基于CAN總線的轎車車燈控制系統(tǒng)及雷達系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計

本科生畢業(yè)設計（論文）PAGEV基于CAN總線的轎車車燈控制系統(tǒng)及雷達系統(tǒng)的設計

摘要隨著現代汽車技術的日益發(fā)展，汽車電子裝置不斷增加，汽車綜合控制系統(tǒng)中需實時交換的各種控制信息隨之越來越多，傳統(tǒng)線束技術已遠遠不能滿足這種需求，汽車總線控制技術應運而生。本設計主要實現車燈控制系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)的智能化。本設計以單片機P87C591為核心構建硬件平臺，通過CAN總線模塊接收和發(fā)送報文、光敏傳感器采集光信號和濕度傳感器采集濕度信號，傳感器采集的信號輸入給AD轉換器，再傳輸給單片機，由單片機對信號進行分析處理，輸出控制信號控制汽車車燈的亮滅，雷達系統(tǒng)通過超聲波的發(fā)送和接收模塊，把信號傳給A/D轉換器，在由單片機對信號進行分析處理，控制報警電路報警。在軟件設計上，有CAN總線收發(fā)系統(tǒng)，燈光系統(tǒng)，雷達系統(tǒng)和測距系統(tǒng)等。本系統(tǒng)實現了汽車車燈控制的智能化和雷達系統(tǒng)的測距功能，再有障礙物靠近車輛時，報警電路能夠及時報警，保證了汽車在行駛過程中的汽車的安全行駛，大大提高了車輛在行駛中的安全性和可靠性。關鍵詞:CAN總線，P87C591，車燈控制，雷達系統(tǒng)AbstractWiththedevelopmentofmodernautomobile,automobileelectronicdeviceincreasesceaselessly,allsortsofinformationcontrolwillbemoreandmorereal-timeexchangeneedcomprehensiveautomobilecontrolsystem,thetraditionalwiringtechnologyhasfarcannotmeetthisdemand,vehiclebuscontroltechnologyemergeasthetimesrequire.Thisdesignismainlytherealizationofintelligentlightingcontrolsystemsandradarsystems.TheP87C591single-chipdesignasthecoreofthehardwareplatform,receivingandsendingnewspaper,aphotosensitivesensorsignalcollectionandhumiditysensorandhumiditysignalthroughtheCANbusmodule,signalsensorinputstotheADconverter,andthentransmittedtothemicrocontroller,thesignalwasprocessedbySCM,theoutputcontrolsignalstocontrolthevehiclelamplightout,radarsystembyultrasonicsendingandreceivingmodule,sendingasignaltotheA/Dconverter,bythemicrocontrolleronthesignalanalysisandprocessing,controlalarmcircuitalarm.Insoftwaredesign,CANbustransceiversystem,lightingsystem,radarsystemandrangingsystem.Thissystemhasrealizedtherangingfunctionofintelligentandradarsystemofautomobilelightcontrol,anotherobstacletothevehicle,thealarmcircuitcanalarmintime,ensurethesafetyofvehiclesintheautomobiledrivingprocess,greatlyimprovingthesafetyandreliabilityofthevehicle.Keywords：CANBus；P87C591l；LightsControll；RadarSystem

目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1國內外研究現狀及CAN總線技術特點 11.2課題研究的背景 21.2.1汽車車身電子技術 21.2.2現場總線的意義 21.2.3車燈控制系統(tǒng)及雷達系統(tǒng)利用CAN總線的意義 21.3畢業(yè)設計總體內容 3第2章方案設計 42.1方案比較 42.2總體方案 13第3章硬件設計 153.1單片機的最小系統(tǒng) 153.2燈光控制節(jié)點MCU 163.3燈光驅動電路 173.4超聲發(fā)射電路 173.5超聲波接收模塊設計 183.6顯示電路 213.7報警電路 213.8串行通訊接口設計 223.9單片機的拓展電路 233.10光敏傳感模塊 243.11濕度傳感器模塊 253.12穩(wěn)壓電路 26第4章軟件設計 274.1系統(tǒng)總體軟件功能 274.2J1939通訊協(xié)議 274.3燈光系統(tǒng)的流程圖 284.4節(jié)點接收模塊 304.5節(jié)點發(fā)送模塊 314.6照明燈軟件設計 334.7霧燈軟件設計 344.8測距系統(tǒng) 35第5章結論 37致謝 38參考文獻 39附錄I 40附錄II 43附錄III 50PAGE58緒論國內外研究現狀及CAN總線技術特點本課題所研究的基于CAN總線的汽車車身控制系統(tǒng)，主要是為了簡化現代汽車車身中日益復雜的電子控制設備之間的連線。在現代汽車的車身中，電子控制的部件越來越多(例如集控鎖、電動車窗、后視鏡、廂內照明燈、各種信號燈、座椅控制和汽車聲像系統(tǒng))，如果用傳統(tǒng)的信號線連接方式會使得連接導線非常復雜和冗長。采用CAN總線以后，不管有多少電子部件需要控制，從控制命令發(fā)出部件所在位置，到接收部件所在位置的連線只需2根，故需要控制的部件越多，從命令發(fā)出地點到接收地點的距離越長(如大型車)，節(jié)約導線的效果就越明顯。并且隨著導線連接的簡化，給汽車制造時的線束布置帶來極大方便，另外在功能擴展(如再加入新的電子控制部件)時，無需重新布線，大大方便了升級換代工作。一個常用來說明CAN總線優(yōu)點的例子是:某型汽車原來的連線總長為500米，使用CAN以后縮短為50米，節(jié)約導線10倍(總重量也會減輕)。不僅如此，CAN總線能夠方便地實現整車數據共享，使汽車的性能全面優(yōu)化和高水平智能化。CAN總線具有卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，因此，已經在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、控制安全防護、嵌入式網絡和保安系統(tǒng)等領域得到了廣泛應用。今天，在歐洲幾乎每一輛新客車上均裝配有CAN局域網。在國外現代轎車的設計中，CAN己經成為必須采用的技術，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾、勞斯萊斯等汽車都將CAN作為控制器聯(lián)網的手段。一些汽車專家認為，就像汽車電子技術在20世紀70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣，近10年現場總線CAN技術的引入也將是汽車電子技術發(fā)展的一個里程碑。我國在CAN總線研究應用方面起步較晚，工程應用幾乎是空白。特別是在汽車上的應用，可以說是從近年，才在幾個大的汽車研究和生產單位正式啟動的，目前都處于研究的初級階段，還沒有拿出產品化的成果。由于這些研究剛剛還處于起步階段，故目前的研究重點都集中在動力系統(tǒng)(發(fā)動機、自動變速器、電機、電池、儀表等)的CAN通訊上，還沒有精力針對汽車車身的電子控制部件進行CAN總線的應用研究。在我國，CAN總線技術的研究開發(fā)還剛剛起步，完全國產化的、應用CAN總線控制動力系統(tǒng)的汽車還沒有；CAN總線在車身控制方面的應用還僅限于開關量控制(如車燈、車門等)。本課題所研究的CAN總線車身控制系統(tǒng)，可以簡潔汽車網絡的設計、促進產品的實用化和低成本化。課題研究的背景近幾年來，隨著汽車產業(yè)的飛速發(fā)展，汽車技術的更新周期也在縮短，汽車對電子產品的依賴性越來越突出，可以說要提高汽車的技術水平，主要靠汽車電子技術來完成。目前，國內的汽車電子技術多數還處于初級階段，有自主技術的汽車電子產品也不過是汽車音響、影音娛樂系統(tǒng)及空調等汽車媒體技術。而控制類汽車電子技術還沒有形成產業(yè)，國內整車廠現在采用的汽車電子控制技術，多為直接引進國外產品或是一些中外合資企業(yè)生產、組裝的產品。汽車工業(yè)已經是我國國民經濟的一個支柱型產業(yè)，2006年中國汽車產量已經達到700萬輛，而我國的汽車零部件產業(yè)還很薄弱，特別是汽車電子技術更加落后，已經阻礙了汽車產業(yè)的迅速發(fā)展。所以，能否在電子技術上占領制高點，開發(fā)出具有自主知識產權、技術含量高的汽車電子產品，實現跨越式發(fā)展，減輕對國外汽車零部件的技術依賴，是我國汽車產業(yè)發(fā)展的當務之急。這樣才能使我國的汽車技術趕上世界發(fā)達國家的汽車技術水平，為我國汽車產業(yè)的發(fā)展提供必要條件。汽車車身電子技術控制類汽車電子產品一般分為動力系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)兩類，在本研究課題中將詳細介紹車身控制技術中關于儀表和車燈控制的詳細內容。車身控制系統(tǒng)主要是為了汽車增加輔助功能，提高駕駛的方便性、乘坐的舒適性及安全性。車身控制系統(tǒng)涵蓋范圍廣，包括燈光控制系統(tǒng)，門窗控制系統(tǒng)，座椅控制系統(tǒng)，氣候（空調）控制系統(tǒng)，防盜系統(tǒng)，導航定位系統(tǒng)，安全氣囊，儀表板顯示集控等?，F場總線的意義現場總線控制系統(tǒng)(FCS)是20世紀80年代中期在國際上發(fā)展起來的一種嶄新的工業(yè)控制技術，它的出現引起了傳統(tǒng)的PLC和DCS控制系統(tǒng)基本結構的革命性變化?，F場總線技術極大地簡化了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)繁瑣且技術含量較低的布線工作量，使其系統(tǒng)檢測和控制單元的分布更趨合理，使原來基于設備來選擇控制和通信的方式，轉變?yōu)榛诰W絡來選擇設備。隨著Internet和Intranet的迅猛發(fā)展，現場總線控制技術越來越顯示出其傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無可替代的優(yōu)越性?，F場總線控制技術已成為工業(yè)控制領域中的一個熱點。傳統(tǒng)機電產品是否具有總線接口已成為能否在市場上生存的一個必要條件。車燈控制系統(tǒng)及雷達系統(tǒng)利用CAN總線的意義目前，現場總線有許多種類，幾種有影響的總線為:基金會現場總線，LONWORKS，PROFIBUS，CAN，HART等，由于CAN總線(全稱為“ControllerAreaNetwork")最初是針對汽車提出的，故在汽車領域，可以說CAN總線占據著霸權的地位。20世紀90年代以來，汽車上由電子單元控制的部件越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置(ABS)、安全氣囊、電控門窗、主動懸架、自動變速器、汽車穩(wěn)定性控制(ESP),混和動力汽車中的電機控制，電池管理系統(tǒng)、座椅控制之類的舒適系統(tǒng)、汽車聲像之類的娛樂系統(tǒng)等等。隨著這些集成電路和單片機在汽車上的廣泛應用，使得電子控制裝置之間的通訊越來越復雜，如果用傳統(tǒng)的信號線連接方式來連接各個控制器，不但會使控制器的引腳過多、控制器設計變得非常復雜，而且也會使得連接導線變得非常冗長(如某型汽車原來的連線為500米，使用CAN以后縮短為50米;采用傳統(tǒng)連線方式的東風汽車公司的混和動力轎車，僅連接電纜就達40公斤)，使可靠性大大降低。博世(Bosch)公司推出CAN總線的最初動機，就是為了解決現代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊問題，減少不斷增加的信號線。CAN總線是一種單一的網絡總線，其最大的優(yōu)點是:所有的控制器件都可以掛接在CAN總線(只有兩根電線)上?，F在汽車上的網絡連接方式主要采用2條CAN，一條用于驅動系統(tǒng)的高速CAN，速率達到500kb/s，一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN，速率是100kb/s驅動系統(tǒng)主要連接對象是發(fā)動機控制器ECU、ASR及ABS控制器、安全氣囊控制器、組合儀表等，它們的基本特征相同，都是控制與汽車行駛直接相關的系統(tǒng)。車身系統(tǒng)CAN主要連接對象是4門以上的集控鎖、電動車窗、后視鏡和廂內照明燈等。目前，驅動系統(tǒng)CAN和車身系統(tǒng)這2條獨立的總線之間尚沒有關系。但人們已在設計“網關”，以實現在各個CAN之間的資源共享，并將各個數據總線的信息反饋到儀表板上。駕車者只要看看儀表板，就可以知道各個電控裝置是否正常工作了。畢業(yè)設計總體內容本次本業(yè)設計主要由以下幾個章節(jié)構成：第一章緒論：緒論主要包括CAN總線國內外發(fā)展的概況、次設計研究的背景、車車身的電子技術及車燈控制系統(tǒng)及雷達控制系統(tǒng)利用CAN總線的意義。第二章方案設計：包括了方案的選擇及總體框圖的設計，確定了系統(tǒng)的總體設計方案。第三章硬件設計：硬件設計主要包括穩(wěn)壓電路、燈光控制節(jié)點MCU、超聲發(fā)射電路、超聲波接收電路、燈光驅動電路、單片機的外圍系統(tǒng)、顯示電路、報警電路、單片機的拓展電路和A/D采樣電路。第四章軟件設計:包含了本設計的主體流程圖和汽車燈光控制系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)的各個模塊的子程序流程圖及其相對應的子程序，具體闡述了軟件系統(tǒng)的設計。第五章設計總結：總結了本次畢業(yè)設計學到知識點和本次設計遇到的難題和解決這些難題的方法，受益良多。方案設計方案比較本設計在顯示電路、總線的選擇、單片機的選擇和測距傳感器的選擇進行方案比較。顯示方案一：采用數碼管作為顯示。根據題目要求至少需要四位數碼管顯示，數碼管在與單片機的串行連接時需要用到移位寄存器74LS164，比較繁瑣麻煩，增加了硬件電路的復雜性，并且數碼管顯示受溫度的影響，而是數碼管沒有良好的均勻度。顯示方案二：采用LCD1602液晶顯示屏。因為LCD1602液晶顯示屏是個微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中，因此得到廣泛的應用。所以選擇方案二。CAN總線方案一：1.由于目前CAN為愈來愈多的不同領域采用和推廣，導致要求不同應用領域通信報文的標準化。為此，1991年9月PhilipsSemiconductors制訂并發(fā)布了CAN技術規(guī)范（Version2.0）。該技術規(guī)范包括A和B兩個部分。2.0A給出了曾在CAN技術規(guī)范版本1.2中定義的CAN報文格式，而2.0B給出了標準的和擴展的兩種報文格式。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運載工具——數字信息交換——高速通信控制器局部網（CAN）國際標準（ISO11898），為控制器局部網標準化、規(guī)范化、推廣鋪平了道路。CAN技術規(guī)范2.0A和2.0B以及CAN國際標準ISO11898是設計CAN應用系統(tǒng)的基本依據，也是應用設計工作的基本規(guī)范?？刂破骶植烤W是一種具有很高保密性、有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN應用范圍遍及從高速網絡到低成本的多線路網絡。在自動化電子領域、發(fā)動機控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等的應用中，CAN的位速率可高達1Mbps。同時，它可以廉價地用于交通運載工具電器系統(tǒng)中，例如：燈光聚束、電氣窗口等等以代替所需要的硬件連接。CAN技術規(guī)范的目的是使任意兩個CAN執(zhí)行過程達到兼容。然而，兼容性具有眾多的不同方面，例如：電氣特性和被傳送數據的表示方法。CAN技術規(guī)范版本2.0包括兩部分內容：版本2.0A描述在CAN技術規(guī)范1.2中定義的CAN報文格式；版本2.0B描述標準和擴展格式兩種報文格式。為了同CAN技術規(guī)范2.0兼容，要求CAN執(zhí)行既同版本2.0A,也同版本2.0B兼容。隨著串行通信進入更多應用領域，因此，要求各種應用領域通信功能報文標識符標注的標準化，如果原有由11個標識符定義地址范圍加以擴展，CAN對于這些應用服務將更加周到，因而，引入了第二種報文格式（擴展格式），它可以提供由29位定義的更大地址范圍，這將使系統(tǒng)設計者解釋除在定義良好結構名稱方面的苦惱。需要借助擴展格式提供標識符范圍的CAN用戶可以繼續(xù)使用方便的11位標識符（標準格式）。這種情況下，他們可以使用市場過去推廣使用的CAN，也可以使用兩種格式的新型控制其來實現。為了區(qū)分標準格式和擴展格式，CAN報文格式中第一個保留位像它在CAN技術規(guī)范版本1.2中定義的一樣被使用。由于CAN技術規(guī)范1.2的報文格式等效于標準格式，因而仍然可用，而由于定義了擴展格式，可使標準格式和擴展格式的報文在相同的網絡中同時存在。2.CAN總線的四種幀(1)數據幀數據幀自一個發(fā)送節(jié)點攜帶數據至一個或多個接收節(jié)點，數據幀由七種不同的位域組成：幀的起始域；仲裁域；控制域；數據域；CRC域；應答域；幀的結束域。幀的起始域：該域表示一個數據幀或遠程幀的開始，它由一個顯性組成，該顯性用于接收狀態(tài)下的CAN控制器的硬同步。仲裁域：由信息標識符及RTR位組成，當有多個CAN控制器同時發(fā)送數據時，在仲裁域要進行面向位的沖突裁決。標識符：由11位組成，用于提供信息地址及優(yōu)先級。其發(fā)送順序為ID.10至ID.0(LSB)。需要注意的是，其最高七位(ID.10至ID.4)均為隱性的現象不允許出現。ID決定了報文的優(yōu)先權，ID的數值越小，優(yōu)先級越高。這一點可以從CAN總線的物理特性理解。當總線上有幾個節(jié)點同時需要發(fā)送數據，其ID標識符分別為01001011111；01001111111和01111111111，當發(fā)送ID.10和ID.9時，三個節(jié)點都沒有發(fā)現沖突，于是繼續(xù)發(fā)送ID.8，這時由于C節(jié)點發(fā)送的是隱性(邏輯1)，而A和B節(jié)點都發(fā)送的是顯性(邏輯0)，各節(jié)點上是集電極開路，“線與”的關系，所以C節(jié)點發(fā)現有沖突，而且自己標識符的優(yōu)先級低，于是C節(jié)點退出仲裁。同樣的道理，8節(jié)點在發(fā)送ID.5后退出仲裁。CAN總線優(yōu)先級的仲裁與Ethernet有很大的不同。Ethernet采用的是CSMA/CD協(xié)議，即檢測到碰撞后，各節(jié)點均先退出發(fā)送，經過各自隨即產生的時間延遲后再重新發(fā)送。而CAN總線這種按優(yōu)先級判別的方法，可以使優(yōu)先級高的消息先發(fā)送。因此，標識符取值最小的節(jié)點能夠占據總線。需要注意的是，優(yōu)先級別取決于發(fā)送消息中的標識符，而不是節(jié)點。標識符并不限定某一特定節(jié)點接收該信息，因為CAN網絡支持點對點、一點對多點接收及廣播幾種通訊方式。程幀發(fā)送請求位(RTR)：CAN總線上的接收節(jié)點可以請求總線上另一個節(jié)點發(fā)送信息，方法是向網絡上發(fā)出遠程幀用標識符指出節(jié)點地址，并置RTR位為高。如果所尋址節(jié)點立即發(fā)送所請求的數據，則使用相同的標識符，此時總線上不會產生沖突，因為數據幀的RTR位此時為低(數據，顯性)?？刂朴颍捍擞蛴?個位組成，包括2個保留位(ID，用于CAN協(xié)議擴展)及4位數據長度碼，允許的數據長度值0~8。數據域：發(fā)送緩沖區(qū)中的數據按照數據長度代碼指示的長度發(fā)送。對于接收的數據同樣如此，第一個數據字節(jié)的最高有效位第一個被發(fā)送/接收。循環(huán)冗余校驗(CRC)域：CRC域由CRC序列位(1位)及CRC連界符(一個隱性)組成。CRC范圍包括幀的起始域、仲裁域、控制域、數據域及CRC序列。CRC序列的最高有效位被首先發(fā)送/接收，選用這種幀校驗式，是由于這種CRC碼對于少于127位的幀是最佳的。應答域：應答域由發(fā)送方發(fā)出的兩位(應答空隙及應答分界)隱性組成，所有接收到正確的CRC序列的節(jié)點將在發(fā)送節(jié)點的應答空隙上將發(fā)送方的這一隱性改寫為顯性。因此，發(fā)送節(jié)點將一直監(jiān)視總線信號以確保網絡中至少一個節(jié)點正確地收到了所發(fā)信息。應答分界位是應答域中第二個隱性。由此可見，應答空隙兩邊有兩個隱性，CRC分界位及應答分界位。幀結束域：每一個數據幀或遠程幀均由一串7個隱性的幀結束域結尾。這樣，接收節(jié)點可以正確檢測到一個幀的結束。(2)遠程幀CAN上的一個接收節(jié)點可以啟動數據傳輸，方法是向網絡上發(fā)一個遠程幀，用標識符尋址數據發(fā)送源節(jié)點，且置相應幀的RTR位為高。遠程幀與數據幀有如下不同：RTR位為高；數據長度代碼無效；無數據域。遠程幀由6個域組成：幀起始域、仲裁域、控制域、CRC域、應答域、幀結束域。(3)錯誤指示幀錯誤指示幀由兩個不同的域組成：第一個域反映來自控制器的錯誤標志，第二個域為錯誤分界符。①錯誤標志有兩種形式的錯誤標志：主動錯誤標志，它由6個連續(xù)顯性組成:被動錯誤標志，它由6個連續(xù)隱性組成，它可由其它CAN控制器的顯性改寫。處于主動錯誤狀態(tài)的CAN節(jié)點檢測到錯誤后，將發(fā)出主動錯誤標志，該錯誤標志不滿足位填充(插入)規(guī)則，或者破壞T應答域或幀結束域的固定格式。所有其它節(jié)點都將檢測到錯誤狀態(tài)，并發(fā)出該錯誤標志。因此，這些從總線上監(jiān)測到的顯性串是各節(jié)點發(fā)出的不同錯誤標志的結果，這一位串的長度最小是6個，最長是12個。被動錯誤狀態(tài)的CAN控制器檢測到錯誤后發(fā)出被動錯誤標志，并等待從被動錯誤標志開始的相同極性的6個連續(xù)位。當這6個相同位被檢測到后，被動錯誤標志結束。②錯誤分界錯誤分界符由8個隱性組成它與過載分界有相同的格式。當錯誤標志發(fā)生后，每一個CAN節(jié)點監(jiān)視總線，直至檢測到一個顯性的跳變。此時表示所有的CAN節(jié)點已經完成了錯誤標志的發(fā)送，并開始發(fā)送8個隱性的分界符。之后網絡上的主動錯誤節(jié)點便可同時開始其它的發(fā)送。如果在數據幀或遠地幀的發(fā)送過程中，出現錯誤，則當前的信息作廢，并重新啟動數據發(fā)送。如果CAN節(jié)點發(fā)現錯誤指示幀出錯，則重發(fā)。當連續(xù)出現錯誤指示幀錯誤時，則相應的節(jié)點將變?yōu)楸粍渝e誤節(jié)點。為正確地結束錯誤標志，被動節(jié)點需要總線空閑至少三個位周期（如果在一個被動錯誤態(tài)接收控制器出現本地錯誤）。(4)超載幀超載幀由兩個區(qū)域組成：超載標志及超載分界符。下述兩種狀態(tài)將導致超載幀發(fā)送：接收方在接收一幀之前需要過多的時間處理當前的數據(接收未準備好)；在幀間空隙域檢測到顯性信號。①超載幀發(fā)送條件條件有兩個：在幀間空隙域的第一個位周期:在幀間空隙域中檢測到顯性信號一個位周期后，方可啟動超載幀的發(fā)送。②超載標志超載標志由6個隱性組成，其格式與錯誤標志相同。③超載分界符超載分界符由8個隱性組成：其格式與錯誤分界符相同。當超載標志發(fā)出后，每個節(jié)點監(jiān)視總線狀態(tài)，直至檢測到隱性的跳變。此時，所有的節(jié)點均已完成超載標志的發(fā)送，并開始發(fā)8個隱性串。幀間空隙數據幀及遠程與其前面一幀信息包之間的空隙是幀間空隙，它由幀間空隙域及總線空閑狀態(tài)組成。(5)幀間空隙幀間空隙由三個隱性組成，在此期間，CAN節(jié)點不進行幀發(fā)送。幀間空隙是必要的，為的是使CAN控制器在下次信息傳遞前有時間進行內部處理操作。LIN總線方案二：1.LINBus系統(tǒng)主要特性有：(1)單主機多從機組織（即沒有總線仲裁），配置靈活；(2)于普通UART/SCI接口的低成本硬件實現低成本軟件協(xié)議；(3)帶時間同步的多點廣播接收，從機節(jié)點無需石英或陶瓷諧振器，可以實現自同步；(4)保證信號傳輸的延遲時間?？蛇x的報文幀長度：2、4和8字節(jié)；(5)數據校驗和的安全性和錯誤檢測，自動檢測網絡中的故障節(jié)點；（6）使用最小成本的半導體組件（小型貼片，單芯片系統(tǒng)）。（7）速度高達20kbit/s；LIN網絡由一個主節(jié)點以及一個或多個從節(jié)點組成，媒體訪問由主節(jié)點控制--從節(jié)點中不必有仲裁或沖突管理?？梢员ＷC最差狀態(tài)下的信號傳輸延遲時間。LIN相對于CAN的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實現成本和無需在從節(jié)點中使用石英或陶瓷諧振器。2.LIN物理層總線驅動/接收器的定義遵循ISO9141單線標準，并帶有一些增強性能。總線為單線傳輸，"與"總線通過終端電阻由電池正極節(jié)點(VBAT)提供?？偩€收發(fā)器采用增強型的ISO9141實現標準?？偩€可以取兩個互補的邏輯值：主控值其電壓接近于接地端，代表邏輯值"0"，退讓值其電壓與電池電壓接近，代表邏輯值"1"。總線采用上拉電阻作為終端，主節(jié)點的上拉電阻為1kΩ，從節(jié)點的上拉電阻為30kΩ。電阻需串聯(lián)一個二極管以防止由于本地電源泄漏對總線產生的干擾。從節(jié)點的終端電容通常值為CSlave=220pF，主節(jié)點的電容要更高以使整個總線的電容小于從節(jié)點的值。由于采用單線媒質傳輸，最大的傳輸波特率被限定在20kbit/s以內。該值為從滿足信號同步而不產生沖突的最高值，到為滿足電磁兼容性要求而要達到的傳輸最低值之間的實驗中間值。最小的傳輸波特率為1kbit/s--這有助于避免在實際中產生超時沖突。LIN協(xié)議通過LIN總線傳輸的實體為幀。一個報文幀由幀頭以及回應（數據）部分組成。在一個激活的LIN網絡中，通訊通常由主節(jié)點啟動，主節(jié)點任務發(fā)送包含有同步間隙的報文頭，同步字節(jié)以及報文標志符(ID)。一個從節(jié)點的任務通過接收并過濾標志符被激活，并啟動回應報文的傳送?；貞邪?到8個字節(jié)的數據以及一個字節(jié)的校驗碼。傳輸一幀所花費的總的時間是發(fā)送每個字節(jié)所用的時間，加上從節(jié)點的回應間隙，再加上傳輸每個字節(jié)的間隙時間(inter-bytespace)。字節(jié)間隙是指發(fā)送完前一個字節(jié)的停止位后到發(fā)送下一個字節(jié)的啟動位之間的時間。LIN協(xié)議的核心特性是使用進度表(scheduletable)。進度表有助于保證總線不出現過載的情況，他們同樣是保證信號定期傳輸的核心組件。在一組LIN節(jié)點中只有主節(jié)點任務才可以啟動通訊保證了行為的確定性。主節(jié)點有責任保證與操作模式相關的所有幀都必須分配了足夠長的傳輸時間。LIN信息是以報文的形式傳送的。報文傳輸是由報文幀的格式形成和控制的。報文幀由主機任務向從機任務傳送同步和標識符信息，并將一個從機任務的信息傳送到所有其它從機任務。主機任務位于主機節(jié)點內部，它負責報文的進度表、發(fā)送報文頭（HEADER）。從機任務位于所有的（即主機和從機）節(jié)點中，其中一個（主機節(jié)點或從機節(jié)點）發(fā)送報文的響應（RESPONSE）。幀內部間隔（inter-framespace）是從上一幀發(fā)送完畢后到下一幀啟動發(fā)送間的時間間隔。幀由幀間間隔以及接下來的4到11個字節(jié)域組成。一個報文幀如圖2.1所示，是由一個主機節(jié)點發(fā)送的報文頭和一個主機或從機節(jié)點發(fā)送的響應組成。報文幀的報文頭包括一個同步間隔場（SYNCHBREAKFIELD）、一個同步場（SYNCHFIELD）和一個標識符場。報文幀的響應（RESPONSE）則由3個到9個字節(jié)場組成：2、4或8字節(jié)的數據場（DATAFIELD）和一個校驗和場（CHECKSUMFIELD）。字節(jié)場由字節(jié)間空間分隔，報文幀的報文頭和響應是由一個幀內響應空間分隔。最小的字節(jié)間空間和幀內響應空間是0，這些空間的最大長度由報文幀的最大長度TFRAME_MAX。圖2.1LIN報文幀通過方案一和方案二比較可以得出結論，LIN總線有一個主節(jié)點，其他是從節(jié)點。從節(jié)點不能主動向主節(jié)點傳輸信息，只有主節(jié)點需要從節(jié)點才能發(fā)送信息；CAN總線沒有主從之分，總線上得節(jié)點都可以在總線空閑時互相通信，如果兩個節(jié)點同事發(fā)送信息，那么按報文優(yōu)先級來分，優(yōu)先級高的可以先發(fā)，優(yōu)先級低的后法，優(yōu)先級是由報文標識符確定的。從速率上說，CAN總線最高通信速率可達1M每秒，LIN總線只有20K左右，所以選擇方案一。單片機的選型方案一，選擇AT89S52：主要性能：與MCS-51單片機產品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz～33MHz；三級加密程序存儲器；32個可編程I/O口線；三個16位定時器/計數器；八個中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時器；雙數據指針；掉電標識符；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存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(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用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位

定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。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、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。方案二,選擇P87C591；

P87C591是一個單片8位高性能微控制器，具有片內CAN控制器，從80C51微控制器家族派生而來。它采用了強大的80C51指令集并成功地包含了PHILIPS半導體SJA1000CAN控制器強大的PeliCAN功能。全靜態(tài)內核提供了擴展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復而不會丟失數據。改進的1：1內部時鐘預分頻器在12MHz外部時鐘速率時實現500ns指令周期。微控制器以先進的CMOS工藝制造，并設計用于汽車和通用的工業(yè)應用。除了80C51的標準特性之外，器件還為這些應用提供許多專用的硬件功能。P87C591組合了P87C554(微控制器)和SJA1000(獨立的CAN控制器)的功能，并具有下面的增強特性：（1）增強的CAN接收中斷（2）擴展的驗收濾波器（3）驗收濾波器可"在運行中改變"特性（1）16K字節(jié)內部程序存儲器，512字節(jié)片內數據RAM；（2）3個16位定時/計數器：T0、T1和T2(捕獲&比較)，1個片內看門狗定時器T3；（3）帶6路模擬輸入的10位ADC，可選擇快速8位ADC；(4)2個8位分辨率的脈寬調制輸出(PWM)；(5)具有32個可編程I/O口(準雙向、推挽、高阻和開漏)；（6）帶硬件I2C總線接口；(7)全雙工增強型UART，帶有可編程波特率發(fā)生器(8)雙DPTR；(9)可禁止ALE實現低EMI；(10)復位信號；(11)eliCAN內核；(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系統(tǒng)，它具有測量時間短、量程大、精度高等優(yōu)點，在許多領域得到了廣泛應用。目前在汽車上應用較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成象式激光雷達和成象式激光雷達。非成象式激光雷達根據激光束傳播時間確定距離。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上，其反射光經掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖，被導入到信號處理裝置內光電二極管，利用計數器計數激光二極管啟動脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時間差,即可求得目標距離。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的方位。成象式激光雷達又可分為掃描成象激光雷達和非掃描成象激光雷達。掃描成象激光雷達把激光雷達同二維光學掃描鏡結合起來，利用掃描器控制激光的射出方向，通過對整個視場進行逐點掃描測量，即可獲得視場內目標的三維信息。非掃描成象式激光雷達將光源發(fā)出的經過強度調制的激光經分束器系統(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測點數目大大減少，從而提高了系統(tǒng)三維成象速度。在汽車測距系統(tǒng)中，激光測距的應用只有局限性。盡管非成象激光雷達更同成象式激光雷達相比，具有造價低、速度快、穩(wěn)定性高等特點。但由于激光雷達測距儀器工作環(huán)境處于高速運動的車體中，振動大，對其穩(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，同時激光測距方式受天氣狀態(tài)、汽車的震動及反射鏡表面磨損、污染等因素影響較大，測距精度難以保證。所以在汽車防撞領域激光測距方式沒有得到發(fā)展。方案二：攝像系統(tǒng)測距CCD攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器。它具有尺寸小、質量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計量準確、其線掃描輸出的光電信號有利于后續(xù)信號處理等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應用。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CCD攝像機的系統(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。為獲得目標三維信息，模擬人的雙目視覺原理，利用間隔固定的兩臺攝像機同時對同一景物成象，通過對這兩幅圖像進行計算機分析處理，即可確定視野中每個物體的三維坐標,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。但目前價格較高，同時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。在這一頻率范圍內的振動稱為聲振動，聲振動所激起的縱波稱為聲波。頻率高于20000Hz的機械波稱為超聲波，頻率低于20Hz的機械波稱為次聲波。與光波不同，超聲波是一種彈性機械波，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個等級，其速度相對電磁波是非常慢的，由于超聲波指向性強,能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，并且利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因而超聲波經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現，在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應用。由上，述敘述可知，超聲波測量能夠達到系統(tǒng)中所要求的測量精度，一般應用在汽車倒車系統(tǒng)上。方案四:毫米波雷達測距毫米波是指波長介于1一1Omm之間的電磁波,雷達是利用目標對電磁波反射來發(fā)現目標并測定其位置的。汽車上應用的雷達采用的是3OGHZ以上的毫米波雷達，毫米波雷達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作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對速度的測量精度高"毫米波雷達的主要特征有:(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:對大氣紊流、氣渦等具有適應性。(2)良好的環(huán)境適應性。毫米波雷達的穿透能力很強，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行。作為車載雷達，目前適用的主要有脈沖多普勒雷達、雙頻CW雷達和FM雷達三種。應用雷達測距，需要防止電磁波干擾，雷達彼此之間的電磁波和其他通信設施的電磁波對其測距性能都有影響。毫米波雷達主要應用于防撞，以避免高速公路上發(fā)生追尾碰撞。但是，由于應用毫米波雷達測距易受電磁干擾，而且成本太高，結構復雜，其價格昂貴，市場價格在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，均是根據發(fā)射波和反射時間來判斷目標的距離，車載儀器通過發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線，依據信號的強弱及波長的不同，同時分析時間差，可分析出前方物體的性質及與汽車的距離。紅外線的最大探測距離為10m，測距時響應的時間較慢，約1000ms。紅外線測距在技術上難度不大，構成的測距系統(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，紅外線的波長比可見光線長，是肉眼看不見的光，有顯著的熱效應和較強的穿透云霧的能力。由于任何物體在任何時候都會發(fā)出紅外線，而且人類肉眼感知不到紅外線，具有極強的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測距儀的工作，故該種測距儀廣泛應用在軍，用汽車上。從以上五種測距技術方案的介紹可以看出各個傳感器的優(yōu)點和缺點：超聲波技術主要用于短距離探測，成本低，制作安裝簡便，適應惡劣環(huán)境；紅外線技術一般用于夜間環(huán)境，對環(huán)境適應性差：微波雷達測距和激光測距相對于超聲波測距來講精度更高，定位更準確。攝像系統(tǒng)技術價格較貴；毫米波雷達技術和激光技術的成本很高，所以運用其原理進行測量的設備價格也是相當高的，因而現在只是在比較高級的轎車中才有所應用。綜合以上考慮和實際應用條件，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方案的設計上進行了簡化和改進?？傮w方案本設計采用CAN總線通訊協(xié)議建立電動汽車燈光控制系統(tǒng)局域網和雷達控制系統(tǒng)局域網，完成該局域網內前、后車燈控制系統(tǒng)與主控制器節(jié)點的信息通訊。通過CAN總線實現電動汽車燈光控制功能，如圖1所示。其中，左右前燈包括：遠光燈（45W）、近光燈（40W）、前轉向燈（12W）、示寬燈（5W）、邊轉向燈（5W）和霧燈（55W）；左右后燈包括：后轉向燈（23W）、制動燈（21W）、尾燈（5W）和倒車燈（23W）。要實現的燈光控制功能包括：遠光燈控制、近光燈控制、霧燈控制、倒車燈控制、制動控制、尾燈控制、示寬燈控制。通過主控器節(jié)點上的開關控制所有的車燈，一共有8個控制開關：近光燈開關；遠光燈開關；左轉向燈開關；右轉向燈開關；霧燈開關；倒車燈開關；小燈開關,制動等開關。汽車雷達系統(tǒng)前面四組，后面兩組構成雷達控制系統(tǒng)，檢測汽車和障礙物的距離，進行報警。示寬燈前轉向燈前轉向燈示寬燈示寬燈前轉向燈前轉向燈示寬燈智能開關智能開關后燈節(jié)點MCUCAN總線收發(fā)器智能開關智能開關CAN總線收發(fā)器四組雷達系統(tǒng)CAN總線收發(fā)器主控節(jié)點MCU車燈控制開關前燈節(jié)點MCU智能開關智能開關智能開關智能開關兩組雷達系統(tǒng)智能開關智能開關近光燈遠光燈遠光燈近光燈邊轉向燈倒車燈邊轉向燈倒車燈制動燈尾燈牌照燈制動燈制動燈后轉向燈后轉向燈后轉向燈后轉向燈尾燈尾燈牌照燈牌照燈圖2.2總體框圖硬件設計單片機的最小系統(tǒng)單片機需要供電、晶振電路與時鐘電路的共同作用，才能工作，本設計采用外部時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號，外接晶振時，C1、C2值通常選擇30uF左右；C1、C2可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調作用，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，諧振器和電容應盡可能安裝于單片機芯片靠近。復位電路采用手動上電復位電路，這種電路利用電容器充電來實現。當加電時，電容C3充電，電路有電流流過，構成回路，在電阻上R2上有壓降，RESET引腳為高電平；當電容C3充滿電后，電路相當于斷開，RESET電位與地相同，復位結束。圖3.1單片機的最小系統(tǒng)燈光控制節(jié)點MCU考慮到系統(tǒng)的成本，本設計選用P87C591單片機作為燈光控制節(jié)點的MCU。P87C591是一個單片8位高性能微控制器，組合了P87C554（微控制器和SJA1000獨立的CAN控制器）的功能，并在SJA1000的基礎上增加了以下CAN的特性：（1）增強的CAN接收中斷；（2）擴展的驗收濾波器；（3）驗和TXD相連,而是通過高速光電耦合器6N137后與PCA82C250相連,這樣就很好地實現了總線上各CAN節(jié)點間的電氣隔離。不過，應該特別說明的一點是，光耦部分電路所采用的兩個電源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10KΩ的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護PCA82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與接地之間并聯(lián)了兩個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防雷擊管，當兩輸入端與地之間出現瞬變干擾時，通過防雷擊管的放電可起到一定的保護作用。圖3.2燈光控制節(jié)點MCU燈光驅動電路燈光驅動電路通過智能功率開關對車燈進行驅動控制。各個車燈節(jié)點對車燈的驅動大致相同，以一個單通道智能功率開關驅動電路為例進行說明，如圖3.3所示。BTS443是Infinion公司的智能高邊功率開關，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負載控制，適用于各種阻性負載、感性負載或容性負載，尤其適用于具有高浪涌電流的負載，如車燈等；可以作為繼電器、保險絲及分立電路等控制方法的替代方法。此外，BTS443還具有多項保護功能：短路保護、過載保護、過壓保護、過溫關斷和掉電保護、靜電放電保護和電源反接保護等。圖3.3燈光驅動電路超聲發(fā)射電路發(fā)射電路提供電脈沖信號需要由超聲波發(fā)射。超聲波是由軟件生成方法生成。超聲波信號由軟件生成的，傳送到驅動程序，通過輸出引腳驅動由司機推探測器，產生超聲波。這種方法的特點是，該軟件可以充分利用和柔韌性好。超聲波是由555時基電路振蕩產生。應當采用12V電源以確保555時基電路有足夠的驅動能力，如圖3.3所示。圖3.4超聲波發(fā)射電路超聲波接收模塊設計根據電路需求,需要接收放大電路滿足以下要求:(l)微弱信號放大,放大倍數要求mv一V。(2)波形整形。(3)實時選通不同方向的微弱信號。如圖所示，不同方向的超聲波接收器將接收到回波信號轉換成電壓信號(正弦波)，信號經過兩級放大以后，被送入電壓比較器進行比較，電壓比較器輸出的方波信號直接輸入單片機，該低電平作為P87C591外部中斷0的中斷信號使P87C591產生中斷，并計算出有關數據。由此可見，接收電路完成了超聲波回波信號的換向識別、轉換。圖3.4.1接收電路信號變化信號的放大和整形以及產生中斷信號等功能，進行波形處理:如圖3.4.1所示，微弱信號一放大信號一整形信號。(1)放大電路設計放大電路目的:微弱信號放大。微弱信號需要放大整形，因此接收部分電路主要由放大電路、壓比較電路構成。根據所用的T40一16型超聲波傳感器的資料以及在實驗中所觀察到的現象，超聲波發(fā)射器在發(fā)射超聲波時，有一部分聲波從發(fā)射器直接傳到接收器，這部分信號直接加到回波信號中，干擾回波信號的檢測"此問題在軟件中處理。超聲波接收電路將接收換能器輸出的微弱信號，進行濾波、放大、檢波、整形，來得到大幅值電信號，供單片機端口辨識、接收電路可采用新產品專用集成電路，也可用傳統(tǒng)的濾波、放大、檢波、整形的電路。過去均采用分立元件構成,現在可以用集成電路來代替。采用超聲波微弱信號放大芯片,如下圖3.4.2所示。圖3.4.2聲波接收電路圖3.4.2由集成運放Al、A2構成，R，C，為無源濾波網絡,二極管、R9為檢波網絡。在回波信號的放大過程中，由于干擾信號的存在，為避免將干擾信號放大而產生回波誤識別，必須將干擾信號濾除，即回波信號放大過程中必須設計帶通濾波器，對有效頻帶內的超聲波信號進行選擇放大。濾波器的功能是讓一定頻率范圍內的信號通過，而將此頻率范圍之外的信號加以抑制或使其急劇衰減。當干擾信號與有用信號不在同一頻率范圍之內，可使用濾波器有效的抑制干擾。由于超聲波回波信號具有頻率低、幅度小、易受干擾等特點,因此,本系統(tǒng)采用RC無源濾波方式，用于微弱回波信號的放大。由于集成運放技術已十分成熟，應用己經十分普及檢波網絡的功能是通過二階帶通濾波網絡，檢測到系統(tǒng)所需要的40(HZ)頻率信號。(2)比較電路設計比較電路目的:將mv級的微弱信號放大后的V級信號整形成能為辨識的脈沖信號，本文是下降沿引起中斷。根據硬件電路的設計思想，要將回波信號轉換成CPU識別的高低中斷信號，所以在對回波信號(正弦波)經過兩次放大以后，需要將正弦波整形成方波，于是后面接了一個電壓比較電路。因為輸入頻率為40HZ，采用了集成電壓比較LM393。LM393具有低偏置電流和失調電流(典型值分別為100nA和6nA)，其響應速度為200ms可用單電源供電(如十5V)，也可用雙電源供電(如士12V)。在本系統(tǒng)中采用了+5V單電源供電。通過實驗觀察，LM393輸出信號符合設計要求，單片機端口識別引腳1處標準下降沿。電路圖如圖：圖3.4.3比較電路顯示電路顯示電路是選擇LCD1602液晶顯示屏，因為由于液晶顯示器顯示質量高，每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。而且液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。液晶顯示器通過LCD顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它LCD顯示器要少得多。圖3.4LCD1602液晶顯示屏報警電路本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報警，當距離車后障礙物小于2米時，距離車兩側障礙物距離小于0.2米時，蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為1HZ的BIBi聲。其電路設計如圖3.8所示，在圖3.8中,蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱組成。當接通電源后(l.5一15V直流工作電壓)，多諧振蕩器起振,輸出1.5一2.5HZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。蜂鳴器電路由單片機的RD端控制。本系統(tǒng)報警燈由單片機脈沖信號觸發(fā),當測距距離于0.2米時報警。圖3.8報警電路串行通訊接口設計串行通信是數據通信的主要方式之一。由于其連線少、成本低，再加上有調制解調功能因而特別適合于距離較遠而且通信點較多的場合。P87C591中的串行口是一個全雙工的異步串行通信接口，可以同時進行接收和發(fā)送數據"在微型計算機中一般都有1一2個標準RS一232C串行通信口，利用這些串行口實現PC機與單片機串行數據通信，具體的接線如圖3.9所示,以MAX232通過一個DB一9型連接器與計算機的COM口連接，通過插座J與單片機相連。根據時鐘控制數據發(fā)送和接收的方式，串行通信分為同步通信和異步通信兩種。在同步通信傳輸二進制數據串時，發(fā)送和接收應保持一致，因此往往使用同一個時鐘控制串行數據的發(fā)送和接收。同步通信的實用性完全取決于發(fā)送器和接收器保持同步的能力。如果由于某種原因，數據漏掉一位，則所有下面接收的字節(jié)數據都是不正確的。異步串行通信，發(fā)送器和接收器兩端分別使用自己的時鐘，不再共用一個時鐘。要求兩個時鐘的頻率大致相同，能在短時間內保持同步。異步數據發(fā)送器先送出一個起始位，后面跟著具有一定格式的串行數據位和停止位。異步數據接收器首先接收起始位，同步它的時鐘，使之接近于發(fā)送器的頻率，然后使用同步時鐘接收數據串。在接收過程中，接收時鐘與發(fā)送時鐘的匹配會有偏差，但這種偏差不會影響接收數據的正確性。停止位表示數據串的結束，它通常被接收器用來判別接收過程中的某些錯誤。同步通信與異步通信比較，具有傳輸數據速度快的優(yōu)點，但使用較多的連接線，如果有錯則成批的數據將報廢。而異步通信傳輸數據速度較慢，但使用較少的連接線，若一次串行數據的過程中，出現錯誤，僅僅影響一個字節(jié)的數據。在微機測控系統(tǒng)中，串行數據的傳輸常采用異步通信方式。因此本控制器也采用異步通信方式。在電氣性能方面，RS一232C標準采用負邏輯，邏輯l電平在一5~一15V范圍內，邏輯0電平在+5~+l5V范圍內。RS一232C能夠識別低至+3V的信號作為邏輯0，能夠識別高至一3V的信號作為邏輯1。而對于TTL器件，一個邏輯低輸出必須不高于0.4V，一個邏輯低輸入必須不高于0.8V:一個邏輯高輸出必須至少為2.4V，一個邏輯高輸入必須至少為2V。由于電氣特性上的不同，如果計算機與單片機要互連，必須進行電平轉換。這種電平的轉換有多種方式，可以采用標準的RS一232C電平轉換器MC1488和MC1489，但是MC1488和MC1489是兩個獨立的驅動器和發(fā)送器芯片，而且MC1488驅動器需要外接正負12V電源。因此選用MAXIM公司的MAX232電平轉換芯片，MAX232內部有電壓倍增電路和轉換電路，僅需+5V電源便可工作，使用十分方便。圖3.9串行接口電路單片機的拓展電路由于單片機P87C591單片機的接口不夠，不能滿足本設計的要求，所以選擇8255對電路進行拓展。P87C591單片機與8255的接口電路比較簡單，如圖3.9所示，8255的片選信號及口地址選擇線A0、A1分別由P87C591的T1、P0.0、P0.1經地址鎖存提供。故8255的A、B、C口及控制口地址分別為BFFCH、BFFEH、BFFFH。8255的D0~D7分別于P87C591的P0.0~P0.7相連。8255的復位端與89S52的復位端相連，都接到89S52的復位電路上。另外P87C591的、一一對應相連。這樣單片機與8255就實現了I/O的并行擴展了。圖3.10單片機拓展電路光敏傳感模塊圖3.11光敏傳感模塊模塊描述

（1）可以檢測周圍環(huán)境的亮度和光強（與光敏電阻比較，方向性比較好，可以感知固定方向的光源）（2）靈敏度可調（圖中藍色數字電位器調節(jié)）（3）工作電壓3.3V-5V（4）輸出形式a模擬量電壓輸出。b數字開關量輸出（0和1）（5）設有固定螺栓孔，方便安裝（6）小板PCB尺寸：3cm*1.6cm模塊接口說明（4線制）（1）VCC外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機和3.3v單片機相連）（2）GND外接GND（3）DO小板數字量輸出接口（0和1）（4）AO小板模擬量輸出接口濕度傳感器模塊濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。電子式濕敏傳感器的準確度可達2-3%RH，這比干濕球測濕精度高。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。這方面沒有干濕球測濕方法好。電阻式氯化鋰濕度計：第一個基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國標準局的F.W.Dunmore研制出來的。這種元件具有較高的精度，同時結構簡單、價廉，適用于常溫常濕的測控等一系列優(yōu)點。氯化鋰元件的測量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關。單個元件的有效感濕范圍一般在20%RH以內。例如0.05%的濃度對應的感濕范圍約為（80～100）%RH，0.2%的濃度對應范圍是（60～80）%RH等。由此可見，要測量較寬的濕度范圍時，必須把不同濃度的元件組合在一起使用?？捎糜谌砍虦y量的濕度計組合的元件數一般為5個，采用元件組合法的氯化鋰濕度計可測范圍通常為（15～100）%RH，國外有些產品聲稱其測量范圍可達（2～100）%RH。圖3.12濕度傳感器穩(wěn)壓電路輸入電源來自于車載電池，電源模塊的作用是為了給控制器和其他模塊電路提供符合要求的電源。目前汽車上使用的是12V的系統(tǒng)，蓄電池的電壓范圍是9~12V，一般單片機的輸入電壓為5V，因此需要對汽車上的電源系統(tǒng)進行電平轉換，來供MCU和其它器件使用。由電路我們可以看到，在該電源模塊中我們使用了7812和7805兩種穩(wěn)壓管，通過它們來將電壓穩(wěn)定到12V和5V的需要電壓。同時在電源模塊電路中還使用了LC及RC濾波電路，通過該電路可以濾除電源中的干擾信號，從而達到凈化電源的效果。具體電路如下：圖3.1穩(wěn)壓電路

軟件設計系統(tǒng)總體軟件功能CAN總線節(jié)點要有效、實時地完成通信任務，軟件的設計是關鍵。采用結構化程序設計方案，具有較好的模塊性、功能性、可移植性以及可修改性。系統(tǒng)的程序結構分為五個部分：CAN通訊程序（包括應用層的1939協(xié)議通訊），外圍接口程序（所有檢測芯片和驅動芯片的驅動），中斷服務程序（信號處理，故障報警以及數據收發(fā)），雷達系統(tǒng)程序（檢測汽車與障礙物的距離），主程序（完成系統(tǒng)的初始化設計以及任務調度）。整個系統(tǒng)采用兩個相對獨立的MCU來控制各自的硬件電路，它們之間通過CAN總線進行數據交換以及電路控制信號的傳遞。系統(tǒng)分為前后兩個控制節(jié)點，這符合汽車上的應用設計。前端節(jié)點主要的軟件功能：通過掃描開關量，將采集到的車燈控制信號通過CAN總線以數據幀的形式發(fā)送到后端節(jié)點來控制后端車燈的亮滅。雷達系統(tǒng)根據超聲波檢測的信號，通過測距計算出汽車車身與障礙物的距離，如果在設定的距離內是，報警電路進行報警。J1939通訊協(xié)議SAEJ1939通信協(xié)議是由美國汽車工程師協(xié)會—卡車和公共汽車電氣電子委員會下的控制和通信網絡分委員會制定的高層CAN網絡通信協(xié)議。它是按照ISO的開放式數據互聯(lián)模型定義的七層基準參考模型制定的，它采用串行通信協(xié)議CAN2.0B作為網絡核心協(xié)議。該協(xié)議已經在上文描述。其特點是：使用所謂多路復用技術（Multiplexing），為車輛上各傳感器、執(zhí)行器和控制器提供建立在CAN總線基礎上的標準化的高速網絡連接，在車輛電子裝置之間實現高速數據共享，有效減少電子線束的數量，利于提高車輛電子控制系統(tǒng)的靈活性、可靠性、可維修性和標準化程度。目前SAEJ1939標準已經成為世界各大車輛部件制造商均支持的重要通信標準，尤其在大客車、載貨汽車、特種車輛和工程機械中得到了廣泛的應用。J1939是一個高速的通信網絡，傳輸速率可達到250Kbps。它的前身是J1708和J1587，但它們是低速的，只提供ECU之間的簡單的信息交換，包括了診斷信息。J1939完全兼容了前兩者的功能。J1939使用的CAN協(xié)議允許任何一個ECU在總線空閑的時候向網絡發(fā)送消息，每一個消息包括了一個用來定義消息優(yōu)先級、誰發(fā)送的消息以及消息中包含了什么數據的標識符。標識符同時避免了沖突的產生。這允許在發(fā)生競爭的時候高優(yōu)先級的消息得到總線的訪問權。J1939協(xié)議是基于CAN2.0為網絡核心，取自OSI（OpenSystemInterconnect開放式系統(tǒng)互聯(lián)）七層模型的其中四層，即物理層、數據鏈路層、應用層、網絡管理層。但是通常物理層標準與ISO11898規(guī)范兼容并采用符合該規(guī)范的CAN控制器與收發(fā)器，因而我們經常討論的J1939協(xié)議主要是數據鏈路層、應用層及網絡管理層。數據鏈路層J1939-21，該層需要和CAN的數據鏈路層交互；網絡管理層J1939-81，該層涉及網絡拓撲、節(jié)點的增加和刪除管理；以及汽車應用層J1939-71，該層和汽車的具體應用相關。SAEJ1939的數據鏈路層在物理層之上提供了可靠的數據傳輸功能。通過數據鏈路層的組織，發(fā)送的CAN數據幀具有必需的同步、順序控制、錯誤控制和流控制等功能。其中，流控制是通過一致的信息幀格式完成。數據鏈路層的功能通過命令、請求、廣播/響應、應答、組功能和傳輸協(xié)議來實現。其中傳輸協(xié)議用于長度大于8個字節(jié)的參數組(PGN)的收發(fā)。傳輸協(xié)議涉及報文的拆裝和重組，通信方式又分為廣播和點對點會話，對傳輸過程還定義了超時監(jiān)測和錯誤處理，是數據鏈路層最復雜的部分。SAEJ1939的網絡層定義了網絡互聯(lián)ECU的需求和服務，它們負責不同SAEJ1939網絡段之間的互聯(lián)。同時網絡層也定義了各種類型的網絡互聯(lián)ECU和它們所提供的功能。SAEJ1939的汽車應用層詳細定義SAEJ1939協(xié)議應用層所用到的SPN（可疑參數編號）和PGN（參數組），該層包含管理功能和所采用的支持應用的機制。在應用層技術要求中，對報文格式、ISO拉丁字符集、參數范圍、傳輸重復率、發(fā)動機參數的命名規(guī)則等方面都有具體的規(guī)定和描述。另外，SAEJ1939應用層所提供的主要診斷功能包括：周期性廣播活動診斷故障代碼；確定控制器診斷燈狀態(tài)；讀取或清除診斷故障代碼；讀寫控制器存儲器；提供安全功能；停止/起動報文廣播；報告診斷就緒狀態(tài)；監(jiān)測發(fā)動機參數等。這些功能分別由診斷報文DM1—DM19具體實現。燈光系統(tǒng)的流程圖首先系統(tǒng)的程序初始化，接受采集開關量和傳感器傳輸過來的信號，通過A/D轉換器的進行模數轉換，CAN總線接受A/D轉化器傳來的信號，在通過CAN總線模塊發(fā)送給單片機，單片機對傳過來的信號進行處理和分析，然后執(zhí)行車燈的亮滅。按照本系統(tǒng)的測距需要，需要得到超聲波的傳輸時間T和超聲波的傳輸速度V進行TV運算以得到車子與障礙物的距離S。超聲波的傳輸時間T：采用用單片機的P1.1或P1.2控制振蕩電路，振蕩產生產生40kHz的脈沖串，再經過驅動超聲波換能器發(fā)射超聲波，同時采用計時器計時,當超聲波接收器接收到回波信號時停止計時，由此得出超聲波的的傳輸時間T。從而得出障礙物與車輛之間的距離，如果障礙物與車輛之間的距離在報警范圍內，報警電路進行報警。開始開始初始化掃描開關信號和傳感器信號CAN總線接收模塊CAN總線發(fā)送模塊單片機系統(tǒng)執(zhí)行車燈的亮滅結束A/D轉換模塊調用延時發(fā)送程序，清發(fā)射位調用系統(tǒng)系統(tǒng)測距模塊子程序調用數據處理模塊子程序，計算測距距離調用顯示模塊子程序，將距離送到顯示模塊顯示是否在設定距離報警電路報警YN圖4.3燈光系統(tǒng)流程圖節(jié)點接收模塊節(jié)點的報文接收采用中斷控制，其流程圖如圖4.1所示，整個接收的過程可在中斷服務程序中完成而不需要與主程序發(fā)生交互