基于串行通信的車載信息采集系統(tǒng)的設(shè)計

本文介紹了一款電動汽車的車載信息采集系統(tǒng)：多從機采集信息，從機與主機間采用串行通信的多機通信，再由主機將通信的數(shù)據(jù)送往LCD顯示。它解決了車載信息繁多以及車身布線復雜而數(shù)據(jù)難于采集的難點。

1 引言

串行通信作為一種重要的通信技術(shù)已經(jīng)在PC機通信及工業(yè)現(xiàn)場控制在線檢測等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。本文所設(shè)計的車載信息采集系統(tǒng)是包含數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)顯示的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，是對一款新型電動汽車的車載信息進行采集，傳送和顯示的設(shè)計過程：車載信息通過傳感器(模擬量形式)或開關(guān)量形式被采到從單片機，主單片機和從單片機之間通過串行通信進行數(shù)據(jù)傳輸，并由主機將數(shù)據(jù)送往液晶面板顯示出來。

2 總線型主從式多機系統(tǒng)

綜合考慮了電動汽車所涉及到的大量的車載信息和串行口的多機通信能力，該設(shè)計采用了總線型主從式多機通信模式，而進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴士偩€選為最普通實用的RS-485?？偩€型主從式多機通信系統(tǒng)模式如下圖：

而串口的通信協(xié)議在這里就不作介紹了。

3 車載信息采集系統(tǒng)硬件設(shè)計

該系統(tǒng)所研究的對象為一款電動汽車的車載信息，筆者把信息分為兩類：模擬量和開關(guān)量。模擬量包括：電池組(蓄電池)溫度，電池組(蓄電池)電壓，電池組(蓄電池)容量，車速(里程)，總電流等;開關(guān)量是指各種操作狀態(tài)，包括：燈(系列)的狀態(tài)，檔位開關(guān)量，剎車狀態(tài)，限位開關(guān)狀態(tài)等。

由于涉及到的信息量比較多，且分布在車身周圍范圍較廣，筆者采用AVR公司的一款單片機——ATMEGA8L。這是一款體積小但采集能力和通信能力卻足夠強的單片機：在采集方面，它含8通道A/D轉(zhuǎn)換和最多23個可編程I/O口;在數(shù)據(jù)通信方面，它含一個可編程的串行USART接口，支持同步，異步以及多機通信自動地址識別[3]。ATMEGA8L相對8051或其他單片機一個重要的優(yōu)勢是單片機所需外圍電路比較簡單(考慮到在車身布線，電路越簡單越好)。LCD顯示模塊采用的是內(nèi)置T6963C的MGLS240128T的點陣液晶，它的特點是與單片機引腳接口電路簡單且顯示功能強大。

本文所設(shè)計的車載信息采集系統(tǒng)硬件框架如下圖：

模擬量通過特定傳感器采樣，轉(zhuǎn)換成電壓信號進入從機的A/D通道，從機做A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)存儲下來;開關(guān)量通過繼電器將電平信號送至從機的I/O口，從機也對信號做相關(guān)處理。主機與從機之間通過串行通信進行數(shù)據(jù)傳輸，并由主機將合理數(shù)據(jù)送往LCD顯示。

4 車載信息采集系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于串行通信的多機通信協(xié)議可以這樣進行：1.所有從機處于監(jiān)聽狀態(tài)。2.主機先發(fā)同步字符(即起始符，這里定為E8H)，再發(fā)某個標識符(根據(jù)信息類別來定義不同值，比如電流值的標識符定義為14H)，并將通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換為接收狀態(tài)(RXD=1)。3.當標識符所定義的從機(比如負責電流數(shù)據(jù)采集的從機1)監(jiān)聽到標識符(14H)后，從機轉(zhuǎn)為發(fā)送速據(jù)狀態(tài)，并將準備好的數(shù)據(jù)(電流值)和結(jié)束字符(這里定為CEH)傳給主機，結(jié)束字符傳完，從機通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換為監(jiān)聽狀態(tài)。4.主機接收到結(jié)束字符后，將數(shù)據(jù)送往LCD顯示。5.主機發(fā)同步字符，發(fā)下一個標識符(比如電壓15H)。

所以，數(shù)據(jù)幀格式可以列為：起始符(E8H)+標識符+數(shù)據(jù)串+結(jié)束符(CEH)，所有特定字符的選擇都是為了與數(shù)據(jù)串中數(shù)字的ASCⅡ碼(30H–39H)區(qū)分開來。

下面是主機和從機程序流程：

主機采用循環(huán)點明的方式查詢從機，被點到名的從機作出應(yīng)答，將采集到的數(shù)據(jù)或信號傳給主機，主機將數(shù)據(jù)送給LCD顯示，再進入下一個循環(huán)。串行通信的波特率選用9600，數(shù)據(jù)格式定義為8位數(shù)據(jù)位加一位停止位。串口初始化程序如下：

voidinit_usart(void)//串口初始化

{

UCSRB|=0x18;//數(shù)據(jù)發(fā)送允許和接收允許

UBRRL=(fosc/16/(baud+1))%256;//設(shè)置波特率寄存器低位字節(jié)

UBRRH=(fosc/16/(baud+1))/256;//設(shè)置波特率寄存器高位字節(jié)

UCSRC=0x86;//8位數(shù)據(jù)位+1位停止位

}

主機和從機都采用查詢方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)：

voidtransmit(unsignedchardata)//數(shù)據(jù)發(fā)送

{

while(!(UCSRA&(1<

UDR=data;//發(fā)送數(shù)據(jù)

}

unsignedcharreceive(void)//數(shù)據(jù)接收

{

while(!(UCSRA&(1<

returnUDR;//接收數(shù)據(jù)

}

5 結(jié)束語

本文成功設(shè)計了針對一款電動汽車的車載信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一方面用多個從機采集車載信息解決了車載信息眾多而難于采集的問題;用簡單的串口通信的多機通信原理避免了車身周圍布線繁多的麻煩，另一方面采用液晶顯示車載信息，給用戶提供友好界面的同時，又可以準確實時地掌握汽車狀況。從液晶的數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)刷新的效果來看，這種基于串口通信的車載信息采集系統(tǒng)是有很好的應(yīng)用前景的。