高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)ADAS電路設(shè)計(jì)集錦 —電路圖天天讀（41）

　　司機(jī)在駕駛過程中會(huì)面臨非常復(fù)雜的交通狀況。首先，司機(jī)需要對(duì)汽車進(jìn)行動(dòng)力控制。其次，他們還要保持對(duì)汽車周圍環(huán)境的關(guān)注。第三，司機(jī)還要規(guī)定從出發(fā)點(diǎn)到目的地的導(dǎo)航線路。除此之外，司機(jī)還可能會(huì)同時(shí)使用車載信息娛樂系統(tǒng)或者與乘客聊天。輔助駕駛系統(tǒng)能幫助司機(jī)監(jiān)測(cè)和處理穩(wěn)定性、控制和導(dǎo)航三個(gè)層面的信息，這將能有效減少司機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，并且提高了操控的方便性和駕駛的安全性。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和汽車穩(wěn)定控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠完成汽車穩(wěn)定性層面上的任務(wù)。導(dǎo)航系統(tǒng)能夠滿足導(dǎo)航層面的需要，而且應(yīng)用越來越廣泛。在汽車的直接環(huán)境中，司機(jī)需要引導(dǎo)車輛保持在車道內(nèi)行駛。鑒于此，電子發(fā)燒友技術(shù)編輯特整理一些ADDAS電路設(shè)計(jì)供工程師參考，不足之處還請(qǐng)見諒。

　　TOP1 高級(jí)駕駛監(jiān)測(cè)車載系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　酒精濃度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

　　酒精濃度檢測(cè)模塊主要由3個(gè)部分組成：酒精傳感器，小信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器。酒精傳感器是整個(gè)模塊的核心，常用的酒精傳感器主要有電化學(xué)酒精傳感器，半導(dǎo)體酒精傳感器等等。考慮到這套系統(tǒng)為車載系統(tǒng)，因此需要傳感器具有體積小，精度高，響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，我們選擇了MQ-3酒精傳感器。MQ-3傳感器對(duì)乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性，它的測(cè)量范圍是 10~1 000 ppm的酒精濃度，在測(cè)量范圍內(nèi)，該傳感器的體電阻與空氣中的酒精含量成線性關(guān)系，我們通過將體電阻的變化轉(zhuǎn)化為一種電壓的變化，就可測(cè)得空氣中酒精的酒精含量。

　　該系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路如圖2所示。U1是酒精傳感器，兩個(gè)F引腳為加熱引腳，用來給傳感器預(yù)熱，A，B引腳為信號(hào)輸出，A接電源，B 與地之間串一個(gè)200 kΩ的采樣電阻（實(shí)際電路中用一個(gè)電位器來替代），其作用是將體電阻Rs轉(zhuǎn)化為電壓輸出，運(yùn)放U2A組成一個(gè)同向放大電路，其放大倍數(shù)為1+R3/R2，這里R3=R2，所以放大倍數(shù)為2倍，然后運(yùn)放輸出端接A/D輸入端，我們采用ATmega16L的片上A/D，其分辨率為10位，足以滿足我們的采集需求。由此，得到輸出電壓與體電阻Rs的關(guān)系為。

　　圖2 酒精濃度檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)

　　報(bào)警顯示模塊設(shè)計(jì)

　　報(bào)警顯示模塊用于酒精濃度的超限報(bào)警和日常信息的顯示，由蜂鳴器和LCD5110組成，LCD5110是一款常用的液晶屏，供電2.7~5.5 V，通過不同的字庫取模，可以顯示數(shù)字，英文字母，漢字和圖片，該款液晶還具有一個(gè)背光接口，在外部光線不足的時(shí)候可以用一個(gè)跳線帽點(diǎn)亮背光，提供照明。 LCD5110與主控MCU的通信采用SPI接口，但是為了硬件IO的通用性和軟件的可移植性，本系統(tǒng)中用通用IO來模擬SPI時(shí)序，形成一個(gè)軟件 SPI，因此我們將LCD5110的接口放在了5個(gè)通用IO而非專用SPI接口上，增加了布線的方便性。報(bào)警裝置采用一個(gè)有源蜂鳴器，用一個(gè)NPN三極管做電流放大，如圖3所示，三極管的基極通過一個(gè)電阻連接到主控的一個(gè)IO上，控制蜂鳴器發(fā)聲與否。

　　圖3 報(bào)警顯示模擬電路設(shè)計(jì)

　　主控模塊設(shè)計(jì)

　　主控模塊由單片機(jī)ATmega16L及其外圍電路組成的最小系統(tǒng)構(gòu)成。ATmega16L是一塊8位單片機(jī)，其片上集成了一個(gè)10位的AD轉(zhuǎn)換器，分辨率達(dá)到5/1024，足以滿足酒精濃度檢測(cè)模塊中的采樣要求；片上還有一個(gè)全雙工串口，用于GPS模塊和GSM模塊的數(shù)據(jù)通信。ATmega16L普通模式下功耗僅為3.3 mW，非常適合本系統(tǒng)應(yīng)用。其電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

　　圖4 主控模塊電路設(shè)計(jì)

　　汽車行駛記錄儀的數(shù)據(jù)傳輸接口電路設(shè)計(jì)

　　USB數(shù)據(jù)傳輸接口電路設(shè)計(jì)

　　USB接口有數(shù)據(jù)傳輸速度快、連接簡(jiǎn)單、兼容性好等特點(diǎn)。汽車行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)考慮到RS232接口使用的普及性和USB接口的先進(jìn)性，規(guī)定了同時(shí)使用這兩種接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。在USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方案中采用PDIUSBD12芯片作為USB控制器。PDIUSBD12完全符合USB1.1版規(guī)范；同時(shí)它還符合大多數(shù)器件的分類規(guī)格；還適用于許多外設(shè)，如打印機(jī)、掃描儀、外部的存儲(chǔ)設(shè)備和數(shù)碼相機(jī)等，它使得當(dāng)前使用SCSI的系統(tǒng)可以立即降低成本。

　　單片機(jī)直接讀寫閃存盤，可以實(shí)現(xiàn)便攜設(shè)備或者嵌入式系統(tǒng)的外掛式海量存儲(chǔ)。這一技術(shù)的核心是USB-HOST技術(shù)，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)規(guī)范的實(shí)現(xiàn)，海量存儲(chǔ)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)以及USB批量傳輸方式的實(shí)現(xiàn)，涉及到的協(xié)議眾多，技術(shù)難度非常高。在如圖3所示的設(shè)計(jì)方案中，USB接口芯片采用的是Cypress公司的USB-HOST接口芯片 SL811，該芯片支持USB1.1協(xié)議、價(jià)格低、性能突出且可靠性高。文件系統(tǒng)采用FAT格式，可以兼容Windows 98和Windows 2000/XP。對(duì)于大多數(shù)廠家生產(chǎn)的閃存盤都可以成功存取。

　　為了提高電路的可靠性和EMI特性，在電路板設(shè)計(jì)和布線的過程中應(yīng)注意以下一些規(guī)則：在電源、地線之間加上去耦電容；盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬；信號(hào)線布在電（地）層上；在大面積的接地（電）中，常用元器件的引腳與其連接，對(duì)引腳的處理需要進(jìn)行綜合的考慮；布線設(shè)計(jì)完成后，需檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求。

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　　TOP2 采用ADAS3023同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　ADP1613用于低成本SEPIC-uk拓?fù)洌?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/ADAS">ADAS3023在外部5 V電源供電情況下，為其提供20 mA時(shí)所需±15 V高壓穩(wěn)定電源以及最大值為3 mV的低輸出紋波的理想選擇。ADP1613盡可能地減少了外部元器件數(shù)目，并且具有超過86%的效率，因此它能滿足ADAS3023的規(guī)格要求。如圖為采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。

　　等效模擬輸入電路設(shè)計(jì)

　　在各通道輸入（IN0至IN7）與公共參考（COM）之間使用差分輸入結(jié)構(gòu)，所有通道同時(shí)采樣。圖39顯示了這些輸入的等效電路。二極管為模擬輸入（IN0至IN7）和COM提供針對(duì)高壓電源（VDDH和VSSH）的ESD保護(hù)。應(yīng)確保模擬輸入信號(hào)不超過供電軌0.3 V以上，否則會(huì)造成二極管正偏，并開始傳導(dǎo)電流。超出絕對(duì)最大額定值的電壓可能導(dǎo)致ADAS3023永久性損壞。

　　內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)

　　精確的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源經(jīng)過工廠調(diào)整，適合大部分應(yīng)用。將CFG寄存器中的REFEN位置1（默認(rèn)值）則使能內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，并可在REF1和REF2引腳上產(chǎn)生4.096 V電壓；該輸出電壓用作主要的系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓。未經(jīng)緩沖的2.5 V（典型值）帶隙基準(zhǔn)電壓輸出至REFIN引腳，需采用外部10 μF和0.1 μF電容的并聯(lián)組合以降低輸出端噪聲。REFIN的電流輸出有限，如果后接一個(gè)適當(dāng)?shù)木彌_器，如AD8031等，則它可以用作一個(gè)源。由于內(nèi)部放大器使用固定增益，REFIN輸出的負(fù)載過高會(huì)降低4.096 V系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓。內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出經(jīng)過調(diào)整后達(dá)到預(yù)期的4.096 V，初始精度為±8 mV?；鶞?zhǔn)電壓還經(jīng)過溫度補(bǔ)償，典型溫漂為±5 ppm/°C。使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源時(shí)，ADAS3023應(yīng)按照?qǐng)D42所示進(jìn)行去耦。REF1和REF2連接均短接在一起，并利用REFIN輸出和RCAP 內(nèi)部調(diào)節(jié)電源上的適當(dāng)去耦電容去耦。

　　外部基準(zhǔn)電壓源和內(nèi)部緩沖器設(shè)計(jì)

　　當(dāng)采用通用系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓源，或者要求具有更佳的漂移性能時(shí)，則需使用外部基準(zhǔn)電壓源和內(nèi)部緩沖器。將REFEN位設(shè)置為0便可禁用內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)電壓源，允許用戶向REFIN引腳提供外部基準(zhǔn)電壓（典型值為2.5 V）。內(nèi)部緩沖器保持使能狀態(tài)，因此無需使用外部緩沖器放大器，即可產(chǎn)生主要的系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓。當(dāng)REFIN = 2.5 V且REF1、REF2輸出4.096 V時(shí)，這將是系統(tǒng)的主要基準(zhǔn)電壓。就本配置而言，如圖43所示連接外部基準(zhǔn)電壓源。由于內(nèi)部緩沖器可處理ADAS3023基準(zhǔn)電壓要求的動(dòng)態(tài)變化，因此任何2.5 V的基準(zhǔn)電壓均可用于此配置。

　　外部基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)

　　對(duì)于需要精確、低漂移、4.096 V基準(zhǔn)電壓的應(yīng)用，可以使用外部基準(zhǔn)電壓源。在這種模式下，禁用內(nèi)部緩沖器需要將REFEN置位為0，并將REFIN驅(qū)動(dòng)或連接至AGND，因此需要硬件和軟件兩種控制。若僅驅(qū)動(dòng)REF1和REF2引腳但卻沒有禁用內(nèi)部緩沖器，則會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)放大器的輸出端發(fā)生源電流/吸電流沖突。將4.096 V精密基準(zhǔn)電壓源直接連到REF1和REF2，以作為系統(tǒng)的主基準(zhǔn)電壓（參見圖44）；推薦兩種基準(zhǔn)電壓源ADR434或ADR444。若使用運(yùn)算放大器作為外部基準(zhǔn)電壓源，則在驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載方面需多加留意。

　　內(nèi)核電源設(shè)計(jì)

　　AVDD和DVDD引腳分別為ADAS3023的模擬和數(shù)字內(nèi)核供電。這些電源需要足夠的去耦，每個(gè)電源上至少包括一個(gè)10 F電容和100 nF電容。100 nF電容應(yīng)盡可能靠近ADAS3023。為了減少所需電源的數(shù)量，DVDD可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的RC濾波器（連接在AV D D與DVDD之間）從模擬電源供電。

　　ADAS3023通過消除信號(hào)緩沖、電平轉(zhuǎn)換、放大/衰減、共模抑制、建立時(shí)間簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，也避免了其他模擬信號(hào)調(diào)理挑戰(zhàn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更小的尺寸、更短的上市時(shí)間和更低的成本?？删幊淘鲆鍭DAS3023集成一個(gè)可編程增益儀表放大器（PGIA），它具有四個(gè)可選范圍。PGIA設(shè)置由一個(gè)輸入引腳和 COM引腳上的最大絕對(duì)差分輸入電壓確定。上電與默認(rèn)條件預(yù)設(shè)為±20.48 V （PGIA = 11）輸入范圍。由于ADAS3023能夠采用任何輸入類型，比如雙極性單端或偽雙極性等，因此必須設(shè)置PGIA以充分利用器件允許的輸入范圍。您覺得這一款完整的16位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能如何，在未來電子設(shè)計(jì)中還有什么需要改進(jìn)的地方？

　　TOP3 汽車油量監(jiān)測(cè)報(bào)警器電路設(shè)計(jì)

　　汽車的油箱油量檢測(cè)通常是由水平檢測(cè)器 來完成的。當(dāng)油箱儲(chǔ)滿燃油時(shí)，浮標(biāo)動(dòng)臂升起，將電位器的阻值調(diào)至最?。ㄒ灿胁糠周囆褪菍㈦娢黄鞯淖柚嫡{(diào)至最大），使油量計(jì) （實(shí)際上是一只毫安表）的指針作滿標(biāo)度的偏轉(zhuǎn);當(dāng)油箱中的油量水平下降時(shí)，可變電阻器的阻值被調(diào)高 ，流過系統(tǒng)回路的電流將隨之變化，油量計(jì)的指針讀數(shù)也變小。本例介紹的汽車油量監(jiān)測(cè)報(bào)警器裝置，能形象、直觀地顯示出汽車油箱內(nèi)燃油的多少，還可以在油位降低至一定值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，以提醒駕駛員及時(shí)加油。

　　電路工作原理

　　該汽車油量監(jiān)測(cè)報(bào)警器電路由油位監(jiān)測(cè)電路、油位顯示電路、缺油警示電路和電源電路等組成，如圖6-103所示。

　　油位監(jiān)測(cè)電路由二極管VD2、輔助電位器RP1和汽車油箱內(nèi)浮筒式電位器RP2組成。油位顯示電路由發(fā)光二極管VL2~VL7、晶體管V2~V7等組成。缺油警示電路由二極管VD3、晶體管V1、發(fā)光二極管VL1，集成電路IC2、揚(yáng)聲器BL和有關(guān)阻容元件組成。電源電路由二極管VD1、三端集成穩(wěn)壓器IC1和濾波電容器C1~C3組成。+l2V電壓經(jīng)VD1降壓和IC1穩(wěn)壓后，產(chǎn)生+9V電壓，供給IC2和V1~V7等電路。在汽車油箱內(nèi)儲(chǔ)滿燃油時(shí)，RP2的阻值在浮標(biāo)的作用下滑向最小值，使V2~V7均導(dǎo)通，發(fā)光二極管VL2~VL7均點(diǎn)亮。當(dāng)油箱內(nèi)油量降為一半時(shí)，RP2的中心頭滑至中間位置，使V2~V4導(dǎo)通，V5~V7截止，VL2~VL4仍亮，VL5~VL7熄滅。當(dāng)油箱內(nèi)油位降低至限位時(shí)，RP2的阻值變?yōu)樽畲笾?，V2~V7均截止。VL2~VL7均熄滅，使V1導(dǎo)通，IC2的4腳由低電平變?yōu)楦唠娖剑蒊C2和外圍元器件組成的多諧振蕩器振蕩 （工作頻率為lOHz左右）工作，IC2的3腳間斷輸出高電平，使發(fā)光二極管VL1閃亮，揚(yáng)聲器BL發(fā)出“嘟、嘟”的報(bào)警聲。若僅黃色發(fā)光二極管VL2 亮，則說明油箱內(nèi)即將缺油。

　　汽車駕駛輔助系統(tǒng)雙CMOS圖像傳感器采集電路設(shè)計(jì)

　　TMS320C6414是TI公司推出的一款高性能數(shù)字處理器，具有強(qiáng)大的硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)，可適用于抗暈光 圖像采集 系統(tǒng)。TMS320C6414的 L2容量為l024KB，通過cache配置寄存器（CCFG）的L2MODE字段把L2配置為第5種模式，即把片內(nèi)SRAM設(shè)置為768 KB。TMS320C6414經(jīng)EMIFA端口，以EDMA方式將圖像數(shù)據(jù)同步讀入內(nèi)部SRAM。增強(qiáng)型直接存儲(chǔ)器訪問（EDMA）用于實(shí)時(shí)圖像數(shù)字信號(hào)處理，可在CPU后臺(tái)完成存儲(chǔ)空間中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，把外部存儲(chǔ)器中的圖像數(shù)字信息快速、高效地傳輸?shù)紻SP內(nèi)部SRAM中。設(shè)置EER控制寄存器的EVT4 位為l，即采用EDMA的第4通道（EDMA4）采集圖像數(shù)據(jù)。該通道配置為32位傳輸方式，每次中斷搬移一幀圖像數(shù)據(jù)存入內(nèi)部SRAM。

　　為了同步采樣，第一路OV7620的SRAMl和VSYNCl可通過與非門控制兩路OV7620同步采樣并分別存儲(chǔ)到各自連接的IS6lLV51216 中；VSYNCl下降沿標(biāo)志OV7620一幀圖像數(shù)據(jù)輸出結(jié)束，VSYNCl經(jīng)反向器接至TMS320C6414的AF5引腳觸發(fā)EDMA4中斷，并同時(shí)讀取IS6lLV51216中存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)。CPU采用閾值化分割算法來處理圖像信息。在TMS320C6414控制下同步進(jìn)行圖像信息的傳輸和處理，完全滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)要求。TMS320C6414外接40 MHz的晶體振蕩器，CLOKMODE［l：0］設(shè)置為10，使其內(nèi)部頻率高達(dá)480 MHz。DSP通過I／O端口檢測(cè)OV7620的同步信號(hào)VSYNC、CHSYNC以及像素時(shí)鐘PCLK，保證DSP能夠準(zhǔn)確讀取OV7620輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。在同步信號(hào)和像素時(shí)鐘的干預(yù)下保存采集的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，保證傳輸數(shù)字圖像的完整性。圖3所示為第一路圖像采集系統(tǒng)硬件電路圖。

　　基于單片機(jī)的智能駕駛監(jiān)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)

　　檢測(cè)模塊的電路組成如圖2 所示，由運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別傳感器和互鎖電路組成。運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別傳感器由紅外線發(fā)射管，光電三極管組成，由CD4013 組成的雙穩(wěn)態(tài)電路組成方向識(shí)別互鎖電路，以便在實(shí)際應(yīng)用中起到一定的抗干擾作用。系統(tǒng)的前端檢測(cè)部分利用兩組紅外線發(fā)射接收對(duì)管，安裝于車門的兩側(cè)，用于判斷乘客上、下車，并用來向單片機(jī)系統(tǒng)送出計(jì)數(shù)信號(hào)。當(dāng)車門打開時(shí)，系統(tǒng)開啟；當(dāng)有人上車時(shí)，紅外線傳感器檢測(cè)上車人數(shù)，單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)人數(shù)加計(jì)數(shù)，并通過L ED 數(shù)碼管顯示；當(dāng)有人下車時(shí)，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，并通過L ED 數(shù)碼管顯示。

　　圖2 檢測(cè)電路模塊

　　紅外線傳感器指能夠發(fā)射紅外線和接收紅外線的器件。紅外線傳感器根據(jù)其機(jī)理不同可以分為被動(dòng)型紅外線傳感器和主動(dòng)型傳感器。其中主動(dòng)型紅外線傳感器，包括紅外發(fā)射管和紅外接收傳感器，這2 種傳感器配套使用可組成一個(gè)完整的紅外線檢測(cè)、遙控系統(tǒng)，這類傳感器也稱光探測(cè)型感器本系統(tǒng)使用了其中的紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管來檢測(cè)判斷客車載客人數(shù)。

　　控制模塊電路設(shè)計(jì)

　　控制模塊利用在單片機(jī)內(nèi)預(yù)先設(shè)定載客人數(shù)，當(dāng)上車人數(shù)超過此設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)便通過繼電器控制客車的電子打火器，鎖定客車執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使客車無法啟動(dòng)，并以L ED 顯示當(dāng)前人數(shù)，同時(shí)通過蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。制模塊電路電路組成如圖3 所示，包括L ED 數(shù)碼管顯示電路、報(bào)警電路和汽車執(zhí)行鎖定電路。在數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)中，將待顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCD 碼輸出，經(jīng)過共陰極數(shù)碼管譯碼驅(qū)動(dòng)器74LS48 將BCD 碼轉(zhuǎn)換成七段碼送給數(shù)碼管顯示。報(bào)警電路比較簡(jiǎn)單，當(dāng)超載時(shí)，系統(tǒng)通過軟件控制蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

　　圖3 控制模塊電路

　　對(duì)汽車的鎖定電路中繼電器選用J RX13F 型12V直流常閉繼電器，其常閉觸頭接在汽車的高壓回路中。當(dāng)打開啟動(dòng)開關(guān)（即點(diǎn)火開關(guān)） 時(shí)，由于P2. 5 口處于低電平，所以繼電器不動(dòng)作，對(duì)汽車正常工作沒有影響。當(dāng)車內(nèi)人數(shù)超過預(yù)定人數(shù)，即超載時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)向P2. 5 送高電平，繼電器動(dòng)作，其常閉觸頭斷開，切斷汽車的高壓回路，駕駛員無法啟動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)車內(nèi)人數(shù)恢復(fù)到預(yù)定人數(shù)以下時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)再次送低電平到 P2. 5 口，繼電器動(dòng)作，其常閉觸頭閉合，汽車又恢復(fù)正常的啟動(dòng)，從而有效地限制了客車的超載行為。

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　　TOP4 汽車智能駕駛輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收電路設(shè)計(jì)

　　發(fā)送模塊硬件設(shè)計(jì)

　　NPX I芯片具有4 KB的用戶可編程空間、4 KB的定制ROM，以及一個(gè)2D的LF輸入級(jí)。各類傳感器的信號(hào)經(jīng)12位ADC轉(zhuǎn)換后，提供給用戶和系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。在4 KB的定制ROM中，固化了GE公司特有的壓力、溫度和電壓測(cè)量、補(bǔ)償和校準(zhǔn)程序，以及其他實(shí)用的子程序，用戶可省去繁復(fù)的運(yùn)算編程，只需簡(jiǎn)單調(diào)用即可獲得需要的狀態(tài)值。在開發(fā)階段，GE公司可以提供可編程版本的傳感器，用戶可以通過仿真器編程器將程序下載到器件的4 KB用戶可編程空間中。下載程序之后的傳感器可以直接運(yùn)行使用，或者通過仿真器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真單步調(diào)。調(diào)試環(huán)境與一般的單片機(jī)非常相似?？蛻舸笈可a(chǎn)版本的傳感器可以通過掩膜ROM工藝生產(chǎn)，以進(jìn)一步降低成本。

　　接收模塊硬件設(shè)計(jì)

　　TPMS系統(tǒng)的接收模塊主要由天線、射頻接收電路、主控芯片MCU以及鍵盤、顯示器組成，用于接收各發(fā)射模塊傳送的輪胎溫度與壓力數(shù)據(jù)，顯示各輪胎的 ID識(shí)別碼和測(cè)量數(shù)據(jù)，并在異常情況發(fā)生時(shí)聲光報(bào)警。由于接收模塊安裝在汽車車廂內(nèi)，故對(duì)器件選用的各方面要求不高，工業(yè)級(jí)即可。

　　RF 接收芯片選用時(shí)要求接收靈敏度較高，這里選用Maxim公司的MAXl473芯片。MAXl473是一款完全集成的、低功耗、CMOS超外差接收器，具有一114～O dBm的輸入信號(hào)范圍、高于50 dB的鏡像載波抑制，用于接收300～450 MHz頻率范圍的幅度鍵控（ASK）數(shù)據(jù)信號(hào)非常理想。這款芯片在關(guān)斷模式下電流消耗低于2．5μA，接收模式下電流消耗為5．2 mA，可接收高達(dá)100 kbps的數(shù)據(jù)速率。使用MAXl473芯片實(shí)現(xiàn)的315 MHz的射頻接收電路如圖4所示。

　　信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

　　信號(hào)調(diào)理電路的任務(wù)和工作條件是：1）帶寬和增益，對(duì)20 kHz、毫伏級(jí)的信號(hào)放大約1 000倍，且動(dòng)態(tài)范圍較大；2）供電電源，車載電池供電，使用單電源放大電路，電池額定電壓為7．2 V；3）信號(hào)轉(zhuǎn)換，對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行幅度檢波。使用分立元件搭建電路雖然能實(shí)現(xiàn)該功能，但電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，并且電路性能會(huì)隨電池電壓的波動(dòng)而變化。常見的通用運(yùn)放如OP07、LM324、 LM358等，對(duì)于20 kHz信號(hào)無法滿足帶寬和增益的要求，同時(shí)，其輸出擺幅較小。近年來出現(xiàn)的一些新的集成運(yùn)算放大器能很好地承擔(dān)上述任務(wù)。如OPA228系列運(yùn)放、 MAX445l系列運(yùn)放。特別是MAX4451雙運(yùn)放，-3 dB帶寬達(dá)210 MHz，可以在+4．5～+11 V單電源條件下工作，輸出擺幅大，具有軌到軌輸出，開環(huán)增益大于50 dB，使用兩級(jí)放大外加負(fù)反饋完全能勝任。實(shí)際電路如圖1所示。

　　智能車是靠電池驅(qū)動(dòng)的，隨著工作時(shí)間持續(xù)，電池電壓必然下降。由于運(yùn)放MAX4451的共模抑制比極高，典型值CMRR=95 dB，所以在單電源條件下可正常工作，并且，電池電壓的波動(dòng)基本不影響運(yùn)放的工作性能。

　　圖 1中L1是檢測(cè)線圈。R1、R2分壓為運(yùn)放提供輸入偏置電壓，適當(dāng)調(diào)節(jié)R2可改變放大器的輸入偏置電壓。由于第2級(jí)放大電路的增益設(shè)定為 （R5／R4）=30倍，可根據(jù)檢測(cè)線圈L1輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，適當(dāng)選擇R3改變第1級(jí)的放大倍數(shù)，從而使總增益滿足要求。引入R7是為了降低第1級(jí)放大電路的直流增益，從而提高靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性。但R7的引入降低了第1級(jí)電路的交流放大能力，故接人C4=0．47μF實(shí)現(xiàn)交流旁路。VD1、R6和 C3構(gòu)成幅度檢波電路，VD4選擇壓降較小的高頻鍺二極管，檢波電路的時(shí)間常數(shù)τ=R6C3一般選擇為激磁電流（f=20 kHz）周期的3～5倍，C3的容量越大，輸出到單片機(jī)A／D端的直流電壓中的20 kHz波紋越小，但C3的容量過大將導(dǎo)致電路響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)智能車與賽道的偏離反應(yīng)遲鈍．C3的實(shí)際取值應(yīng)在此估算的基礎(chǔ)上通過測(cè)試確定。

　　基于ARM9的汽車視頻監(jiān)控防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本文基于三星公司的S3C2410為控制中心， 設(shè)計(jì)一種汽車視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由S3C2410處理器、USB攝像頭、觸摸顯示屏組成， 闡述了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基本工作原理， 平臺(tái)定制和攝像頭圖像監(jiān)控防盜程序的設(shè)計(jì)流程。采用攝像頭對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集， 觸摸顯示屏對(duì)視頻圖像進(jìn)行存儲(chǔ)和處理， 達(dá)到防盜的目的。

　　觸摸顯示屏接口電路

　　USB接口電路

　　TOP5 汽車傳感器之信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)

　　以80C31單片機(jī)為核心的輪速傳感器硬件結(jié)構(gòu)外圍電路有信號(hào)處理電路、總線控制及總線接口等電路。輪速傳感器產(chǎn)生信號(hào)經(jīng)濾波、整形、光電隔離后，送80C31的/INT0輸入引腳。T1作定時(shí)器使用，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行周期測(cè)量。SJA1000， 82C250組成與CAN總線的控制和接口電路。在輪速傳感器的設(shè)計(jì)過程中，充分考慮其抗干擾和穩(wěn)定性，單片機(jī)的輸入/輸出端均采用光電隔離，用看門狗定時(shí)器（MAX813）進(jìn)行超時(shí)復(fù)位，確保系統(tǒng)可靠工作。

　　信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)

　　根據(jù)輪速傳感器信號(hào)特性，處理電路由限幅電路、濾波電路和比較整形電路組成，如圖4所示。

　　限幅電路將輪速傳感器輸出信號(hào)Vi正半周的幅值限制在5V以下，負(fù)半周使其輸出為-0.6V。濾波電路設(shè)計(jì)成帶反饋的有源低通濾波器，其截止頻率為 2075Hz（按最高車速為200km/h設(shè)計(jì)，傳感器輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率），選Q=0.707。比較整形電路中設(shè)置一定的比較電壓，與濾波器輸出信號(hào)相比較輸出方波信號(hào)。LM311N輸出方波的幅值為10V，經(jīng)R5，R6分壓后得幅值為5V的方波信號(hào)送光電隔離器。

　　高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)之傳感器及其接口電路設(shè)計(jì)

　　方向盤轉(zhuǎn)角傳感器接口

　　方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的輸出為正交編碼脈沖。正交編碼脈沖包含兩個(gè)脈沖序列，有變化的頻率和四分之一周期（90°）的固定相位偏移，通過檢測(cè)2路信號(hào)的相位關(guān)系可以判斷為順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向，并據(jù)此對(duì)信號(hào)進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)，從而得到當(dāng)前的計(jì)數(shù)累計(jì)值，也即方向盤的絕對(duì)轉(zhuǎn)角，而轉(zhuǎn)角的變化率即角速度，則可通過信號(hào)頻率測(cè)出。另外，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器有一個(gè)零位輸出信號(hào)，當(dāng)方向盤在中間位置時(shí)，該信號(hào)輸出0V，否則輸出5V，通過該信號(hào)，可對(duì)絕對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行在線校準(zhǔn)。

　　C164CI 與方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的接口電路如圖6所示。片內(nèi)內(nèi)置增量編碼的正交解碼器，該解碼器使用定時(shí)器3的兩個(gè)引腳（T3IN、T3EUD）作為正交脈沖的輸入，在正確設(shè)置相關(guān)寄存器后，定時(shí)器3的數(shù)據(jù)寄存器的值與方向盤轉(zhuǎn)角成正比，故可方便的計(jì)算轉(zhuǎn)角，本文所使用的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器每一圈對(duì)應(yīng)44個(gè)脈沖，設(shè)定時(shí)器3的數(shù)據(jù)寄存器為T3，則絕對(duì)轉(zhuǎn)角為。

　　進(jìn)行差分運(yùn)算，即可得到轉(zhuǎn)角變化速率。微控制器把計(jì)算得到的參數(shù)通過CAN發(fā)送給ECU。

　　輪速傳感器接口

　　根據(jù)前面部分介紹的輪速傳感器信號(hào)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)接口電路如圖7所示。

　　電路采用兩級(jí)濾波和整形，以保證輪速信號(hào)在極低轉(zhuǎn)速下不會(huì)丟失，同時(shí)避免因懸架振動(dòng)引起的信號(hào)干擾。圖中由電阻R2引入第一級(jí)遲滯比較，而使用74HC14引入第二級(jí)遲滯比較。

　　橫擺角速度、縱向/橫向加速度傳感器

　　調(diào)整圖8中各個(gè)阻容元件的參數(shù)，即可設(shè)置濾波截止頻率和延時(shí)大小。汽車運(yùn)行過程中，在較好路面上行駛時(shí)，由于信號(hào)較好，延時(shí)盡量要小，而在顛簸路面上行駛，則希望濾波效果要好。但是由于硬件濾波的頻率特性一經(jīng)設(shè)計(jì)完畢，無法實(shí)時(shí)修改，故需要在軟件中設(shè)計(jì)數(shù)字濾波環(huán)節(jié)。數(shù)字濾波常用的有維納濾波器、卡爾曼濾波器、線性預(yù)測(cè)器、自適用濾波器等。在這里選用計(jì)算量小、實(shí)時(shí)性能好的一階低通濾波。

　　本文討論了ESP系統(tǒng)中常用傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及信號(hào)特性，并設(shè)計(jì)了各個(gè)傳感器的信號(hào)處理接口，其中包括硬件接口電路以及軟件處理方案。設(shè)計(jì)了包含橫擺角速度、縱向/橫向加速度傳感器的集成模塊，通過CAN總線與ECU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有較好的抗干擾性和可靠性。

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　　TOP6 汽車輔助系統(tǒng)CAN總線接口電路設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)最小系統(tǒng)

　　本設(shè)計(jì)中，應(yīng)用到單片機(jī)為ATMEL公司51系列的89C51，該型號(hào)的單片機(jī)應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，市場(chǎng)上價(jià)格便宜，而且在學(xué)習(xí)中所學(xué)到的多為該型號(hào)，在本次設(shè)計(jì)中是首選的芯片。89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制部分，但在本設(shè)計(jì)中不是重點(diǎn)講解內(nèi)容，其相關(guān)技術(shù)應(yīng)用和引腳特點(diǎn)功能等，可參照其他相關(guān)資料。設(shè)計(jì)的電路原理方框大致如下圖所示。設(shè)計(jì)中為避免出現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的沖突，對(duì)單片機(jī)的外接晶振引腳XTAL1、XTAL2不接上外圍電路，而是通過控制器 SJA1000的時(shí)鐘信號(hào)腳反饋給單片機(jī)。同時(shí)，對(duì)單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)處理，RST引腳接上X5045P的RST腳，復(fù)位信號(hào)可由X5045P輸出，在 X5045P芯片看門狗外圍電路的作用下，減少了以往由電阻、電容組成的簡(jiǎn)易復(fù)位電路造成的不精確、延時(shí)高等不良作用，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)，完成復(fù)位操作。由于在該電路中要用到單片機(jī)的存儲(chǔ)作用，存儲(chǔ)由SJA1000傳輸過來的處理數(shù)據(jù)。因此，腳/EA接上高電平，選用片內(nèi)ROM。對(duì)ALE腳，也即地址鎖存有效信號(hào)除數(shù)端是和控制器 SJA1000的ALE腳接通。

　　圖2-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

　　基于SJA1000的控制電路設(shè)計(jì)

　　控制器SJA1000作為本接口電路中的控制部分，應(yīng)用本設(shè)計(jì)中，對(duì)于SJA1000和單片機(jī)的連接，引腳AD0~AD7是和89C51的輸出輸入腳 P0.0～P0.7相接；SJA1000的片選信號(hào)腳/CS必須由微控制器的P2.7口控制否則這個(gè)片選輸入必須接到VSS 也可以通過地址解碼控制例如當(dāng)?shù)刂?數(shù)據(jù)總線用于其他外圍器件，ALE對(duì)應(yīng)ALE，讀/寫輸入腳/WR、/RD，/INT和單片機(jī)的/INT0連接，由于在該系統(tǒng)中要用到相同的時(shí)鐘頻率，所以我們要時(shí)鐘信號(hào)引腳CLKOUT和單片機(jī)的XTAL1腳相連，達(dá)到頻率一致的目的；而在復(fù)位信號(hào)的處理，可以在看門狗外圍電路的RST信號(hào)輸出后再通過和非門電路的相連，很好的實(shí)現(xiàn)了電路的復(fù)位作用。而對(duì)于控制器的收發(fā)引腳TX0，TX1與RX0，RX1，在本系統(tǒng)中 TX0、RX0可和收發(fā)器82C250的TXD、RXD接通。同時(shí)，在和CPU接口中SJA1000 支持對(duì)兩個(gè)著名的微型控制器系列的直接連接80C51 、68xx 。通過SJA1000 的MODE 引腳可選擇接口模式Intel 模式 MODE 高；Motorola 模式 MODE 低。在Intel 模式和Motorola 模式里地址/數(shù)據(jù)總線和讀/寫控制信號(hào)的連接。本設(shè)計(jì)中，正是使用Intel模式。對(duì)SJA1000的Vdd1～Vdd3電源輸入腳，外接上驅(qū)動(dòng)+5V電壓；而Vss1～Vss3輸出接地。設(shè)計(jì)中，對(duì)SJA1000提供16Mkz的晶振。

　　圖2-4 SJA1000控制電路

　　基于82C250收發(fā)電路設(shè)計(jì)

　　82C250是CAN控制器與物理總線間的接口，可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接收能力，與IS011898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，并具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾、保護(hù)總線的能力。設(shè)計(jì)中，收發(fā)器的接受、發(fā)送腳原理上要和SJA1000的發(fā)送、接受腳相連接。但這樣一來，兩者的電氣不一致，造成電氣隔離，給通信帶來麻煩。為此，在它們之間接上高速光耦合器6N137，避開了電氣隔離，更好的實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)系。82C250的TXD、RXT就對(duì)應(yīng)接上6N137的輸出腳OUT和輸入腳 IN；腳Rs作為斜率控制電阻輸入端，電阻的大小可以割據(jù)總線通信速度適當(dāng)調(diào)整一般在16～140KΩ之間，設(shè)計(jì)中Rs阻值為47KΩ。在通過接一個(gè) 47K電阻分流之后，可以接地。電壓引腳Vcc，其電源電壓：4.5V〈 Vcc〈 5.5V，在設(shè)計(jì)中采用5V電壓。Vref作為基準(zhǔn)電壓輸出端，設(shè)計(jì)中可以接地。而CANH，CANL腳是信號(hào)的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)電平信號(hào)的傳送，通過它們連接上雙絞線，完成通信傳輸。

　　基于X5045P的電路設(shè)計(jì)

　　X5045P在本設(shè)計(jì)中做為復(fù)位、監(jiān)控電路使用，雖然增加了電路連接的復(fù)雜和成本，但對(duì)于電路的穩(wěn)定和可靠性有起到很大的作用，是系統(tǒng)中不可缺少的部分。對(duì)X5045的操作是通過4根口線CS、SCK、SI和SO進(jìn)行同步串行通信來完成的。SCK是外部輸入的同步時(shí)鐘信號(hào)。在對(duì)芯片定改指令或數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘前沿將SI引腳信號(hào)輸入；在讀郵數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到SO引腳上。數(shù)據(jù)的輸入/輸出都是高位在先。在設(shè)計(jì)中，/CS腳和單片機(jī)P1.0、 SI、 SCK、SO、RST分別與單片機(jī)的引腳P1.0~P1.3、RST連接。對(duì)于不用到的引腳，可以直接和地相連。電路設(shè)計(jì)如下：

　　圖2-10 X5045P電路監(jiān)控、復(fù)位電路

　　TOP7 電源電路設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)中，對(duì)系統(tǒng)的電源都一致采用DC+5V電壓，光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源Vcc和Vdd必須完全隔離。為此，設(shè)計(jì)電源如下所示：

　　圖2-11 電源電路

　　它由AH805升壓模塊及FP106升壓模塊組成。AH805是一種輸入1.2～3V，輸出5V的升壓模塊，在3V電池供電時(shí)可輸出100mA電流。 FP106是貼片式升壓模塊，輸入4～6V，輸出固定電壓為29±1V，輸出電流可達(dá)40mA，AH805及FP106都是一個(gè)電平控制的關(guān)閉電源控制端。兩節(jié)1.5V堿性電池輸出的3V電壓輸入AH805，AH805輸出+5V電壓，其一路作5V輸出，另一路輸入FP106使其產(chǎn)生28～30V電壓，經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后輸出+12V電壓。從圖中可以看出，只要改變穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，即可獲得不同的輸出電壓，使用十分靈活。FP106的第⑤腳為控制電源關(guān)閉端，在關(guān)閉電源時(shí)，耗電幾乎為零，當(dāng)?shù)冖菽_加高電平2.5V時(shí)，電源導(dǎo)通；當(dāng)?shù)冖菽_加低電平0.4V時(shí)，電源被關(guān)閉?？梢杂秒娐穪砜刂苹蚴謩?dòng)控制，若不需控制時(shí)，第⑤腳與第⑧腳連接。

　　接口電路總體電路原理圖

　　現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)及其技術(shù)日益成為國(guó)際自動(dòng)控制領(lǐng)域關(guān)注的一大焦點(diǎn)，其原因是它改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，形成了全新的網(wǎng)絡(luò)集成分布式控制系統(tǒng)。在我國(guó)，現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)發(fā)展到推廣應(yīng)用階段，中國(guó)已經(jīng)成為各種現(xiàn)場(chǎng)總線激烈爭(zhēng)奪的重要戰(zhàn)場(chǎng)。因此研究現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其產(chǎn)品就顯得尤為重要。本文正是基于控制器 SJA1000和82C250收發(fā)器的基礎(chǔ)上，外接上看門狗電路芯片X5045P及高速光耦合器6N137，設(shè)計(jì)CAN總線接口電路，該電路理論上很好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)原理要求。該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了，在電路實(shí)現(xiàn)時(shí)，還需考慮各模塊間的接地、屏蔽等諸多問題。PCA82C250提供對(duì)物理總線的符合CAN電氣協(xié)議的差動(dòng)發(fā)送和接收功能，另外，它具有的電流限制電路，還提供了對(duì)總線的進(jìn)一步的保護(hù)功能。通過 82C250與物理總線進(jìn)行連接，可使總線支持多達(dá)110個(gè)節(jié)點(diǎn)的掛接。對(duì)于CAN控制器及帶有CAN總線接口的器件，82C250并不是必須使用的器件，因?yàn)槎鄶?shù)CAN控制器均具有配置靈活的收發(fā)接口并允許總線故障，只是驅(qū)動(dòng)能力一般只允許20～30個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在一條總線上。

　　基于ADAS的無線接口電路設(shè)計(jì)

　　無線射頻接收芯片MC33594

　　摩托羅拉的MC33594器件是高溫集成UHF超外差無線電接收模塊。該芯片采用LQFP-24封裝，工作頻率在300～450MHz頻段，電壓在 4.5～5.5V范圍內(nèi)；接收靈敏度高達(dá)-103dBm。芯片最大的特點(diǎn)是帶有一串行外設(shè)接口SPI（Serial Peripheral Intelface）。通過SPI，它允許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通信，交換信息。SPI接口使用四條線：串行時(shí)鐘線（SCK），主機(jī)輸入／從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO，主機(jī)輸出／從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線RESET。

　　TPMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)中較關(guān)鍵的一點(diǎn)是數(shù)據(jù)的傳輸部分。整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸部分由兩部分組成：一是駕駛室中的無線接收部分，另外一部分是輪胎中的無線發(fā)射部分。這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、穩(wěn)定性，將是系統(tǒng)優(yōu)良性能的重要體現(xiàn)。

　　無線發(fā)射電路由發(fā)射芯片MC33493、AT89C2051單片機(jī)和電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，如圖2所示。發(fā)射模塊中，引腳3（BAND引腳）接3V高電平，表示系統(tǒng)發(fā)射頻率為434MHz，用于選擇工作頻率；引腳 14（MODE引腳）接高電平，表示系統(tǒng)選擇FSK調(diào)制模式。FSK調(diào)制方式定義為一個(gè)信號(hào)的兩個(gè)不同的頻移值分別表示數(shù)字高、低兩種電平。在這個(gè)系統(tǒng)中，低頻移表示數(shù)字高電平，高頻移表示數(shù)字低電平。發(fā)射芯片的FSK調(diào)制方式由與晶振串聯(lián)的下拉負(fù)載電容C1來實(shí)現(xiàn)。與CFSK引腳相連的有一內(nèi)部開關(guān)，用以選通下拉電容C1。當(dāng)DATA=O時(shí)（MODE引腳置高電平），開關(guān)關(guān)閉，此時(shí)輸出高頻移；當(dāng)DATA=1時(shí)，開關(guān)接通，此時(shí)輸出低頻移，這就實(shí)現(xiàn)了 FSK調(diào)制方式，也就是說，如果載波頻率是433.92MHz而且總的頻偏是士△f（MHz），則數(shù)字高電平表示為433.92MHz-△f，數(shù)字低電平表示為433.92 MHz+△f。

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　　TOP8 無線接收接口電路設(shè)計(jì)

　　無線接收接口電路主要由接收芯片MC33594與AT89C2051單片機(jī)構(gòu)成，如圖3所示。接收芯片MC33594通過SPI接接口與單片機(jī) AT89C2051的I／O口相連。該電路中，利用AT89C2051單片機(jī)的I／O口模擬SPI接口，通過用軟件控制的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。

　　利用并口P1.1來模擬SPI的SCK輸出端，P1.2模擬MCU的數(shù)據(jù)輸出端（MOSI），P1.3模擬SPI的數(shù)據(jù)輸入端（MISO），P1.4模擬 SPI的從機(jī)選擇端RESET。在接收之前，首先置RESET引腳為低電平，使接收機(jī)變?yōu)閺臋C(jī)，而單片機(jī)變?yōu)橹鳈C(jī)。單片機(jī)通過MOSI信號(hào)線將單片機(jī)內(nèi)的程序?qū)懭虢邮諜C(jī)的配置寄存器里對(duì)接收機(jī)進(jìn)行配置，配置好后再置：RESET引腳為高電平。此時(shí)單片機(jī)變?yōu)閺臋C(jī)，而接收機(jī)變?yōu)橹鳈C(jī)，它產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)數(shù)據(jù)由RFIN端接入，經(jīng)低噪聲放大器放大后送入混頻器，使其變換成中頻。在中頻級(jí)，經(jīng)變換的信號(hào)在送入解調(diào)器之前被放大和濾波。

　　為了與MC33594接收機(jī)所設(shè)定的SPI工作狀態(tài)在邏輯時(shí)序上協(xié)調(diào)一致，要使串行時(shí)鐘輸出P1.1的初始狀態(tài)為1，在選通MC33594后，置 P1.1為O。此時(shí)AT89C2051單片機(jī)輸出1位SCK時(shí)鐘，同時(shí)，使MC33594串行左移，從而輸出1位數(shù)據(jù)至AT80C2051單片機(jī)的 P1.3（模擬MCU的MISO線），再置Pl.1為1，使AT89C2051單片機(jī)從P1.O輸出1位數(shù)據(jù)（先為高位）至AT89C2051單片機(jī)。至此模擬1位數(shù)據(jù)輸入輸出完成。以后再置P1.1為0，模擬下一位的輸入輸出。依此循環(huán)8次，可完成1次通過SPI傳輸8位數(shù)據(jù)的操作。其程序包括MCU串行輸入、串行輸出和串行輸入／輸出3個(gè)子程序。MCU串行輸入是從接收機(jī)的MISO線上接收8位數(shù)據(jù)并放入寄存器R0中；串行輸出是將AT80C51單片機(jī)中R0寄存器的內(nèi)容傳送到接收機(jī)的MOSI線上；串行輸入／輸出將AT89C2051單片機(jī)R0寄存器的內(nèi)容傳送到MC33594的MOSI線上，同時(shí)從MC33594的MISO線上接收8位數(shù)據(jù)。由MOSI引腳將接收到的數(shù)據(jù)送入到單片機(jī)，這樣數(shù)據(jù)就可以在PC機(jī)上進(jìn)行顯示了。

　　高級(jí)駕駛中雷達(dá)無線傳輸系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)以MSP430F2274微控制器為核心，外圍電路由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、聲光報(bào)警電路、通信接口電路、鍵盤液晶顯示電路五部分組成，下面逐一介紹。

　　圖2 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)主控電路圖

　　系統(tǒng)的主控電路圖如圖2所示。本系統(tǒng)中選用的MSP430F2274片內(nèi)有32Kb閃存和1Kb RAM，因此無須外擴(kuò)存儲(chǔ)器。外接的32.768kHz晶振作為CPU關(guān)閉狀態(tài)Basic-TImer的時(shí)鐘源，同時(shí)也作為系統(tǒng)的車載時(shí)鐘使用。

　　超聲波發(fā)送模塊電路如圖3所示，由超聲波產(chǎn)生和發(fā)射兩部分組成。超聲波的產(chǎn)生方法有兩種：硬件發(fā)生法和軟件發(fā)生法。常用的硬件發(fā)生法常采用如下方案：超聲波由CD4011構(gòu)成的振蕩器振蕩產(chǎn)生，經(jīng)升壓變換推動(dòng)超聲波換能器而發(fā)射出去，振蕩器的起振和停振由單片機(jī)來控制。本設(shè)計(jì)采用軟件發(fā)生法，因?yàn)橥ㄟ^軟件發(fā)生法既可以減少硬件的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)的成本，又具有靈活性強(qiáng)、容易實(shí)現(xiàn)、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)利用MSP430F2274單片機(jī)的定時(shí)器功能來產(chǎn)生穩(wěn)定的PWM（40Hz）脈沖波，并通過I/O端口P2.3輸出到超聲波發(fā)射部分。在超聲波發(fā)射電路中CD4049一共包括了6個(gè)非門，圖3中線路僅使用了3個(gè)，為了防止干擾或被靜電擊穿導(dǎo)致整個(gè)CD4049損壞，把沒有使用的那一側(cè)的3個(gè)非門串起來做接地處理。當(dāng)控制端輸出一系列固定頻率脈沖時(shí)，在壓電陶瓷型超聲波發(fā)射換能器UCM-40-T上就固定頻率的加正電壓和反電壓，發(fā)出大功率的超聲波，所得到的波形比其他方式效果更理想。

　　圖3 倒車?yán)走_(dá)超聲波發(fā)送模塊

　　超聲波接收電路如圖4所示。這是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的一個(gè)難點(diǎn)。壓電陶瓷型超聲波接收器 UCM-40-R 接收反射的超聲波轉(zhuǎn)換為40kHz毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，需要經(jīng)過放大、處理、才能用于觸發(fā)單片機(jī)中斷。一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲂盘?hào)微弱，由于反射條件不同，需要放大倍數(shù)的范圍大約是100～5000，另一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲎杩馆^大，需要高輸入阻抗的多級(jí)放大電路，而高輸入阻抗容易接收干擾信號(hào)。通常采用兩種方案：一是采用運(yùn)算放大器組成多級(jí)選頻放大電路；二是采用專用的集成前置放大器。第一種方案容易產(chǎn)生自激振蕩，要使接收電路達(dá)到很好靈敏度和抗干擾效果，電路的調(diào)試是較困難的。本系統(tǒng)采用專用的集成電路前置放大器 CX20106，它由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器、整型電路組成。其中前置放大器具有自動(dòng)增益控制功能，可以保證在超聲波傳感器接收較遠(yuǎn)反射信號(hào)輸出微弱電壓時(shí)放大器有較高的增益，在近距離輸入信號(hào)強(qiáng)時(shí)放大器不會(huì)過載。調(diào)節(jié)芯片引腳5的外接電阻R3，將它的濾波器的中心頻率設(shè)置在 40kHz，達(dá)到了很好的效果。當(dāng)接收到與濾波器中心頻率相符的信號(hào)時(shí)，其輸出引腳7輸出一個(gè)低電平，而輸出引腳7直接接到MSP430F2274的 P2.2上，以觸發(fā)中斷。

　　圖4 倒車?yán)走_(dá)超聲波接收模塊

　　圖5 倒車?yán)走_(dá)聲光報(bào)警電路圖

　　報(bào)警模塊采用簡(jiǎn)單的聲光報(bào)警電路，如圖5所示。先設(shè)定一個(gè)臨界值，當(dāng)車尾與障礙物的距離小于設(shè)定的最小距離時(shí)，紅色指示燈閃亮，綠色指示燈熄滅。單片機(jī)向其端口發(fā)出PWM脈沖，隨著距離的減小，通過控制PWM脈沖的占空比使閃光和蜂鳴的頻率加劇，以此來提示駕駛員。

　　圖6 倒車?yán)走_(dá)通信接口電路圖

　　通信接口電路如圖6所示。采用美信的MAX3232芯片，外圍電路非常簡(jiǎn)單，只需要5個(gè)0.1μF的電容器。該電路把單片機(jī)串口輸出信號(hào)隔離變換成 RS-232信號(hào)發(fā)送到汽車總線上，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的通信。

　　圖7 倒車?yán)走_(dá)鍵盤顯示電路圖

　　鍵盤和顯示電路如圖7所示，由鍵盤和液晶顯示兩部分組成。其中鍵盤采用獨(dú)立式按鍵，有3個(gè)按鍵，一個(gè)設(shè)置鍵、一個(gè)上翻鍵、一個(gè)下翻鍵?？梢赃M(jìn)行報(bào)警值、工作方式、時(shí)鐘等各個(gè)參數(shù)的設(shè)置。液晶顯示電路采用ZJM12864BSBD這款低功耗的點(diǎn)陣圖形式LCD，顯示格式為128點(diǎn)（列）&TImes;64點(diǎn)（行），具有多功能指令，容易使用，可實(shí)時(shí)的顯示時(shí)鐘、距離和報(bào)警提示信息，方便直觀。

　　TOP9 基于ADAS嵌入式導(dǎo)航儀電路設(shè)計(jì)

　　北斗基帶芯片處理模塊及電路

　　北斗基帶芯片采用的是HwaNavchip-1芯片，可快速捕獲北斗系統(tǒng)B1和B3頻點(diǎn)的精密測(cè)距碼和北斗／GPS衛(wèi)星的普通測(cè)距碼，具有較快的捕獲速度、極高的動(dòng)態(tài)跟蹤范圍和測(cè)量精度，通過串口輸出標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制或NMEA-0183格式的信號(hào)，數(shù)據(jù)被傳送到解析程序進(jìn)行驗(yàn)證處理，計(jì)算出位置信息，并在液晶顯示器上進(jìn)行顯示。這部分電路的主要工作原理和過程是將射頻信號(hào)經(jīng)過下變頻成為模擬中頻信號(hào)再通過A／D轉(zhuǎn)換得到導(dǎo)航信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過基帶處理模塊和導(dǎo)航信息處理模塊捕獲、跟蹤、解算得到輸出的導(dǎo)航信息。A／D轉(zhuǎn)換和射頻前端電路分別如圖3、4所示，北斗基帶芯片部分電路如圖5所示。

　　底板硬件電路

　　彩色液晶屏接口及觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路

　　S3C2440A內(nèi)置有液晶控制器，可以支持最大256 k色TFT彩色液晶屏、最大4 k色STN彩色液晶屏。彩色屏上帶有觸摸屏（為四線電阻式觸摸屏），用于檢測(cè)屏幕觸摸輸入信號(hào)，有利于提高人機(jī)交互的友好性。在使用的時(shí)候，需要一套切換控制及ADC轉(zhuǎn)換電路，用于切換觸摸屏的X、Y軸輸入，并進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。接口與觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。

　　TOP10 USB接口電路設(shè)計(jì)

　　S3C2440A具2兩個(gè)USB Host控制器和1個(gè)USB Device控制器，本設(shè)計(jì)只使用了DN0、DP0引腳作為唯一的下行口，為此還設(shè)計(jì)了1個(gè)USB集線器電路．通過集線器可以方便對(duì)USB下行口進(jìn)行擴(kuò)展，USB集線器芯片采用的是MICRO公司的AU9254。用于電子海圖、導(dǎo)航定位軟件更新，導(dǎo)航數(shù)據(jù)下載保存等。電路連接如圖7所示。

　　RS-422接口電路

　　目前船舶駕駛臺(tái)導(dǎo)航設(shè)備均采用RS-422接口進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS-232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信，采用全雙工通信模式，差模傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，能給ECDIS和雷達(dá)等導(dǎo)航設(shè)備提供實(shí)時(shí)北斗導(dǎo)航定位信息。電路如圖8所示。

　　電源電路

　　本系統(tǒng)使用的電源電路圖9所示，5 V的電源經(jīng)過C46、C48和C49濾波后，由兩片低壓差電源芯片將電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3．3 V電源，分別給主板供電（電路圖中VDD33）和給核心板供電（電路圖中PVDD33）。

　　本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)為三星公司的S3C2440A微處理器。S3C2440A的核心處理器（CPU）是一個(gè)由Advanced RISCMacllines有限公司設(shè)計(jì)的16／32為ARM920T的RISC處理器。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU、AMBA、BUS及Harvard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache。每個(gè)都是由8字節(jié)的行組成。通過提供一整套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，S3C2440A減少整體系統(tǒng)成本和無需配置額外的組件。
電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評(píng)分析：

　　在過去的幾年中，高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)的市場(chǎng)已經(jīng)開始蓬勃發(fā)展。目前，以舒適性為導(dǎo)向的系統(tǒng)（如ACC）主要應(yīng)用在中級(jí)或豪華轎車上。未來，這些系統(tǒng)將會(huì)被涵蓋到安全系統(tǒng)當(dāng)中，并且在經(jīng)濟(jì)型轎車中得以應(yīng)用。

　　但是，高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)的發(fā)展不應(yīng)該僅僅被視為一個(gè)技術(shù)問題，其中包括很多與司機(jī)之間的影響，以及和車輛結(jié)構(gòu)之間的影響關(guān)系。這就使得系統(tǒng)需求的方法是非常復(fù)雜和重要的。西門子VDO汽車公司通過pro.pilot網(wǎng)絡(luò)將自己視為一個(gè)系統(tǒng)集成者，更有效地來迎接挑戰(zhàn)。

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