毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用于防撞，以避免高速公路上發(fā)生追尾碰撞。但是，由于應(yīng)用毫米波雷達(dá)測距易受電磁干擾，而且成本太高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其價(jià)格昂貴，市場價(jià)格在1500元以上，一般使用于高檔轎車。方案五:紅外線測距紅外線測距和激光、超聲波測距在原理上基本相同，均是根據(jù)發(fā)射波和反射時(shí)間來判斷目標(biāo)的距離，車載儀器通過發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線，依據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱及波長的不同，同時(shí)分析時(shí)間差，可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離。紅外線的最大探測距離為10m，測距時(shí)響應(yīng)的時(shí)間較慢，約1000ms。紅外線測距在技術(shù)上難度不大，構(gòu)成的測距系統(tǒng)成本較低，但是在惡劣的天氣和長距離探測方面仍然不能滿足汽車防撞的要求。同時(shí)，紅外線的波長比可見光線長，是肉眼看不見的光，有顯著的熱效應(yīng)和較強(qiáng)的穿透云霧的能力。由于任何物體在任何時(shí)候都會(huì)發(fā)出紅外線，而且人類肉眼感知不到紅外線，具有極強(qiáng)的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測距儀的工作，故該種測距儀廣泛應(yīng)用在軍，用汽車上。從以上五種測距技術(shù)方案的介紹可以看出各個(gè)傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：超聲波技術(shù)主要用于短距離探測，成本低，制作安裝簡便，適應(yīng)惡劣環(huán)境；紅外線技術(shù)一般用于夜間環(huán)境，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性差：微波雷達(dá)測距和激光測距相對(duì)于超聲波測距來講精度更高，定位更準(zhǔn)確。攝像系統(tǒng)技術(shù)價(jià)格較貴；毫米波雷達(dá)技術(shù)和激光技術(shù)的成本很高，所以運(yùn)用其原理進(jìn)行測量的設(shè)備價(jià)格也是相當(dāng)高的，因而現(xiàn)在只是在比較高級(jí)的轎車中才有所應(yīng)用。綜合以上考慮和實(shí)際應(yīng)用條件，本系統(tǒng)的測距模塊采用的是第三種方案，并在超聲波測距技術(shù)方案的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了簡化和改進(jìn)。 總體方案本設(shè)計(jì)采用 CAN 總線通訊協(xié)議建立電動(dòng)汽車燈光控制系統(tǒng)局域網(wǎng)和雷達(dá)控制系統(tǒng)局域網(wǎng)，完成該局域網(wǎng)內(nèi)前、后車燈控制系統(tǒng)與主控制器節(jié)點(diǎn)的信息通訊。通過 CAN 總線實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車燈光控制功能，如圖 1 所示。 其中，左右前燈包括：遠(yuǎn)光燈（45W）、近光燈（40W）、前轉(zhuǎn)向燈 （12W）、 示 寬 燈 （5W）、 邊 轉(zhuǎn) 向 燈 （5W） 和 霧 燈（55W）；左右后燈包括：后轉(zhuǎn)向燈（23W）、制動(dòng)燈（21W）、尾燈（5W）和倒車燈（23W）。要實(shí)現(xiàn)的燈光控制功能包括：遠(yuǎn)光燈控制、近光燈控制、霧燈控制、倒車燈控制、制動(dòng)控制、尾燈控制、示寬燈控制。通過主控器節(jié)點(diǎn)上的開關(guān)控制所有的車燈， 一共有8 個(gè)控制開關(guān)：近光燈開關(guān)；遠(yuǎn)光燈開關(guān)；左轉(zhuǎn)向燈開關(guān)；右轉(zhuǎn)向燈開關(guān)；霧燈開關(guān)；倒車燈開關(guān)；小燈開關(guān),制動(dòng)等開關(guān)。汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)前面四組，后面兩組構(gòu)成雷達(dá)控制系統(tǒng)，檢測汽車和障礙物的距離，進(jìn)行報(bào)警。示寬燈 前轉(zhuǎn)向燈 前轉(zhuǎn)向燈 示寬燈智能開關(guān)智能開關(guān)后燈節(jié)點(diǎn)MCUCAN總線收發(fā)器智能開關(guān)智能開關(guān)CAN總線收發(fā)器四組雷達(dá)系統(tǒng)CAN總線收發(fā)器主控節(jié)點(diǎn)MCU車燈控制開關(guān)前燈節(jié)點(diǎn)MCU智能開關(guān)智能開關(guān)智能開關(guān)智能開關(guān)兩組雷達(dá)系統(tǒng)智能開關(guān)智能開關(guān)近光燈 遠(yuǎn)光燈 遠(yuǎn)光燈 近光燈邊轉(zhuǎn)向燈倒車燈邊轉(zhuǎn)向燈倒車燈制動(dòng)燈尾燈牌照燈制動(dòng)燈后轉(zhuǎn)向燈后轉(zhuǎn)向燈尾燈牌照燈 總體框圖第3章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)需要供電、晶振電路與時(shí)鐘電路的共同作用，才能工作，本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，外接晶振時(shí)，CC2值通常選擇30uF左右；CC2可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是0到24MHz。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝于單片機(jī)芯片靠近。復(fù)位電路采用手動(dòng)上電復(fù)位電路，這種電路利用電容器充電來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)加電時(shí)，電容C3充電，電路有電流流過，構(gòu)成回路，在電阻上R2上有壓降，RESET引腳為高電平；當(dāng)電容C3充滿電后，電路相當(dāng)于斷開，RESET電位與地相同，復(fù)位結(jié)束。 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 燈光控制節(jié)點(diǎn)MCU考慮到系統(tǒng)的成本，本設(shè)計(jì)選用 P87C591 單片機(jī)作為燈光控制節(jié)點(diǎn)的 MCU。 P87C591 是一個(gè)單片8 位高性能微控制器，組合了 P87C554（微控制器和 SJA1000 獨(dú)立的 CAN 控制器） 的功能， 并在SJA1000 的基礎(chǔ)上增加了以下 CAN 的特性：（1）增強(qiáng)的 CAN 接收中斷；（2） 擴(kuò)展的驗(yàn)收濾波器；（3）驗(yàn)和 TXD 相 連 ,而 是 通 過 高 速 光 電 耦 合 器6N137 后與 PCA82C250 相連,這樣就很好地實(shí)現(xiàn)了總線上各 CAN 節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。 不過，應(yīng)該特別說明的一點(diǎn)是， 光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源Vcc 和 Vdd 必須完全隔離， 否則采用光耦也就失去了意義。PCA82C250 與 CAN 總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。PCA82C250 的 CANH 和CANL 引腳各自通過一個(gè) 10KΩ 的電阻與 CAN 總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護(hù) PCA82C250免受過流的沖擊。 CANH 和 CANL 與接地之間并聯(lián)了兩個(gè) 100uF 的小電容， 可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。 另外，在兩根CAN 總線輸入端與地之間分別接了一個(gè)防雷擊管，當(dāng)兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時(shí)，通過防雷擊管的放電可起到一定的保護(hù)作用。 燈光控制節(jié)點(diǎn)MCU 燈光驅(qū)動(dòng)電路燈光驅(qū)動(dòng)電路通過智能功率開關(guān)對(duì)車燈進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。 各個(gè)車燈節(jié)點(diǎn)對(duì)車燈的驅(qū)動(dòng)大致相同，以一個(gè)單通道智能功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路為例進(jìn)行說明，如圖 所示。 BTS443 是 Infinion 公司的智能高邊功率開關(guān)，它適用于汽車電子苛刻的工作環(huán)境，其工作的溫度范圍可從－40℃至＋150℃。 采用 12V 或 24V負(fù)載控制，適用于各種阻性負(fù)載、感性負(fù)載或容性負(fù)載，尤其適用于具有高浪涌電流的負(fù)載，如車燈等；可以作為繼電器、 保險(xiǎn)絲及分立電路等控制方法的替代方法。此外，BTS443 還具有多項(xiàng)保護(hù)功能：短路保護(hù)、過載保護(hù)、過壓保護(hù)、過溫關(guān)斷和掉電保護(hù)、靜電放電保護(hù)和電源反接保護(hù)等。 圖 燈光驅(qū)動(dòng)電路 超聲發(fā)射電路發(fā)射電路提供電脈沖