一種卡車(chē)語(yǔ)音報(bào)警器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車(chē)電子
技術(shù)方案與實(shí)用技巧
20世紀(jì)40年代，汽車(chē)診斷雖然應(yīng)用一些簡(jiǎn)單的測(cè)試儀表，但主要還是靠人的直觀檢查和判斷。從50年代開(kāi)始，陸續(xù)研制成多種能進(jìn)行汽車(chē)技術(shù)狀況綜合診斷的設(shè)備，從而導(dǎo)致專(zhuān)門(mén)汽車(chē)診斷工段或診斷站的建立。日本、英、美等國(guó)家還確定了對(duì)汽車(chē)作年度或定期監(jiān)督檢驗(yàn)的制度，并規(guī)定了具體的檢驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容。70年代中期又相繼出現(xiàn)了半自動(dòng)診斷系統(tǒng)和全自動(dòng)診斷系統(tǒng)。在備有全自動(dòng)診斷系統(tǒng)的汽車(chē)上，設(shè)有中心診斷插座，利用電子計(jì)算機(jī)控制測(cè)試設(shè)備，由車(chē)內(nèi)自檢電路得到檢驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示評(píng)價(jià)。這種診斷方法已進(jìn)入實(shí)用階段。
我們?cè)O(shè)計(jì)的基于CAN總線技術(shù)的卡車(chē)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)能給汽車(chē)乘員提供一個(gè)安全的駕乘環(huán)境。該語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)采用了摩托羅拉公司的M68HC908GZ16微控制器，該微控制器尺寸小，資源齊全，具有很高的性?xún)r(jià)比。
CAN總線位定時(shí)
CAN總線采用同步串行通信方式，數(shù)據(jù)流中的字符與字符之間、字符內(nèi)部的位與位之間都同步，這就要求收/發(fā)雙方必須以同步時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。要在相當(dāng)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流中保持位同步，接收端必須能識(shí)別每個(gè)二進(jìn)制位是從什么時(shí)刻開(kāi)始的，這就是位定時(shí)。通常為保證接收器時(shí)鐘和發(fā)送器時(shí)鐘嚴(yán)格一致，采用接收器通過(guò)解調(diào)器從數(shù)據(jù)流中提取同步信號(hào)，或者接收器和發(fā)送器使用統(tǒng)一的時(shí)鐘的方法。但是即便這樣，仍然很難解決總線傳輸延時(shí)問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，CAN總線的位定時(shí)改進(jìn)了位編碼/解碼。
CAN總線位定時(shí)由4部分組成：同步段（SYNC_SEG）、傳播段（PROP_SEG）、相位段1（PHASE_SEG1）和相位段 2（PHASE_SEG2）。同步段用于同步總線上的各節(jié)點(diǎn)，在此段等待一個(gè)跳邊沿；傳播段用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物理延遲時(shí)間；相位段1及相位段2用做補(bǔ)償相位誤差。在采樣點(diǎn)讀總線電平。
M68HC908GZ16微控制器（見(jiàn)圖1）中內(nèi)置CAN控制器，提供了波特率控制寄存器；SJW（重同步跳轉(zhuǎn)寬度）決定了一次重同步期間一個(gè)位時(shí)間被延長(zhǎng)或縮短的時(shí)間量子；BRP為波特率預(yù)分頻系數(shù)；Spl（采樣模式位）決定對(duì)有效位采樣的次數(shù)。
圖1 MC68HC908GZ16的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
位定時(shí)主要用于定義CAN總線通信的速率，對(duì)同一總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)定義同一種通信速率，否則無(wú)法進(jìn)行通信聯(lián)系。CAN控制器的總線工作頻率計(jì)算公式如下：
式中：BRP為系統(tǒng)預(yù)分頻因子，它在TSEG1域中的取值范圍為0～63；TSEG1、TSEG2的值由位定時(shí)寄存器編程決定，并滿足 1≤TSEG1≤7，2≤TSEG2≤15。報(bào)警器中位定時(shí)的設(shè)置，定義通信頻率為250KB/s。設(shè)定 DSC="BRP"=1，TSEG1+TSEG2=5，系統(tǒng)晶振頻率為8MHz，即XTAL=8MHz，CAN通信頻率由上式計(jì)算得到250KB/s。
最后位定時(shí)設(shè)置結(jié)果為：BRP=1，TSEG2=2，TSEG1=3。
圖2 語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)概述
該卡車(chē)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：成本低；功能強(qiáng)大；適用于日常應(yīng)用；能夠應(yīng)用于各類(lèi)車(chē)輛。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能：利用CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)卡車(chē)故障碼的接收；二，通過(guò)識(shí)別CAN系統(tǒng)傳過(guò)來(lái)的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理得到相應(yīng)的語(yǔ)音提示，通過(guò)與語(yǔ)音芯片的連接實(shí)現(xiàn)相應(yīng)故障的語(yǔ)音播放報(bào)警。
該語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)以摩托羅拉公司的MC68HC908GZ16處理器為核心，并利用其豐富的接口擴(kuò)展使用了語(yǔ)音播放、CAN通信接口等外圍模塊，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加人性化。MC68HC908GZ16處理器具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1.豐富的硬件資源
MC68HC908GZ16為閃存型MCU，內(nèi)部擁有16K的FLASH存儲(chǔ)空間和1K的RAM存儲(chǔ)空間。內(nèi)部擁有鎖相環(huán)電路，能夠在使用低速晶振的情況下使總線頻率最高達(dá)到8MHz。同時(shí)擁有多達(dá)37個(gè)通用I/O口，可以方便地與其他外圍設(shè)備相連接。
圖3 卡車(chē)報(bào)警器電路原理圖
2.極強(qiáng)的抗擾能力
內(nèi)部集成了CAN控制器，利用CAN通信具有很強(qiáng)的抗干擾這一特點(diǎn)，保證了產(chǎn)品能夠在惡劣環(huán)境條件下高效而穩(wěn)定地運(yùn)行。
本設(shè)計(jì)采用CAN通信的方式完成卡車(chē)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
通過(guò)MC68HC908GZ16上集成的MSCAN08模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。利用C68HC908GZ16的I/O口，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中使用了市場(chǎng)上常見(jiàn)的ISD公司的ISD4002-120數(shù)碼語(yǔ)音芯片。該芯片采用3V直流供電，可以錄制并保存2min的語(yǔ)音信息。其采樣頻率為8kHz，信息分辨率可達(dá)200ms，能夠非常真實(shí)地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、聲調(diào)和效果音。
硬件設(shè)計(jì)
從圖3可以看出，卡車(chē)報(bào)警器電路主要由三部分構(gòu)成：微控制器MC68HC908GZ16（內(nèi)部集成的MSCAN08模塊）、語(yǔ)音芯片 ISD4002和CAN總線收發(fā)器TLE6250、ZJYS.微控制器負(fù)責(zé)MSCAN08模塊的初始化，通過(guò)CAN模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。 CAN通信控制模塊主要完成CAN的通信協(xié)議。CAN控制模塊可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，適用于汽車(chē)及一般的工業(yè)環(huán)境。利用CAN通信不但可以減少導(dǎo)線連接，而且能增強(qiáng)診斷和監(jiān)控能力。
CAN收發(fā)器TLE6250用于提供對(duì)總線差動(dòng)發(fā)送和接收的驅(qū)動(dòng)能力，具有輸出信號(hào)CANH和CANL的最佳匹配、電磁輻射更低、無(wú)待機(jī)模式等優(yōu)點(diǎn)。CANH和CANL與地之間并聯(lián)兩個(gè)25PF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作用。
軟件描述
軟件編程主要實(shí)現(xiàn)兩大功能：利用總線進(jìn)行故障碼接收；通過(guò)轉(zhuǎn)換故障碼實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的語(yǔ)音故障報(bào)警。語(yǔ)音播放根據(jù)其功能設(shè)計(jì)，整個(gè)程序大部分操作在主程序中完成，而CAN接收是在中斷中完成。
評(píng)論