【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 率計(jì)數(shù)；當(dāng)紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)停止計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。通過(guò)編程，單片機(jī)自動(dòng)處理，用脈沖的周期 T 乘以脈沖數(shù) n 就得到發(fā)射紅外線到接收紅 外線的時(shí)間差 t，即： nTt? （式 32） 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 XII 頁(yè) 式代入（ 31）式就得測(cè)量距離。 圖 紅外測(cè)距原理圖 紅外測(cè)距子系統(tǒng)框圖 紅外測(cè)距子系統(tǒng)可分為 CAN 模塊、紅外測(cè)距處理模塊、報(bào)警模塊等三部分組成。各模塊要實(shí)現(xiàn)的功能分別是： CAN 模塊是負(fù)責(zé)把當(dāng)前的車(chē)距數(shù)據(jù)發(fā)送給汽車(chē)的主控器；紅外測(cè)距處理模塊是通過(guò)發(fā)射一 定頻率的紅外信號(hào)，當(dāng)紅外接收管接收到反射回來(lái)的紅外信號(hào)時(shí)使 CPU 轉(zhuǎn)到中斷，并通過(guò)一定的控制算法計(jì)算出當(dāng)前的車(chē)距；報(bào)警模塊是實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的，當(dāng) CPU 判斷出當(dāng)前的車(chē)距小于安全車(chē)距時(shí)就發(fā)出聲音信號(hào)，可提醒駕駛員采取相應(yīng)的措施。子系統(tǒng)框圖如圖 所示。 d s P I C 3 0 F系 列 單 片機(jī)紅 外 發(fā)射 管紅 外 接收 管C A N模 塊前車(chē)解 碼 處理 電 路報(bào) 警 電 路 圖 紅外測(cè)距子系統(tǒng)框圖 主控制單元子系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 主控制單元子系統(tǒng)所要完成功能是接收距離信息采集單元發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷目前行車(chē)的安全狀況，同時(shí)把處理結(jié)果發(fā)送給制動(dòng)和油門(mén)子系統(tǒng)。結(jié) 合實(shí)際情況，在此該系統(tǒng)可分為 CAN 模塊和標(biāo)準(zhǔn)通信模塊， CAN 模塊是接收 CAN 節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的車(chē)距數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)通信模塊的功能是為上位機(jī)提供通信接口，當(dāng)上位機(jī)需要車(chē)距數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)該模塊獲取數(shù)據(jù)。該子系統(tǒng)采用了 CAN 總線通訊，主控單元子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 所示。 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 XIII 頁(yè) d s P I C 3 0 F系 列 單 片機(jī)C A N模 塊標(biāo) 準(zhǔn) 通信 模 塊 圖 主控制單元子系統(tǒng)框圖 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)初期，根據(jù)題目的要求確定了該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)兩功能，測(cè)距功能和 CAN 總線通信功能。考慮到該系統(tǒng)是要應(yīng)用在汽車(chē)上的，確定了 使用兩控制器來(lái)完成該系統(tǒng)的功能，一個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)紅外傳感器測(cè)距的處理，相當(dāng)于 CAN 總線的節(jié)點(diǎn)，另外一個(gè)控制器模擬汽車(chē)的主控器，兩控制器之間就需要 CAN 總線實(shí)現(xiàn)通信連接。 在本次設(shè)計(jì)中選用的是 Microchip公司生產(chǎn)的 DSPIC30F4012高性能 16 位數(shù)字信號(hào)控制器，主要使用了它的 CAN 模塊，定時(shí)器，輸入捕捉模塊， I/O 端口， 10 位 AD 轉(zhuǎn)換器， UART 模塊等 6 個(gè)外設(shè)模塊。紅外測(cè)距子系統(tǒng)可分為 CAN 模塊、紅外測(cè)距模塊、報(bào)警模塊，而主控制單元子系統(tǒng)可分為 CAN 模塊和標(biāo)準(zhǔn)通信接口模塊。設(shè)計(jì)電路時(shí)將電路劃 分成不同功能的小模塊，這樣設(shè)計(jì)思路比較清晰，對(duì)后面的調(diào)試也比較方便。在后面的各節(jié)中將詳細(xì)介紹各模塊的硬件電路的設(shè)計(jì)思路和所實(shí)現(xiàn)的功能。設(shè)計(jì)總電路圖（見(jiàn)附錄一）。 電源電路的設(shè)計(jì) 在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源的組成可以用圖 表示，它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 XIV 頁(yè) 低壓交流電源整流電路 濾波電路電壓調(diào)整電路輸出比較控制 反饋網(wǎng)絡(luò)參考基準(zhǔn)電路 圖 直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖和穩(wěn)壓過(guò)程 如圖 所示電路為輸出電壓 +5V、輸出電流 的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器 T，橋式整流 橋 D1，濾波電容 C1，防止自激電容 C2 和一只固定式三端穩(wěn)壓器 (7805)極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的。 220V 交流市電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓 ，再經(jīng)過(guò)橋式整流 橋 D1 和濾波電容C1 的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 VIN 和 GND 兩端形成一個(gè)并不 分穩(wěn)定的直流電壓 (該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變 化 )。此直流電壓經(jīng)過(guò) LM7805 的穩(wěn)壓 后便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器LM7805 是 一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件 。 D1Bridge1100uF/50VC1T1Trans Eq100pFC2VIN VOUTGNDVDD~220LM7805AC/TC220 圖 電源電路圖 CAN 模塊的硬件設(shè)計(jì) 為保護(hù)芯片 PCA82C250，在電源輸入部分加磁珠 ，因?yàn)榇胖榭捎脕?lái)消除疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分 ，專(zhuān)用于抑制電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾 ，還具有吸 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 XV 頁(yè) 收靜電脈沖的能力 。其電路圖如圖 所示。而電路中的 C2 和 C4 是對(duì)電源具有濾波作用。 C2104C4104CZ10VDDGNDVCCK 圖 PCA82C250 芯片供電電路圖 C1TX 和 C1RX 是 DSPIC30F4012 單片機(jī)的 CAN1 總線的接收和發(fā)送引腳， C1TX 直接與PCA82C250 的 TXD 連接，而 C1RX 是發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的則需要接一個(gè)限流電阻 R6 后才能與PCA82C250 的 RXD 連接。 RS 引腳是通過(guò)外部電阻 R3 選擇高速、斜率控制或待機(jī)模式。其電路圖如圖 所示。電路中的電阻 R4， R5 是 CAN 總線的終端匹配電阻，電容 C3 是起到濾波的作用。 C1TXC1RXGNDR320KR4Comment: 60R560TXD1GND2VCC3RXD4Vref5CNAL6CANH7RS8U2PCA82C250VCCKGND CANH1CANL1C3102R61K 圖 CAN 驅(qū)動(dòng)硬件電路圖 紅外測(cè)距模塊硬件設(shè)計(jì) 紅外測(cè) 距傳感器介紹 紅外發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分的發(fā)射元件為紅外發(fā)光二極管，它發(fā)出的是紅外線而不是可見(jiàn)光，如圖 所示。 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 XVI 頁(yè) 圖 紅外發(fā)射管 圖 紅外接收管 常用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為 940nm 左右，外形與普通φ 5mm 發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。一般有透明、黑色和深藍(lán)色等三種。判斷紅外發(fā)光二極管的好壞與判斷普通二極管一樣的方法。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約 100mW。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率需用專(zhuān)用儀器測(cè)定，而業(yè)余條件下，只能憑經(jīng)驗(yàn)用拉距法進(jìn)行粗略判定。 接收 電路的紅外接收管是采用成品的一體化接收頭，如圖 所示。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。所以，有了一體化接收頭，人們不再制作接收放大電路，這樣紅外接收電路不僅簡(jiǎn)單而且可靠性大大提高。 圖 是常用的紅外接收頭的外形，有三只引腳，即電源正 (VDD)、電源負(fù) (GND)和數(shù)據(jù)輸出 (Out)。紅外接收頭的主要參數(shù)如下： 工作電壓： ～ 工作電流： ～ 接收頻率： 峰值波長(zhǎng)： 980nm 靜態(tài)輸出：高電平 輸出低電平：≤ 輸出高電平：接近工作電壓 其內(nèi)部框圖如圖 所示。 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 XVII 頁(yè) 圖 紅外接收管內(nèi)部框圖 紅外接收管的理想工作波形圖如圖 所示。 圖 紅外接收管理想工作波形圖 紅外測(cè)距硬件電路設(shè)計(jì) 紅外測(cè)距子系統(tǒng)首先利用定時(shí)器對(duì) I/O 口的輸出進(jìn)行控制，以此來(lái)產(chǎn)生 的頻率脈沖信號(hào)，當(dāng)接收到反射回來(lái)的紅外信號(hào)后產(chǎn)生一個(gè)低電平輸入到輸入捕捉引腳IC7，使單片機(jī)捕獲到紅外往返所使用的時(shí)間，再根據(jù)所捕獲到的時(shí)間乘以光速的一半就可得到當(dāng)前的車(chē)距。 （ 1）紅外發(fā)射電 路如圖 所示，通過(guò)設(shè)置單片機(jī)的 RB3 口輸出 的脈沖信號(hào)，這信號(hào)再經(jīng)三極管進(jìn)行放大來(lái)增加驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管的能力。 DS1LED11KR25Q1NPN1100R24SONIC_OUTVDDGND 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 XVIII 頁(yè) 圖 紅外發(fā)射電路 （ 2）紅外光接收和處理原理如圖 所示。 紅 外 接收 電 路信 號(hào) 放大 電 路檢 波 整形 電 路音 頻 鎖 相 譯碼 電 路 圖 紅外接收和處理原理圖 在紅外接收電路中，信號(hào)的放大、解調(diào)、整形由紅外遙控專(zhuān)用集成電路紅外一體接收頭完成。它只對(duì)頻率在 左右的紅外調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、整形輸出，當(dāng)沒(méi)有頻帶內(nèi)的信號(hào)輸入時(shí)，輸出信號(hào)始終為高電平，一旦收到指定的 信號(hào)，信號(hào)輸出低電平，該低電平將觸發(fā)輸入捕捉引腳 IC7，即捕獲到定時(shí)器所記下的時(shí)間。再根據(jù)時(shí)間計(jì)算當(dāng)前的車(chē)距。其電路圖如圖 所示。 GNDVDDSONIC_INOUT VCCGND 圖 紅外光接收電路圖 標(biāo)準(zhǔn)通信接口模塊 串口通信使用單片機(jī)的備用異步串口接收引腳 U1ARX 和備用異步串口發(fā)送引腳U1ATX。為了提高單片機(jī)輸入信號(hào)的噪聲容限增強(qiáng)抗干擾能力，在 U1ARX 信號(hào)經(jīng)限流電阻 R8 后接了上拉電阻 R7 和 U1ATX 的信號(hào)經(jīng)限流電阻 RR13 后接了上拉電阻 R12 來(lái)提高輸出電平。其電路圖如圖 所示。 四川科技職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 XIX 頁(yè) R8100R710KU1ARX RXKVDDR13100R1210KU1ATX TXKVDD 圖 上拉電阻的 電路圖 經(jīng)過(guò)上拉電阻后的信號(hào) RXK 和 TXK 送到滿足 RS422 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的 SP491E 芯片引腳 R和 D。而該芯片的使能引腳 REB 和 DE 分別通過(guò) 470 歐的電阻接地和接電源，使該芯片直接使能 RS422 通信。 RS422 數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式， A 和 B 作為共模模式的輸入信號(hào)，在被送到 SP491E 之前接了 D2 和 D3 兩二極管，以防輸入信號(hào)超過(guò)該芯片所能允許的最大電壓而把芯片燒壞，這兩二極管對(duì) SP491E 起到保護(hù)作用。 RS422 的硬件電路圖如圖 所示。 NC1R2REB3DE4D5GND6GND7NC8Y9Z10B11A12NC13VCC14U3SP491ETXKGNDVDDR9 470ΩR10 470ΩVDDG