基于can总线的超声波车辆检测单元设计

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1、基于CAN总线的超声波车辆检测单元设计关兵金育东方纪村徐大林摘要：介绍了一种基于CAN总线进行通讯的超声波车辆检测单元的组成和工作原理，详细叙述了其设计思想、软硬件实现方法和PSPICE仿真效果。该设计的主要功能已通过超声波检测模块得以实现。关键词：CAN总线超声波车辆检测PSPICE仿真1引言随着智能交通系统ITS（IntelligentTrafficSystem）在我国的逐步普及和深入，作为ITS重要组成部分的城市交通信号控制系统已成为众多研究机构和厂家关注的重点。在对城市交通信号控制系统进行研究的过程中，我们

2、发现对道路车辆运行情况进行实时监测的车辆检测系统已成为交通信号自适应控制的主要瓶颈。当作为系统输入和反馈的检测系统出现问题时，整个信号自适应控制系统将陷入混乱，轻则交通拥塞、重则事故频发，因此，研发稳定、可靠、适用面广的车辆检测单元成为摆在我们面前的一个重要课题。将超声波应用于车辆检测，具有准确性高、性能可靠、维护方便等优点，在国外应用广泛。CAN总线全称ControllerAreaNetwork，即控制器局域网，是当前世界上最流行的现场总线之一。将CAN总线应用于超声波车辆检测单元的设计，可以利用其高速、远距、可

3、靠的传输特性，使车辆检测单元具有更加广泛、有效的适用性能。本文将对基于CAN总线的超声波车辆检测单元的软硬件设计予以详细介绍。2系统概述本车辆检测单元是根据超声波测距原理实现车辆检测，通讯接口采用CAN总线，实现对单车道车流量的检测。以下概述之：2.1超声波测距原理谐振频率高于20KHZ的声波被称为超声波。超声波为直线传播，频率越高，则绕射能力越弱，反射能力越强。最常用的超声波测距方法为渡越时间测量法。其工作原理是：使超声波发射探头向介质发射超声脉冲，声波遇到被测物体后必有反射波作用于接收探头。若已知介质中的声速为

4、v，发射脉冲时刻与第一个反射波到达时刻的时间差为t，则探头与被测物体距离s=vt/2（假设发射接收探头平行且紧靠），对距离值改变的测算可以实现所需的控制目的。超声波的速度v与温度相关，空气中的声速与温度的关系可表示为：（1）2.2CAN总线简介CAN，即控制器局域网，是目前国际上应用最广泛的现场总线之一。最早出现于二十世纪八十年代末的汽车工业，由德国BOSCH公司提出，目的是为了解决汽车电子设备越来越高的通讯需求及可靠性问题，CAN总线一经提出，就以其优良的性能逐步取代了以往的RS-485总线，成为工业控制、汽车电

5、子等行业的优选技术。其主要特点包括：l极高的总线利用率l很远的数据传输距离（长达10公里）l很高的数据传输速率（高达1Mbit/s）l可靠的错误处理和检错机制l信息发送错误后可自动重发l节点在严重错误时可自动退出网络l低成本2.3系统组成超声波发射信号由SST89E58产生，信号经过驱动后发给发射探头；接收探头接收到的信号先后经过放大、滤波、检波、比较后送单片机外部中断口。测温传感器DS18B20经一根I/O口线将温度值送入单片机用以校正超声波测距精度。测距值和报警信号分别以CAN和开关量送出。CAN总线通讯部分主

6、要由CAN总线控制器SJA1000和CAN总线驱动器TJA1040T等组成。SJA1000是飞利浦公司生产的符合CAN2.0B标准的独立总线控制器，目前应用十分广泛。系统组成如图一：图一超声波车辆检测单元系统组成框图3超声波检测单元设计超声波检测单元的设计主要有检测电路和嵌入式软件组成，许多功能由软件和硬件配合实现。下面将其主要部分予以详细介绍。3.1超声波发射电路及软件模块超声波发射电路为发射探头提供一组10个左右的40kHz脉冲串，这种脉冲串大约每隔100ms左右发射一次，每测一次发射脉冲和回波的时间差，即可由

7、公式算出距离。脉冲串由SST89E58单片机通过定时器T0实现。SST89E58内有3个16位定时器、6个中断源、36KBYTE的FLASH存储器。单片机定时器T0初值设定为10ms中断，在中断服务程序中进行软件计数，每10次T0中断发射脉冲串一次，脉冲串由软件延时得到，即13us的正脉冲和12us的负脉冲，正好得到周期25us的40kHz方波。输出的方波经过CD4049驱动功率变压器，为发射探头提供幅度达40V的发射信号。3.2超声波接收电路及仿真超声波接收电路主要包括前端放大、带通滤波、后级放大、检波比较等组成

8、，超声波接收探头接收到的信号是微伏级的，所以放大器必须放大10万倍以上，信号才能进行检波判断。为了确保信号可靠放大而不受噪声干扰。前端放大器本设计使用了仪用放大器AD623,AD623适用于高性能精密设计，成本低，可单电源供电，放大倍数达1000倍。使用AD623做前级放大可有效降低噪声电平。仪用放大器可以将各个频段的信号均放大1000倍，因此，必须使用带通