C-MBUS總線在倒車雷達系統中的應用

寧志剛 楊 玲 楊保柱 賈振江

(南華大學電氣工程學院，湖南 衡陽 421001)

0 引言

隨著社會經濟的發展和汽車數量的增加，交通安全已成為我國亟待解決的問題之一[1]。相當一部分汽車碰撞事故是由于倒車時汽車后視能力不良造成的。目前，用于輔助司機倒車的裝置主要由倒車觀后鏡、后視倒車攝像系統及倒車雷達系統組成[2]。倒車雷達系統具有可全天候工作、成本低和結構簡單等優點，能較好地輔助司機倒車。

由于汽車電子部件數量的增加，傳統的點對點、長布線、多線束連接和RS-485串行通信方式已不能滿足現代汽車分布式電子系統實時控制的要求，網絡化控制已經成為汽車電氣化的一種發展趨勢[3－4]。自20世紀80年代起，集成電路和微處理器在汽車制造中得到廣泛應用。基于數據通信的現場總線技術，為汽車提高性能和減少線束數量提供了有效的解決途徑，使汽車網絡化控制成為可能[5]。本文運用超聲波測距技術，結合C-MBUS總線通信協議標準，設計了倒車雷達系統。

1 C-MBUS總線倒車雷達系統

C-MBUS總線系統是一種低成本、一點對多點的總線通信系統。它具有以下幾個優點。

①總線通信系統具有高速穩定的通信速率，在4.8 kB/s的通信速率時可達到2.4 km的可靠通信距離，在可靠通信距離內，具有多達400個節點的容量;

②通過C-MBUS總線可向末端設備提供4 mA的工作電流，可采用串型、星型、交叉等方式進行布線;具有極低的靜態功耗，靜態功耗低于180 μA，典型值為150 μA;

③使用普通雙絞線，采用無極性二線制安裝接線，隔離設備可保證在遭雷擊時可靠工作;

④具有恒流的電流環通信方式，抗干擾性強;

⑤具有設備自動登錄功能，可容納多種設備，預留多種通信協議，擴展方便;

⑥通過總線可向從設備提供500 mA電流;

⑦同時提供配套的主站專用集中控制芯片CMT100，此芯片可與計算機RS-232、RS-485等接口連接，系統兼容性及擴展性好，芯片成本低。

總線系統包含5個電控單元，分別是倒車雷達模塊、電動門窗控制模塊、燈光照明控制模塊、座椅調節控制模塊和空調控制模塊。車載C-MBUS總線系統網絡架構如圖1所示。

圖1 車載C-MBUS總線系統網絡架構圖Fig.1 Network architecture of vehicle-loaded C-MBUS bus system

圖1中，倒車雷達模塊包括雷達數據采集模塊和顯示報警模塊。其中，雷達數據采集模塊用來實時采集障礙物的距離和方位;顯示報警模塊用來顯示障礙物的距離和方位，并采用聲音和語音進行報警。通過中央處理器，系統實現人機交互。中央處理器通過C-MBUS總線，能夠與總線網絡中各個模塊進行通信，從而控制各個模塊的工作。總線隔離器的作用是當其所在支路發生短路時，自動斷開該支路，而其他支路照常工作。支路采用普通雙絞線。

在倒車雷達系統中，雷達模塊采用成都國騰微電子公司生產的GM3101倒車雷達專用控制芯片。GM3101提供4路超聲波探頭接口，最大輸出距離為3.15 m，輸出精度為0.05 m。超聲波探頭驅動采用分時順序的驅動方式，探頭發送和接收中心頻率為40 kHz的超聲波信號[6]。雷達模塊根據接收和發送信號的時間差，利用聲速溫度補償法計算障礙物的距離，輸出相應報警信號，報警信號編碼后采用雙線差分串行輸出方式。輸出信號的內容包括各探頭檢測到的最近障礙物的距離值、障礙物距離的危險等級和障礙物的方位。報警信號在C-MBUS總線網絡中進行通信。串口擴展電路是以GM8123芯片為核心的電路，可將1個全雙工的標準串口擴展成3個標準串口，可通過外部引腳控制串口擴展模式(單通道工作模式或多通道工作模式)。

語音提示電路選用ISD4004-08芯片來實現。該芯片采用多電平直接模擬量存儲技術，每個采樣值可直接存儲在片內閃爍存儲器中。這種E2PROM存儲方法可以將模擬數據直接寫入單個存儲單元，而不需要進行A/D或D/A轉換。這些語音提示信號包括左側、右側、左后、右后、后面、倒車安全、倒車小心、倒車危險、緊急制動和扒車等信號，這些語音提示信號對應的首地址分別為0020H、0040H、0060H、0080H、00A0H、00C0H、00E0H、0100H、0120H和0140H。當系統確定最近障礙物距離值時，可通過軟件查表的方式查找出與最近障礙物距離值相對應的語音提示首地址，然后送入ISD4004-08的串行通信SPI接口。ISD4004-08根據接收到的信號進行語音提示，并采用蜂鳴器進行聲音報警，利用蜂鳴器發出不同頻率的“嘀”聲，以提示車尾與障礙物距離的危險程度。

2 C-MBUS總線通信接口電路

CMT100是C-MBUS總線控制端通信專用集成電路，具有數字通信的調制解調、總線控制、總線電源供給和總線故障檢測功能。為增加系統的抗干擾能力，控制器應將總線驅動與單片機系統隔離，TXD、RXD收發控制信號經光耦隔離傳送給CMT100芯片。系統采用15～30 V電源，設備供電電源根據通信距離進行決定。

CMT001是C-MBUS總線設備端通信專用集成電路，具有數字通信的調制解調、總線極性識別和低功耗線性穩壓等功能，其通信接口電路如圖2所示。

圖2 CMT001通信接口電路Fig.2 CMT001 communication interface circuit

圖2中，總線信號通過整流橋直接輸入CMT001芯片，RXD、TXD信號通過光耦隔離傳送給單片機，無極性雙向電路由4個二極管組成的電路實現，入口處5 Ω電阻用于電路過流保護。C-MBUS總線信號通過隔離二極管D6和R10給CMT001芯片8腳VCC供電，其他串聯電阻值及濾波電容值由電路的電流大小決定。

3 系統軟件設計

倒車雷達系統軟件設計主要包括顯示報警模塊和雷達數據采集模塊2部分。顯示報警模塊包括語音提示、蜂鳴器報警和LCD顯示這2個模塊。STC12C5A60S2單片機雷達數據采集軟件設計主要包括接收數據程序設計和發送數據程序設計2部分。圖1所示的雷達數據采集模塊中的STC12C5A60S2單片機和串口擴展電路GM8123經初始化后，利用STC12C5A60S2單片機串口0接收雷達模塊傳送過來的數據。STC12C5A60S2單片機對接收到的數據進行比較，決定傳送最小的距離數據。STC12C5A60S2單片機判斷接收到的數據是否滿足發送條件，若滿足條件，則置發送就緒標志位為1。發送數據子程序發現發送就緒標志位為1，則根據通信協議把數據包裝成數據幀，然后通過STC12C5A60S2單片機串口1發送給CMT001通信接口電路。滿足發送條件的最小距離數據，通過C-MBUS總線傳送給顯示報警模塊。STC12C5A60S2單片機的數據采集程序流程圖如圖3所示。顯示報警程序流程略。

圖3 數據采集程序流程圖Fig.3 Flowchart of data acquisition program

4 LCD液晶顯示

LCD模塊用來顯示最近障礙物距離值、汽車圖形和超聲波發射波形圖形，形象直觀。通過字模、圖形模的取模工具，字符、汽車與超聲波波形圖像將直接轉換為處理器能夠識別的匯編語言或C語言代碼，將需要顯示的代碼集中在一起，即建立了要顯示內容的代碼庫[7]。在顯示過程中，只要調用這些代碼庫中的代碼，就可以顯示最近障礙物距離值、汽車圖形和超聲波發射波形圖。

5 結束語

本文介紹的倒車雷達系統通過C-MBUS總線，將倒車雷達系統融入汽車數字化信息管理平臺，滿足了汽車控制信息化、智能化和網絡化的要求。系統采用超聲波測距，對障礙物距離和方位進行實時分級語音提示、蜂鳴報警和直觀顯示，具有結構簡單、成本低、測量精度高等特點。本系統是C-MBUS總線又一例成功應用，采用本系統，能有效減少倒車時汽車碰撞事故。

[1]卞利云.基于CAN總線的汽車超聲蠅眼系統研究[D].南京：南京航空航天大學，2008.

[2]湯一平，周宗恩.基于全方位視覺傳感器倒車輔助裝置的設計[J].計算機測量與控制，2008，16(5)：701 －704.

[3]盧雷.CAN總線汽車車身控制系統通信的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009.

[4]吳紅星，柴鳳，程樹康.基于CAN總線的混合動力汽車通訊系統工程應用[J].微電機，2007，40(12)：68 －71.

[5]千承輝，蘇建，劉玉梅.現場總線技術在汽車檢測線上的應用[J].公路交通科技，2006，23(2)：151 －153，157.

[6]侯濤，劉金魁.超聲波在破碎機顎腔寬度檢測中的應用研究[J].礦山機械，2010，38(7)：72 －74.

[7]李偉，周鳳星.點陣式LCD在電磁閥檢測儀中的應用[J].液晶與顯示，2010，25(1)：114－119.