基于LIN总线的倒车雷达系统的设计与实现
然而，由于CAN总线复杂的仲裁机制使其在低端市场的生产成本受到了挑战；另外，在汽车使用中，其稳定性相比另一种专门应用于低端市场的LIN总线也存在一些不足[2]。
本设计正是基于以上的应用背景设计，与传统的单独倒车系统相比，在兼容性和汽车布线方面具有强大的优势；同时与主流的CAN总线相比在成本和稳定性方面具有相当的优势。所以LIN总线做为CAN总线的补充和辅助总线，在倒车雷达、车灯控制等低端的应用必将受到更加广泛的关注。
1系统的整体设计思路
本设计主要由超声波测距和LIN总线通信两部分组成。
(1)超声波测距。由探头、发射电路、接收电路、选频电路和单片机处理组成。主要过程是：单片机产生20个0.5 ms脉冲信号，频率为40 kHz，自动避过大约为2 ms的盲区时间，然后开始计时，脉冲原始信号为5 V，该信号经过运放放大后，可驱动超声波发射探头发出15 V、40 kHz的脉冲超声波。由于接收头与发射头配对，因此，接收后可将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大后加至高通有源滤波电路滤除低频杂波，最后产生一个TTL电平的回波信号。该信号输入到单片机产生外部中断，停止单片机的定时器，然后读出计时器的时间差，得到超声波发射出去碰到阻碍物回射的时间差，再根据公式d=v*t/2得出距离障碍物的距离。原理框图如图1所示。
(2)LIN总线通信。将超声波测距得到的数据通过LIN总线的方式发送出去，并产生不同频率的报警提示，电路由LIN收发器、单片机和报警电路3部分组成。单片机接收超声波测距电路传回的数据，并对数据进行处理。当判断到有障碍物的时候，通过报警电路产生报警提示。当距离障碍物较远时，报警声音的间断比较缓慢；当距离障碍物较近时，报警声音比较急促。数据部分则主要通过LIN总线收发器产生符合LIN总线协议标准的信号进行通信。其主要框图如图2所示。
2 超声波测距模块的设计
2.1 超声波测距模块的硬件设计
2.1.1 发射电路
发射模块的主要作用是对超声波发射探头进行功率驱动，由单片机引脚输出40 kHz的脉冲信号，经CD4049转变成24 V电压信号激励超声波探头，从而产生频率为40 kHz的超声波并发射出去。
2.1.2 接收电路
前端放大电路：前置放大电路单元的作用是对有用的信号进行放大，并抑制其他的噪声和干扰，从而达到最大信噪比，以利于后续电路的设计[3]。
带通滤波电路：在传感器接收的信号中，除了障碍物反射的回波外，总混有杂波和干扰脉冲等环境噪声。而前端放大电路在放大有用信号的同时，也会将一部分的噪声信号同时放大，并没有提高输入信号的信噪比[4]。由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后仍具有一定的电压放大和缓冲作用，所以采用有源滤波电路抑制无用频率干扰信号[5]。
由于在本系统中，总噪声包括在低频段的室内环境噪声和50 Hz工频干扰，以及在高频率段的接收机内部噪声。故选用由TL082运算放大器以及外围电阻电容构成的带通滤波电路。经过此滤波电路后，40 kHz左右的有用回波信号被保留，而无用信号被削弱，为下一级的检波电路提供较高信噪比的输入信号。
2.1.3 检测电路
接收传感器输出信号经过上述放大滤波电路后，就可以进行信号检测。其目的是确定接收信号的到达时间，这是整个电路中的关键，因为它不仅决定系统的测量精度，还关系到整个系统是否能正常工作[6]。
2.2 超声波倒车雷达的软件设计
本系统采用了AT89S52单片机，用单片机汇编语言实现软件编程。整个系统软件功能的实现可以分为主程序、子程序、中断服务子程序3个主要部分。
中断服务程序响应单片机的外部中断，在系统主程序中，发射的40 kHz脉冲信号遇到障碍物反射后，经接收检测电路产生外中断信号至单片机。在中断服务程序中，首先进行必要的现场保护，再把进入中断服务程序处的计数值读出并对该数据进行处理，计算得到相应的距离值，同时转换为十进制，最后送到输出显示。
定时器中断子程序主要完成计时工作，由于51 μ单片机是16位定时器，最大计时时间为65 536 μs，当测量的距离很远的时候，定时器就会发生溢出，所以必须对溢出中断进行相应地设置才能使得单片机正常工作。同时由于电路的测量距离有限(最远为5 m)，当测量距离超出5 m时，接收探头就不能检测回波，即不能产出外部中断，更不可能关闭定时器。
3 LIN总线模块设计
3.1 硬件设计原理
整个节点的主控部分是由控制器AT89S52、LIN收发器TJA1020组成。本设计需要5 V、12 V电源，为了节省外接电源、简化电路的外接线，采用了单电源设计，即系统的电源输入为12 V，用于TJA1020的供电。另外，通过LM7805稳压管12 V变为5 V，用于提供单片机和LCD液晶显示屏的电源。单片机的P3.0(RXD)和P3.1(TXD)分别连接TJA1020的RXD、TXD管脚，用于发送接收数据，并把数据显示在LCD上，TJA1020的LIN管脚接DB9针接口的7脚，而DB9针接口则可以直接与Kvaser LIN总线分析仪连接，便于与上位机进行直接通信。
评论