基于CAN总线的倒车雷达论文

目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111课题的提出112倒车雷达的发展113课题研究内容及意义2第2章系统方案设计321系统功能要求322系统总体组成及各部分实现功能3第3章超声波测距技术综述531超声波简介532温度与超声波传播的关系533超声波频率选择6第4章倒车雷达设计941超声波发射接收模块设计9411超声波发射电路9412超声波接收电路1042控制模块设计12421系统芯片的引脚连接说明12422电源设计13423温度测量电路设计1443显示、报警模块设计15431LED闪烁报警设计15432LCD显示设计16第5章基于车载CAN总线智能节点设计1751CAN总线及车载CAN网络介绍1752CAN总线硬件接口电路设计1853倒车雷达通讯报文定义19第6章系统软件设计2161倒车雷达软件设计21611MCS89S52总体软件流程21612MCS89S52初始化22613T0中断模块23614回波捕捉中断模块24615A/D转换子程序25616显示报警模块程序2562CAN总线通讯的软件设计26第7章结论与展望2871全文总结2872展望28致谢29参考文献30附录31附录1SJA1000初始化程序31附录2基于CAN总线的超声波倒车雷达原理图32毕业设计（论文）I摘要现今，大多数倒车雷达运用超声测距结合单片机智能技术，其作为一种倒车安全辅助装置在汽车电子领域中得到广泛应用。但其大部分产品仅仅是独立的控制单元，无法与车载CAN网络连接。论文在研究倒车雷达的超声测距原理及其软硬件设计的基础上，设计了倒车雷达的车载CAN总线智能节点，实现了倒车雷达在各智能节点单元之间的数据通讯和资源共享。论文作者主要完成的工作包括1调研了国内外倒车雷达现状和发展情况，对超声测距的发展和原理，及所用超声波传感器的原理和特性进行介绍。根据系统功能的要求，提出了系统的总体构成；正文将分成倒车雷达和其车载CAN总线智能节点设计两部分进行介绍。2倒车雷达部分分为发射接收模块、系统控制模块和显示报警模块。本课题研究了以51单片机为主控单元的系统硬件和软件设计。3利用汇编语言及KEIL软件完成了系统的软件设计。4应用SJA1000CAN控制器和PCA82C250CAN收发器设计了倒车雷达的CAN总线智能节点，使其与车载CAN网络连接。给出CAN总线接口电路，以及通讯报文和软件设计。5论文完成了超声测距倒车雷达及其车载CAN总线智能节点的软硬件设计及系统调试。结果表明，本课题能够达到预期设计的技术指标，具有较高的测量精度及可靠性。在倒车雷达的设计上具有一定指导意义，在CAN总线通讯报文设计及车载CAN网络的功能扩展上具有广泛的应用前景和实用意义。关键字超声测距；倒车雷达；51单片机；CAN总线智能节点；通讯报文设计毕业设计（论文）IIABSTRACTNOWADAYS,MOSTOFCARREVERSINGRADARSUSINGULTRASONICPRINCIPLEANDMCUINTELLIGENTTECHNOLOGYAREWIDELYUSEDINTHEFIELDOFAUTOMOTIVEELECTRONICSMOSTOFTHEMOPERATEONLYASANINDEPENDENTCONTROLUNIT,ANDAREUNABLETOBECONNECTEDTOTHECANNETWORKSOFVEHICLERESEARCHINGONTHEULTRASONICRANGING,HARDWAREANDSOFTWAREDESIGNOFTHECARREVERSINGRADAR,THISPAPERDESIGNSACANBUSINTELLIGENTNODETHEMAINWORKSCOMPLETEDBYTHEAUTHOROFTHEPAPERINCLUDE1THISPAPERINVESTIGATESTHEPRESENTLEVELANDPROGRESSOFTHECARREVERSINGRADARBYINTRODUCINGTHEDEVELOPMENTANDTHEORYOFULTRASONICRANGING,ALSOTHETHEORYANDCHARACTERSOFULTRASONICSENSOR,THEPAPERPROPOSESTHESYSTEMGENERALSTRUCTUREBASEDONITSFUNCTIONTHEINTRODUCINGINTWOPARTSCARREVERSINGRADARANDITSINTELLIGENTNODEBASEDONCANBUSOFVEHICLE2THEPARTSOFCARREVERSINGRADARCONSISTOFTHREEMODULESULTRASONICEMITTERANDINCEPTMODULE,CONTROLMODULEANDDISPLAYALARMMODULEITPRESENTSTHEDESIGNOFTHEHARDWAREANDSOFTWAREBASEDONTHEMCU513THESOFTWAREDESIGNISCOMPLETEDBYASSEMBLERLANGUAGEANDKEIL4ANINTELLIGENTNODEOFCANBUSFORTHECARREVERSINGRADARISDESIGNED,USINGTHESJA1000CANCONTROLLERANDTHEPCA82C250CANTRANSCEIVER,SOTHATTHERADARCANBEINTEGRATEDWITHTHECANNETWORKSOFVEHICLETHEN，THEPAPERGIVESTHECANBUSINTERFACECIRCUIT,ASWELLASCOMMUNICATIONMESSAGESANDSOFTWAREDESIGNITSFEASIBILITYISVERIFIEDBYEXPERIMENTS5BOTHTHEHARDWAREANDSOFTWAREDESIGNOFTHECARREVERSINGRADARWHICHBASEDONULTRASONICRANGINGANDCANBUSOFVEHICLE,HASCOMPETED,SOASTHESYSTEMDEBUGGINGTHERESULTSOFEXPERIMENTSSHOWTHAT,THEDESIGNISABLETOREACHTHEANTICIPATEDTECHNICALINDICATORANDHASHIGHERPRECISIONANDSTABILITYTHEISSUEOFFERSTHEFOUNDATIONFORTHECARREVERSINGRADARDESIGNING,ANDHASBROADAPPLICATIONPROSPECTANDPRACTICALVALUEINTHECOMMUNICATIONMESSAGESDESIGN,SOASTHEEXTENSIONOFVEHICLECANNETWORKSKEYWORDSULTRASONICRANGING,CARREVERSINGRADAR,CU51,INTELLIGENTNODESOFCANBUS,COMMUNICATIONMESSAGESDESIGN毕业设计（论文）1第1章绪论11课题的提出目前，国内汽车行业发展迅速，汽车的产销量日益增长，中国已经成为继美国和日本之后的第三大汽车消费国。但是随着我国汽车产业的高速发展，尤其是近几年来，我国开始进入私家车时代，汽车的数量逐年增加，造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤。汽车驾驶员越来越担心安全问题了，其中一个典型就是倒车，由于倒车而产生的问题也日益突出。一方面汽车的数量逐年增加，公路、街道、停车场和车库拥挤不堪，可转动的空间越来越少另一方面，新司机及非专职司机越来越多，因倒车引起的纠纷越来越多，车辆之间、车辆与人、车辆与墙壁等障碍物之间的碰撞时有发生。在一份由ALLSTATE保险公司做的调查表明，27的车辆事故发生于车辆倒车时，每9秒就有一次事故发生。这些事故的大部分是因为司机没有看到车后的物体而发生的。倒车己成为令人们头痛的一项任务，即使是经验丰富的司机也在抱怨倒车是件费力费神的事。人们对汽车操纵的便捷性提出了更高的要求，希望有种装置能够解决汽车倒车带来的不安全因素，可将车快速准确地停放到指定的位置。大多数的倒车雷达应用超声测距结合单片机智能技术，其作为一种倒车安全辅助装置在汽车电子领域中得到了广泛应用。主要是针对在倒车中驾驶员无法观察到汽车后方的障碍物与车体的距离而开发的。超声测距倒车雷达具有结构简单、能够智能测距不受可见光的限制等优点，通常包括探头现价段大多使用超声波传感器作为探头、单片机主控制器、LCD液晶显示器以及LED闪烁等部分，能够通过视频显示等更加直观的信息给驾驶员提示，在泊车或者启动汽车时排除视觉盲区，同时避免反复进行前后目视所引起的困扰，充分的提高了汽车驾驶的便捷性及安全性。倒车雷达装置因为受制于单片机及相关电子技术的发展水平，使用的电子元器件较多，产品重量较大，辅助功能却比较简单，并且绝大多数都作为车体内单一的电控单元存在，无法与车体其他电控设备实现通信和数据共享。基于以上分析本课题提出对于超声测距倒车雷达及其车载CAN总线智能节点的研究。12倒车雷达的发展倒车雷达从第一代产品入市之后经过五年的发展，倒车雷达系统已经过了毕业设计（论文）2三代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，三代产品都各有特点，使用较多的是语音提示、数码显示和无线倒车雷达这三种。第一代倒车喇叭提醒“倒车请注意”想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有小部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。从某种意义上说，它对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达。点评汽车在倒车状态，语音提示路人小心，但价格便宜，100元左右就能买到，基本属于淘汰产品。第二代蜂鸣器提示这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后0815M处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。点评没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定车障碍物距离，对驾驶员帮助不大。价格在200400元之间。第三代数码波段显示比第二代进步很多，可以数码显示车后障碍物离车体的距离。一般是在距离障碍物35M开始显示；这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有151M之间；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有103M；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到03M的距离，必须停止倒车。点评第三代产品把数码和波段组合在一起，虽然比较实用，但安装在车内不太美观，价格在4001000元左右。13课题研究内容及意义本课题分成倒车雷达部分与车载CAN总线智能节点设计两方面进行详细介绍。1详细介绍基于超声测距的倒车雷达的基础研究，包括超声测距原理，给出倒车雷达的工作的预期信号及波形图，并根据该预期信号研究自制系统的硬件组成、软件设计，进行系统的软件仿真及实验结果分析。2通过使用SJA1000CAN控制器和PCA82C250CAN收发器设计倒车雷达的车载CAN总线节点，使其与车载CAN网络接轨，将实测的障碍物距离信息以报文的形式，发送给车载CAN网络上的其它控制器。最后通过实验验证所测得的报文数据与设计的一致性。本课题对于研究基于超声测距的倒车雷达具有一定的指导意义，并且对于CAN总线通讯报文设计及车载CAN网络的功能扩展上具有较强的实用意义。毕业设计（论文）3第2章系统方案设计21系统功能要求倒车雷达最基本目的就是通过硬件和软件对超声波测量的控制测量出汽车与后方的距离，根据所测距离实现报警显示等功能，以提供更为直观可靠的信息，从而辅助驾驶员完成倒车的操作。此外，本课题要求倒车雷达成为车载CAN网络中的一个智能节点，实现其与车体其他电控单元的通信和数据共享，当汽车挂入倒车档后，本课题需要提供以下的功能1LED闪烁报警当在探测范围（03515M）内有障碍物时，发光管以一定频率闪烁，距离越近闪烁频率越高。2在LCD显示屏上显示与后方物体距离3利用CAN控制器与收发器设计倒车雷达的车载CAN网络智能节点，使车体其他电控单元能够实时获取倒车雷达数据，实现其他功能。22系统总体组成及各部分实现功能根据系统方案的功能需要，设计系统的总体构成。本系统以51单片机为控制核心，采用模块化设计的方法，硬件和软件相结合。其结构主要由三个模块组成如图21所示L超声波发射接收模块2控制模块3显示报警模块4CAN总线节点模块。图21系统总体结构组成图超声波发射接收模块超声波发射电路超声波接收电路51单片机LED闪烁LCD显示显示报警模块SJA1000控制器PCA82C250收发器CAN总线节点模块温度测量模块控制模块毕业设计（论文）4其中超声波发射、接收模块主要由超声波探头和发射电路、接收电路组成控制模块主要组成是51单片机，考虑到功能的可扩展性，本系统采用了MCS89S52；显示报警模块由LCD显示和LED组成。CAN总线节点模块采用SJA1000CAN控制器和PCA82C250CAN收发器，系统各部分具体的软、硬件设计将分成倒车雷达与CAN总线节点设计两部分介绍。毕业设计（论文）5第3章超声波测距技术综述31超声波简介超声波和普通声波一样，也是属于声波范畴。人耳所能够听到的声波频率通常在20HZ到20KHZ的范围之间，超声波的频率高于这个范围，所以无法被人耳听到1。超声波与光波不同，它是一种弹性机械波，以纵波方式在气体、液体和固体等介质中传播。另外，超声波在介质中传播受到尺寸大于其波长的物体阻挡时就会发生回波反射，它的方向性好，其能量在传播中消耗缓慢，所以传播的距离比较远。超声波在不同温度和不同介质中的传播速度也有所不同。例如，超声波在空气中的传播速度为340M/S，而在金属中的传播速度则能达到几千M/S。表31列出了超声波在几种常见的不同介质中的传播速度。表31超声波在不同介质中的传播速度（20）介质速度（M/S）空气340水1497金属30006000脂肪1440血液1570软组织154032温度与超声波传播的关系超声波在介质中的传播速度与介质温度的变化密切相关。在倒车雷达的设计应用中，超声波的传播介质主要是空气，空气对超声波衰减产生的影响较小，完全可以忽视，但是由于在我国空气温度早晚和季节变化较大，所以由此造成超声波速度变化较大的影响不容忽视。对于理想气体条件下的小振幅声波来说，超声波速度可由公式求得200PC31其中14为空气的绝热体积系数，而P1013610PA为海平面大气压强30291MKG为空气的密度。通过体积和质量换算，对LMOL空气来说，可有毕业设计（论文）6MPVPC0032MPTC33由此可知超声波速度C只与温度T有关，P，M都是已知常数。在0的空气中，OC33145M/S。在任意空气温度下，有以下关系式16273IOIOITTTCC34因此，得出在空气中超声波的传播速度V为162371627345331SMTV35式35中T为绝对温度，如采用摄氏温标T，则T273T，则上式可变为TV6070633136以下给出在不同温度下超声波的对应速率，如表32。表32温度与对应超声波速度表摄氏度速度（M/S）30349120344010337603315103255203199303133由上表可以看出，超声波在不同温度时的传播速度相差较大，因此为了提高系统的测距精度，应通过增加温度补偿的方法加以校正，将测温电路测得的温度送入单片机中，根据式36进行数据转换或查表得到实时的超声波速度即可。33超声波频率选择超声波从发射端发出到传回接收端的整个过程中，存在很大的衰减。其振幅随着传播距离的长短而变化，声学理论证明，它的衰减规律遵从指数衰减规律3COSKXTXAA37XEAXA038毕业设计（论文）7其中，AX为振幅，为衰减系数，为传播角频率，X为超声波传播距离，T为传播时间，K2/为波数，为声波波长。超声波衰减与传播介质和超声波频率存在下列关系AF39在空气中介质常数CMSA213102，F为超声波频率。当超声波频率F40KHZ时，1141023CM，其物理意义是由于空气分子摩擦等原因，超声波在空气中传播能量会被吸收，那么在1/长度上，超声波的振幅衰减为原来的1/E。因此，若超声波的频率越高，衰减的速度越快，从而传播距离也更短。然而若降低超声波频率，虽然传播距离增长，衰减变小，但是脉冲波长较长，会造成仪器的测量精度降低例如20KHZ时的波长为40KHZ时的两倍，仪器的测量精度降低一倍，且接收端容易接收到泄露波而在测量过程中产生盲区。综合以上两方面的因素，本课题选取中心频率为40KHZ，单片机的发射脉冲串含有16个脉冲，此种选取方式可以获得较好的测距效果。在超声波测距中，根据反射波的三个过程变化量超声波幅值变化、相位差异和往返时间差。可以把测距方法分为超声波幅值检测法、相位检测法以及往返时间检测法。本课题的软硬件设计采用的是超声波往返时间检测法，也是目前倒车雷达系统里普遍使用的方法。此方法具有简单、直观的工作方式，其原理较容易在软硬件的设计上得以实现，测量原理如图31所示图31超声波测距原理图毕业设计（论文）8超声波测距又可以转换为单片机脉冲测距，具体做法是单片机发射一串16个脉冲方波同时开始计数，经过超声波发射端产生超声波，通过空气传播到障碍物表面，产生回波反射后返回到超声波接收端，回波信号被单片机检测到时停止计数，这样得到超声波在空气中传播的往返时间T。通过T值即可求出待测距离L。若单片机的机器周期设为T，那么待测距离L可用下式表示VNTVTL2121310其中，为单片机计数的脉冲数量。从而对距离的测量变成单片机读出计数器N值。单片机计数器N与距离L之间的关系式为NFVL2311从公式311看出，该单片机的计数频率F越高，那么测距精度越高。因为单片机所用晶振通常都很高，本课题中单片机所用晶振是12MHZ，测距精度相当高，完全可以满足测量的需要。根据以上的测量原理，我们需要注意的是所算出的障碍物距离都是障碍物到传感器探头的距离。此外，单片机产生脉冲信号的时间间隔为测距系统的“最大测量范围”整个时间间隔里发射的超声波在此间隔内传播距离的二分之一称为“最大测量范围”，也称为“有效测量范围”。在本课题中设定的发射脉冲时间间隔为20MS，即“最大测量范围”为34000221M17M。这样设计完全可以满足小型车实际使用的需要同时也满足了课题要求。毕业设计（论文）9第4章倒车雷达设计41超声波发射接收模块设计411超声波发射电路超声波发射电路包括超声波探头和超声波发生电路组成，采用软件和硬件结合产生超声波可以有两种方法。第一种是利用软件产生40KHZ的超声波信号通过输出引脚引至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波，这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但是需要设计一个驱动电流在100MA以上的驱动电路。第二种方法是利用超声波专用电路产生超声波信号，特点是无需驱动电路，但缺乏灵活性。这里采用的是第一种方式。本课题泊车辅助系统的发射电路如图41，这类电路主路主要由压电陶瓷换能器、变压器和三极管组成。通常，为使超声波压电陶瓷换能器工作在谐振状态下，须给压电陶瓷换能器并联一个电感LP4。另外，大多数超声波泊车辅助系统使用的换能器多为防水型换能器，这类换能器通常需要施加较高的驱动电压，从几十V到几百V不等。因此，在设计发射电路时，使用中周变压器是个理想的选择。因为中周变压器不仅能够升压，同时其次级线圈显电感性，能够调节换能器的阻抗。中周的电感量和探头的静电容满足公式LCF2141其中F40KHZ。但是，在实际的应用中，中周变压器次级线圈的电感很难与换能器的等效电容完全匹配，因此需要额外并联一电容进行匹配，如图41中C01。在电路中，S8050三极管为一双极结晶体管，其作用相当于开关。当基极和射极间电压大于07V时，比如5V，则S8050三极管导通，变压器初级线圈电路导通。相反，当基极和射极间电压小于07V时，比如0V，则S8050三极管断开。变压器周期性地变化，导致通过初级线圈的磁通量产生连续周期性地变化。初级线圈磁通量连续周初级线圈电路处于断路状态。若给S8050三极管连续周期性地输入振幅为5V的方波脉冲链，则S8050三极管会连续周期性地断开闭合，这会使得变压器初级线圈两端电压产生连续期性地变化又会使次级线圈的磁通量产生连续周期性地变化，导致在压电陶瓷换能器两端产生较大幅值的方波脉冲链。此方波脉冲链经过图示中由电容C01和次级线圈组成的选频毕业设计（论文）10电路后，最终形成近似正弦的周期性变化的电压，从而驱动压电陶瓷换能器产生超声波。图41超声波发射电路412超声波接收电路超声波接收电路主要包括压电陶瓷换能器、信号放大电路和整流电路组成，结构如图42所示。超声波接收探头必须选用与发射探头相应型号要一致，主要是频率要达到一致。图42超声波接收电路流程图本课题的超声波接收电路如图43。超声波接收电路中，换能器用于接收障碍物反射回来的超声波并将接收到的声波信号转化成正弦电信号。转化后的电信号通常非常微弱，即使用示波器也难以检测到。为了便于测量通常需要对收到的微弱信号放大100倍以上。很多电子元件都能实现信号的放大要求，如双探头超声波接收电路放大电路整形电路单片机毕业设计（论文）11极结晶体管BJT、场效应管FET、运算放大器OPAMP等。本课题的电路使用两个运算放大器，对信号的进行两次放大。图43超声波接收电路图44中的电路为接收电路中的两级放大电路，电容CL5，C16和C17用于阻隔直流电压。运算放大器AR1和AR2用于两次放大转化后的微弱正弦电信号。其放大倍数由电阻R1，R2，R3和R4决定。按图示电路中所选阻值，输出放大电压VO和输入电压VI之间的关系为IOVVIRRRRV1000314242其中，第一级放大了100倍40DB，第二级放大10倍20DB。图44使用运放的两级放大电路放大后的电压信号仍然是高频信号，需要整流成直流电压才能较容易地让单片机识别。因此，通常在放大电路后会接一整流电路如图45。在图45的整流电路中，电容C17和二极管D5、D6构成半波型整流电路。放大信号经过二极管D5、D6后，幅值为负的电压信号被截掉，只剩下幅值为正的电压信号。经过电容C18后，幅值为正的正弦信号被调整成直流电压。调整后的直流电压须转化成单片机容易识别的0V或5V的电压形式，使用S8050双极结晶体管可实现转化。若调整后的直流电压小于07V，则S8050双极结晶体管不导通，此时输出电压VOUT等于VDD，大小为5V，此时单片机认为接收毕业设计（论文）12电路还没接收到障碍物的回波信号并继续检测输出电压VOUT。若整流后的直流电压大于07V，则S8050双极结晶体管导通，输出电压端接地，VOUT等于0V，此时单片机认为接收电路接收到了回波信号并自动停止计时，同时执行计算障碍物距离的程序和显示距离。图45整流电路42控制模块设计421系统芯片的引脚连接说明MCS51是美国INTEL公司的8位高档单片机系列。有多个公司的多种单片机是以此为内核指令及工作方式相同。8位的CPU，片内有振荡器和时钟电路工作频率为112MHZ片内有256字节RAM片内有8K字节程序存储器ROM可寻址片外64K字节数据存储器RAM可寻址片外64K字节程序存储器ROM片内26个特殊功能寄存器（SFR）4个8位的并行I/O口（PIO）1个全双工串行口（SIO/UART）3个16位定时器/计数器（TIMER/COUNTER）可处理6个中断源，两级中断优先级内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（CY）毕业设计（论文）13本课题采用按键复位方式，其电路图如图46所示图46复位电路本课题采用12MHZ晶振，电路图如图47图47晶振电路422电源设计12V直流电源由汽车上的电源提供，它给中周提供电源。中周电源范围为815V，如果中周的电源过低，探头的灵敏度会下降。探测到障碍物的距离减小。考虑到汽车上电磁干扰很强，需要对电源部分做特殊的处理。在电源的输入端加上扼流圈电感量为220MH以防止汽车电源交流突变带来的干扰。12V直流电源输入电路如图47所示图4712V直流电源输入电路图47中，XL接的是汽车上的电源，C28为滤波电容，L1为10MH的扼流圈，它们的作用都是为了抑制交流杂波进入12V电源，保证12V电源的纯净。当中周工作时，会对12V的电源产生干扰，从而影响到芯片的正常工作，为了避免这种干扰，在每个中周的电源输入端加一个大电容将交流毛刺滤掉。毕业设计（论文）14车用蓄电池输出的电压通常为12V，而单片机工作时所需的电压仅为5V。因此，在蓄电池和单片机之间需要进行12V到5V的电压转化。LM78L05（VI为7520V）稳压芯片可以实现这一转化，其转化电路如图48所示图4812V转5V电路423温度测量电路设计本课题通过ADC0809逐次比较式A/D转换芯片和外接LM35温度传感器连接组成最小测温系统如图48，获得实时温度，通过前面所得的超声波传播速度与温度的公式36进行数据转换实现超声波速度的实时获取。（1）ADC0809简介5具有A/D转换的基本功能CMOS工艺制作8位逐次逼近式ADC转换时间为100S多路开关三态锁存缓冲（2）系统用温度传感器介绍在设计中采用的温度传感器是美国国家半导体公司生产的LM356。LM35是精密集成电路温度传感器，它的输出电压与摄氏温度线性成比例，如公式43CTCVMVO1043LM35优于用开尔文标准的线性温度传感器，LM35无需外部校准或微调来提供41的常用的室温精度，在55L50温度范围内为43，LM35的额定工作温度范围为55150。（3）设计思路温度传感芯片LM35的信号大约处于0100MV，需要放大后输入ADC0809，ADC0809的如入范围是05V，则放大50倍即可，放大后电压极性倒置，需要毕业设计（论文）15加一个反相器。本课题中使用ADC0809的IN0通道，数据端口直接与P1口相连，时钟信号由ALE经四分频后提供，四分频由CD4013实现。CPU通过扫描方式确认A/D转换已经结束，确认后直接读取数据，并进行数据处理。图49温度测量电路43显示、报警模块设计通过显示报警模块实现系统最终要达到的设计要求。从MCS89S52获得的回波探测时间，通过计算得到被测距离值，根据该距离通过MCS89S52控制显示报警模块进行相应的显示和LED闪烁报警。431LED闪烁报警设计本课题采用LED闪烁报警，利用三个LED发光二极管表示三个传感器探测范围内是否有障碍物，当在探测范围内有障碍物时，发光管以一定频率闪烁，闪烁的频率以距离定，距离越近频率越高。本课题采用直流驱动红色发光二极管，使用共阳极接法，由于红色发光二极管的压降为1621V，为避免二极管亮度不够或超过允许功耗工作电流采用520MA，需要串接电阻，此处选工作电流为10MA,估算发光二极管压降为2V，则阻值可选为3000103IUR。具体电路图如图410毕业设计（论文）16图410LED闪烁报警电路432LCD显示设计本课题采用FYD128640402B液晶显示模块。FYD128640402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864，内置8192个1616点汉字和128个168点ASCII字符集。可以显示84行1616点阵的汉字。也可以完成图形显示。该模块构成的显示方案与同类型的案相比，硬件电路结构和显示程序都要简洁得多。本课题采用串口接法，接口管脚信号如表41表41液晶显示串口接法管脚号名称LEVEL功能1VSS0V电源地2VDD5V电源正（30V55V）3V0对比度（亮度）调整4CSH/L模组片选端，高电平有效5SIDH/L串行数据输入端6CLKH/L串行同步时钟上升沿是读取SID数据15PSBLL串口方式17/RESETH/L复位端，低电平有效19AVDD背光源电压5V20KVSS背光源负端0V与单片机的电路连接图如图411图411FYD128640402B电路连接图毕业设计（论文）17第5章基于车载CAN总线智能节点设计51CAN总线及车载CAN网络介绍CAN是CONTROLLERAREANETWORK的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。现在，CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。由于其应用的广泛性，国际标准化组织150于1993年将CAN总线标准化，制定了专门针对CAN总线的一系列标准7。以下给出了一种车载CAN网络架构的其中一部分，包含6个电控单元，分别为发动机控制模块、车身控制模块、防抱死刹车模块、仪表及倒车雷达，如图51所示图51车载CAN网络架构网络中的每个电控单元都可视为一个节点，每个节点均集成有CAN控制器和CAN收发器，可通过对报文标识符滤波的设置实现点对点、一点对多点或全局广播的数据接收方式。以上图中网络为例，倒车雷达在某一时刻向网络上其它5个节点发送了一帧障碍物距离报文，在本课题中，真正接收并使用此报文数据的只有仪表节点和语音提示系统节点，网络上其它节点都将此报文屏蔽。CAN网络两端通常连接两终端电阻，终端电阻可以防止数据在到达线路终端后毕业设计（论文）18像回声一样返回而干扰原始数据，从而保证数据的正确传送，根据ISO11898标准中描述，终端电阻一般取120。CAN网络的数据传输线通常为双向数据线，分为高位CANH和低位CANL数据线。所以，CAN网络中各节点间实际传输的物理电平为差分电平，其对应的逻辑电平如图52所示图52差分电压对应的逻辑电平为了防止外界电磁波干扰和向外辐射，两条数据线通常平行缠绕在一起，电位相反，电压和总等于常值。852CAN总线硬件接口电路设计本课题在CAN总线接口电路中，CAN控制器使用的SJA1000，CAN收发器使用PHILIPS半导体的收发器PCA82C250。MCS89S52通过P0口及控制信号将数据写入SJA1000并通过CAN收发器发送。接收数据是通过中断进行的，CAN总线的数据经CAN接口芯片；PCA82C250接收并写入SJA1000的RXFIFI，然后通过中断提请CPU读取。硬件图如图53及图54所示所示图5389S52与SJA1000连接电路SJA1000简介SJA1000是一个独立的CAN控制器，它在汽车和普通的工业应用上有一系“隐”性1“显”性01毕业设计（论文）19列先进的功能适合于多种应用，特别在系统优化诊断和维护方面非常重要。SJA1000独立的CAN控制器有2个不同的操作模式BASICCAN模式（和PCA82C200兼容）PELICAN模式BASICCAN模式是上电后默认的操作模式因此用PCA82C200开发的已有硬件和软件可以直接在SJA1000上使用而不用作任何修改PELICAN模式是新的操作模式它能够处理所有CAN20B规范的帧类型而且它还提供一些增强功能使SJA1000能应用于更宽的领域。图54SJA1000与PCA82C250连接电路53倒车雷达通讯报文定义CAN网络中各节点间传输的信息称之为报文。倒车雷达要和网络上其它电控单元进行通讯，需要对其传输的报文进行定义。每帧报文由7个部分组成，毕业设计（论文）20标准帧格式如图55图55标准数据帧格式本课题中倒车雷达的通讯报文定义主要是定义报文的标识符ID、长度、周期及数据场内容，具体定义如表51所示表51通讯报文定义标识符周期长度数据场（字节）0X21100MS810X0820X0030X0040X0050X0060X0070X0080X00CAN总线使用的是非破坏性位仲裁机制，即标识符值越小，报文的优先级越高。周期是指两帧报文传输的间隔时间，然后定义数据场的长度为8字节。字节1用于传输障碍物距离，其数据值会随着障碍物距离的改变而改变。距离值对应编码关系如图56所示。图56距离编码关系距离值对应编码定义如表52所示。表52距离码值关系003M04M05M10M11M12M13M14M15M0X030X040X050X0A0X0B0X0C0X0D0X0E0X0F对应编码障碍物距离（M）0X030X0F15M03M毕业设计（论文）21第6章系统软件设计61倒车雷达软件设计本课题在前面搭建了一个倒车雷达的硬件电路，系统功能的主要实现是依靠软件的设计来完成的。本系统的软件采用模块化设计，将系统分为若干个模块，分别实现各项功能，这样在系统软件的调试过程中，各个模块的独立调试有利于问题的发现和解决，一定程度上节约了程序的调试时间。本系统的软件设计是采用51的汇编语言在KEIL的集成环境下运行、调试、完成的。以下分别做介绍。611MCS89S52总体软件流程MCS89S52软件设计的思想采用中断查询执行相应中断服务子程序的方式，主要是两大中断模块回波捕捉中断模块和T0中断模块。在汽车开始倒车时，MCS89S52系统开始初始化，MCS89S52初始化包括I/O口初始化；A/D初始化；异步传输初始化；LCD初始化及PWM初始化。MCS89S52还需要实现系统显示报警功能，通过获取实时温度确定超声波的实时速度；计算出时间结果；计算距离实现显示报警。单片机会连续不断地对回波捕捉中断和SJA1000中断进行查询。本课题中同时允许T0中断和回波捕捉中断，当一个中断发生时，中断服务程序查询中断寄存器标志以决定响应哪一个中断，然后执行相应的中断服务程序。当任何一个中断程序执行完毕后，单片机又会回到不断查询中断的过程，中断响应的优先级由中断查询次序决定，本课题中回波捕捉中断为最高优先级。倒车雷达的CAN总线智能节点程序设计主要包含两个方面1CAN总线节点初始化程序2CAN通讯报文发送、接收程序其中，若要使CAN总线节点可以正常的工作并满足设计的功能需要，CAN总线节点的初始化程序设计显得尤为重要。它的主要设计体现在对CAN控制器以下各个寄存器的设置总线定时器；工作方式寄存器输出控制寄存器和中断允许寄存器；接收屏蔽寄存器及接收代码寄存器；时钟输出寄存器等。总体软件流程如图61所示毕业设计（论文）22图61总体软件流程图612MCS89S52初始化MCS89S52的系统初始化包括1/0端口初始化，异步传输初始化，中断初始化，定时器TMRO初始化，回波捕捉模块初始化如图62所示开始系统初始化调用A/D转换子程序获取实时温度发射方波脉冲等待中断回波捕获中断是否发生T0是否申请中断是否倒车挡结束执行中断程序NYY执行中断服务程序YNN毕业设计（论文）23图62系统初始化613T0中断模块LT0中断前文提到系统脉冲方波的发射间隔决定了系统的“最大测量距离”，本课题中确定系统的脉冲发射间隔为10MS，“最大测量距离”为17M。因此，T0定时时间为10MS，T0溢出中断用于使系统每间隔10MS发射一次40KHZ的脉冲方波。2T0中断服务程序单片机执行T0中断服务程序时，会先对T0中断标志位清零。同时，T0重新开始计数。执行完毕，程序回到中断查询过程，等待下一次T0中断。T0中断服务程序主要功能是产生40KHZ的脉冲方波，同时计数器T1开始计数和控制捕捉中断在发射脉冲后延时18MS后开启避开余振干扰，其程序流程图如图63所示图63T0中断服务程序接口初始化异步传输出初始化中断初始化T0初始化回波捕获模块初始化MCS89S52初始化开始计数器1，开始计数调用脉冲发射子程序延时18MS避开余震清捕捉寄存器，打开捕捉中断中断返回T0中断服务程序毕业设计（论文）243脉冲发射子程序40KHZ的脉冲方波可通过设置延时程序对端口P00进行操作，定时对输出取反的方法，使P00口输出16个脉冲方波。要产生40KHZ的方波，其周期T25S，即5V电压和0V电压分别持续125S。单片机的外部时钟频率为4MHZ，最小执行时间为1S难以精确到05S。因此，最接近的周期值为24S对应频率为417KHZ或26S对应频率为385KHZ。这里取24S作为电脉冲的周期，延时时间T12S。其程序流程如图64图64单片机脉冲发射子程序614回波捕捉中断模块1回波捕捉中断MCS89S52的INT0和P11P13组成回波捕捉模块，捕捉方式是指单片机INT0接收信号的状态符合设定的条件时信号上升沿或下降沿出现时产生中断，并记录当时的定时器T1的值，从而得到被测时间值，随之单片机读取P11P13的状态，从而判断是哪一路收到反射波，最后P35输出一个正脉冲使接收电路初始化准备接收下一个回波信号。根据本课题电路，当接收到超声波回波时，接收电路输出端产生一个负跳变，因此回波捕捉中断设置为INT0的下降沿低电平触发方式。2回波捕捉中断服务程序P00口电平置1，高电平延时12SP00电平取反是否取反30次结束YN开始毕业设计（论文）25单片机执行回波捕捉中断服务程序时，会先对捕捉中断标志位清零。之后，T1停止计时，得到被测时间值并计算障碍物距离，然后执行相应的显示报警。其程序流程如图65所示图65回波捕捉中断服务程序615A/D转换子程序系统通过ADC0809A/D转换器和外接LM35温度传感器连接组成最小测温系统，并进行定期实时采样。因为在同一次倒车时，温度变化不可能太大，所以取3次采样的平均温度为实时温度，延时150MS后直接读取数据。注系统首先进行测温，然后才可进行其它工作。616显示报警模块程序显示报警模块包含部分显示函数程序和数据转换程序。L显示函数显示函数的功能是将得到的距离在显示屏上进行显示。测试距离数值通过串行口传送到显示模块。串行口显示可以节约CPU资源。2LED显示数据转换程序的主要功能是将接收数据包中的数据转换成显示码，供显示子程序使用。还包括测距的结果，选择最近距离，并根据此最近距离的级别，设置LED的闪烁频率，具体方案如下报警范围为30100CM开始获得时间，计算距离确定反射支路初始化接收电路将距离数据传给显示报警程序中断返回回波捕捉中断服务程序毕业设计（论文）26A如果障碍物距传感器小于100CM，LED开始闪烁周期为2S，发出徐缓的红光B如果障碍物距传感器小于60CM，LED闪烁周期为1S发出急促的闪烁C如果障碍物距传感器小于40CM，LED常亮不灭流程图如图66所示图66LED闪烁服务程序62CAN总线通讯的软件设计倒车雷达的CAN总线智能节点程序设计主要包含两个方面1CAN总线节点初始化程序；2CAN通讯报文发送、接收程序。其中，若要使CAN总线节点可以正常的工作并满足设计的功能需要，CAN总线节点的初始化程序设计显得尤为重要。它的主要设计体现在对CAN控制器以下各个寄存器的设置总线定时器；工作方式寄存器；输出控制寄存器和中断允许寄存器；接收屏蔽寄存器及接收代码寄存器；时钟输出寄存器等。本课题中的传输率取500K，则位时间为L/500K2S，设置一个位时间由2个时间份TQ组成，则每个时间份TQ1S，89S52的晶振频率选12MHZ，为得到1S的时间份则寄存器R1的值须设为31S12MH/21。另外，根据CAN20标准中定义，一个时间份由同步段SJW，时间段1TSEG1，时间段2TSEG2，如图67所示。图67CAN20定义的时间份组成开始是否与上次数据相同N使LED进入显示模式结束Y同步段传播段相位缓冲段1相位缓冲段2位时间时间段1时间段2采样点毕业设计（论文）27本课题同步段、时间段1和时间段2分别取1TQ、5TQ和2TQ，对应的寄存器CNF1、ENF2和ENF3分别设置为0X01，0X10和0X02。CAN总线通讯的软件设计分为主程序和CAN总线中断服务程序，各自的程序流程如图68所示。图68CAN总线通讯的软件设计流程图图69CAN控制器初始化流程图开始进入复位模式选择SJA1000为BASICCAN模式设置节点号ACR及屏蔽寄存器AMR设置BTR0；BTR1设置输出控制寄存器OCR返回当前工作模式结束开始初始化CPU开中断初始化SJA1000调CAN发送程序总线空闲吗YN关闭CAN总线CAN中断服务程序入口设置SJA1000为发送模式发送数据主程序图CAN中断发送服务程序流程图中断返回毕业设计（论文）28第7章结论与展望71全文总结本课题介绍了利用单片机实现超声波测距的原理，给出相应硬件电路的设计和软件设计方案。所构建的系统原型能够探测到在0315M范围内的物体。系统探测到物体后，能够成功地将距离在LCD上显示出来，并且根据距离的不同范围进行LED闪烁提示，所显示的距离值与物体的实际距离大致相同。此系统设置的盲区为03M，理论的最大测量范围是17M。在实际的倒车情况中，本课题构建的系统完全可以适用。通过设计倒车雷达的CAN总线节点实现其与车载其它控制器之间数据传递，结合插值计算，其检测精度得到了提高。另外，51单片机通过CAN总线能够向其它主控制器发送检测数据，其它控制器经过判断可主动接收倒车雷达发送的障碍物距离数据进而实现各自的相关功能。从实际测量的数据来看，该方案基本实现并具有较高的可靠性，倒车雷达控制器能够进行与车载其它控制器之间的数据共享达到应用的要求。72展望增加摄像功能。使用本系统时，驾驶员虽然能感知车与后面障碍物的距离，但是不能确切的了解后面的情况，为了解决这个问题，可在车后增加摄像装置，通过显示屏输出图像信息，以便使驾驶员更好的了解盲区的状况。高级汽车中多数搭建了CAN总线结构，倒车雷达作为车载CAN总线节点后，可向CAN总线发送相应的通讯报文，传送倒车距离给摄像系统的显示模块以实现更多功能，使驾驶员更好的完成倒车操作。毕业设计（论文）29致谢本论文是在大学培养下完成的。在此，要感谢我的导师老师，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。在她的耐心指导和帮助下，我受益匪浅。她让我从对课题的表面了解到更为深入的认识，使我的毕业课题能够顺利完成，我从中学到很多无价的宝贵知识，在此对老师表示和诚挚的感谢。感谢大学给我的培养，感谢我的父母，感谢他们多年来对我的支持鼓励和培养。毕业设计（论文）30参考文献1LHERFORTHHMWINTE超声的基本原理与应用上海科学技术出版社，196133512冯诺超声手册南京南京大学出版社，199918193司福旺，凌青，孪经德现代声纳技术北京海洋出版社，199814264HAMBLEYAR电子技术原理与应用电路、数字系统、电子与电机第3版夏琳，王艳萍，李黎明译北京清华大学出版社，200622442495胡汉才单片机原理及其接口技术（第二版）北京清华大学出版社，20043133206LM35PRECISIONC