基于LIN總線的倒車雷達系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
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然而，由于CAN總線復雜的仲裁機制使其在低端市場的生產(chǎn)成本受到了挑戰(zhàn)；另外，在汽車使用中，其穩(wěn)定性相比另一種專門應用于低端市場的LIN總線也存在一些不足[2]。
本設(shè)計正是基于以上的應用背景設(shè)計，與傳統(tǒng)的單獨倒車系統(tǒng)相比，在兼容性和汽車布線方面具有強大的優(yōu)勢；同時與主流的CAN總線相比在成本和穩(wěn)定性方面具有相當?shù)膬?yōu)勢。所以LIN總線做為CAN總線的補充和輔助總線，在倒車雷達、車燈控制等低端的應用必將受到更加廣泛的關(guān)注。
1 系統(tǒng)的整體設(shè)計思路
本設(shè)計主要由超聲波測距和LIN總線通信兩部分組成。
(1)超聲波測距。由探頭、發(fā)射電路、接收電路、選頻電路和單片機處理組成。主要過程是：單片機產(chǎn)生20個0.5 ms脈沖信號，頻率為40 kHz，自動避過大約為2 ms的盲區(qū)時間，然后開始計時，脈沖原始信號為5 V，該信號經(jīng)過運放放大后，可驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭發(fā)出15 V、40 kHz的脈沖超聲波。由于接收頭與發(fā)射頭配對，因此，接收后可將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘枺?jīng)運算放大后加至高通有源濾波電路濾除低頻雜波，最后產(chǎn)生一個TTL電平的回波信號。該信號輸入到單片機產(chǎn)生外部中斷，停止單片機的定時器，然后讀出計時器的時間差，得到超聲波發(fā)射出去碰到阻礙物回射的時間差，再根據(jù)公式d=v*t/2得出距離障礙物的距離。原理框圖如圖1所示。
(2)LIN總線通信。將超聲波測距得到的數(shù)據(jù)通過LIN總線的方式發(fā)送出去，并產(chǎn)生不同頻率的報警提示，電路由LIN收發(fā)器、單片機和報警電路3部分組成。單片機接收超聲波測距電路傳回的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理。當判斷到有障礙物的時候，通過報警電路產(chǎn)生報警提示。當距離障礙物較遠時，報警聲音的間斷比較緩慢；當距離障礙物較近時，報警聲音比較急促。數(shù)據(jù)部分則主要通過LIN總線收發(fā)器產(chǎn)生符合LIN總線協(xié)議標準的信號進行通信。其主要框圖如圖2所示。
2 超聲波測距模塊的設(shè)計
2.1 超聲波測距模塊的硬件設(shè)計
2.1.1 發(fā)射電路
發(fā)射模塊的主要作用是對超聲波發(fā)射探頭進行功率驅(qū)動，由單片機引腳輸出40 kHz的脈沖信號，經(jīng)CD4049轉(zhuǎn)變成24 V電壓信號激勵超聲波探頭，從而產(chǎn)生頻率為40 kHz的超聲波并發(fā)射出去。
2.1.2 接收電路
前端放大電路：前置放大電路單元的作用是對有用的信號進行放大，并抑制其他的噪聲和干擾，從而達到最大信噪比，以利于后續(xù)電路的設(shè)計[3]。
帶通濾波電路：在傳感器接收的信號中，除了障礙物反射的回波外，總混有雜波和干擾脈沖等環(huán)境噪聲。而前端放大電路在放大有用信號的同時，也會將一部分的噪聲信號同時放大，并沒有提高輸入信號的信噪比[4]。由于集成運放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出阻抗又低，構(gòu)成有源濾波電路后仍具有一定的電壓放大和緩沖作用，所以采用有源濾波電路抑制無用頻率干擾信號[5]。
由于在本系統(tǒng)中，總噪聲包括在低頻段的室內(nèi)環(huán)境噪聲和50 Hz工頻干擾，以及在高頻率段的接收機內(nèi)部噪聲。故選用由TL082運算放大器以及外圍電阻電容構(gòu)成的帶通濾波電路。經(jīng)過此濾波電路后，40 kHz左右的有用回波信號被保留，而無用信號被削弱，為下一級的檢波電路提供較高信噪比的輸入信號。
2.1.3 檢測電路
接收傳感器輸出信號經(jīng)過上述放大濾波電路后，就可以進行信號檢測。其目的是確定接收信號的到達時間，這是整個電路中的關(guān)鍵，因為它不僅決定系統(tǒng)的測量精度，還關(guān)系到整個系統(tǒng)是否能正常工作[6]。
2.2 超聲波倒車雷達的軟件設(shè)計
本系統(tǒng)采用了AT89S52單片機，用單片機匯編語言實現(xiàn)軟件編程。整個系統(tǒng)軟件功能的實現(xiàn)可以分為主程序、子程序、中斷服務子程序3個主要部分。
中斷服務程序響應單片機的外部中斷，在系統(tǒng)主程序中，發(fā)射的40 kHz脈沖信號遇到障礙物反射后，經(jīng)接收檢測電路產(chǎn)生外中斷信號至單片機。在中斷服務程序中，首先進行必要的現(xiàn)場保護，再把進入中斷服務程序處的計數(shù)值讀出并對該數(shù)據(jù)進行處理，計算得到相應的距離值，同時轉(zhuǎn)換為十進制，最后送到輸出顯示。
定時器中斷子程序主要完成計時工作，由于51 μ單片機是16位定時器，最大計時時間為65 536 μs，當測量的距離很遠的時候，定時器就會發(fā)生溢出，所以必須對溢出中斷進行相應地設(shè)置才能使得單片機正常工作。同時由于電路的測量距離有限(最遠為5 m)，當測量距離超出5 m時，接收探頭就不能檢測回波，即不能產(chǎn)出外部中斷，更不可能關(guān)閉定時器。
3 LIN總線模塊設(shè)計
3.1 硬件設(shè)計原理
整個節(jié)點的主控部分是由控制器AT89S52、LIN收發(fā)器TJA1020組成。本設(shè)計需要5 V、12 V電源，為了節(jié)省外接電源、簡化電路的外接線，采用了單電源設(shè)計，即系統(tǒng)的電源輸入為12 V，用于TJA1020的供電。另外，通過LM7805穩(wěn)壓管12 V變?yōu)? V，用于提供單片機和LCD液晶顯示屏的電源。單片機的P3.0(RXD)和P3.1(TXD)分別連接TJA1020的RXD、TXD管腳，用于發(fā)送接收數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)顯示在LCD上，TJA1020的LIN管腳接DB9針接口的7腳，而DB9針接口則可以直接與Kvaser LIN總線分析儀連接，便于與上位機進行直接通信。
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