（测试计量技术及仪器专业论文）多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计.pdf

摘要 摘要 随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，每年投入运行使用的汽车数量 在不断上升，相应的汽车驾驶人员的数量也在不断增加，全国各地开始实行电子 桩考。针对市面上销售的桩考仪通常都是对一个库操作，对于拥有多个场地的训 练场所来说，往往一个场地要搭配一套电子桩考仪，多台上位机，多个监考人员， 造成成本和人员需求较大的情况，为满足市场的不同需求，本课题开发出一种多 场地汽车电子桩考仪通信系统，在实现使用单台上位机进行多场地监控的同时， 进行上位机软件的编程，满足考生资料的判断、存储、打印等功能。 本课题已经顺利完成以下几部分内容： 1 桩考测控主机设计：测控主机监测汽车在考试过程中场地的情况，采集汽 车压线或撞杆信息，由无线数传模块将违规代码发送给测控辅机，并同时将这些 代码发送给上位机处理。 2 桩考车载辅机设计：车载辅机接收测控主机发送的违规状况代码，通过车 载辅机语音模块，使车载辅机在与主机实时通讯的同时实现语音提示功能，方便 驾驶员在驾驶期间听到汽车违规状态。 3 多台测控主机和上位机通信：将上位机的串口通过多串口卡的扩展后与各 台测控主机的串口相连，实现实时数据传输功能。 4 多场地微机监控管理平台设计：利用v i s u a lb a s i c 语言建立可视化界面， 将上位机接收到的测控主机的代码进行处理，实时显示各场地的考试状况，考试 结束后，保存过程信息到数据库并判断考试结果。 研发多场地监控的桩考仪器，使得多个场地可以同时发挥考试或练习的作 用，节约了排队等待的时间节省了人力物力，提高了练习和考试效率。 关键词：多库通信：语音模块；上位机 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h es o c i e t ya n dt h ei m p r o v i n gl e v e lo fp e o p l e sl i f e ， t h e r ea r ea m o u n to ft r a f f i cf o ru s ea n dt h en u m b e ro fd r i v e ri si n c r e a s i n g v e h i c l e s t a k et e s ts y s t e m sa r es p r e a d i n ga l lo v e rt h ec o u n t r y t h e yh a v es o m ed i s a d v a n t a g e s ， f o re x a m p l e ：m o s to ft h et i m e ；o n es e to fv e h i c l es t a k et e s ts y s t e mo n l yo p e r a t e so n e f i e l d f o rt h et r a i n i n gt e a m sw h oh a v em o r et h e nt w of i e l d s ，i fo n ef i e l dr e q u i r e s i n s t a l l i n go n es e to fv e h i c l es t a k et e s ts y s t e m ，t h e nt l l e yn e e dm o r ec o m p u t e r st ou s e ， m o r ep e o p l et oo p e r a t et h ec o m p u t e r s ，i ti saw a s t eo fm o n e ya n dw o r kf o r c e i no r d e r t os a t i s f yt h ed i f f e r e n td e m a n d so ft h em a r k e t ，w ed e s i g nm u l t i - f i e l dv e h i c l es t a k e t e s ts y s t e mw h i c hi sb a s e do ne m b e d d e ds y s t e m t h i se q u i p m e n tr e a l i z e st h e f u n c t i o nt h a to n ec o m p u t e rc o n t r o lm o r et h a nt w of i e l d s a n dw eu s ev i s u a lb a s i ct o p r o g r a m ，r e a l i z i n gt h en e e df o rj u d g i n g ，d e p o s i t i n g ，p r i n t i n gt h er e s u l t so f t h et e s t i nt h ec o u r s eo fe x p l o i t a t i o n ，w em a i n l yh a v ec o m p l e t e dm i s s i o n sb e l o w ： 1 c o m p l e t et h ed e s i g no fh o s tm a c h i n e ：t h em a i nf u n c t i o no fh o s tm a c h i n ei s d e t e c t i n gt h ec o m p l e x i o no ft h es t a k et e s t ；c o l l e c t i n gt h ei n f o r m a t i o no ft h ep r e s s i n g a n db u m p i n g ；a n a l y z i n gt h ed a t ai nt h em c u ；s e n d i n gt h ec o d e st oa s s i s t a n tm a c h i n e f o rs e n d i n gt h ep r e s s i n g ，b u m p i n go rr e g u l a rs t a t u s ，a tt h es a m et i m e ，t h ed a t ai ss e n t t ot h eu p p e r c o m p u t e r 2 c o m p l e t et h ed e s i g no fa s s i s t a n tm a c h i n e ：t h em a i nf u n c t i o no fa s s i s t a n t m a c h i n ei si n c e p t i n gt h ec o d e f r o mt h eh o s tm a c h i n e ；u s i n gt h es e n s o r sa n dt h e s i g n a l so f t h ec a r sa p p e a r a n c ef o rd e t e c t i n gt h ec a r ss t a t u sw h i c hi sg o i n ga h e a d ， b a c k i n go f f , s h u r i n gd o w no rf l a m e o u t , s e n d i n gt h ec a r ss t a t u sc o d et oh o s tc o n t r o l e q u i p m e n t w ed e s i g ns o u n ds y s t e m ，r e a l i z i n gs o u n dp r o m p t ，s ot h ed r i v e r sc a n h e a r t h es t a t u sr e a lt i m ed u r i n gt h ep r o c e s so ft e s t 3 c o m m u n i c a t i o no fs e v e r a lh o s tm a c h i n ea n du p p e rc o m p u t e r s e r i a l c o m m u n i c a t i o nm o d u l e sa r eu s e db e t w e e nt h eu p p e rc o m p u t e ra n dt h eh o s tm a c h i n e s 4 m a n a g ei n t e r f a c eo nu p p e rc o m p u t e r ：v i s u a lb a s i cl a n g u a g ei s u s e df o r p r o g r a ms y s t e m sm a n a g ei n t e r f a c e p e o p l ec a l l s e et h ep r o c e s so ft h et e s to nt h e 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 i n t e r f a c e ，t h e nf i n a l l yt h er e s u l t sw i l lb ep r i n t e d ，a n dt h ed a t ag e n e r a t e di nt h ew h o l e p r o c e s sw i l lb es a v e di nt h ee x a m i n e ed a t a b a s e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es o f t w a r ea n dt h eh a r d w a r ed e s i g no fm u l t i f i e l ds e r i a l c o m m u n i c a t i o n t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eh a sa p p l i e da n dr u nr e l i a b l y t h ed e s i g n c a l lr e a l i z et h ed e m a n dt h a tm o r ec a r sc a nb et r a i n e da n dt e s t e da tt h es a m et i m e ； a u t o m a t i o nf e a t u r e sa n dh i g h l ye f f i c i e n ti se m b o d i e d ，l o w e rt h es y s t e mc o s t ，h a s d e f i n i t es i g n i f i c a n c e k 呵w o r d s ：s y s t e mc o m m u n i c a t i o no fs e v e r a lf i e l d s ；s o u n dm o d u l e ；u p p e rc o m p u t e r 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。 本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明 确方式标明。本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任。 声明人( 签名) ：黑目 呻年占刖日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大 学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电 子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学 校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索， 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适 用本规定。 本学位论文属于 1 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( v ) ( 请在以上相应括号内打“ ) 作者签名：譬目 导师签名：卜阳吒 日期：叩年6 月f 日 日期：1 年月t 曰 第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论 近年来，我国道路交通事故频发，为了加强道路交通安全工作，保障人民 群众的生命财产安全，维护广大人民根本利益，规范驾驶员考试制度，2 0 0 4 年 4 月3 0 日公安部令第7 l 号发布机动车驾驶证审领和使用规定，明确规定了 科目一、二、三的考试内容及合格标准，其中科目二为汽车倒桩考试，之后全 国各地机动车驾驶证科目二考试已经开始实行电子桩考。本课题旨在开发能实 现使用单台上位机进行多场地监控的汽车电子桩考仪。 1 2 桩考仪发展现状 1 2 1 桩考仪简介m 一桩考仪规定 在我国，有关机动车( 汽车) 驾驶员考试的法规存在已久。9 6 年公安部颁 布的中华人民共和国机动车驾驶员考试办法进一步明确规定了机动车驾驶 员考试的内容，方法和过程。按照机动车驾驶员考试法规的要求，考试共有三 个科目：交通法规和相关知识的考试( 科目一) ，桩考( 科目二，又称场地驾驶) ， 道路驾驶( 科目三) 。桩考是在一个固定的t 型场地中进行，场地如图1 1 所示， 场地中预先画出以实线表示的边界线，另外在a ，b ，c ，d ，e ，f 六处各设立一 根测试杆，构成甲、乙两个车库。 场地的尺寸要求是： 1 桩长为两倍的车长，前驱动车加5 0 厘米。 2 桩宽：大型车为车宽加7 0 厘米，小型车为车宽加6 0 厘米。 3 路宽是车长的点五倍。 考试规则： 1 行车路线：汽车从图中的起点倒入乙库停止，再二进二退移位到甲库停止。 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 前进穿过乙库至路上，倒车通过甲库出库。 2 考试要求：未出现下列情形的科目二考试合格： ( 1 ) 不按规定线路、顺序行驶； ( 2 ) 碰擦桩杆； ( 3 ) 车身出线； ( 4 ) 移库不入； ( 5 ) 在不允许停车的行驶过程中停车两次； ( 6 ) 发动机熄火。 i 广一 一一：陬1 了。弋 广一一、r r 3 号赫 i 、- 7、2 号世，、1 号糕 i 逸 i 7 i l 、 i 饺长 ， 6 号艟 j i 、，、5 号据? 号艟l 起点 乙库 甲库 0 桩位边线一前进线 一 倒车线 图1 - 1 桩考场地图 二检测方法 检测方法分为人工检测法和自动桩考法。 人工检测法是传统的检测方法。桩考时，检测人员在考场边上目测考车的 位置并即时做出判断。然而由于检测人员所处的位置、角度的不同，经常产生 误判、漏判、错判，给今后交通安全留下了严重隐患。 自动桩考法是近年来发展起来的新技术，其原理如图1 2 所示。 2 第一章绪论 s s s 3 o s 2 o s l o 图l - 2 自动桩考示意图 桩考场地上安装由激光器收发装置组成的七条检测考车车身压线的光路。桩考 时通过激光的发射与接收判断汽车是否处于违规的位置。测试杆上安装传感器 来检测汽车是否碰杆。自动桩考仪的优点是可以有效的克服人工检测的主观性， 减少工作人员误判、错判的现象产生。 1 2 2 桩考仪现状分析 随着7 1 号令发布，全国各地驾驶学校和培训队需要对招收学院进行电子倒 桩考试培训，各种电子桩考设备也应运而生。目前国内市场上已开发并投入使 用的汽车电子汽车桩考仪具体如北京理工伟业科教设备有限公司l g 2 0 0 0 型汽 车驾驶电子倒桩仪、北京创高达科教仪器有限公司c g d 3 0 0 0 系列电子汽车倒 桩仪、上海育联科教设计的2 0 0 型系列电脑红外线监控桩考系统、上海良于科 教设备有限公司生产的t z g a 4 型全自动电脑变库机动车驾驶员桩考仪系统等 等。 这类桩考仪器一般都采用视频图像识别考车行车轨迹、计算机记录全过程 实时录像、运用光电传感器检测考车压线和撞杆、运用振动传感器判断考车状 态、运用无线传送各类数据等高新技术，对考试过程中出现的各种违规情况， 计算机自动判断并语音提示，彻底排除了人为因素，保证了考试手段的权威性， 3 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 符合公安部关于电子桩考通过条件的标准。这类电子桩考仪完全模拟了驾驶倒 桩考试，使学员逐步适应考试，降低了实际参加考试的紧张感。 上述这类电子桩考仪存在这些问题： l 某些便携式桩考仪只有测控主机和车载辅机，没有上位机，对考试场地 的观察不够直观，并没有数据库存储考生信息，违规状况，分析成绩等功能。 2 辅机不具备语音提示功能，驾驶员在汽车内不能实时的得知自己的考试 状态。 3 这类桩考仪通常都是针对一个库操作，对于拥有多个场地的训练场所来 说，往往一个场地要搭配一套电子桩考仪，多台上位机，多个监考人员，造成 成本和人员需求较大的情况。 1 3 本课题主要工作内容 l 桩考仪器主机设计 设计测控主机监测汽车在考试过程中场地的情况，采集汽车压线或撞杆信 息，输入单片机中进行分析处理，由无线数传模块将违规代码发送给测控辅机， 并能实现同时将这些代码发送给上位机处理的功能，选用c 语言进行软件编程。 2 桩考仪辅机设计 车载辅机接收测控主机发送的违规状况代码，通过传感器和汽车上的各类 信号实时检测汽车“前进 、“后退 、“停车 和“熄火”等行驶状态，并且同 时将汽车状态代码发送回测控主机处理。 设计车载辅机语音模块，使车载辅机在与主机实时通讯的同时实现语音提 示的各种功能，方便驾驶员在驾驶期间听到汽车违规状态。同样使用c 语言进 行程序编写。 3 多台主机和上位机通信的实现 将上位机的串口通过多串口卡的扩展后与各台测控主机的串口用 r s 2 3 2 总线相连并通过相关协议通信。 4 多场地微机监控管理平台设计 利用v i s u a lb a s i c 语言建立可视化界面，同时将上位机接收到的测控主机 4 第一章绪论 的代码进行处理，实现实时显示各场地的考试状况，调用考生资料的数据库， 考试结束后，保存过程信息并判断打印考试结果等功能。 1 4 章节安排 本论文的章节安排： 第一章简要介绍了汽车电子桩考仪的现状和发展情况并指出本论文的主要 工作内容； 第二章介绍了多场地桩考仪的总体结构； 第三章介绍了测控主机设计以及多台测控主机和上位机的连接通讯方法； 第四章介绍了车载辅机的设计和与主机通信的问题，重点是语音模块的设 计； 第五章详细介绍了上位机管理软件的设计过程； 第六章为调试，介绍了主机辅机间的通信调试，车载辅机的语音模块的调 试，上位机管理软件的调试； 第七章对工作进行总结，指出下一步研究的方向和重点。 5 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 第二章多场地汽车桩考系统结构 一套多场地汽车电子桩考系统包括每个场地的桩考仪、通信系统和上 位机监控管理系统三大部分。本章介绍多场地桩考仪总体结构和各部分间 的通信结构设计。在三、四、五章分别阐述各部分的具体设计。 2 1 多场地桩考系统结构 每个场地的桩考仪包括测控主机和车载辅机、考车压线红外检测装置、考 车碰杆检测装置、考车状态信号检测装置及控制机构、场地桩位系统和机械机 构等。以三个场地为例，系统的总体结构如图2 - 1 所示，其中每个场地部 分的库线监测系统由七对红外线传感器组成，用来检测汽车是否压线；撞杆检 测系统由六个磁接近开关组成，用来检测汽车是否撞杆，所有检测信号均输入 到测控主机。 图2 1 系统结构图 各场地的测控主机将采集到的撞杆、压线等信号，发送给对应的车载辅机， 6 第二章多场地汽车桩考仪结构 由各车载辅机根据情况进行语音提示。各车载辅机采集到的汽车状态信号，又 传送回测控主机处理，各台测控主机再将代码传送到一台上位机进行直观的检 测和判断，并对所有场地的犯规动作，进行自动报警显示。建立数据库，对考 生的信息进行储存和管理。 2 2 多场地桩考系统通信结构 系统的通信结构如图2 - 2 所示。 p c 机 r s 2 3 2 多串口卡 c o m l l ic o m 2 c o m l c o m 3 r s 2 3 2l li l r s 2 3 2 l li l r s 2 3 2 测控主机1 r s 2 3 2 数传 2 2 1 主机辅机通信幻啪 测控主机2 厂一 _ jr s 2 3 2 数传 图2 - 2 系统通信结构图 测控主机3 r 1 。一 jr s 2 3 2 数传 在本课题的设计当中，由于测控主机是固定在控制室中，而测控辅机即车 载机是安装在汽车上的，汽车在考试过程中处于不断地运行状态。为了使处于 控制室的监控人员和处于车内的驾驶人员都能实时观察到汽车的运行过程，必 7 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 须使用无线通信。 本课题采用f c 一2 0 1 e 系列无线数传电台进行无线通信。当汽车撞杆或者压 线，主机单片机进入杆或者线中断服务程序完成杆或线号数的判断之后，通过 串口将撞几号杆的杆代码或者压几号线的线代码传送给无线数传电台，无线数 传电台将代码发送出去，之后等待车载机接收完毕后发送回汽车状态代码。 2 2 2 主机上位机通信 主机和上位机之间采用r s 2 3 2 串行通信，上位机通过多串口卡的扩展与 各台测控主机连接，本系统的设计中，测控主机只有发送数据到上位机的功能， 不从上位机接收代码。 8 第三章测控主机的设计及其与上位机的通信 第三章测控主机的设计及其与上位机的通信 本章具体介绍了单台测控主机设计及其同时与上位机、车载辅机连接通信 的方法，以及多台测控主机与上位机的连接通信方法，并简述测控主机的软件 编程。 3 1 测控主机结构 各台测控主机监测汽车在考试过程中场地的情况，采集汽车压线或撞杆信 息，输入单片机处理，在由无线数传模块将违规状况发送给相应测控辅机的同 时，也将代码发送给上位机处理。 由测控主机的结构图3 1 ，可以看出，6 路磁接近开关信号和七路光电开关 信号经光耦后通过一定的硬件逻辑后接入w 7 7 e 5 8 单片机丽( p 3 2 ) 和 j，1【。【。哥 早上圈一 i 。”一一i 一 7 i _ 圈一 蜀上骨 7 i 路并关圭输入( q 4 0 s e 妇。弹嗽d 图3 - 1 测控主机结构图 祈i ( p 3 3 ) 中断口。锁存器将相应开关量输入到w 7 7 e 5 8 的i o 口p 0 口，以 便单片机进行分析处理。测控主机通过串口p 3 0 ( r x d ) 和p 3 1 ( t x d ) 与无 线数传模块相连，从而实现同测控辅机的通信。而w 7 7 e 5 8 的p 1 2 p 1 3 口作为 另一个串行口，将数据传送给上位机。 9 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 3 2 主机处理芯片w 7 7 e 5 8 m 嘲 测控主机选用w 7 7 e 5 8 芯片作为主机处理芯片，w 7 7 e 5 8 是增强型 m c s 5 1 系列单片机，它与标准的m c s 5 1 系列单片机指令和基本功能均兼容， 而且在标准的m c s 5 1 系列单片机基础上扩充了很多新的功能。如：通过s f r ( 特殊功能寄存器) 的设置完成一个单指令仅需要4 个时钟周期，而标准 m c s 5 1 系列则需要1 2 个时钟周期；w 7 7 e 5 8 的工作时钟频率最大可达4 0 m h z ， 因此加快了指令运行速度；片内有3 2 k 可多次擦除的r o m 和l k r a m ，使用户 在使用时不用扩展程序存储器和数据存储器，这样可节省较多的i o 接口线； 双数据指针的使用更方便了用户；增加的中断源使用户更方便利用中断系统， 节约了很多扩展芯片，运算速度和可靠性都明显提高。通过以上特点，可以看 出w 7 7 e 5 8 确实是一个难得的，功能强大的微处理器产品，尤其特别适合对存 储器资源有一定要求和对软件运行速度有特别要求的场合，由于它与国内目前 使用最广泛的8 0 5 1 系列产品兼容，用户使用时不必重新花时间去学习其指令系 统，前期也不必在开发方针装置上重新投资，就可以利用原有开发方针装置对 其大部分功能进行直接仿真开发，有些功能进行间接开发。需要提高原有设计 系统的运行速度时，除了需要修改有关靠软件定时的指令，其他几乎不用做任 何修改，就可以直接替换8 0 5 1 系列使用。图3 2 是w 7 7 e 5 8 管脚图，管脚描述 见。表3 1 。 v 阳a l 镕 阳 d p 的 d 童 ，屯3 棚 p e _ 1 奇i p 0 5 0 5 p o a 勰 p o j d 7 a l 芝 p s n p z 与 p 2 p z & 儡 p 位 p 2 ：t a p 2 2 位 p 乏 9 扫2 0 髓 图3 1 2w 7 7 e 5 8 管脚图 i 0 o j 2 3 j矗鼻7副旧h瞳口哪吣耋!吣m吣眦眦蚶m耋m 他一一一奏一眦帆一嗽 呲慨一叭一m 裟篙船懈 讯n一删一觚x x 第三章测控主机的设计及其与上位机的通信 尉 a l e r s t 删三1 删三2 坎洛 脚 ，外部访问使能：此管脚使处理器访问外部r o m 。当翻保持高电平 j 时候，处理器访问内部r o m 。如果e a 管脚为高电平且程序计数器 指向片内r o m 空间，r o m 的地址和数据就不会出现在总线上。 d 程序存储使能：在执行取指令( f e t c h ) 和m o v c 的操作时，此管脚允 许外部r o m 数据出现在p o 口的地址数据总线上。当访问内部 r o m 时，此管脚上不输出只王e 的选通信号。 o 地址锁存使能：a l e 用于将p 0 口地址锁存，使其和数据分离。 i i d l l 尸o o 一尸0 7，0 尸1 o 一尸1 7，d 尸2 0 一尸2 7，d 尸3 o 一尸3 7，d 复位：振荡器运行时，此管脚上出现两个机器周期的高电平将使器 件复位。 石英晶体l ：晶体振荡器的输入。此管脚可由一个外部时钟驱动。 石英晶体2 ：晶体振荡器的输出。x t a l 2 是聊啊三l 的反相端。 地：地电位 电源：电源工作电压 端口0 ：端口0 是一个双向j d 口，在访问外部存储器时，端口o 可用作低位地址擞据总线。端口0 是一个开漏极端口，在进行编程 时需要连接一个外部上拉电路。 端口l ：端口1 是一个具有内部上拉电路的双向，o 口，有复用功 能位，如下： t 2( p 1 0 ) ：定时计数器2 的外部计数输入 丁2 删( p 1 1 ) ：定时肼数器2 的重装载脯获控制 冗x d l( p 1 2 ) ：串行口lr x d 甄d 1 ( p 1 3 ) ：串行口1 册 n 伊2( p 1 4 ) ：外部中断2 刃订3( 尸1 5 ) ：外部中断3 n 伊4( 尸1 6 ) ：外部中断4 月订5( p 1 7 ) ：外部中断5 端口2 ：端口2 是一个具有内部上拉电路的双向，d 口，此端口提 供访问外部存储器的高位地址。 端口3 ：端口3 是一个具有内部上拉电路的双向，d 口。所有位都 有复用功能，如下： 脚( p 3 0 ) ： 串行口接收器输入 刀( p 3 1 ) ： 串行口发送器输出 饼r 0 ( p 3 2 ) ：外部中断0 刀订1 ( 尸3 3 ) ：外部中断1 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 奉注释：类型l ：输入0 ；输出。i 0 ：双向口， 3 2 _ 1 兼容性 w 7 7 e 5 8 指令功能几乎完全兼容与8 0 c 5 2 ，也具有8 0 c 5 2 的全部资源和功能， 包括4 个8 位i o 口，3 个1 6 位定时器，全双工串口，中断源等。w 7 7 e 5 8 增 加的新功能都是用普通8 0 5 2 所保留的特殊功能寄存器实现的，不与普通8 0 5 2 资源产生任何冲突，因此，w 7 7 e 5 8 可以直接用自己设计好的8 0 c 5 2 系统中使 用，而为原有系统编写的程序几乎不做任何改变，系统就可以正常工作，需要 注意的只是由于新高速内核所造成的指令执行时间的改变及访问外部存储器的 读写速度的限制。w 7 7 e 5 8 的封装也完全兼容于8 0 c 5 2 。 3 2 2 高速性 w 7 7 e 5 8 的外部工作时钟频率可达4 0 m h z ，而且由于w 7 7 e 5 8 采用了重新设计 的微处理器内核，去除了多于的时钟和存储周期，运行速度大大提高，这个不 仅仅是运行晶振频率的提高，而是将普通8 0 5 1 的每个机器周期包含1 2 个时钟 周期所建，每个机器周期，包含4 个时钟周期，这样，相同的时钟频率下，根 据不同的指令类型，其运行速度比传统8 0 5 1 提高1 5 到3 倍。符合桩考仪对实 时性的要求。图3 3 为单机器周期指令时序图。 1 2 第三章测控主机的设计及其与上位机的通信 c l k a l e p s e n a d 7 - 电 p 0 r t 2 3 3 硬件电路设计 图3 3 单机器周期指令时序图 3 3 1w l - 7 f 5 8 串口介绍嗍m w 7 7 e 5 8 有两个增强的全双工串口，外部引脚r x d lt x d l 和p 1 2p 1 3 复 用，然而这两个串口除了同原有串口相同功能外，又增加了两个增强型特点， 即多机通讯自动地址识别和帧错误检测功能，但需要注意的是，这两个串口有 细微的差别，串口0 ( 原保留串口) 可以用定时器o 和定时器1 作为波特率发 生器，丽串口1 只能使用定时器l 作为波特率发生器。双串行口通信模块建立 了对等的通信模式，实现了数据的同时发送和接收，提高了m c u 的通信效率。 3 3 2 通讯电路设计 w 7 7 e 5 8 的串口0 ( r x dt x d ) 和串口l ( r x d it x d ) 通过m a x 2 3 2 将t t l 电平转换成r s 2 3 2 串e 1 电平其中串口0 连接无线数传模块，串口1 连接 上位机。 1 m a x 2 3 2 芯片概述嘲嘲 m a x 2 3 2 是一种双组驱动器接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便 在单5 v 电源供电时提供e i a t i a 2 3 2 e 电平。每个接收器将e i a t i a 2 3 2 一e 电 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 平输入转换为5 vt t l c m o s 电平。这些接收器具有1 3 v 的典型门限值及0 5 v 的典型迟滞，而且可以接收_ + 3 0 v 的输入。每个驱动器将t t l c m o s 输入电平 转换为t me i a t i a 2 3 2 e 电平。所有的驱动器、接收器及电压发生器都可以在 德州仪器公司的l i n a s i c 元件库中得到标准单元。 m a x 2 3 2 的工作温度范围为0 4 c 至7 0 。c ，m a x 2 3 2 的工作温度范围为4 0 。c 至8 5 。 m a x 2 3 2 芯片特点 ( 1 ) 单5 v 电源工作 ( 2 ) l i n b i c m o s 嘲工艺技术 ( 3 ) 两个驱动器及两个接收器 ( 4 ) 3 0 v 输入电平 ( 5 ) 低电源电流：典型值是8 m a ( 6 ) 符合甚至优于a n s i 标准e i a t i a 2 3 2 e 及i t u 推荐标准v 2 8 ( 7 ) 可与m a x i m 公司的m a x 2 3 2 互换 ( 8 ) e s d 保护大于m i l s t d 一8 8 3 ( 方法3 0 1 5 ) 标准的2 0 0 0 v m a x 2 3 2 引脚排列图3 4 。 c 1 + v s + c 乏 c 各 理 v s _ 丁2 0 u t 陇i n 畅 g n d t 1 0 u t r 1i n r 1 鲫 t 1i n t 2 i n 融o 忻 图3 _ 4 m a x 2 3 2 引脚图 m a x 2 3 2 芯片应用范围： e i a t i a 2 3 2 e 、电池供电系统、终端、调制解调器、计算机 2 m a x 2 2 3 2 特性 工作温度( 自然通风) 范围内的极限参数( 除非另有说明) 所有的电压值 1 4 第三章测控主机的设计及其与上位机的通信 均相对于网络的地端点。 表3 - 2 工作温度范围内的极限参数 项目参数 输入电源电压范围，v c c 正输出电源电压范围vs + 负输出电源电压范围vs 输入电压范围v i驱动器 接收器 输出电压范围vo t l o u tt 2 0 u t r 1 0 u t ，r 2 0 u t 短路持续时间t 1 0 u t ，t 2 0 u t - o 3 v 至6 v v c c - 0 3 v 至1 5 v 0 3 v 至1 5 v 0 3 v 至v c c + o 3 v 3 0 v v 印3 v 至vs + + o 3 v 0 3 v 至v c c + 0 3 v 未限制 工作温度( 自然通风) 范围，tam a x 2 3 2 o 至7 0 x 2 m a x 2 3 2 1 存储温度范围，t s t g 4 0 至8 5 6 5 至1 5 0 引线温度离外壳1 6 r a m ( 1 1 6 英寸) l o 秒2 6 0 ( 2 m a x 2 3 2 推荐的工作条件见表3 3 。硬件接口示意图如图3 5 所示。 室兰曼堡鲞塑三堡垒壁 项目 最小标准 最大单位 电源电压 高电平输入电压v m( t ii n ，t e n , 0 低电平输入电压v 也( t i i n ，t 2 i n ) 接收器输入电压，r i i n ，l 也i n 4 55 2 5 5v v 0 8 v 3 0v 工作温度( 自然通风) t a 0 7 0o c 1 5 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 图3 5 通讯电路接口示意图 由于m a x 2 3 2 上有t 1 0 u tt 2 0 u tr 1 0 u tr 2 0 u t ，所以有两套转 换能力，所以硬件上只需要使用一个芯片就可以实现两个串口的转换，分别根 据数传和主机r s 2 3 2 串口的特点，硬件电路图如下，其中n 0 为连接辅机的串 口，n 1 为连接上位机的串口n 0 1 ： 童c o i o jn l立j 1 0 哥孺le l s c 丁l 1 s i 箍 22 3 象x 3 4 4 55 戳ie 6基 7 r i o t ；l l 7 霉 l _ - _ _ - 一 8 9 r 一 叠 1 0 鼍fc 0 两 藤勰a x 韵秀砺0 c 渤 错、【魄tl1 6 t戳 t x d i夕 辛3 cl0c 虬时t 墩d l c 5 、q 蕾 4 c l 。好l h 1 5 c 2 -孙 2 锚 f x d i l，+56 气翟弋l 嗽 c 畚 1 4 跏，甩 掌l l mt l o 耵? f , c r - = f ? 瓣n缃u t 1 3 涮l 黜吼”象l 埘 8 姘 蠢2 0 v t 鬟姗l 塞靼。 一 3 3 3 锁存电路n 图3 - 6 串行通信改造硬件电路图 为了判断出汽车压线是否符合逻辑，或撞到几号杆导致考试结束，必须将 这1 3 个开关量信息存a , n 锁存器中，以便进行分析处理。本文采用了较常用的 7 4 h c 3 7 3 锁存器，如图3 7 所示。 1 6 第三章测控主机的设计及其与上位机的通信 其中o e ( o u t p u tc o n t r 0 1 ) 为使能控制端。当o e 为低电平时，8 路全导通； 当o e 为高电平时，输出为高阻态。g ( l a t c he n a b l e ) 为锁存控制信号。 7 4 h c 3 7 3 有三种工作状态： ( 1 ) 当o e 为低电平、g 为高电平时，输出端状态和输入端状态相同，即 输出跟随输入。 ( 2 ) 当o e 为低电平、g 有高电平降为低电平( 下降沿) 时，输入端数据 锁入内部寄存器中，内部寄存器的数据与输出端相同。当g 保持低电平时，即 使输入端数据变化，也不会影响输出端状态，从而实现了锁存功能。 ( 3 ) 当o e 为高电平时，锁存器缓冲三态门封闭，即三态门输出为高阻态。 7 4 3 7 3 的输入端d 0 - - 一d 7 与输出端q 0 q 7 隔离，则不能输出。 l t c e k b l 蔓 a 腆瞪o1 d钓的 3 d4 d柏油 c 翻啊缎 图3 77 4 h c 3 7 3 锁存器 表3 - 4 为7 4 h c 3 7 3 真值表。 表3 - 47 4 h c 3 7 3 真值表 1 7 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 在本系统中，因为撞杆和压线信息都需要经锁存后输入到单片机中，所以 需要两片7 4 h c 3 7 3 ，两片7 4 h c 3 7 3 的输出都接在单片机的p 0 ，这样一来当一 片7 4 h c 3 7 3 工作的时候另一片7 4 h c 3 7 3 的输出就应该成高阻态。硬件电路如 图3 8 示，选择w 7 7 e 5 8 单片机p 2 4 作为7 4 h c 3 7 3 ( 1 ) 面端的输入，p 2 5 作 为g 端的输入，p 2 4 经一个非门的输出作为7 4 h c 3 7 3 ( 2 ) 面7 端的输入。 3 3 4 撞杆中断电路 图3 - 87 4 h c 3 7 3 工作硬件电路图 w 7 7 e 5 8 除了具有8 0 c 5 2 的6 个中断源外，又另外增加了6 个中断源，共有 1 2 个可定义两种优先级的中断源，每个中断源都有独立的中断使能位，中断优 先权位，中断标志位和中断向量，但是为了同8 0 c 3 2 兼容，所有新增加的中断 优先级都在原有的中断优先级之后，中断优先级和中断向量如表3 5 所示，中 断标志位可被独立设为硬件或软件清除，缺省设置为软件清除n 副。 1 8 第三章测控主机的设计及其与上位机的通信 表3 - 5w 7 7 e 5 8 的中断优先级与中断向量 在汽车桩考过程中，一旦汽车撞到杆考试就结束，所以将撞杆的中断优先 级定为最高级，汽车撞杆，使w 7 7 e 5 8 单片机产生外部中断0 ，中断的硬件图 如图3 - 9 所示： 光耦输出的磁d o 接近开关数据毒， 图3 - 9 桩考仪产生撞杆中断硬件图 当场地电源接通，在汽车没有进入场地进行桩考前，6 个磁接近开关输出 1 2 v 左右的高电平，经过光耦后，光耦输出0 v 左右的低电平。这些低电平经 过非门7 4 l s 0 4 、与非门7 4 l s 3 0 、非门7 4 l s 0 4 后输出5 v 左右的高电平，不向 1 9 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 单片机申请中断。当汽车进入场地考试，并在桩考过程中撞到六支杆中的任意 一支杆时，都将产生低电平，因此出现一个从高到低的下降沿，从而向w 7 7 e 5 8 单片机申请0 号外部中断。 3 4 多台测控主机与上位机的连接 r s 2 3 2 串行通信端口是每台计算机上的必要设备。通常有c o m l 与c o m 2 两 个端口n 3 3 。 图3 1 0 计算机串行接口图 一般计算机都以9 引脚的接口接出r s 2 3 2 通信端口。计算机上的r s 2 3 2 通 信端口均是公头，图3 1 0 为r s 2 3 2 串行通信端1 ：3 的标准接头n 3 h 1 5 。 由于系统需要上位机和不止两台测控主机通信，显然计算机自带的两个通 信端口是不够的，因此要对串口进行扩展。本文使用c p l 0 88 口r $ 2 3 2 多串 口卡对上位机进行硬件扩展。 3 4 1 串口卡简介 图3 - 1 1 多串口卡外观图 第三章测控主机的设计及其与上位机的通信 c p l 0 8 系列串口通讯卡提供p c 额外的8 个r s 2 3 2 串行接口，用于连接各种 类型的串行设备。例如：终端设备，调制解调器，打印机，数据获取设备等等。 c p l 0 8 提供多操作系统的驱动支持，满足客户对不同应用的需要，为多串口通 讯提供了可靠和高性能的解决方案。具有8 口r s 2 3 2 高速串口通讯、紧凑的p c i 板卡尺寸、通用p c i 总线同时兼容流行的6 4 位p c i 和3 2 位p c i 、支持通用 的操作系统、数据传输速率达115 2 k b p s 、配置方便无须开关和跳线、可与 其它设备共享中断、经济实用的解决方案、安装简便等特点。基本性能如表 3 名： 表3 - 6 多串口卡基本特点 项目 描述 所支持的操作系统 i o 控制器 总线 信号 中断 i o 地址 操作温度 操作湿度 存储温度 尺寸 w i n d o w s9 5 9 8 ；w i n d o w sn t ；w i n 2 0 0 0 ； s c oo p e ns e r v e r5 o x ；s c ou n i x ；s c o x e n i x ；r e dh a tl i n u x 1 6 c 9 5 0 或兼容芯片 3 2 - b itu n i v e r s a lp c i t x d r x d r t s c t s d t r d s r d c d g n d 由b i o s 分配 由b i o s 分配 一5 5 5 5 9 5 r h - 2 0 8 5 1 2 4 m m 9 2 m m ( w x d ) 2 1 多场地汽车电子桩考仪通信系统与管理软件设计 针脚排列图如图3 一1 2 所示。 d b 2 5 针式 3 4 2 串口扩展 l7 鬟d ，罩x d 略盘 霄辑， e 1 器箨 图3 1 2 针脚排列图 。 d b 9 针式 本课题选用的是9 针式，选配一拖八d b 9 针式连接电缆。将c p l 0 8