畢業設計-基于can總線的安全車距保持系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 率計數；當紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時，經電路處理單片機給出一個停止計數脈沖，計數器停止計數。通過編程，單片機自動處理，用脈沖的周期 T 乘以脈沖數 n 就得到發射紅外線到接收紅 外線的時間差 t，即： nTt? （式 32） 四川科技職業學院 畢業設計 (論文 ) 第 XII 頁 式代入（ 31）式就得測量距離。 圖 紅外測距原理圖 紅外測距子系統框圖 紅外測距子系統可分為 CAN 模塊、紅外測距處理模塊、報警模塊等三部分組成。各模塊要實現的功能分別是： CAN 模塊是負責把當前的車距數據發送給汽車的主控器；紅外測距處理模塊是通過發射一 定頻率的紅外信號，當紅外接收管接收到反射回來的紅外信號時使 CPU 轉到中斷，并通過一定的控制算法計算出當前的車距；報警模塊是實現報警功能的，當 CPU 判斷出當前的車距小于安全車距時就發出聲音信號，可提醒駕駛員采取相應的措施。子系統框圖如圖 所示。 d s P I C 3 0 F系 列 單 片機紅 外 發射 管紅 外 接收 管C A N模 塊前車解 碼 處理 電 路報 警 電 路 圖 紅外測距子系統框圖 主控制單元子系統的總體設計 主控制單元子系統所要完成功能是接收距離信息采集單元發過來的數據進行處理，判斷目前行車的安全狀況，同時把處理結果發送給制動和油門子系統。結 合實際情況，在此該系統可分為 CAN 模塊和標準通信模塊， CAN 模塊是接收 CAN 節點發送來的車距數據，標準通信模塊的功能是為上位機提供通信接口，當上位機需要車距數據時，可通過該模塊獲取數據。該子系統采用了 CAN 總線通訊，主控單元子系統的結構如圖 所示。 四川科技職業學院 畢業設計 (論文 ) 第 XIII 頁 d s P I C 3 0 F系 列 單 片機C A N模 塊標 準 通信 模 塊 圖 主控制單元子系統框圖 第四章 系統硬件設計 總體設計思路 設計初期，根據題目的要求確定了該系統要實現兩功能，測距功能和 CAN 總線通信功能。考慮到該系統是要應用在汽車上的，確定了 使用兩控制器來完成該系統的功能，一個控制器實現紅外傳感器測距的處理，相當于 CAN 總線的節點，另外一個控制器模擬汽車的主控器，兩控制器之間就需要 CAN 總線實現通信連接。 在本次設計中選用的是 Microchip公司生產的 DSPIC30F4012高性能 16 位數字信號控制器，主要使用了它的 CAN 模塊，定時器，輸入捕捉模塊， I/O 端口， 10 位 AD 轉換器， UART 模塊等 6 個外設模塊。紅外測距子系統可分為 CAN 模塊、紅外測距模塊、報警模塊，而主控制單元子系統可分為 CAN 模塊和標準通信接口模塊。設計電路時將電路劃 分成不同功能的小模塊，這樣設計思路比較清晰，對后面的調試也比較方便。在后面的各節中將詳細介紹各模塊的硬件電路的設計思路和所實現的功能。設計總電路圖（見附錄一）。 電源電路的設計 在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。小功率穩壓電源的組成可以用圖 表示，它是由電源變壓器、整流、濾波和穩壓電路等四部分組成。 四川科技職業學院 畢業設計 (論文 ) 第 XIV 頁 低壓交流電源整流電路 濾波電路電壓調整電路輸出比較控制 反饋網絡參考基準電路 圖 直流穩壓電源結構圖和穩壓過程 如圖 所示電路為輸出電壓 +5V、輸出電流 的穩壓電源。它由電源變壓器 T，橋式整流 橋 D1，濾波電容 C1，防止自激電容 C2 和一只固定式三端穩壓器 (7805)極為簡捷方便地搭成的。 220V 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓 ，再經過橋式整流 橋 D1 和濾波電容C1 的整流和濾波，在固定式三端穩壓器 LM7805 的 VIN 和 GND 兩端形成一個并不 分穩定的直流電壓 (該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發生變 化 )。此直流電壓經過 LM7805 的穩壓 后便在穩壓電源的輸出端產生了精度高、穩定度好的直流輸出電壓。本穩壓電源可作為 TTL 電路或單片機電路的電源。三端穩壓器LM7805 是 一種標準化、系列化的通用線性穩壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩壓電源中應用最為廣泛的一種單片式集成穩壓器件 。 D1Bridge1100uF/50VC1T1Trans Eq100pFC2VIN VOUTGNDVDD~220LM7805AC/TC220 圖 電源電路圖 CAN 模塊的硬件設計 為保護芯片 PCA82C250，在電源輸入部分加磁珠 ，因為磁珠可用來消除疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分 ，專用于抑制電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾 ，還具有吸 四川科技職業學院 畢業設計 (論文 ) 第 XV 頁 收靜電脈沖的能力 。其電路圖如圖 所示。而電路中的 C2 和 C4 是對電源具有濾波作用。 C2104C4104CZ10VDDGNDVCCK 圖 PCA82C250 芯片供電電路圖 C1TX 和 C1RX 是 DSPIC30F4012 單片機的 CAN1 總線的接收和發送引腳， C1TX 直接與PCA82C250 的 TXD 連接，而 C1RX 是發送數據信號的則需要接一個限流電阻 R6 后才能與PCA82C250 的 RXD 連接。 RS 引腳是通過外部電阻 R3 選擇高速、斜率控制或待機模式。其電路圖如圖 所示。電路中的電阻 R4， R5 是 CAN 總線的終端匹配電阻，電容 C3 是起到濾波的作用。 C1TXC1RXGNDR320KR4Comment: 60R560TXD1GND2VCC3RXD4Vref5CNAL6CANH7RS8U2PCA82C250VCCKGND CANH1CANL1C3102R61K 圖 CAN 驅動硬件電路圖 紅外測距模塊硬件設計 紅外測 距傳感器介紹 紅外發射和接收兩部分。發射部分的發射元件為紅外發光二極管，它發出的是紅外線而不是可見光，如圖 所示。 四川科技職業學院 畢業設計 (論文 ) 第 XVI 頁 圖 紅外發射管 圖 紅外接收管 常用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為 940nm 左右，外形與普通φ 5mm 發光二極管相同，只是顏色不同。一般有透明、黑色和深藍色等三種。判斷紅外發光二極管的好壞與判斷普通二極管一樣的方法。單只紅外發光二極管的發射功率約 100mW。紅外發光二極管的發光效率需用專用儀器測定，而業余條件下，只能憑經驗用拉距法進行粗略判定。 接收 電路的紅外接收管是采用成品的一體化接收頭，如圖 所示。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩定、可靠。所以，有了一體化接收頭，人們不再制作接收放大電路，這樣紅外接收電路不僅簡單而且可靠性大大提高。 圖 是常用的紅外接收頭的外形，有三只引腳，即電源正 (VDD)、電源負 (GND)和數據輸出 (Out)。紅外接收頭的主要參數如下： 工作電壓： ～ 工作電流： ～ 接收頻率： 峰值波長： 980nm 靜態輸出：高電平 輸出低電平：≤ 輸出高電平：接近工作電壓 其內部框圖如圖 所示。 四川科技職業學院 畢業設計 (論文 ) 第 XVII 頁 圖 紅外接收管內部框圖 紅外接收管的理想工作波形圖如圖 所示。 圖 紅外接收管理想工作波形圖 紅外測距硬件電路設計 紅外測距子系統首先利用定時器對 I/O 口的輸出進行控制，以此來產生 的頻率脈沖信號，當接收到反射回來的紅外信號后產生一個低電平輸入到輸入捕捉引腳IC7，使單片機捕獲到紅外往返所使用的時間，再根據所捕獲到的時間乘以光速的一半就可得到當前的車距。 （ 1）紅外發射電 路如圖 所示，通過設置單片機的 RB3 口輸出 的脈沖信號，這信號再經三極管進行放大來增加驅動紅外發射管的能力。 DS1LED11KR25Q1NPN1100R24SONIC_OUTVDDGND 四川科技職業學院 畢業設計 (論文 ) 第 XVIII 頁 圖 紅外發射電路 （ 2）紅外光接收和處理原理如圖 所示。 紅 外 接收 電 路信 號 放大 電 路檢 波 整形 電 路音 頻 鎖 相 譯碼 電 路 圖 紅外接收和處理原理圖 在紅外接收電路中，信號的放大、解調、整形由紅外遙控專用集成電路紅外一體接收頭完成。它只對頻率在 左右的紅外調制信號進行放大、濾波、整形輸出，當沒有頻帶內的信號輸入時，輸出信號始終為高電平，一旦收到指定的 信號，信號輸出低電平，該低電平將觸發輸入捕捉引腳 IC7，即捕獲到定時器所記下的時間。再根據時間計算當前的車距。其電路圖如圖 所示。 GNDVDDSONIC_INOUT VCCGND 圖 紅外光接收電路圖 標準通信接口模塊 串口通信使用單片機的備用異步串口接收引腳 U1ARX 和備用異步串口發送引腳U1ATX。為了提高單片機輸入信號的噪聲容限增強抗干擾能力，在 U1ARX 信號經限流電阻 R8 后接了上拉電阻 R7 和 U1ATX 的信號經限流電阻 RR13 后接了上拉電阻 R12 來提高輸出電平。其電路圖如圖 所示。 四川科技職業學院 畢業設計 (論文 ) 第 XIX 頁 R8100R710KU1ARX RXKVDDR13100R1210KU1ATX TXKVDD 圖 上拉電阻的 電路圖 經過上拉電阻后的信號 RXK 和 TXK 送到滿足 RS422 標準規范的 SP491E 芯片引腳 R和 D。而該芯片的使能引腳 REB 和 DE 分別通過 470 歐的電阻接地和接電源，使該芯片直接使能 RS422 通信。 RS422 數據信號采用差分傳輸方式， A 和 B 作為共模模式的輸入信號，在被送到 SP491E 之前接了 D2 和 D3 兩二極管，以防輸入信號超過該芯片所能允許的最大電壓而把芯片燒壞，這兩二極管對 SP491E 起到保護作用。 RS422 的硬件電路圖如圖 所示。 NC1R2REB3DE4D5GND6GND7NC8Y9Z10B11A12NC13VCC14U3SP491ETXKGNDVDDR9 470ΩR10 470ΩVDDG