車載娛樂系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖集錦 —電路圖天天讀（139）

　　TOP1 車載模塊原理分析與電路

　　EST527車聯(lián)網(wǎng)模塊，是一款車規(guī)級(jí)的車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊OBDII協(xié)議數(shù)據(jù)解析產(chǎn)品，支持ISO9141-2、ISO14230（KWP）、 ISO15765（CANBUS）等協(xié)議的物理層，可通過OBD-16標(biāo)準(zhǔn)接口與現(xiàn)有絕大部分汽車的ECU進(jìn)行診斷通訊；模塊將汽車電控系統(tǒng)的各項(xiàng)傳感器數(shù)值轉(zhuǎn)換為UART格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，用戶產(chǎn)品通過EST527_MINI模塊與汽車快速連接，輕松實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品二次開發(fā)；還支持標(biāo)準(zhǔn)的OBDII汽車故障診斷功能，支持DTC診斷請求、故障碼輸出、故障碼清除。

　　模塊特色：標(biāo)準(zhǔn)OBDII接口支持；覆蓋所有主流汽車協(xié)議、雙MCU；處理速度快，是ELM327的5倍；上位機(jī)無需進(jìn)行任何運(yùn)算，所有數(shù)據(jù)都以數(shù)值方式返回；精確行駛里程算法，準(zhǔn)確度99.5%；支持瞬時(shí)油耗、平均油耗及耗油量數(shù)據(jù)；支持車輛故障碼診斷，兩條指令即可完成故障碼的讀取和清除；模塊化設(shè)計(jì)，高集成度；車規(guī)級(jí)抗干擾設(shè)計(jì)；郵票孔及插針雙接口設(shè)計(jì)，滿足所有應(yīng)用場合；AT 指令集簡單易用；極大的提升二次開發(fā)效率，縮短研發(fā)周期。

　　車聯(lián)網(wǎng) OBD模塊采用郵票/插針兩種不同的方式，通過UART連接各種車載設(shè)備，獲取到OBD各種數(shù)據(jù)，依然采用雙核處理，一個(gè) MCU負(fù)責(zé)解碼，一個(gè)負(fù)責(zé)運(yùn)算，所有的數(shù)據(jù)都是已經(jīng)解析好的數(shù)據(jù)，采納該方案的不用了解任何關(guān)于汽車協(xié)議的知識(shí)，通過電路連接，做好界面就OK。

　　原理分析：EST527 車聯(lián)網(wǎng)OBD模塊，采集記錄開始行駛時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、總油耗（怠速油耗、行駛油耗）單次行駛里程、怠速耗油量、行駛耗油量、當(dāng)次燃油費(fèi)用、當(dāng)次平均車速、當(dāng)次最高轉(zhuǎn)速、最高車速等駕駛行為習(xí)慣等數(shù)據(jù)，常用車速、轉(zhuǎn)速、水溫、電壓、OBD故障碼信息，將數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸?shù)胶笈_(tái)，將對合作伙伴免費(fèi)開放中文 OBD故障碼庫優(yōu)質(zhì)APP應(yīng)用的API端口，可以實(shí)時(shí)查詢12000多條汽車OBD故障代碼信息。

　　GPS導(dǎo)航應(yīng)用：該方案結(jié)合新一代實(shí)時(shí)路況導(dǎo)航，顛覆傳統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)備，采用EST527模塊，直接顯示油耗軌跡，某路段多少油耗一目了然，及時(shí)反饋對應(yīng)的速度地圖軌跡。基于 EST527模塊開發(fā)軟件的路況支持全國大部分高速路況信息，堵車時(shí)一看地圖就清楚自己擁堵位置及路況界面，是出差的路況信息最好幫手。

　　云記錄儀應(yīng)用：我們將OBD采集到的數(shù)據(jù)根據(jù)車速、轉(zhuǎn)速、萬一發(fā)生碰撞，鎖定該數(shù)據(jù)將汽車數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送到后臺(tái)，結(jié)合大數(shù)據(jù)醫(yī)療救助體系，及時(shí)分析出合理援救方案，減少死亡率。

　　云GPS定位器：車鏈追蹤與智能防盜系統(tǒng)，鎖定汽車位置及行車軌跡，可通過電子圍欄將信息傳輸?shù)绞謾C(jī)或者電腦，跟蹤車況及地理位置信息。

　　車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)：整合OBD+GPS+GPRS/CDMA/3G/4G，獲取汽車數(shù)據(jù)、地理位置信息、駕駛行為習(xí)慣數(shù)據(jù)、汽車OBD智能故障診斷，CRM系統(tǒng)、平臺(tái)互動(dòng)與分享，改變司機(jī)朋友駕駛習(xí)慣、享受生活?yuàn)蕵焚Y訊資訊、提供維修保養(yǎng)、保險(xiǎn)服務(wù)、關(guān)鍵路段設(shè)定維修站、加油站、生活消費(fèi)場所、休息站等等。

　　車載開關(guān)電源電子電路方案詳解

　　隨著現(xiàn)代汽車用電設(shè)備種類的增多，功率等級(jí)的增加，所需要電源的型式越來越多，包括交流電源和直流電源。這些電源均需要采用開關(guān)變換器將蓄電池提供的+12VDC或+24VDC的直流電壓經(jīng)過DC-DC變換器提升為+220VDC或+240VDC，后級(jí)再經(jīng)過DC-AC變換器轉(zhuǎn)換為工頻交流電源或變頻調(diào)壓電源。對于前級(jí)DC-DC變換器，又包括高頻DC-AC逆變部分、高頻變壓器和AC-DC整流部分，不同的組合適應(yīng)不同的輸出功率等級(jí)，變換性能也有所不同。推挽逆變電路以其結(jié)構(gòu)簡單、變壓器磁芯利用率高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在低壓大電流輸入的中小功率場合;同時(shí)全橋整流電路也具有電壓利用率高、支持輸出功率較高等特點(diǎn)，因此本文采用推挽逆變-高頻變壓器-全橋整流方案，設(shè)計(jì)了24VDC輸入-220VDC 輸出、額定輸出功率600W的DC-DC變換器，并采用AP法設(shè)計(jì)相應(yīng)的推挽變壓器。

　　推挽逆變的工作原理

　　圖1給出了推挽逆變-高頻變壓-全橋整流DC-DC變換器的基本電路拓?fù)?。通過控制兩個(gè)開關(guān)管S1和S2以相同的開關(guān)頻率交替導(dǎo)通，且每個(gè)開關(guān)管的占空比 d均小于50%，留出一定死區(qū)時(shí)間以避免S1和S2同時(shí)導(dǎo)通。由前級(jí)推挽逆變將輸入直流低電壓逆變?yōu)榻涣鞲哳l低電壓，送至高頻變壓器原邊，并通過變壓器耦合，在副邊得到交流高頻高電壓，再經(jīng)過由反向快速恢復(fù)二極管FRD構(gòu)成的全橋整流、濾波后得到所期望的直流高電壓。由于開關(guān)管可承受的反壓最小為兩倍的輸入電壓，即2UI，而電流則是額定電流，所以， 推挽電路一般用在輸入電壓較低的中小功率場合。

　　圖1：推挽逆變-高頻變壓器-全橋整流電路圖

　　當(dāng)S1開通時(shí)，其漏源電壓 uDS1只是一個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通壓降，在理想情況下可假定 uDS1=0，而此時(shí)由于在繞組中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓，并且根據(jù)變壓器初級(jí)繞組的同名端關(guān)系，該感應(yīng)電壓也會(huì)疊加到關(guān)斷的S2上，從而使S2在關(guān)斷時(shí)承受的電壓是輸入電壓與感應(yīng)電壓之和約為2UI.在實(shí)際中，變壓器的漏感會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰電壓加在S2 兩端，從而引起大的關(guān)斷損耗，變換器的效率因受變壓器漏感的限制，不是很高。在S1和S2 的漏極之間接上RC緩沖電路，也稱為吸收電路，用來抑制尖峰電壓的產(chǎn)生。并且為了給能量回饋提供反饋回路，在S1和S2 兩端都反并聯(lián)上續(xù)流二極管FWD。 開關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)

　　采用面積乘積（AP）法進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于推挽逆變工作開關(guān)電源，原邊供電電壓UI=24V，副邊為全橋整流電路，期望輸出電壓UO=220V，輸出電流IO=3A，開關(guān)頻率fs=25kHz，初定變壓器效率η=0.9，工作磁通密度Bw=0.3T。

　　（1）計(jì)算總視在功率PT.設(shè)反向快速恢復(fù)二極管FRD的壓降：VDF=0.6*2=1.2V

　　TOP2 AP法設(shè)計(jì)開關(guān)變壓器

　　推挽逆變的問題分析

　　能量回饋，主電路導(dǎo)通期間，原邊電流隨時(shí)間而增加，導(dǎo)通時(shí)間由驅(qū)動(dòng)電路決定。

　　圖2：推挽逆變能量回饋等效電路

　　圖2（a）為S1導(dǎo)通、S2關(guān)斷時(shí)的等效電路，圖中箭頭為電流流向，從電源UI正極流出，經(jīng)過S1流入電源UI負(fù)極，即地，此時(shí)FWD1不導(dǎo)通；當(dāng)S1 關(guān)斷時(shí)，S2未導(dǎo)通之前，由于原邊能量的儲(chǔ)存和漏電感的原因，S1的端電壓將升高，并通過變壓器耦合使得S2的端電壓下降，此時(shí)與S2并聯(lián)的能量恢復(fù)二極管 FWD2還未導(dǎo)通，電路中并沒有電流流過，直到在變壓器原邊繞組上產(chǎn)生上正下負(fù)的感生電壓。如圖2（b）；FWD2導(dǎo)通，把反激能量反饋到電源中去，如圖 2（c），箭頭指向?yàn)槟芰炕仞伒姆较颉?/p>

　　各點(diǎn)波形分析

　　當(dāng)某一PWN信號(hào)的下降沿來臨時(shí)，其控制的開關(guān)元件關(guān)斷，由于原邊能量的儲(chǔ)存和漏電感的原因，漏極產(chǎn)生沖擊電壓，大于2UI，因?yàn)榧尤肓薘C緩沖電路，使其最終穩(wěn)定在2UI附近。

　　當(dāng)S1的PWN 信號(hào)下降沿來臨，S1關(guān)斷，漏極產(chǎn)生較高的沖擊電壓，并使得與S2并聯(lián)的反饋能量二極管FWD2導(dǎo)通，形成能量回饋回路，此時(shí)S2漏極產(chǎn)生較高的沖擊電流，見圖4。

　　圖5：推挽DC-DC變換器主電路圖

　　原理設(shè)計(jì)

　　圖5為簡化后的主電路。輸入24V 直流電壓，經(jīng)過大電容濾波后，接到推挽變壓器原邊的中間抽頭。變壓器原邊另外兩個(gè)抽頭分別接兩個(gè)全控型開關(guān)器件IGBT，并在此之間加入RC吸收電路，構(gòu)成推挽逆變電路。推挽變壓器輸出端經(jīng)全橋整流，大電容濾波得到220V直流電壓。并通過分壓支路得到反饋電壓信號(hào)UOUT。

　　以CA3524芯片為核心，構(gòu)成控制電路。通過調(diào)節(jié)6、7管腳間的電阻和電容值來調(diào)節(jié)全控型開關(guān)器件的開關(guān)頻率。12、13 管腳輸出PWM脈沖信號(hào)，并通過驅(qū)動(dòng)電路，分別交替控制兩個(gè)全控型開關(guān)器件。電壓反饋信號(hào)輸入芯片的1管腳，通過調(diào)節(jié)電位器P2給2管腳輸入電壓反饋信號(hào)的參考電壓，并與9管腳COM端連同CA3524內(nèi)部運(yùn)放一起構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)PWM脈沖占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓220V的目的。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面，輸出電壓穩(wěn)定在220V，紋波電壓較小。最大輸出功率能達(dá)到近600W，系統(tǒng)效率基本穩(wěn)定在80%，達(dá)到預(yù)期效果。其中，由于IGBT效率損耗較大導(dǎo)致系統(tǒng)效率偏低，考慮如果采用損耗較小的MOSFET，系統(tǒng)效率會(huì)至少上升10%~15%.

　　TOP3 車載對射式光電傳感檢測電路

　　隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片性能的日益完善，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車在符合規(guī)定要求的蹺蹺板上的規(guī)定運(yùn)動(dòng)：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的前進(jìn)、后退運(yùn)行；蹺蹺板處于平衡狀態(tài)時(shí)以及到達(dá)蹺蹺板末端的停車候時(shí)；分階段實(shí)時(shí)顯示其行駛所用時(shí)間。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用雙CPU設(shè)計(jì)思路：選用AT89S52作為主CPU，主要完成對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，控制，電動(dòng)車的實(shí)時(shí)顯示，以及主從CPU的通信功能；選用 AT89C2051作為從CPU，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)確與靈活調(diào)速。

　　檢測電路

　　光電傳感器廣泛應(yīng)用于檢測電路中，按結(jié)構(gòu)形式可以分為反射式和對射式。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中電動(dòng)車的行車路線檢測，起停檢測電路都要有反射式光電傳感器完成，我們直接選用TCRT5000傳感器，它是將一對紅外發(fā)射、接收對管按合理的發(fā)射、反射接收角度安裝在一個(gè)封裝內(nèi)，從而安裝使用非常方便，測試準(zhǔn)確度高；而平衡性檢測電路由對射式光電傳感器完成，此發(fā)射接受電路是有分立器件自行安裝、調(diào)試的，測試結(jié)果理想。

　　對射式光電傳感器也是由紅外線發(fā)射管、接收管構(gòu)成，并且二者位于同一直線上，相距約10～20mm，兩管間沒有障礙物時(shí)接收管接收到的紅外線明顯不同于有障礙物時(shí)，這樣在接收端就會(huì)產(chǎn)生高低電平信號(hào)。為了讓電動(dòng)車行駛到C點(diǎn)，蹺蹺板達(dá)到平衡，我們制作了一個(gè)圓筒，并將其水平放在小車上，通過檢測其內(nèi)的小球所處的位置來調(diào)整電動(dòng)車的位置，從而達(dá)到板的平衡。其檢測原理圖參見附錄圖3所示，在設(shè)計(jì)中，我們在圓筒的兩端分別安裝一個(gè)對射式光電傳感器。

　　圖3 對射式光電傳感器原理和電壓比較器電路

　　直接對光電傳感器電路進(jìn)行測試時(shí)發(fā)現(xiàn)，沒有障礙物時(shí)，輸出電壓可達(dá)到4.4V，有障礙物時(shí)電壓只有0.2V，由于接收端易受到干擾，應(yīng)將采集到的信號(hào)經(jīng)過整形，比較電路，使其輸出能夠滿足TTL邏輯電平，并且可以改善輸出端的抗干擾特性。施密特觸發(fā)器的整形功能比較強(qiáng)，但是電壓不易調(diào)節(jié)，若利用電壓比較器，只要提供合適的參考電壓，就可以精確地輸出脈沖波形，綜合考慮我們選用性能較好的電壓比較器電路。其原理圖如圖 1.3.2所示。

　　驅(qū)動(dòng)電路

　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，選用的是ST公司的L298N電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。

　　由L298N構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路參見附錄圖4所示。

　　圖4 驅(qū)動(dòng)電路

　　顯示電路

　　采用LED顯示，其特點(diǎn)是亮度大，視覺效果好。LED顯示按不同分類方法可分為串行顯示和并行顯示也可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。可采用的方法有：MAX7219串行動(dòng)態(tài)顯示、74HC164串行靜態(tài)顯示、8279并行動(dòng)態(tài)顯示等多種方法。由于本設(shè)計(jì)采用干電池供電，在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量降低功耗。采用LCD顯示。液晶顯示器集成度高，減少器件數(shù)目降低了功耗，同時(shí)也降低了電路的復(fù)雜性。而且液晶顯示器本身功耗很小，非常適合于這種電源容量有限的系統(tǒng)。但是液晶顯示也有其缺點(diǎn)，就是顯示亮度不夠，視覺效果不是很好。綜合考慮題目要求，我們選用功能強(qiáng)大的CH451，它整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制以及uP監(jiān)控的多功能外圍芯片。由CH451構(gòu)成的顯示電路參見附錄圖5所示。

　　圖5 顯示電路

　　本設(shè)計(jì)在完成基本要求方面，精度基本上達(dá)到了要求，由于受電動(dòng)車本身的性能所限，我們很難實(shí)現(xiàn)對其方向的精確控制，因此只完成了題目的基本要求。

　　TOP4 智能汽車控制系統(tǒng)電路

　　智能車又稱為無人駕駛汽車，屬于輪式移動(dòng)機(jī)器人的一種，是一個(gè)集環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、自動(dòng)駕駛等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。智能汽車技術(shù)將許多領(lǐng)域聯(lián)系在一起，如計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、圖像處理、模式識(shí)別和控制理論等。智能汽車與一般所說的自動(dòng)駕駛有所不同，它更多指的是利用GPS 和智能公路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的汽車自動(dòng)駕駛。這種汽車不需要人去駕駛，因?yàn)樗b有相當(dāng)于人的“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機(jī)、電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)操縱系統(tǒng)之類的裝置，這些置都裝有非常復(fù)雜的電腦程序，所以這種汽車能和人一樣會(huì)“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動(dòng)啟動(dòng)、加速、剎車，可以自動(dòng)繞過地面障礙物在復(fù)雜多變的情況下，能隨機(jī)應(yīng)變，自動(dòng)選擇最佳方案，指揮汽車正常、順利地行駛。

　　電路系統(tǒng)是智能汽車硬件系統(tǒng)的核心，對于本硬件電路系統(tǒng)而言，穩(wěn)定性是需要優(yōu)先保證的性能指標(biāo)，畢竟跑完全程才是取得成績的前提。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)綜合考慮智能汽車的動(dòng)力性、重心及電路板的緊湊性等其他指標(biāo)。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為智能汽車的行駛提供動(dòng)力，它的性能直接影響到后輪電機(jī)的控制性能，包括加速、減速與制動(dòng)等性能。本文采用MOSFET 驅(qū)動(dòng)芯片加全橋驅(qū)動(dòng)方案，只需合理的選擇MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片和功率MOSFET 以保證性能即可。電路圖如圖6 所示。

　　舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　舵機(jī)負(fù)責(zé)智能汽車的轉(zhuǎn)向，舵機(jī)模塊能否穩(wěn)定工作直接影響到智能汽車在賽道上高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)向時(shí)的靈敏度和精確度。舵機(jī)工作原理為：舵盤角位由單片機(jī)發(fā)出的PWM 控制信號(hào)的脈寬決定，舵機(jī)內(nèi)部電路通過反饋控制調(diào)節(jié)舵盤角位。由于自身即為角度閉環(huán)控制，而且性能較好，故系統(tǒng)中就不必考慮外加舵機(jī)閉環(huán)。舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖7 所示。舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊同樣屬于功率部分，用6N137光耦進(jìn)行信號(hào)隔離。

　　智能車輛是一個(gè)涉及多領(lǐng)域的復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，要達(dá)到實(shí)用的目的，還要進(jìn)一步深入下研究去，還有許多工作要做。在硬件上還需要解決因攝像頭自身精度的差異或其因外部因素丟失數(shù)據(jù)導(dǎo)致影響智能車正常運(yùn)行的問題，增強(qiáng)抗干擾能力；在軟件上，還需要進(jìn)一步優(yōu)化算法，控制系統(tǒng)是智能汽車的核心內(nèi)容，針對智能汽車的功能需求，對智能汽車控制系統(tǒng)關(guān)鍵模塊進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)的各模塊被應(yīng)用于“飛思卡爾”智能汽車中，文中各圖對智能汽車的研究具有啟發(fā)作用。

　　采用MSP430行駛車輛檢測電路

　　車輛檢測器作為交通信息采集的重要前端部分，越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。鑒于公路交通現(xiàn)代化管理和城市交通現(xiàn)代化管理的發(fā)展需要，對于行駛車輛的動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)——車輛檢測器的研制在國內(nèi)外均已引起較大重視。車輛檢測器以機(jī)動(dòng)車輛為檢測目標(biāo)，檢測車輛的通過或存在狀況，其作用是為智能交通控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便進(jìn)行最優(yōu)的控制。

　　工作原理：本系統(tǒng)采用MSP430F1121A單片機(jī)與環(huán)形線圈相結(jié)合的方法對行駛車輛進(jìn)行檢測，是一種基于電磁感應(yīng)原理的檢測器。傳感器線圈為通過有一定電流的環(huán)形線圈，當(dāng)被檢測鐵質(zhì)物體通過線圈切割磁力線，引起線圈回路電感量的變化，檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出被測物體的存在。本文利用由環(huán)形線圈構(gòu)成回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)行檢測。但線圈檢測易受車輛、濕度、溫度等外界環(huán)境的影響，基準(zhǔn)頻率會(huì)產(chǎn)生漂移，從而影響檢測效果。同時(shí)，由于車型、車體、車速的不同，亦會(huì)影響檢測的準(zhǔn)確性。針對這些情況，本文提出了一種軟件動(dòng)態(tài)刷新檢測基準(zhǔn)的方法，以及抗干擾的軟件數(shù)字濾波方法，充分利用MSP430 系列單片機(jī)的片上資源對線圈頻率進(jìn)行檢測，有效提高了檢測的準(zhǔn)確性與可靠性。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)以MSP430F1121A單片機(jī)為核心，由環(huán)形線圈傳感器模塊、LC振蕩電路、整形電路、頻率選擇模塊、電源模塊、電壓監(jiān)測模塊、工作方式設(shè)置模塊、信號(hào)輸出模塊及JTAG等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如1 所示。

　　各模塊原理及硬件實(shí)現(xiàn)

　　環(huán)形線圈傳感器是一只埋在路面下的矩形線圈，其兩端引線接車輛檢測器。環(huán)形線圈的作用相當(dāng)于LC振蕩回路中的電感L，當(dāng)有金屬物體靠近時(shí)，其電感量發(fā)生變化，從而引起振蕩頻率的改變。通過對頻率的檢測、比較，可以判斷車輛的駛?cè)牖蝰偝觥Ｓ伤M成的LC振蕩電路與整形電路一起構(gòu)成了信號(hào)輸入電路，如圖2所示。

　　環(huán)行線圈與行駛車輛之間是通過電磁場進(jìn)行耦合的。當(dāng)車通過環(huán)形線圈并處在一定的位置時(shí)，在車體中引起的渦流是一定，而渦流對環(huán)形線圈的影響也是一定的，車輛與環(huán)形線圈之間存在著一定的互感。于是，我們把車輛看作具有電感L1和電阻R1的短路環(huán)，它通過互感M與環(huán)形線圈相交鏈。由振蕩電路提供，電感為 L2，電阻為R2。其中第一項(xiàng)L2的變化幅度與車輛的導(dǎo)磁率有關(guān)，第二項(xiàng)與電渦流效應(yīng)有關(guān)。若工作頻率選擇適當(dāng)，當(dāng)有車輛通過環(huán)形線圈時(shí)，式第一項(xiàng)的變化量將小于第二項(xiàng)，即等效電感減小。顯然，當(dāng)車輛通過環(huán)形線圈時(shí)，L變小，則f增大，通過單片機(jī)檢測電路測得其頻率的變化，從而可判斷有無車輛通過。

　　電路中由三極管Q1和Q2組成共射極振蕩器，電阻R3是兩只三極管的公共射極電阻，并構(gòu)成正反饋。Tl為磁罐變壓器，起著阻抗變換和與外電路隔離的雙重作用。其繞組Ll通過引線外接環(huán)形線圈，環(huán)形線圈的感抗通過Tl反射到繞組L2，形成等效電感L，L與并聯(lián)的電容Cl形成振蕩回路，LC值決定了振蕩頻率。開關(guān)Sl閉合時(shí)，電容C2與Cl并聯(lián)，電容量增加，振蕩頻率降低，由此來設(shè)置高低兩種振蕩頻率是考慮到現(xiàn)場的不同情況，以便取得較好的檢測效果。LC 振蕩電路輸出的是帶毛刺的正弦波，不適合單片機(jī)做數(shù)字化處理，因此需要單向穩(wěn)壓二極管和單門限電壓比較器將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)輸出。

　　由于不同應(yīng)用場合中，LC振蕩電路的振蕩頻率不近相同，故輸出的方波信號(hào)通過一計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，再由頻率選擇接口送入單片機(jī)的P2.5口，從而避免了單片機(jī)的計(jì)數(shù)溢出，增強(qiáng)了單片機(jī)對信號(hào)處理的靈活性。MSP430F1121A單片機(jī)為16位RISC指令結(jié)構(gòu)；內(nèi)置4kBFlash和256BRAM；一個(gè)l6 位定時(shí)器TImer-A和看門狗定時(shí)器；一個(gè)具有3種內(nèi)部參考電平和輸出帶RC濾波的比較器等。

　　TOP5 解讀車載AM／FM收音機(jī)電路

　　隨著汽車從代步工具轉(zhuǎn)變?yōu)榧蓍e、娛樂為一體的個(gè)性化消費(fèi)品，消費(fèi)者對汽車娛樂方面的要求不斷提升，汽車產(chǎn)業(yè)也正面臨強(qiáng)大的市場壓力，亟需在不犧牲效能的情況下降低成本，這個(gè)現(xiàn)象在入門級(jí)汽車市場尤為明顯，而消費(fèi)者對于低價(jià)車輛的需求讓低端媒體娛樂市場的年成長率超過10%。AM/FM收音機(jī)以其低成本高音質(zhì)等特點(diǎn)，尤為得到廣泛的歡迎。如何設(shè)計(jì)一款既達(dá)到成本控制需求，又能達(dá)到高質(zhì)量音頻享受的廣播音訊產(chǎn)品來滿足此領(lǐng)域?qū)τ诮档统杀竞秃喴自O(shè)計(jì)的需求成為行業(yè)焦點(diǎn)。我們可以想象收音機(jī)的不斷的改進(jìn)和不斷創(chuàng)新，使收音機(jī)的發(fā)展空間愈來愈大。

　　如何設(shè)計(jì)一款既達(dá)到成本控制需求，又能達(dá)到高質(zhì)量音頻享受的廣播音訊產(chǎn)品來滿足此領(lǐng)域?qū)τ诮档统杀竞秃喴自O(shè)計(jì)的需求成為行業(yè)焦點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)低成本 AM/FM車載收音機(jī)應(yīng)用，本文引入低成本微控制器MC9S08QG8、集成收音芯片TEF6621、低成本音頻處理及高保真功率輸出方案，并以精簡硬件設(shè)計(jì)電路，同時(shí)描述了器件選擇、總體構(gòu)建思路與硬件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。本設(shè)計(jì)方案能滿足低功耗、低成本、高性能、高音質(zhì)等要求。

　　硬件電路的具體設(shè)計(jì)

　　根據(jù)前面器件選擇和總體構(gòu)建的考慮，本文完成的AM/FM車載收音機(jī)具體設(shè)計(jì)電路如圖4。其中MC9S08QG8微控制器（MCU）的大部分管腳具有多重功能，電路設(shè)計(jì)中，即以MC9S08QG8為控制核心，實(shí)現(xiàn)顯示、調(diào)諧、音頻音效、功放輸出等各種控制。

　　這里的AM/FM車載收音機(jī)應(yīng)用原理圖分作3部分。第一部分是MC9S08QG8 MCU所需的基本連接。第二部分是TEF6621調(diào)諧器與天線接收電路，第3部分是由PT2313和TDA7388組成的音頻處理和功率放大輸出電路，第 4部分是16x2 LCD和編碼電位器的人機(jī)交互電路。

　　汽車電池標(biāo)準(zhǔn)電壓為12/24 V，本文設(shè)計(jì)中，采用DC—DC電壓調(diào)整電路輸出1路9 V電壓和1路5 V電壓，微控制器、顯示部分及其他低壓外設(shè)部分供電為5 V數(shù)字電壓，調(diào)諧器TEF6621和音效芯片PT2313供電為9 V電壓，功放TDA7388采用汽車電池直接供電方式。MCU的時(shí)鐘電路無需外接晶振，直接使用MCU內(nèi)部自帶的時(shí)鐘;圖中TEF6621調(diào)諧器、 PT2313、TDA7388及它的外圍電路使用數(shù)據(jù)手冊提供的工作所需的最低硬件要求。MCU與TEF6621調(diào)諧器、PT2313的連接按照標(biāo)準(zhǔn) IIC方式連接，MCU為主機(jī)，TEF6621、PT2313為從機(jī)，由SDA、SCL信號(hào)線通過不同的從機(jī)地址對兩個(gè)器件進(jìn)行基礎(chǔ)配置和操作，實(shí)現(xiàn)調(diào)諧與調(diào)音功能。MCU的8K FLASH和512字節(jié)的存儲(chǔ)器資源對于基本收音機(jī)控制是足夠的，另外，如需在本系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步功能擴(kuò)展，造成片內(nèi)資源緊張，F(xiàn)reescale公司還提供了pin—to—pin兼容的MC908QG16/32等低成本升級(jí)方案。

　　RS232串口轉(zhuǎn)紅外通訊電路原理剖析

　　紅外通訊作為一種數(shù)據(jù)傳輸手段，可以在很多場合應(yīng)用，如家電產(chǎn)品、娛樂設(shè)施的紅外遙控，水、電、煤氣耗能計(jì)量的自動(dòng)抄表等。特別是在電子電力行業(yè)，使用紅外技術(shù)進(jìn)行通訊的產(chǎn)品越來越多，人們可以利用紅外技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行短距離抄控，非常簡潔方便。串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議，大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含一個(gè)基于RS 232的串口。串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。本文所講的通信使用3根線完成：地線；發(fā)送；接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。

　　電平轉(zhuǎn)化

　　由于RS 232信號(hào)的電平和單片機(jī)串口信號(hào)的電平不一致，必須進(jìn)行二者之間的電平轉(zhuǎn)換，常用MAX232來實(shí)現(xiàn)RS232/TTL 電平轉(zhuǎn)化。MAX232 內(nèi)部結(jié)構(gòu)有三個(gè)部分：

　　（1）電荷泵電路。由1~6引腳和4個(gè)電容搭建組成。（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7~14 管腳組成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。RS 232數(shù)據(jù)從R1in，R2in輸入轉(zhuǎn)換成TTL/COMS數(shù)據(jù)后從R1out，R2out輸出；TTL/COMS數(shù)據(jù)從T1in，T2in輸入轉(zhuǎn)換成 RS 232數(shù)據(jù)從T1out，T2out送到電腦DB9口。（3）外部供電電路。外部供電是利用電腦USB 輸出+5 V電源有效電源，不但節(jié)約該電路設(shè)計(jì)篇幅，并且在實(shí)際制作時(shí)節(jié)約體積，其電路原理如圖1所示。

　　紅外發(fā)射部分

　　紅外發(fā)射端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，是將待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)制成一系列的脈沖串信號(hào)后發(fā)射出去，紅外載波為頻率38 kHz的方波。紅外載波可以使用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器的PWM功能實(shí)現(xiàn)，也可以通過外圍硬件電路實(shí)現(xiàn)，這里采用38 kHz晶振產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號(hào)，采用CD4069非門電路通過一系列轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)方波振蕩信號(hào)，與經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后的COMS數(shù)據(jù)信號(hào)疊加來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)TSAL6200紅外發(fā)射二極管將周期的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成一定頻率的紅外光信號(hào)發(fā)出，見圖2.

　　紅外接收部分

　　紅外接收采用HS0038B紅外接收器，紅外接收電路的原理是：當(dāng)接收到38 kHz 的載波信號(hào)，HS0038B接收器會(huì)輸出低電平，否則輸出高電平，從而可以將紅外光信號(hào)解調(diào)成一定周期的連續(xù)方波信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理，便可以恢復(fù)出原數(shù)據(jù)信號(hào)。HS0038B是能夠接收紅外信號(hào)的小型化接收器件，它的環(huán)氧包裝可以作為紅外過濾器，因此不需要再加紅外過濾裝置。最大的優(yōu)點(diǎn)是，在干擾很強(qiáng)的環(huán)境中輸出也很穩(wěn)定。電路設(shè)計(jì)如圖3 所示，本文中采用CD4093邏輯與非門芯片與HS0038B接收器搭建電路輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)利用芯片其他組管腳對MAX232輸出的轉(zhuǎn)換電平數(shù)據(jù)進(jìn)行自鎖，避免信號(hào)自發(fā)自收。