智能無線網(wǎng)絡(luò)汽車測試系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) —電路圖天天讀（84）

　　汽車試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)汽車設(shè)計(jì)開發(fā)中各種問題的重要手段，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果能對汽車各種性能做出客觀的評價(jià)。作為汽車工業(yè)的基礎(chǔ)工程之一，汽車試驗(yàn)在汽車工業(yè)的整體發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。汽車性能測試系統(tǒng)是汽車試驗(yàn)工程的關(guān)鍵組成部分，它是由若干相互聯(lián)系、相互作用的傳感器和儀器設(shè)備等元件，為實(shí)現(xiàn)對汽車各項(xiàng)性能的測試而組成的有機(jī)整體，汽車測試系統(tǒng)的性能往往對整個(gè)汽車試驗(yàn)的效用產(chǎn)生重要影響。

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　汽車試驗(yàn)主要包括動力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性和排放特性等測試項(xiàng)目，主要性能參數(shù)有速度、加速度、燃油消耗量、溫度以及操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)中的動態(tài)運(yùn)動參數(shù)等，通過傳感器得到的這些參數(shù)的測試信號，經(jīng)過前端處理模塊處理（整形、濾波、放大等） 后送入C805l-F020微處理器中，在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理后通過串口實(shí)現(xiàn)與Zigbee終端節(jié)點(diǎn)的連接，再由終端節(jié)點(diǎn)在WLAN中將數(shù)據(jù)發(fā)出，Zi-gbee中心節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后經(jīng)串口與上位機(jī)進(jìn)行通訊。中心節(jié)點(diǎn)也可將上位機(jī)的命令發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)，控制終端節(jié)點(diǎn)執(zhí)行。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　前端處理模塊

　　傳感器將各種常見的非電量信號轉(zhuǎn)換為電量信號，一般都較微弱，前端處理模塊將這些信號進(jìn)行處理后送至單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換端口。本系統(tǒng)共有8路傳感器信號，包括2路壓變傳感器信號、2路-5～+5 V電壓信號、2路4～20 mA電流信號和2路熱電偶信號的前端處理。其中壓變傳感器信號和熱電偶信號前端處理硬件電路分別如圖2和圖3所示。

　　AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需1個(gè)外部電阻設(shè)置增益，增益范圍為l～10 000。對壓變傳感器信號的前端處理采用AD62-0、AD705組成的放大電路，該部分采用單電源供電，AD705是電壓跟隨器，為AD620提供輸出電壓的零點(diǎn)。將VREF、AGND送至MCU的8位精度AD-Cl的AINl．0、AINl．1端口，利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)該路信號的參考電壓和模擬地的計(jì)算。熱電偶傳感器用來測量汽車關(guān)鍵部件溫度，其前端處理電路采用OP07的可調(diào)增益放大電路。OP07是一種低噪聲、非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路，具有非常低的輸入失調(diào)電壓，低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等。在對精確度要求不高的場合，OP07的失調(diào)電壓可忽略，該電路中R25和R24用來調(diào)整系統(tǒng)放大倍數(shù)，在選用不同類別的熱電偶時(shí)可適當(dāng)調(diào)整兩者的阻值。

　　ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊

　　汽車測試系統(tǒng)初步采用2個(gè)終端節(jié)點(diǎn)和1個(gè)中心協(xié)調(diào)器組成星狀網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，3個(gè)節(jié)點(diǎn)均選用SZ05-ADV型無線收發(fā)模塊，Zig-bee終端節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)通過標(biāo)準(zhǔn)串口分別與C8051F020模塊和PC設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。SZ05-ADV是高性能嵌入式無線收發(fā)模塊，其核心器件是Freescale公司的MCl3213。它是第2代標(biāo)準(zhǔn)ZigBee無線通信平臺，在9 mmx9 mmxl mm 7l引腳LGA封裝中集成有低功耗的2．4 GHz RF收發(fā)器和8位微控制器，MCl3213器件具有60 kB的閃存，MCl32lx解決方案能在簡單的點(diǎn)對點(diǎn)連接到完整的ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中用作無線連接，小占位面積封裝中的無線電收發(fā)器和微控制器的組合使其成為成本效益的解決方案，MCl321x中的RF收發(fā)器工作在2．4 GHzISM頻段，和802．15．4標(biāo)準(zhǔn)兼容，收發(fā)器包括低噪音放大器，1 mW的RF輸出功率，帶VCO的功率放大器（PA），集成的發(fā)送／接收開關(guān)，板內(nèi)的電源穩(wěn)壓器以及完全的擴(kuò)展頻譜的編碼和譯碼，MCl32lx中的微控制器基于HCS08系列微控制器單元（MCU），HCS08 A版本，高達(dá)60 kB的閃存和4 kB的RAM。

　　SZ05-ADV嵌入式無線通信模塊集成有符合ZIGBEE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器，其數(shù)據(jù)接口包括：TTL電平收發(fā)接口、標(biāo)準(zhǔn)串口RS2-32 數(shù)據(jù)接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的廣播方式發(fā)送和目標(biāo)地址發(fā)送模式。除可實(shí)現(xiàn)一般的點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)通信功能外，還可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通訊。其模塊連接電路如圖4所示。DATA、RUN、NET、ALARM為SZ05-ADV無線通信模塊的4個(gè)工作狀態(tài)指示端口，分別是數(shù)據(jù)收發(fā)、系統(tǒng)運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和告警。 SLEEP引腳用來控制系統(tǒng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，低電平進(jìn)入低功耗，高電平或懸空正常運(yùn)行。

　　485CTL引腳是485收發(fā)控制，模塊485接收時(shí)低電平輸出，發(fā)送時(shí)高電平輸出。CENTER、DEVICE引腳是節(jié)點(diǎn)功能配置接口，均為低電平有效，或分別與引腳TIao7、TIao8接跳線帽實(shí)現(xiàn)，如這2個(gè)引腳都為高電平或懸空則為路由節(jié)點(diǎn)。CONFIG引腳是配置接口，低電平有效，或加跳線帽，可在超級終端中進(jìn)入系統(tǒng)配置狀態(tài)。模塊標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為DC-5V，正常工作電壓范圍為5～12V。數(shù)據(jù)接口有RS-232和TTL收發(fā)2種接口模式。 RS-232串口為TX2、RX2、SGND三線工作模式，TTL為TX1、RXl兩線工作模式，TTL電平為3．3V。RESET進(jìn)入低電平狀態(tài)3s，系統(tǒng)進(jìn)入配置狀態(tài)，高電平或懸空狀態(tài)則進(jìn)入工作狀態(tài)。
電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評分析：

　　本文設(shè)計(jì)的基于C805lF020和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了汽車試驗(yàn)中數(shù)據(jù)的無線傳輸，簡化了試驗(yàn)現(xiàn)場布線，提高了試驗(yàn)效率，實(shí)驗(yàn)證明了該系統(tǒng)取代傳統(tǒng)汽車測試系統(tǒng)的可行性，同時(shí)系統(tǒng)的擴(kuò)展也比較容易，可以實(shí)現(xiàn)更多功能。本研究側(cè)重于Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用開發(fā)，可為Zigbee技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用提供一定的參考，但局限于軟件程序系統(tǒng)和試驗(yàn)的電磁干擾，該系統(tǒng)的同步機(jī)制和抗干擾性能有待于進(jìn)一步研究。
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