• 基于GPSOne的贵重物品跟踪系统终端设计

    引 言    消费者委员会对当前货运业存在的问题进行了调查分析,消费者委托运输的贵重物品在运输过程中丢失情况严重,致使消费者的受损金额越来越大。物流公司常常承担运输贵重物品的任务,而这些贵重物品的丢失将会导致他们巨额的损失。物流公司使用传统的 GPS定位技术跟踪贵重物品,可以减小物品丢失的机率。但在高架桥下或城市建筑物密集等复杂地理环境中,卫星信号容易丢失;且在整个物品的运输过程中,贵重物品放在货车的金属集装箱内或者存放在室内时,利用GPS技术也无法获得卫星定位信号,难以实现对贵重物品的有效跟踪定位。同时,在物流公司监控系统的传统解决方案中,GPS车载定位业务是以GSM或CDMA移动网络短消息作为通信媒介的,定位和报警信息是通过手机短信的方式发送到终端用户的,因而不便于物流公司对整个系统进行实时监控、查询和管理。  为满足物流公司跟踪定位贵重物品的迫切需要,本文提出了一组基于GPSOne技术的解决方案。该方案既能在各种环境中实时、准确地定位,又能在发生盗窃事件时通过Internet及时报警,便于物流公司实时监控、查询和管理,从而可以更加有效地防止物品丢失,并及时追究责任。1 定位系统方案  使用CDMA的DTGS-800模块定位是一种很好的物流跟踪管理方案。该模块基于GPSOne技术,不仅可以实现定位,而且内置TCP/IP协议栈,能方便地连入Inter-net传输数据,便于物流公司监控管理。   GPSOne是一种由A-GPS(Assisted Global PositionSystem,网络辅助的GPS)与CDMA三角定位结合而成的混合定位技术。两者的有机结合使两种定位技术优势互补。在远离市区的郊外和农村,CDMA三角定位技术因无线基站稀少而精度较差,但这些地方卫星信号较强,可充分利用A-GPS提供的位置信息实现精确定位;在城市繁华地区、大型商厦、写字楼等高层楼宇密集的地方或者室内,卫星信号较弱,A-GPS定位不准,但这些地区CD-MA基站较密集,可利用AFLT(Advanced Forward LinkTrilateration,高级前向链路三角定位法)技术克服A-GPS的定位盲区缺点,实施精确定位。   同时,DTGS-800模块采用的是机卡分离技术,只要将一片R-UIM卡开通上网和GPSOne定位功能,然后插入模块就可获得上网和定位服务。 DTGS-800模块自带TCP/IP协议栈,只需通过单片机给模块相应的命令,模块就能自动通过无线方式使用TcP协议连接到Internet。进行连接前,设定所连接的IP地址和端口号为监控端服务器的IP地址和端口号,就可以实现Internet数据传输功能。监控服务器上打开相应的软件接收这些信息然后保存到数据库,利用GIS(Geographic Information System,地理信息系统)即可实现实时跟踪和查询物流车辆及物品的位置等功能,便于物流公司实时监控和管理。整个定位系统如图1所示。   定位系统包括定位终端、CDMA网络、卫星系统及物流公司监控平台4个部分。定位终端通过卫星或者CD-MA基站获取了当前的时间、经纬度信息后,通过 CDMA网络发送到Internet上,物流公司监控平台利用软件接收来自Internet的相应信息。只要R-UIM卡开通了CD-MA的GPSOne 定位和上网功能,就可获得CDMA网络和卫星系统的相应服务。数据传输的过程可视作透明传输,即可看作数据直接从定位终端发送到物流公司监控平台上。   整个定位系统的工作方式如下:将DTGS-800模块、行程开关、天线和其他辅助电路封装成一个独立单元制成定位终端,固定在存放物品集装箱的开箱口。运输过程中,当集装箱密封完好并正常运输时,此定位终端可以定时向监控平台发送经纬度、时间等信息;而当集装箱被非正常开启时会触及行程开关,该定位终端可及时向监控平台发送报警信息和定位信息。物流公司通过监控平台接收这些信息并结合物流调度表,分析事发时的物流情况,即可判断是否发生异常,并及时作出处理,从而实现物流过程跟踪、防盗、查询和管理等实时监控功能。2 系统硬件设计定位终端硬件总体框图如图2所示。2.1 系统组成    整个定位终端系统包括电源和电池供电模块、MCU模块及外围电路、DTGS-800模块及外围电路。由一片单片机来控制具有定位功能的DTGS-800,它们之间的通信是通过串口来完成的。由于所选单片机和DTGS-800的工作电平都在各自的工作电平范围之内,所以可以直接互连,无需额外的电平变换电路。DTGS-800采用机卡分离技术,提供与R-UIM卡的连接接口。2.2 系统各模块设计2.2.1 电源和电池供电模块    电源供电部分包括两部分:专门的电池供电和汽车电源供电。整个终端系统使用的是专门的电池供电,在运输行程较长而导致电池供电不足时,系统电压检测电路会发出报警,这时可以转换成由汽车电源对其进行供电。下面从两个方面介绍电源部分。    专门的电池供电。DTGS-800供电有两种方法:电池供电(VBATT_INT引脚输入)和外部供电(VEXT_DC引脚输入)。当用电池供电时,要求供电电压VBATT_INT范围为+4.O V±10%。因此选用的是容量为10Ah、输出电压为3.7 V的锂聚合物电池。由于选择的单片机是3.3 V供电,故电池在向单片机供电时需加一片LDO(低压差线性稳压器)芯片MIC5219,其最小压差可以达到0.3 V,满足设计要求。   汽车电源供电。目前汽车用的电池多为铅酸蓄电池,小型汽车用电池一般为12 V,大中型汽车(柴油发动机)为24 V。DTGS-800启动时首先要初始化系统和寻找网络,功耗较高,约300~500 mA,稳定下来后最高功耗(打电话或者上网、定位的情况下)大约在300 mA。设计时要留有余量,因此供电电源要求在外部供电(VEXT_DC)的情况下能有4.5~5 V、1 A的稳定直流供电,最高不能超过5.5 V。考虑到压差较大,且要求输出电流大于1 A,选用的是输出电压为5 V、输出电流最大为3 A的DC-DC(开关电源)芯片LM2576-5。与LDO压差较大时功耗高且转换效率低的缺点相比,DC-DC电源芯片具有较高的转换效率,且在压差较大时保证功耗不会太大。电源及电池供电模块电路如图3所示。2.2.2 MCU模块及外围电路     MCU选用的是宏晶科技公司的STC12LE5410AD,其工作电压为3.3 V,便于在所选定的系统电源下工作。这是一款带A/D转换的单片机芯片,具有超强抗干扰的特性,并且具有超低的功耗,正常工作时电流仅为4~7mA,空闲时电流<1 mA。它的工作周期仅为一个时钟周期,可以大大降低使用的晶振频率,从而降低EMI(Elec-tromagnetic InteRFerence,电磁干扰)。STC12LE5410AD具有引脚少、体积小、价格低、使用方便等特点,可降低开发成本,缩短开发周期。   MCU外围电路包括晶振电路、复位电路、开关检测电路和电压测量部分。开关检测电路用来检测行程开关的动作,电压测量部分利用单片机的A/D转换功能是来测量DTGS-800供电的电池电压,当检测到电池电压不足时会发出报警,此时需将供电部分转换到汽车电源上。MCU及外围模块电路如图4所示。2.2.3 DTGS-800模块及外围电路  CDMA模块选用的是美国高通公司带有GPSOne定位功能的集成MSM6050芯片组的DTGS-800。此模块接口共有100个引脚,可提供电话、短信、音频、传真、定位、上网和数据传输等功能,还提供多种用户接口,如串口、键盘及LCD等接口,用户可方便地根据需要进行开发。    DTGS-800与单片机接口使用的是3线(TXD,RXD,GND)串口,利用AT指令可以实现打电话、发短信及定位等功能,但是在上网和数据传输时需要接串口的流控信号(如RTS、CTS及DTR等)。RTS为请求发送信号;CTS为清除发送信号,起流控作用;DTR为数据终端准备好信号,用来指示上网时数据连接的有效性,系统中使用单片机的一个I/O口来控制。当DTR=1时,表示允许数据连接。此时单片机向DTGS-800发送上网指令,DTGS -800就被允许连接到Internet,单片机即可通过串口控制DTGS-800向指定IP地址和端口号的服务器上传输数据。注意,当模块处于数据连接有效状态时,是不响应任何AT指令的。当数据传输完毕时,将DTR置0可断开数据连接,此时DTGS-800就可以再次响应AT指令。3 系统软件设计   单片机与DTGS-800通信,分为单片机控制DTGS-800执行相应的功能,以及控制 DTGS-800通过网络向监控服务器传输数据2部分。单片机控制DTGS-800执行相应的功能,只需要通过串口给DTGS-800发送AT指令,不同的AT指令可以实现不同的功能。AT命令是以“AT”为首,字符结束的字符串。单片机每向模块发送一个AT指令,模块都会返回数据。返回的数据是以结束的字符串。单片机收到数据之后,要经过一定的解析和处理,才能重新发送给监控服务器。串口的设置如下:115 200 bps,8位数据位,1位停止位。单片机控制DTGS-800向监控服务器发送数据时,定义了相应的数据格式:帧头+数据内容。帧头包括以下内容:16字节定长的R-UIM卡号码、1字节的命令标识、1字节的数据内容长度。当数据内容长度不够时,按左对齐,右侧填0x00。数据内容即发送的数据。命令标识定义命令的类型,命令类型说明如表1所列。    例如,当发送的数据是定位信息时,帧数据依次是:16字节的R-uIM卡号码(通常为11字节),类似于手机号码,不够16字节时,后面补0x00;1字节的数据内容长度,用来说明每帧帧头后面发送的数据内容的字节数;1字节的命令标识,表明发送的数据帧的意义,如果是定位信息,则发送的是0x12;紧接着是数据内容。在通信协议里还规定了不同信息内容的数据格式。   系统软件工作过程如下:在运输过程中,单片机使用定时器定时向监控平台服务器发送定位信息。发送的数据格式遵照前面所述的通信协议数据格式。首先,单片机向DTGS-800发送定位指令“AT+GPSSRT”,CD-MA模块完成定位后向单片机返回定位信息。单片机对此信息进行解析,提取经纬度及当前时间等有效信息后对数据进行转换;再向模块发送上网指令“ATDT1123”,数据连接状态有效后,就开始向监控服务器发送定位信息。当行程开关动作时,首先要发送上网指令和报警信息,然后按照上面的步骤进行通信。软件流程如图5所示。   注意:在TCP连接并发送数据时使用了握手机制,即应答机制。为使系统的流程更加清晰,图5中未给出握手过程。当DTGS-800模块向监控端发送数据时,监控端需要根据情况返回应答信号;模块如果在规定的时间内没有得到应答,默认为连接超时。为避免在TCP连接过程中由于没有收到应答而出现死机情况,系统中运用了超时重传机制,保证了通信的可靠性。结 语  传统的GPS定位技术在物流中应用时,除了使用GPS模块之外,还需要另外使用GSM模块等其他辅助硬件才能实现定位报警功能。而在本文基于GPSOne 技术的定位终端中,DTGS-800模块融合了定位、GSM及CDMA网络服务等多种功能,集成度和性价比高。系统测试表明,本方案在楼群密集的市区或者室内实现了精确定位,克服了GPS技术定位盲区的缺点。此系统装置体积小,便于安装在物品集装箱内;定位数据能及时地通过网络发送到物流公司的监控平台服务器上,便于实时监控和管理;还可以在发生物品被盗事件时及时报警,便于物流公司查清事实,追究责任,在一定程度上能防止物流公司内部员工盗窃。

    时间:2009-11-10 关键词: 终端设计 gpsone 跟踪系统

  • 基于单片机的汽车防碰撞报警系统设计

        随着社会经济的不断进步和高科技的飞速发展,在日常工作和生活中,汽车已成为人们理想的交通工具。汽车在带给人们方便的同时,也使得交通事故频繁发生,并由此造成了人员伤亡及经济财产的损失,因此汽车驾驶的安全性已经成为人们关注的焦点。汽车的碰撞安全技术是汽车安全技术中最难也是最核心的部分,对公路交通事故的分析表明,80%以上的车祸是由于驾驶员反应不及引起,超过65%的车辆相撞属于追尾相撞,其余则属于侧面相撞。为了减少汽车事故的发生,给拥有汽车的用户提供安全感,研制一种简单可靠,使用方使,能自动检测距离,发现汽车距离障碍物小于安全距离时给驾驶员发出报警提醒的安全系统具有实际意义。由于超声波检测具有快速准确性等优点,因此,本设计采用超声波检测芯片来实现碰撞预警功能。1 汽车防碰撞报警器硬件设计    根据产品性价比和实际需要,选用中易电测研究所研制的智能化超声波测距集成电路芯片SB5027,它采用CMOS制造工艺,片内具有比较器,标准40 kHz超声波发生器以及回波响应脉冲接收器,集有动态数码显示信息输出、操作键盘、数据存储、参数设定等功能。将SB5027用作距离检测时有以下特点:动态数码跟踪显示;可以对距离上限、中限、下限值等参数设定;可以对距离、时间、定时等报警允许参数设置;最大量程及最小分辨率均由用户设置;支持增值测距功能。系统硬件结构设计如图1所示。系统由超声波发射电路、超声波接收电路、键盘显示电路、核心功能芯片,辅助电路(复位电路和晶振电路)及报警电路等组成。1.1 超声波测距原理    超声波测距的基本原理同声纳回声定位法的原理基本相同。超声波发生器不断的发出40 kHz超声波,遇到障碍物反射回反射波,超声波接收器接收到反射波信号,并将其转变为电讯号。测出发射出去的发射波与收到的反射波的时间差T,即可求出距离:    S=(1/2)CT式中:C为超声波音速,又:    式中:y为气体的绝热体积系数(空气为1.4);p为气体的气压(海平面为1.013×106Pa);钆为气体的密度(空气为1.29 kg/m3)。    对于1 L空气,质量为m,体积为v,密度p=m/v。    故:    式中:R为摩尔气体常数;T为绝对温度。        由于y,R,m均为已知常数,故声速C仅与温度有关,若温度T不变,则声音在空气中的速度与气压无关。在O℃时C0=331.45 m/s。对于任意温度,有:1.2 声光报警、无线信号发射和接收电路设计    汽车防碰撞报警检测,采用超声波传感器。超声波传感器由超声波发射电路和超声波接收电路组成。超声波发射电路由施密特触发器、变压器、发射传感器T探头组成。由于SB5027内部有标准40 kHz的超声波发生器,所以直接引其内部信号(由引脚SONICOUT引出),但是该信号较弱,在发射电路部分还必须将信号放大。此信号经过两个施密特反向触发器串接,同时通过分压电阻使NPN型晶体管VT导通,并把输出端的电压脉冲信号反馈到变压器上,经过升压变压器将电压信号增大,来驱使发射型T40传感器向外发射40 kHz的超声波,电路图如图2所示。    超声波信号接收处理是测距系统的关键技术之一。由于超声波接收电路将探头输出的微弱信号放大到足够驱动,控制后级电路,所以接收电路主要解决接收信号的表面会出现漫反射现象,因此接收电路主要解决接收信号的稳定性,即接收信号的自动增益控制问题。由于发射信号接触物体表面的一部分比较弱,同时由于被测距离的远近会引起反射信号幅度上的不均等。为消除上述缺陷的影响,接收电路应具有信号放大和自动增益控制功能。设计中选用芯片LM331来完成电压/频率的装换。超声波接收器R将接收到的反射波通过电容和电阻滤波后经过LM331转换成电压,再经两个反向施密特触发器串接将LM331装换过来的电压放大整形后送至SB5027的ECHO IN端,电路图如图3所示。    报警电路在测距越限时,由SB5027的BELLOUT端输出高电平使晶体管VT1导通,将报警器接通电源并发出报警声。电路图如图4所示。2 软件系统设计    报警器软件设计流程图如图5所示。    系统通电后,主程序完成初始化工作,包括存器置初值等。当汽车处于工作状态时,安置在汽车前后的报警装置会采集现场信号,传送给SB5027单片机。单片机接收的信号进行处理、运算、比较,正常时,报警器不报警;如果与下限比较产生了越限,则产生声光报警信号,提醒驾驶员采取相应措施。3 结 语    本设计的汽车防碰撞报警器,充分利用了SB5027的内部资源,进行数据处理和时控制功能,使系统工作处于最佳状态,提高了系统的综合反映灵敏度。报警及时,实现了防碰撞功能控制。实践证明该系统使用效果优于其他报警器,且具有体积小、使用方便、操作简单等特点。

    时间:2009-11-10 关键词: 汽车 报警 防碰撞 单片机

  • 基于GSM网络汽车报警系统设计

    0 引 言    随着经济的迅速发展,社会上汽车的数量大幅度上升。同时,偷车案例数量也在逐年大幅增长。事实上,汽车完全可以通过安装报警器使窃贼无机可乘。然而,早期的车用报警器功能单一,误报率比较高,噪音大,有时候刮风下雨也会报警,真正遇到险情时却没有达到报警效果。    目前报警器种类有很多,主要可分为声音报警器,无线报警器及GPS定位报警器。常用的声音报警器一般通过振动传感器感知被保护物体(如汽车或保险箱)的异常振动,然后驱动大功率声音报警,该报警方式缺点是报警距离短、对环境产生噪音污染、报警器易被拆卸或遭破坏。而GPS报警器入网成本高,监控范围小,稳定性差。    基于GSM网络汽车报警系统,集GSM网络、无线遥控、数字信号处理技术于一身,采用当代最新的技术成果,具有双向通信、安装简单、使用方便、用途广泛、可靠性高的特点,可广泛应用于各类汽车防盗报警。1 系统工作原理及结构组成    本系统的工作原理如下:当汽车遭受盗窃时,由于车身的振动被传感器检测到,系统微控制器根据传感器检测的信号,通过系统分析、处理,生成报警信息;同时,通过微控器控制GSM模块拨打用户电话并发出短信报警。工作原理如图1所示。2 系统硬件设计    系统硬件电路主要由以下几个部分组成:继电器模块、微处理器模块、无线通信模块、GSM模块、电源模块、传感器模块。系统硬件结构如图2所示。2.1 微处理器模块    系统微处理器模块采用STC89C52系列单片机为核心,主要完成系统控制以及信号处理等功能。该单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择,最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路;工作频率范围为:O~40 MHz,相当于普通8051的0~80 MHz,实际工作频率可达48 MHz;片上集成11280 B/512 B RAM;ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器/仿真器,可通过串口(P3.O,P3.1)直接下载用户程序,8KB程序3 s即可完成一片,适用于大规模产品开发。2.2 GSM模块    系统GSM模块采用SIM300C专用通信模块,主要负责报警器与用户之间的短信以及电话通信。该款模块内嵌TCP/IP协议,AT命令控制,实现数据传输非常方便。模块具有以下特点:    (1)供电电压:3.4~4.5 V;    (2)编码方案:CS-1,CS-2,CS-3 and CS-4;    (3)SMS短信支持MT,MO,CB,Text and PDUmode;短信存储:SIM卡;    (4)支持1.8 V,3 V的SIM卡。    SIM300C以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和信息的高速传输,满足系统的设计要求。2.3 无线模块    系统采用无线接收模块3310A用于遥控器与报警器的短距离数据传输,实现对报警器的启动和停止功能。    3310A接收模块是一片直接将芯片做在PCB板上具有较高性价比的超外差接收模块,具有体积小、免调试、无外围、性能稳定等特点,芯片内含射频放大器、混频器、本地振荡器、中频放大器、滤波器及限幅比较器,输出为数据电平信号,可直接至标准解码器或CPU解码,频率为315 MHz及433.92 MHz,适合于ASK方式的发射模块及遥控手柄配套。    产品性能与优点:    接收频率:315 MHz,433 MHz(免调试);工作电压:2.5~6 VDC(典型5 V);工作电流:2.5 mA/3 V,4.5 mA/5 V;接收灵敏度:-90 dBm(1.8μV);接收方式:ASK;数据速率:4.8Kb/s;解调滤波器带宽:5 Kb/s;工作温度:-40~+80℃。其外围电路如图3所示。3 系统软件设计    根据工作原理,程序设计主要由以下三大模块组成:启动模块、控制模块、监控模块。启动模块对部件进行必要的设置;控制模块接收用户指令,分配工作,进行相应处理;监控模块,对传感器实时监控,被触发后发送短信报警。3.1 启动模块    启动模块包含两个部分:初始化STC89微控制器和初始化SIM300C通信模块。首先,必须对微控制器的定时器和中断、串口、系统变量等进行初始化。    微控制器处理速度快,串口速率慢,这对报警器实时监控带来了很大的隐患,微控制器不能一直等待接收完全部数据。为了提高实时监控能力,通信模块引入缓存,把不完整的信息暂存在缓存内,待信息完整后再进行处理。缓存结构加入读指针和写指针,对缓存进行读、写操作,保证了在读数据的同时,也可以进行写操作,两指针互不干扰。初始化SIM300C通信模块通过拉低IGT启动SIM300C,并通过串口发送AT指令进行必要的初始化设置。表1是初始化SIM300C使用的AT命令。     根据AT指令回答的格式“<CR><LF>回答<CR><LF>”,<CR><LF>ACSII码分别0DH,0AH。短消息的发送和接收控制模式有三种:Block模式、PDU(Protocol Data unit,协议数据单元)模式和Text模式。使用Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持。目前,PDU模式已取代Block模式,而Text模式不支持中文。因此,为了系统的通用性,兼容中英文短消息的发送接收,本系统使用PDU模式来处理短消息。为了减少程序的复杂性,系统不对信息进行储存,因为如果采用信息储存方式,需对信息读取,读取完再删除信息,过程比较繁琐。    本系统则是利用信息提示的方法对信息内容进行读取的。最后设置来电显示,主要为了确认用户的身份,便于用户启动、关闭监控功能,整个启动代码的设置主要是对后续的工作做好准备。3.2 控制模块    根据程序设计需求,只需提取被叫号码和用户数据(Unicode字符串),被叫号码用来确认是否机主手机号码,当不是主手机号码时不进行下一步操作,清空缓存,继续监控,确认后,根据用户短消息内容不同,做相应设置。    其中“设置”命令的功能是将报警器中车主的手机号码进行修改;“修改”命令是将报警器中的密码进行修改,密码的作用是防止任何人都可以修改报警手机号码。发送相应短消息内容,完成各种设置:    (1)“启动”短消息,启动报警器。    (2)“关闭”短消息,关闭报警器。    (3)“设置”短消息,替换拥有控制权的手机号码。    (4)“修改”短消息,修改登陆密码。    (5)“查询”短消息,查询报警器的工作状态。3.3 检测模块    该模块由高精度振动传感器组成。模块被触发后,发送一个低电平信号到微控制器。    控制器检测到低电平信号,发送短信到机主手机报警。由图4可以看到发完信息后,低电平还未跳到高电平时,又被微控器检测监控设备为低电平,又重复发了一条信息。为解决此问题,发送报警信息继续检测监控设备,当为高电平时才跳出,这样避免了产生信息重发,增强了系统的稳定性。4 结 语    与现有汽车报警系统相比,本系统的主要功能和优点有以下几方面:    (1)由于采用专用高精度可调震动传感器检测方式,当触碰汽车产生的震动作用产生报警信号,传感器精度可调,能够有效地避免现有汽车震动报警器容易产生误报警的缺陷。    (2)报警系统安装了移动通信模块和采用单片机智能控制,当报警信号产生时,移动通信模块自动拨叫车主移动电话或向车主移动电话发送短信息,这样报警信号就可以传送到移动通信服务覆盖的任何地方,克服了普通报警系统信号传送距离近的不足。车主接到报警信号后可以采取必要措施,如电话报警,打电话询问,亲自察看等。    (3)与现有报警器相比,该报警器可通过使用车主移动电话拨叫报警器SIM卡所包含的移动通信电话号码,双方号码吻合后自动解除报警。也可以使用遥控器激活或解除报警。    (4)基于GSM网络的报警系统解决了GPS入网成本高,监控范围小,稳定性差以及一般汽车报警器距离限制等问题。

    时间:2009-11-06 关键词: 网络 gsm 系统设计 汽车报警

  • 基于虚拟串口的GPS/GSM远程定位技术

    0 引 言    全球定位系统(Global Positioning System,GPS)是美国国防部于1973年提出,历时20年,耗资200多亿美元建立起来的,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS能为用户提供连续实时、高精度的三维位置、三维速度和时间基准,是一种全球性、全天候、连续的卫星无线电导航系统。在目前世界上所有的卫星定位系统中,GPS是技术最成熟,应用最为广泛的。    在远程目标定位中,需要将利用GPS技术获得的远程目标的定位信息发送到监控中心。这可利用无线电台进行发送,但是该方法容易受到干扰而且还受到电台通信距离的限制。随着移动通信的发展和GSM网络的广泛覆盖,GSM短消息业务也得到广泛应用,利用短消息服务来传输GPS定位数据是具有优势的。GSM网络容量大,通信盲区少,利用该方法不仅可以克服传输距离的限制,而且相当方便、可靠,费用也十分低廉。结合GSM网络作为数据传输方式的各种优点和GPS这一成熟的定位技术,本文研究并实现了一种利用较少的资源就可实现的基于虚拟串口的GPS/GSM远程定位技术。1 系统架构    系统构成框图如图1所示。在远程目标端,单片机通过GPS模块获取有用的信息,如经纬度、时间、速度等信息,定时的以短消息的形式操控GSM短消息模块发送定位数据给监控中心。在监控中心部分,采用一个GSM模块与PC机通信,编写一个PC上的软件实现收发短消息、拨打电话、保存短消息等功能,并显示出远程目标定位信息。同时,通过拨打远程目标处TC35i模块的电话可实现系统的一些扩展功能。1.1 GPS模块    GPS模块采用的是Navman公司的Jupiter 21OEM板,它具有12通道,体积小、重量轻、功耗低;定位迅速准确,抗干扰性能突出;操作简便、易于开发,可通过串口与PC机进行通讯。可以根据通信的波特率选择输出NMEA-0183语句格式或者SIRF二进制格式的定位信息,默认情况下输出为NMEA-0183语句格式。该模块还具有1 PPS秒脉冲输出,且精度优于1μs,在本系统设计中用对1 PPS秒脉冲计数的方法很好地实现了收发短信的定时。1.2 GSM短消息模块    GSM短消息模块采用的是SIEMENS公司的TC35i模块,这是一个支持中文短消息的工业级GSM模块,工作在EGSM 900和GSM 1800双频段,电源范围为3.3~5.5 V,可传输语音和数据信息,可以利用AT命令通过接口电路对其进行控制。TC35i模块支持以TEXT模式和PDU模式发送短消息,使用TEXT模式发送短消息代码简单,容易实现,但不能收发中文短信,而PDU格式实现较复杂,但可以收发中文短信。系统设计中处于简单且能满足系统需要考虑,采用的TEXT模式收发短消息。1.3 主控单元    主控单元采用AT89S52单片机作为控制器,单片机通过串口与GPS模块以及GSM模块进行通信。在此需要两个串口,而AT89S52单片机本身只有一个串口,常规的解决方法是采用具有双串口的单片机或者ARM等控制器,或者通过硬件来扩展串口。前者会使系统的硬件成本大大提高,而后者不仅会增加系统的成本,还会增大系统硬件的体积。本文采取的解决办法是,AT89S52单片机本身的串口用于跟GPS模块进行通信,而利用I/O口P1.4和P3.2编程实现一个虚拟串口与TC35i模块进行通信。由于单片机内部定时/计数器只能实现较小时间的定时,所以巧妙利用了单片机的T2定时/计数器(P1.0)对Jupiter 21OEM板的1PPS秒脉冲输出进行计数方便地实现5 min定时,用于收发短信所需的定时。该部分还扩展了报警电路和控制开关通断等功能电路,这是由监控中心通过拨打远程目标端的电话来控制的。同时,还保留了单片机的剩余I/O口用于系统的进一步扩充。2 系统软件设计2.1 单片机部分软件设计    单片机部分的程序流程图如图2所示。该部分程序采用C语言编程实现,主要包括定位信息的提取、虚拟串口通信以及短消息的发送三个部分。2.1.1 定位信息的提取    单片机采用4 800 b/s波特率与GPS模块进行异步串行通讯,从GPS模块输出的是NMEA-0183语句格式的数据。该语句格式的数据以“$”开头,包括$GPRMC,$GPGGA,$GPGSV,$GPVTG,$G-PGSA,$GPGLL等语句。系统设计中只从中提取出$GPRMC语句,再进一步提取出里面包含的经纬度、速度、时间等信息,已经可以满足系统的需求。该部分的软件流程图如图3所示。2.1.2 虚拟串口    单片机与GSM模块之间通过虚拟串口进行通信,以解决AT89S52单片机固有串口不足的问题,通信波特率取为9 600 b/s。虚拟串口就是利用单片机I/O编程实现一个串口的功能,这样就以较少的资源实现了系统的功能,克服了传统的采用具有双串口的控制器或者利用硬件进行串口扩展的方法其成本高、体积大的缺点。程序中采用定时器工作于方式2进行一个数据位传输时间的定时,用于严格控制一个数据位的传输时间。单片机采用11.059 2 MHz晶振,这样定时器的初值为256-(1 000 000/9 600)/(12/11.059 2)=160,即十六进制的0xA0。实验结果证明,采用该方法进行串口通讯,数据传输稳定、可靠。采用虚拟串口发送、接收一个字符的程序流程图分别如图4,图5所示。2.1.3 发送短消息    主要是由单片机根据发送短消息的特定步骤,采用AT命令控制GSM模块发送短消息,是系统设计中最重要的内容之一。该部分程序设计中,由于会涉及到单片机与GSM模块的多次交互过程,而GSM模块响应较单片机来的慢,特别是涉及到FLASH或SIM卡的操作及网络的交互时,必须要考虑到GSM模块的响应时间问题。系统中采用TEXT模式发送短消息,步骤如下:    1.设置短信中心号码:AT+CSCA=+8613500591500<CR>//代表福州移动,<CR>代表回车,下同    2.设置短信发送模式:AT+CMGF=1<CR>//设置短信发送模式为TEXT模式    3.设置TEXT模式参数:AT+CSMP=17,167,0,0<CR>//最后一个参数是数据编码类型,0表示默认字符集(GSM);(167代表有效期24 h)    4.设置使用的字符集:AT+CSCS=GSM<CR>//设置为GSM字符集    5.输入目标号码:AT+CMGS=13599071***<CR>//1359907l***为目标号码    6.输入短信内容再输人<Ctrl+Z>,即ASCII码0x1A。2.2 监控中心软件设计    至此,英文短信发送成功,此过程中若模块回复出现ERROR则短信发送不成功。以上步骤1,3,4经设置后无需再设置,步骤2在模块断电时需重设,步骤5,6在每次发送短消息时都要重复进行。在监控中心的PC机上采用VB结合ACCESS数据库设计一个监控软件,该软件通过串口与GSM模块进行通信,获取远程目标的定位信息,经过进一步处理后显示出来。由于电子地图制作复杂、价格较贵,所以本系统示意性的利用由Google Earth软件上截图出来的图片作为电子地图,用于直观地显示出远程目标的具体位置。ACCESS数据库用于保存收发短消息的内容,该软件还具有拨打电话等功能。3 实验结果及分析    利用该软件进行实验得到的结果如图6所示。图中左半部分是软件的实现界面,右半部分是以GoogleEarth软件截图出来的图片作为虚拟的电子地图来示意性的说明问题。实验中,GPS天线置于福州大学旗山校区电气学院楼顶,监控中心位于电气学院南303实验室。由图中左半部分可以看到目标最近一次的定位信息:定位时间:10:28:28;纬度:26°04'3.03"N;经度:119°11'42.57"E;速度:0.048 m/s。右半部分图中的红、绿、蓝小圈圈代表近三次实验获得的定位位置结果(在地图上几乎重合,为说明位置在图中进行引出标注),红色小圆点代表天线的真实位置(在图中也进行引出标注说明),Google Earth软件中的地标,用GoogleEarth软件的测距工具测得实验结果与天线真实位置的误差约为12 m,这主要由GPS模块的定位精度所决定。    由实验结果可以看出,定位位置结果基本一致,但经纬度、速度存在很小的零漂移,这是正常的,零漂移的大小取决于GPS模块的性能。经过长期实验证实,系统稳定、可靠,定位误差较小,基本上可满足一般的应用要求。若要应用于对定位精度要求较高的场合,可以考虑采用定位精度更高的GPS模块等措施。4 结 语    实验结果表明,系统运行稳定、可靠,可以实现无距离限制的远程定位。由于采用了虚拟串口技术,所以以较少的资源实现了GPS/GSM远程定位技术,该定位技术可以应用于进行远程定位的多种领域。但是,由于作为定位数据传输网络的GSM网络的固有问题,对系统的实时性有一定的影响。比如,有时会出现收发短消息延时的问题,特别是在网络拥挤的时候,有时还存在较小区域的通信盲区,可以考虑与运营商建立一条专用短消息传输通道来保证远程定位信息的可靠传输。相信随着定位技术、通信技术以及GIS技术的不断发展,本文所讨论的远程定位技术将会得到广泛的应用。

    时间:2009-11-06 关键词: gsm GPS 定位技术 虚拟串口

  • 基于C8051F040的模型车无线控制系统的设计

    0 引 言    汽车耐久性试验是汽车试验的重要组成部分,而在试验过程中试验人员驾驶行为的变化,往往导致实验结果不一致,从而降低了实验数据的有效性。因此各大汽车公司相继采用驾驶机器人代替试验人员进行汽车试验。利用驾驶机器人进行试验对于减轻人类劳动强度,降低试验环境对试验人员的伤害,提高试验效率、试验结果的客观性和准确度,节省试验费用,进而加速汽车研发进度都有重要的意义。    为了测试驾驶机器人以及驾驶算法的可靠性,必须有一个仿真驾驶系统能满足驾驶机器人的要求。本文所设计模型车无线控制系统则是实现机器人仿真驾驶的主要环节,为驾驶机器人及其驾驶算法提供了实验平台。    系统采用了1:10电动模型车,速度的调节由电子调速器和一个无刷直流电机来完成,通过舵机对前轮的控制来完成模型车的转向。上位机的控制信号经由ZigBee无线收发模块传输给控制核心C8051F040,单片机根据上层的运动命令发送对应的PWM信号给电子调速器和转向舵机,实现对模型车运动的控制。1 系统框架    系统采用模块化设计,主要由单片机、无线收发模块、测速反馈、电子调速器、无刷电机、转向舵机和上位机组成。如图1所示。2 硬件设计、2.1 无线模块硬件设计    无线收发模块通过ZigBee技术实现了微处理器与上位机的通讯,是上位机与模型车运动控制模块的中间节点。通过该模块,上层控制命令可以发送到微处理器上,同时微处理器反馈此时的速度信号与转角信号给上层控制台。    该模块选用了TI公司推出的CC2431芯片。CC2431采用增强型8051 MCU,32/64/128 KB闪存,8 KB SRAM等高性能模块,并内置了ZigBee协议栈且支持2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZigBee协议。图2所示为无线模块的硬件电路示意图,以CC24.31芯片为核心。天线采用非平衡天线,为了能使天线更好地工作,要采用非平衡变压器来连接天线。非平衡变压器由电阻R1,R2,电感L1,L2,电容C1和PCB微波传输线构成。    其中,R1,R2的阻值为电波波长入的一半,即λ/2。L1,L2的电感值分别为22 nH和8.2 nH,它们不仅是非平衡变压器的组成部分,还为片内的低噪声放大器(LNA)和功率放大器(PA)提供所需的直流偏置。整个天线系统的等效电阻为50Ω,满足RF输入/输出匹配电阻的要求。2.2 控制模块硬件设计    控制模块使用的是Silabs公司的C8051F040单片机作为系统的微处理器进行电机的控制及系统的其他处理工作。    控制模块硬件图如图3所示(仅画出使用的引脚)。主电机选择了7.2 V的无刷直流电机。由于有刷电机换向是通过碳刷及整流子,但是碳刷及整流子在电机转动时会产生火花,碳粉因此会造成组件损坏,而无刷直流电机是用电路来进行换向的且体积小、易控制,因此不存在这些问题。无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。    无刷直流电机构造复杂,因此对它的直接控制通过电子变速器来实现。根据单片机PWM信号的占空比来控制电子调速器中MOSFET的导通关断时间从而控制电流,达到控制电机转速的目的。这种方法具有电流大,输出电流线性度高等优点,使电机的效率得到提高。    模型车的转角控制是用一个舵机实现的。舵机的控制简单、输出力矩大、输出角度精确、工作电压低,非常适合用于模型车的转角控制。舵机内部有一套精密的减速齿轮组,直流电机的输出经这套减速齿轮减速后输出。单片机输出PwM信号来控制舵机的转角,该信号进入舵机内部的信号调制芯片获得直流偏置电压,将此直流偏置电压与内部一个标准电路产生的周期为20 ms宽度为1.5 ms的基准电压比较,获得电压差输出。电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。    系统的电源采用了7.2 V的电池,而C8051F040的高电平是3.3 V,因此需要进行电平转换。本系统使用的是贴片式的LM1117进行电平转换。如图4所示,由于该芯片的输入、输出的允许压降很小,所以用了两片规格不同的LM1117实现两级电平转换,中间再串联二极管,利用二极管的固有压降来满足芯片的压降要求。3 软件设计3.1 无线模块软件设计    无线模块应用程序是将上位机的运动控制信号发送给电机控制模块,另外还要把微处理器的电机控制量上传给上位机。复位时进行系统初始化并开中断,置标志位ST,完成后系统进入休眠模式(ST=00)。当上位机有数据采集要求时,通过串口与之通信,此时将会触发系统的串口中断激活系统。随后,中断服务程序将系统置为发送命令状态(即ST=01),先解析命令信号,接着将命令信号打包发送出去,发送成功后将进入等待接收数据模式(即ST=10)。此后,如果有数据发送过来,底层将数据上交到应用层后,就直接将数据通过串口上传给上位机,完成一次数据传输。其程序流程如图5所示。3.2 电机控制模块软件设计    该模块的软件设计流程如图6所示。    上电复位后,首先完成单片机的初始化,包括看门狗初始化,输出口定义,交叉开关配置,配置时钟寄存器,T0时钟控制器。C8051F040单片机资源丰富,但基于51内核(特殊功能寄存器只有128个),其很多特殊功能寄存器便不能安排下,于是采用了分页机制。所以在配置不同的寄存器时,要先使用选择分页。单片机内使用中断方式产生PWM信号,定时单位设为0.01 ms,初始信号为周期16 ms,高电平时间1.5 ms,high0,high1分别控制速度控制波形和转角控制波形的高电平时间。当接收到启动信号后,P1.0,P1.1接收速度信号,P1.3,P1.4接收转角信号。4 结 语    本文设计了以C8051F040为控制核心的仿真平台,通过与上位机的通信,可以很好地满足机器人仿真驾驶的要求。系统采用上位机无线控制物理模型的方式,使得仿真驾驶更加安全可靠。该系统具有很好的拓展性,通过无线通信,可以增加更多的数据采集系统用以反馈信息给上位机,拓展了该平台的应用范围。如增加定位反馈系统,则上位机可以屏蔽物理模型的运动进行算法模拟及试验。在参数方面,可以增加高精度的测定反馈系统,通过与上位机保持实时的通信来满足更高的仿真要求。

    时间:2009-11-06 关键词: c8051f040 模型车 无线控制系统

  • 基于CAN总线的电车漏电检测装置的研制

    0 引 言    由于石油资源的日益紧缺和人们环保意识的提高,新型动力交通工具不断涌现,如:氢燃料汽车、乙醇燃料汽车等,其中以电能作动力的环保型交通工具发展更为迅速。载有蓄电池的无轨电车是最具发展潜力的公共交通工具,它除了具有电车的优点以外,还省去了架设部分供电线路的优点,对美化城市起到极其重要的作用。据资料显示,北京在2008年就有近800辆的这种“准”无轨电车投入运营。然而,由于这样大型的电车内部蓄电池数量非常多,供电电压达到500 V之高,所以绝缘和漏电的处理技术一直是困扰电车开发人员的一大难题。目前,电车供电系统采用了多重逆变技术,把低压24 V供电与高压电动机驱动部分、大型充电机部分进行严格隔离,并安装了与大地接触的放电铁链,使得漏电问题得到了很好的解决。但是,在偶发情况特别是雨天天气环境下,依然会出现乘客上车过程中被电击的现象。针对此,实时测量放电铁链即大地与车皮之间电压的漏电检测装置的研制就非常必要。1 工作原理    本装置安装于电车内部,供电电压为电车上的低压24 V电源(实际工作电压在18~36 V),装置本身装有3颗LED指示灯,分别是系统工作电源指示绿灯、低压漏电30 V指示黄灯和高压漏电70 V以上指示红灯,其中1根接线为铁链引线,另外2根接线到前台仪表显示系统。系统框图如图1所示。    电车车皮本身为低压电源的负极,从以往的实测和理论分析得出,被测铁链在漏电情况下达到了电车内部蓄电池的总电压,并且与车皮之间的电压呈现出正负的现象。所以,本系统在设计时充分考虑了上述情况,并在信号调理电路的设计上进行了处理。当被测信号与车皮之间电压在30~70 V之间或在-30~-70 V之间时本装置黄灯亮;当被测信号与车皮之间电压大于等于70 V或小于等于-70 V时本装置红灯亮。2 系统电路设计及网络协议    本系统的核心控制器采用了ATME公司的高性能8位AVR单片机ATmega 16,其内部具有8路单端的10位ADC采集接口;16 KB的系统片内可编程FLASH,烧写次数达到数万次;1 KB的片内SRAM;具有32个可编程控制的I/O接口;同时还能达到16 MIPS的高运行速度。本装置采用外部扩展CAN控制器的方式,实现了与整车的CAN网络系统进行通信功能。2.1 信号调理电路    此部分电路主要对被采集电压进行调理,最终转化为MCU能接受的0~5 V的电压范围;由于被采对象是个正负高电压信号,系统对于采集精度要求为±1 V。详细的设计电路如图2所示。    当Vin>0时,二极管D4导通,D2截止;输出到MCU的ADC0上的电压值为:        当Vin<0时,二极管D2导通,D4截止;输出到MCU的ADC1上的电压值为:        为保证调理后的电压值满足MCU的ADC接口电压要求,电路中采用了稳压管进行稳压保护;同时还添加了信号滤波电路进行平滑处理。2.2 CAN接口电路与网络编程协议    CAN接口电路采用了PHILIPS公司的SJA1000控制器和TJA1050高性能收发器。为了使本装置与电车上其他各路系统如蓄电池管理系统、发动机系统、仪表显示系统的电气隔离,该CAN接口的设计上采用了高速光耦6N137和单独的隔离5 V电源,隔离电压达到了电车电器部件隔离规范要求的3 000 V。详细设计如图3所示。    CAN 2.0B协议数据单元由标识码和数据域两个,部分组成,标识码包括了优先权(P)、保留位(R)、数据页(DP)、格式域(PF)、特定域(PS)、源地址(SA)和数据域(DF)七部分。    SAE J1939是以CAN 2.0B扩展信息格式为基础,用于大型车辆的协议。该设计参照此协议并兼容了北京公交的无轨电车电器控制CAN编码协议,规定了通讯的波特率为200 kHz。标识码由29位组成,分别为状态ID和指令ID。定义为:PF=0XFF,PS=0X04,优先级=3,地址=0X09。数据域由8个字节,64位组成,各个单元的数据域都有不同定义。3 软件例程与应用    软件采用模块化、结构化的编程方法,本系统软件部分主要由单片机的数据采集模块和CAN接口的通信模块组成;所有代码在ICC AVR开发环境中进行C语言编写。本系统中,核心处理器器ATmega 16与CAN控制器之间采用中断触发的方式进行命令、数据的接收,并采用轮询方式进行数据的发送。    系统周期性采集到外部信号后,按照规定的格式发送数据到总线上,同时根据需要提前报文和标志并判别是否发送成功;若CAN控制器接收到外部命令数据,利用屏蔽滤波寄存器对接收报文的标识符和预先在接收缓冲器初始化时设定的标识符进行有选择地逐位比较,只有标识符匹配的报文才能进人接收缓冲器并发送信号到MCU的对应引脚,从而触发中断。3.1 系统初始化    系统初始化主要对系统中ADC与CAN控制器工作时的各参数设置,其主要内容包括:设置对应2个I/O口为ADC口、设定ADC使能和查询读数方式、硬件使能CAN、设置CAN报警界限、设置总线波特率、设置中断工作方式、设置CAN验收滤波器的工作方式、设置CAN控制器的工作模式等。初始化流程如图4所示。3.3 接收数据程序    由于接收采用中断的方式进行,MCU获得中断信号后进入命令数据的判别并对CAN控制器进行相关寄存器复位清0操作。若数据与之前规范的一致,则立刻把前次准备好的数据发给CAN控制器。此功能的软件流程如图6所示。4 结 语    本装置能够实时地检测出漏电电压,通过具有强实时性、高可靠性和更好抗干扰能力的CAN总线技术发送、接收命令和数据。实践证明,该装置能够很好地监测电车漏电状态,从而消除了乘客上车偶尔被电击的现象,提高了整车的安全性能。

    时间:2009-11-05 关键词: 装置 can 总线 漏电检测

  • 基于Linux的嵌入式车载导航系统的设计

    1.前言HMS30C7202 嵌入式微处理器是目前性价比交优秀的芯片,由于其优良的性能用于替代早期的芯片,在车辆导航方面的开发应用有着广阔的应用前景。在诸多的操作系统中,由于Windows CE 、Vxwork 等操作系统都是商业化产品,其价格高昂、源代码封闭。另外,对于上层应用开发者而言,嵌入式系统需要的是一套高度简练、质量可靠、应用广泛、易开发、多任务,并且价格低廉的操作系统。源码开放的Linux 正好可以满足这些要求。由于嵌入式系统的应用多种多样,并且标准Linux 操作系统比较庞大,因此,需要根据实际应用对标准Linux 进行重新的移植、裁剪和配置,生成代码紧凑、代码量小的特定操作系统。2.导航系统的硬件组成 车载导航系统的硬件平台为HMS30C7202 的SAMSUNG 公司的32 位高性能嵌入式微处理器,以HMS30C7202 为核心,包含了LCD 液晶显示模块、存储器模块(Flash、SDRAM)、GPS 模块、串行接口、USB 接口、IrDA 红外通讯接口、网络接口等外围部分,其硬件构成如图1 所示。HMS30C7202 嵌入式微处理器采用16/32位精简指令集,具有高性价比,低功耗,高性能的特点,为掌上设备和一般类型应用提供了小型微控制器的解决方案。为了减少总的系统消耗,HMS30C7202 包括了以下部分:独立的16KB 指令缓存和16KB 数据缓存,MMU,LCD 控制器(STN/TFT),NAND Flash 启动加载器,存储管理器(片选逻辑与SDRAM 控制器),      3通道的UART ,4 通道的DMA,4 通道的脉宽调制定时器,I/O 端口,RTC 实时时钟,8通道10位的A/D 控制器及触摸屏接口,IIC 接口,IIS 接口,音频接口,USB 主机,USB 设备,SD 主机/多媒体卡接口,2 通道的SPI,摄像头接口,PLL 时钟发生器以及电源管理等。1 3. 基于Linux 的软件系统设计 2 软件功能与组成 系统的软件包括嵌入式操作系统、GUI 图形用户界面、应用程序三个部分,其中嵌入式操作系统和GUI 图形用户界面属于关键技术,它们的好坏决定了系统能否得到成功的应用。应用程序建立在嵌入式操作系统和GUI 图形用户界面之上,上电之后启动过程如图2 所示。在本软件设计中,操作系统采用使用广泛的内核源代码开放的嵌入式Linux,GUI 图形用户界面采用源代码开发的Micro windows 。3.2 交叉编译环境的建立 在满足系统稳定、安全、可靠的基础上,嵌入式产品的体积要尽可能小,从而不能够提供足够的资源供编译过程使用,因此,必须建立一种交叉编译的环境,即在高性能的宿主机上对即将运行于目标机上的程序进行编译,生成可在目标机上可以运行的代码格式,然后下载到目标机中运行。Linux 环境下使用GNU 工具完成编译、链接等过程,包括针对目标系统的编译器gcc、针对目标系统的二进制工具binutils 、针对目标系统的标准c 库glibc 和针对目标系统的Linux 内核头文件。在linux 的根目录下,通过命令tar Ixvf cross-2.95.3.tar.bz2 进行解压缩,执行完毕之后在/usr/local/ 目录下自动生成arm/2.95.3 目录,进入2.93.3 目录下可以看到arm-linux 、bin、include 、lib 等各种目录,说明交叉编译工具安装完毕,编译环境已经建立起来了。3.3 引导程序的移植 受嵌入式系统资源的限制,嵌入式系统的引导程序并不像PC 机上的引导程序一样是由BIOS 和位于硬盘MBR 中的引导程序组成,整个系统的引导加载任务主要是由一个称为BootLoader 的引导程序来完成的。BootLoader 是系统复位后首先要执行的代码,主要作用是初始化硬件设备、建立内存空间的映射等,将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,从而为操作系统和应用程序的调用建立一个良好的环境。系统的软件设计中采用的引导程序是韩国Mizi 公司开发的BootLoader----vivi 。在嵌入式系统中,BootLoader 是高度依赖于硬件的,在嵌入式系统中建立一个通用的BootLoader 几乎是不可能,因此对于每一种特定的平台,都要移植一个BootLoader。可以说建立一个与平台配套的、易于使用的BootLoader ,是软件设计的关键一步。针对本系统的引导程序移植的思路是找到一个与所设计的平台最相近的平台的BootLoader,然后根据所设计平台的硬件参数对BootLoader 进行修改,从而完成BootLoader 的移植。首先根据实际情况修改vivi 工程管理文件Makefile 文件中的相关参数,包括交叉编译器库和头文件路径,交叉编译开关选项设置,Linux 内核代码中的库和头文件路径等。然后根据硬件平台的参数修改相应的配置,如处理器时钟、存储器初始化、通用I/O 初始化等等。然后进行配置、编译生成可执行的代码。3.4 内核的移植 由于嵌入式系统是针对特定应用的,而且资源有限,所以标准Linux 无法应用到嵌入式系统中,因此必须根据实际情况对Linux 进行裁剪、配置,从而产生一个适用的嵌入式Linux 操作系统。Linux 内核的移植包括获取源代码、修改设置、裁减配置和编译。3.4.1 获取源代码 Linux 内核源代码一般都有专门的机构负责维护,我们可以从这些机构的网站上下载下来使用。修改设置嵌入式系统的应用的针对性很强,从站点上下载下来的内核不可能包含针对所有嵌入式系统的代码,因此需要对代码进行修改设置,从而适合目标平台。一般包含下面几步。  ① 编写与处理器相关的代码。主要包括时钟设置、中断设置、存储器分配及其他一些寄存器的设置等等,这些与HMS30C7202 处理器相关的代码放在/arch/arm/mach-s3c2440 目录下。  ② 修改根目录下的工程管理文件Makefile ,指定所移植的硬件平台和交叉编译器的路径。  ③ 修改/ arch/arm 目录下的工程管理文件Makefile ,指定内核运行的虚拟地址,修改该目录下的配置文件config.in,以便在执行配置命令时能够显示HMS30C7202 的相关信息。  ④在/arch/arm/def-configs 目录下添加配置好的HMS30C7202 配置文件。在/arch/arm/boot/compressed 目录下添加处理器的初始化代码head-s3c2440.s 。  ⑤ 修改/arch/arm/kernel 目录下的工程管理文件Makefile ,确定文件类型之间的依赖关系。3.4.2 裁减配置及编译 修改完内核设置后,就可以对内核进行裁减配置及编译了,在配置中剪裁掉冗余的部分,使编译生成的最终的内核的映像文件代码量尽可能小。执行如下命令:# make menuconfig 进入配置菜单,选择处理器类型和所需要的各种外设、协议的支持等等, 包含了LCD 、触摸屏、串口、声音、EXT2、FAT 和JFFS2 文件系统以及TCPIP 协议的支持. # make dep 搜索Linux 编译输出与源代码之间的依赖关系,并生成依赖文件。# make zImage 编译Linux 内核,生成压缩的内核映像文件zImage 。存放在/arch/arm/boot/ 目录下。3.5 驱动程序的编写 驱动程序是操作系统内核和底层硬件之间的接口,驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节,通过驱动程序,应用程序对硬件的操作可以像对普通的文件操作一样方便。驱动程序的主要作用是初始化和释放硬件设备,检测和处理硬件设备出现的问题,在应用程序、内核和底层硬件之间传输数据。由于嵌入式系统是针对具体应用的,因此,应该根据具体的平台编写相应设备的驱动程序,以方便应用程序对底层硬件的访问。每一个系统调用都对应着file_operations 结构的每一个成员,编写驱动程序主要是编写底层设备需要的各个操作函数并填充结构file_operations ,该结构在/include/Linux/fs.h 文件中定义。驱动程序通过设备名、主设备号和从设备号与具体的硬件相联系。驱动程序可以以动态或者静态方式加载到内核当中,在调试阶段,一般以动态的方式加载驱动程序,而在最终形成产品时,添加到内核当中,每次启动内核时自动加载。3.6 根文件系统 一个嵌入式产品的稳定运行,除了引导程序、内核之外,还必须有一个区域用来为用户提供支持架构和用户使用的应用软件,存放数据读写的结果,这个区域就是根文件系统。嵌入式系统中通常使用的根文件系统有:Romfs 、Cramfs 、Ramfs 、JFFS2、EXT2 等,另外根文件系统既可以建立在RAMDISK 上,也可以建立在Flash 上,在RAMDISK 上建立根文件系统Cramfs 。4.结束语 本研究具获得了以下创新:(1)设计了以HMS30C7202 为核心的车载导航装置的硬件系统及其LCD 液晶显示模块、存储器模块(Flash、SDRAM)、GPS 模块、串行接口、USB 接口、IrDA 红外通讯接口河网络接口等外围部分。(2)建立了软件设计的交叉编译的环境,完成了以HMS30C7202 为核心的车载导航装置的软件设计。本研究得出以下结论:1 (1)在车载导航系统中采用源代码完全开放的嵌入式Linux 完全可以代替WinCE 等商业操作系统,从而减低了系统的成本,增加了市场的竞争力。通过对系统的开发,笔者有以下几点感触。2 (2)在程序中加入一些输出语句,以便在调试过程中,在超级终端上显示一些通过串口打印的调试信息,可以对程序运行情况进行观察。3 (3)由于串口下载速度较慢,BootLoader 要尽可能支持网络,通过网络下载内核和文件系统,加快开发进度。

    时间:2009-11-05 关键词: 系统 Linux 嵌入式 车载导航

  • 75V低侧智能功率开关(IR)

    75V低侧智能功率开关(IR)

    国际整流器公司 IR) 推出 AUIPS2051L 和 AUIPS2052G 75V 低侧智能功率开关 (IPS) ,适用于严苛的 24V 汽车环境,包括卡车接线盒应用。AUIPS2051L 和 AUIPS2052G 具有 70V 有源箝位,并提供全面的保护功能。这两款器件在过温或过流情况下可自动关闭,当再次关、开输入后会重启,通过连接到输入引脚的串联电阻提供诊断信息。此外,AUIPS205x 系列采用了 IR 的 75V 技术,使其完全满足所有 24V 汽车负载(如螺线管)的要求,也可用于替代机电继电器。IR亚洲区销售副总裁潘大伟说:“为了应对当今接线盒应用的设计挑战,这些坚固耐用的新款 75V 器件能够在短路的情况下重复操作,以延长使用寿命,提高可靠性。”AUIPS2052G 是一款双通道器件,而 AUIPS2051L 是单通道器件。它们的开、关时间都进行了优化,使容易受到电磁干扰(EMI)的汽车应用的噪声降到最低。这两款器件都能提供静电放电(ESD)保护、低电流和逻辑电平输入。新器件均符合 AEC-Q100 标准,是在 IR 要求零缺陷的汽车质量理念下研制而成的,所采用的环保材料既不含铅,也符合有害物质管制指令 (RoHS) 。产品的基本规格 器件编号封装Rdson (最大 25°C)过流关闭 (分钟)TJ箝位电压OC/OT 保护类型AUIPS2051LSOT223300mΩ1.2A165°C70V关闭AUIPS2052GSOIC8300mΩ1.2A165°C70V关闭新器件现已接受批量订单。

    时间:2009-11-03 关键词: 开关 75v 智能功率

  • 背负三座大山 本土汽车电子如何突围

    背负三座大山 本土汽车电子如何突围

    机遇与挑战: 技术底子薄外企壁垒难突破 企业规模小恶性竞争难避免 产业链缺失各方力量难凝聚市场数据: 中国汽车电子市场70%以上的份额由国外厂商所掌控 中国有1000多家汽车电子企业,但都是“小个子”         不忙的周末,深圳市合正汽车电子有限公司总经理郭依勤会来到北京的汽车4S店,看看公司新开发的IVI(信息娱乐系统)产品的使用情况。目前,该公司这款产品的月出货量为2000台。明年开春,这款产品将在全球发行,郭依勤预计,未来全球销量每月会有20万台,外销将占40%。同样的日子里,在汽车电子行业呆了10多年的沐先生,正忙着继续升级自己的产品线,从CD、DVD到导航和车载电脑等。这些业内人士如此地精心的布局,正是为了迎接中国汽车电子市场高涨的大潮。     金秋9月,中国车市全线飘红。据北京市汽车流通协会的数据,9月份,北京新车交易量超过7万辆,再次创造了新的单月销售纪录。这一数据比8月多了1万辆,环比增长了17%;比去年同期更是多了3.5万辆车,同比增长了103%。     “随着车市的红火,汽车电子这两三年也一直很火。”谈及市场的红火,沐先生很是高兴。实际上,从2006年开始,“DVD+GPS”这类产品在“后装”市场非常畅销,深圳和北京的市场南北呼应,映红了汽车电子的“艳阳天”。“中国每年生产多少辆车,就有多少台汽车音响。”沐先生说。按照年初国务院办公厅公布的《汽车产业调整和振兴规划》的构想,在2009年,我国的汽车产销量要力争超过1000万辆,3年平均增长率要达到10%。     然而,有着让人羡慕业绩的中国本土汽车电子企业,却徘徊于一个怪圈,那就是他们业绩的增长很大一部分来自“价格便宜”、“利润很薄”的后装市场,而前装市场和车体电子市场却被外企牢牢占据着。     “在前装市场中,汽车增加一套带‘DVD+GPS’功能的电子产品要花两三万元,而在后装市场买一套产品只需两三千元,差了十几倍!”沐先生感慨道。2009年中国汽车电子产业规模预计达到1484.3亿元,2012年则超过3200亿元;而后装市场仅有几十亿元到几百亿元的规模,增长率最多不过40%。     在大好的市场前景下,中国的本土汽车电子企业为何被困于狭窄的后装市场?是本土的企业偏安一隅吗?记者经调查发现,表面红火的中国的本土汽车电子企业,正承受着三大“难”山的重压,嗷嗷待救。     技术底子薄外企壁垒难突破     “国外汽车电子企业用40%的资本控制了中国50%的汽车电子市场,攫取了中国汽车电子70%的利润。”5年前,中国汽车电子市场的格局正如国家发改委经济研究所王小广博士所言。而今,这样的格局未有太多改变。据调查,目前中国汽车电子市场70%以上的份额由国外汽车电子厂商所掌控,这些企业包括博世、德尔福、伟世通、德国大陆、现代莫比斯、电装、西门子VDO、法雷奥。在激烈的竞争中,孱弱的中国汽车电子企业几乎无话语权可言。     按业内的说法,汽车电子市场基本分为两类。一是车体汽车电子:包括发动机、底盘和车身电子;二是车载汽车电子:包括行车电脑、导航、音响和信息娱乐系统,以及车载通信系统等。车载类又分为车厂定制的前装和市场销售的后装。     在车体汽车电子领域,技术几乎被国外汽车电子厂商垄断。“由于中国汽车工业在整车控制系统等汽车电子领域技术的缺失,使得缺乏本土汽车产业支撑的中国汽车电子企业没有技术实力,更没有渠道打入车体汽车电子市场。”沐先生抱怨道,同样的原因,国产车载汽车电子产品也很难拿下汽车厂商“前装”的订单,只得通过“后装”渠道销售。     情况确实如此,目前在被外企垄断的前装市场,除了个别本土企业在一些非核心技术领域,如汽车影音有零星突破外,大部分企业掌握的技术都很有限。“本土企业能够在车载汽车电子的后装市场打拼,主要靠的就是价格低廉了。”对汽车电子产业颇有研究的东软集团总裁王勇峰表示。     核心技术成了中国的汽车电子企业突围的第一道门槛。     “近年来,虽然我国汽车电子在底盘、动力总成、安全等方面取得了巨大的进步,但是由于我国汽车电子产业整体水平仍然落后于世界先进国家,在一些关键技术上与国外相比,差距仍然很大。”广东好帮手电子科技有限公司副总裁兼首席信息官殷建红坦言,在这样的大背景下,中国的汽车电子企业绝大部分缺乏技术积累,也就更难谈及核心技术,在技术标准上更缺少话语权,不敌国外厂商也很无奈。     业内专家认为,自主创新既是汽车制造业发展的关键,也是汽车电子发展的关键。东软汽车电子先行技术研究中心主任袁淮也认为,创新是本土汽车电子厂商惟一的出路。     事实上,国家也在号召汽车电子企业自主创新。在《汽车产业调整和振兴规划》中,国家就提出了“关键零部件技术实现自主化”的要求。其中,发动机、变速器、转向系统、制动系统、传动系统、悬挂系统、汽车总线控制系统中的关键零部件技术要求实现自主化,新能源汽车专用零部件技术要达到国际先进水平。     另外,今后3年,国家还将投入100亿元作为技术进步、技术改造专项资金,重点支持汽车生产企业进行产品升级,提高节能、环保、安全等关键技术水平,并带动企业和地方政府更大规模的投入。     工业和信息化部还制订《汽车产业技术进步和技术改造项目及产品目录》,支持汽车产业技术进步和结构调整,加大技术改造力度。重点支持内燃机技术升级、先进变速器产业化、关键零部件产业化,以及独立公共检测机构和“产、学、研”相结合的汽车关键零部件技术中心的建设。     但是更多的业内人士指出,以当前的产业基础和研究基础来说,本土厂商要想从根本上改变“蚂蚁与大象”的差距,单单依靠自身整合技术研发力量,走自主创新之路很难实现。    企业规模小恶性竞争难避免     “我们也想靠高技术突破,但没那个实力和精力。”谈到如何自主创新,某汽车电子企业的负责人刘先生满脸踌躇地说道,目前企业规模和实力相较外企“巨头”还很小,无暇在激烈的竞争中抽出更多的精力和资源用于研发,也没有能力与汽车厂商和研究机构谈合作,而这样的问题在业内普遍存在。     目前,中国有1000多家汽车电子企业,其中大多数为本土汽车电子企业,数量虽多,但个个都是“小个子”。     据调查,中国本土最大的汽车电子企业,是被誉为“中国汽车电子行业自主创新旗帜”之一的“深圳航盛电子”,其销售额也才刚刚超过20亿元;另一家著名的本土汽车电子企业“启明信息”,即使“傍着”长春一汽这棵大树,其2009年上半年在汽车电子领域的营收只有7995万元,去年全年也仅仅是6000万元。而外资汽车电子厂商在中国市场的营收却是百亿元规模。2008年,博世中国的营收约为250亿元,同比增长30%。天津电装电子有限公司在2007年的营收就达到了20亿元,而这只是电装在中国6家合资公司中一家的营收。     更严重的是,这几年中国的汽车电子企业们陷入了恶性竞争的死循环,无技术只得拼价格,拼价格又导致互伤,而利润下降就更难以做大,规模小就更无实力研发。“规模做不大,光靠企业的那点微薄利润,何来研发投入,自主创新难免流于空谈。”刘先生感到很困惑。     汽车电子的技术研发有多难呢?航盛电子总经理杨洪举了个例子,一般来说,一款新车型从最初的立项到进入生产,整个开发阶段大约需要两年左右。而像航盛这样的配套企业,必须跟上车厂的新车开发工作,否则很难在产品质量和性能上得到车厂认可。而这样的时间,如果没有足够的资金投入是无法做到的。     “目前我们只选择自己有优势、有能力做的一些产品类型,而像倒车雷达、TPMS、安全气囊、ABS等技术要求高的产品,我们现阶段先不碰,等积累了足够的资金、技术和市场渠道实力后再去做。”杨洪说。     这样的发展步骤已令很多业内企业眼馋,但杨洪依然有遗憾。这样的计划,对航盛电子这样一个已经累计申报专利800项,并计划2010年将10%的营收投入研发的企业来说,还是有些慢。“如果企业规模更大,在国际上更有竞争力,那么就好办得多了。”     如何提升产业规模的问题,国家有关部门也很关心。按照《汽车产业调整和振兴规划》,在汽车零部件方面,国家也提出了“支持零部件骨干企业通过兼并重组扩大规模,提高国内外汽车市场配套的份额。”的产业目标。而汽车电子的IT化也给很多有实力的IT公司带来了机会。王勇峰认为,“很多IT公司都是可以往汽车电子上转的,但要进入这一领域,公司一定要有耐心,要能忍受5年到10年的成长时间,在这期间可能没有发展的机会。”     一些难于逾越规模瓶颈的本土汽车电子企业,只得选择被外资厂商“吃掉”。2005年,江苏天宝被合资企业收购,在此之前,江苏天宝是堪比航盛电子的“本土旗帜企业”。

    时间:2009-10-30 关键词: 汽车电子

  • 基于虚拟仪器的车载CAN总线监控系统开发

    由于能源与污染的问题,电动汽车正成为汽车技术研究和开发的热点。电动汽车分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等,是一种环境友好的先进交通工具[1~2]。目前电动汽车一般都采用基于CAN(Control Area Network)总线的整车通讯控制系统。CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,具有实时性强、传输距离远、抗干扰能力强、成本低的特点,在汽车通讯网络中得到了广泛的应用[3]。  汽车在开发过程中需要对整车运行参数进行采集和监控,以便分析各部件的运行状况,优化和改进整车控制策略。在整车耐久性考核中也需要全程采集和记录运行数据,以便对整车及部件性能变化进行分析。因此车载CAN总线监控系统是电动汽车研究和开发的重要工具,本文重点论述车载CAN总线监控系统的开发以及在燃料电池汽车道路考核试验中的应用。1 汽车CAN网络结构及通讯协议  在电动汽车中,整车控制器通过CAN总线与电机、蓄电池等部件通讯,读取各部件的状态信息并向部件发送控制信息。图1为一种燃料电池汽车的CAN网络结构,整车控制器通过CAN网络采集燃料电池、DC/DC转换器、蓄电池和电机等部件状态参数,根据一定的控制策略向DC/DC转换器和电机发送控制命令,使动力系统各部件协调工作,实现整车的动力性和经济性指标。监控系统连接到CAN总线上,读取总线的数据帧,实现数据的采集和存储。  在CAN网络中数据以报文为单位进行传输,节点对总线的访问采取位仲裁方式。报文起始部分为标识符,在CAN2.0B中标识符采用29位格式,如图2所示。其中,优先级为3位,共8个优先级;8位PS为发送此报文的源地址,8位SA为目标地址,8位PF为报文代码。  监控系统与整车CAN网络连接,可接收总线上的全部数据帧。一个CAN数据帧包括标识符和8字节数据。根据标识符可判断出该数据帧是哪个部件发送的,再根据部件的通讯协议对8个字节数据进行解析可得到实际的参数值。   图3为燃料电池汽车中燃料电池控制器向整车控制器发送的一个数据帧的格式。标识符ID为29位数据,根据标识符格式定义可以得出燃料电池地址为11,整车控制器地址为10,数据帧优先级为3。数据部分包含燃料电池输出电压、燃料电池输出电流、电堆温度、故障码、状态位和控制器LIFE信号等信息。2 监控系统硬件设计  车载CAN总线监控系统硬件结构如图4所示,采用基于PC总线工业控制计算机(IPC)的硬件设计。便携式工控机Apollo150具有抗干扰和减震设计,适合于车载使用;具有一体化的液晶显示屏和键盘鼠标设计,便于人机界面设计;通过USB2.0接口连接U盘进行存储,保证车载环境下大量数据的可靠存储;可以通过PCI和ISA扩展槽扩展数据采集和通讯接口;燃料电池汽车提供24V直流电源,经逆变电源转换成220V交流电,经UPS给工控机供电。基于IPC的硬件结构具有可靠性好、便于扩展的特点 ,同时可以利用PC机强大的软硬件资源,提高开发效率。  CAN通讯接口卡选用PCI7841双口隔离型CAN接口卡,该接口卡插在Apollo150的PCI扩展槽上,采用SJA1000 CAN控制器以及82C250 CAN接收器芯片,提供总线仲裁和错误检测功能,以确保数据通讯的可靠性。PCI7841具有两个独立的CAN接口,最高通讯速率为1Mbps。3 监控系统软件设计3.1软件功能需求分析  CAN总线监控系统软件功能主要包括数据采集、故障诊断、界面显示和数据存储。数据采集功能对整车CAN网络上的数据帧进行采集,根据通讯协议对数据进行解析,提取相应的数据;故障诊断功能对部件发送数据帧中的故障码进行分析,判断当前系统存在的故障信息;界面显示功能对采集的数据以各种形式显示在液晶屏上;数据存储功能将采集数据以文件形式连续存储在U盘上。3.2 基于虚拟仪器的软件设计  虚拟仪器技术目前已成为测试领域的主流技术,一个虚拟仪器系统主要由仪器硬件、计算机硬件和应用软件组成,应用软件又包括开发环境、应用程序和仪器驱动程序三部分[4]。LabVIEW是NI公司推出的虚拟仪器开发平台,采用图形化的编程语言,具有强大的人机界面设计和数据分析处理功能,提供了丰富的仪器驱动程序,便于快速创建灵活可靠的应用系统。基于LabVIEW环境的虚拟仪器体系结构如图5所示。  CAN总线监控系统软件采用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发,仪器硬件部分包括便携式工控机和PCI总线CAN通讯接口卡。PCI-7841 CAN接口卡提供了动态链接库(DLL)形式的Windows2000/XP驱动程序,在LabVIEW中通过DLL调用实现第三方硬件的仪器驱动。PCI-7841提供的主要驱动程序功能如表1所示。  车载CAN总线监控系统采用了PC架构和高性能数据通讯接口卡,利用虚拟仪器软件开发平台的仪器驱动、界面控件以及应用程序开发调试环境,提高了系统的可靠性和开发效率。3.3 监控软件流程设计  CAN总线监控程序流程如图6所示。首先进行硬件初始化,创建文件目录。读取CAN信息帧后按照协议进行解析,首先将数据帧分离成ID部分和数据部分,根据ID判断是哪一个部件的信息;然后根据协议中定义的参数起始字节和总字节数取出数据,经过偏移量和比例因子运算得出该参数的实际值。由于CAN网络中包含了整车控制器和各部件的控制器节点,在当前时刻缓冲区内有多个数据帧,监控程序在进入读数据循环时不停地读缓冲区的CAN数据,直到缓冲区数据读取完毕为止,这样保证了读取数据的实时性。读取的数据连续存储在U盘上,存储频率为10Hz,由于数据量较大,为了避免数据文件过大,监控系统每隔1小时重新创建一次文件,根据当前时间生成文件名。当用户按下结束按钮后监控程序结束。 4 应用实例  在燃料电池汽车道路考核试验中,应用车载CAN总线监控系统采集和记录整车CAN网络数据。图7为采集的车速曲线,图8为燃料电池电压电流曲线,其中车速数据来自于整车控制器,电压、电流数据来自于燃料电池发动机控制器。

    时间:2009-10-27 关键词: 监控 can 车载 虚拟仪器

  • 基于混合信号技术的汽车电子单芯片方案

       随着汽车部件电子化程度的不断提高,汽车工程师们正积极地寻求车辆系统中的先进控制和接口技术解决方案。目前,汽车系统中用来嵌入这些功能单元的空间和能源十分有限,汽车工程师们正借助于新颖的高压混合信号技术将复杂的——截至目前还不兼容的元件功能集成到一块芯片上。现在,应用与42V车载电压兼容的I3T高电压技术已经可以将复杂的数字电路(如传感器)、嵌入式微处理器以及功率电路(如激励源或开关驱动器)集成到一起。LIN总线系统    由于其相对较低的造价,LIN总线正被广泛应用于汽车的分布式电气控制系统中,如控制电动车窗、调节后视镜和车前灯等部位的步进马达和直流电源,或管理传感器采集到的关于气温或座位位置的信息等。LIN总线的传输字节高达20kbps。基于单主节点、多个从节点的结构,通常,从节点安装在收发器、微控制器、传感器的接口或由分立元件组成的激励驱动器的周围。最近研制出了一种带有LIN总线异步收发装置(UART)的微控制器,这种微控制器可同集成有其它从节点模块(如LIN总线收发器、电压调节器、看门狗定时器、激励驱动器和传感器接口)的附件一起配套使用。目前,AMI半导体(AMIS)公司利用混合信号技术将关键的从节点模块全部集成在了一个功能专一、功耗低、符合标准IP模块的芯片上,将LIN总线的发展又推进了一步。该方案的特点有:集成RC振荡器,误差≤15%;专用IP模块(如DC或微型步进马达驱动器);遵守LIN总线V1.3协议;传输速率高达20kbps(特殊的结构设计);低频收发;睡眠/旁路模式中的低电流损耗;满足潜在的市场需求。图1为一个集成有LIN总线的从节点中主要元件的结构框图。AMIS的方案提供了应用层和数据链路层需要的所有主要功能模块。这些功能模块可以用VHDL代码编程、用AMIS开发板评估,下文将对它们作简要的介绍。带有数字滤波器的采样模块   该模块从接收器中采集信号,并将结果数据流通过数字滤波器,以除掉由于LIN总线信号的衰减可能造成的伪传输。因此,该模块提高了LIN协议在恶劣环境中应用的性能,并最大程度上减少了同步和数据采样中的问题。同步机   同步机模块从同步域中提取所需的信息,以决定编码器和解码器的准确采样速率。该模块具有内部晶振,并采用了一种可将传统的UART技术中偶尔发生的舍/入误差减到最小的技术。同步机的主要优点在于能用较低的时钟频率来执行LIN协议。例如,可以使用一个250KHz的主时钟及15%的容差来获得精确无误的通讯。另外,AMIS的方案实现了占空比较大的变化范围。典型的UART在晶振零误差的情况下能实现占空比在33~66%间的变化。然而,运用AMIS解决方案可实现占空比在12~88%间的变化,并能完全适应晶振的误差。在对物理层参数提供了较大容差的同时,也提高了对占空比影响较大的电磁兼容性。标识符滤波器及其动态管理   主节点在系统运行的初始及运行过程中依据需要发布不同的从指令标识符。为此,从节点要包含一定数目的寄存器。ROM指令数阵列指的是从节点中执行的不同指令,在RAM或EEPROM中含有相应的标识符。地址寄存器模块识别同一LIN总线上的不同从节点,而第二ROM阵列是为不同的应用和执行过程识别不同的从节点。标识符滤波器依据分配的标识符以决定指令的执行与否,若标识符存在于队列中,则执行该指令,否则不执行。纠错    错误识别模块处于数据链路层,而纠错却是在应用层执行。因此,由嵌入式微控制器在软件中定义误差量。应用层中的纠错模块包含一个状态寄存器,每一种错误都有一个对应的错误标志位,并由该标志位向微处理器的内核产生一个中断请求。错误标志可通过对状态寄存器执行读操作来清除。每次错误直接中断通讯,从而导致一个位错误以停止发送字节。进而这一帧信息被忽略,从节点等待下一个中断域。帧缓冲器    帧缓冲器是将送给微处理器内核的中断减到最小的另一个途径。它与标识符滤波器配合使用,可将中断的数量减到每帧一次。该缓冲器中含17个字节(一个标识符、八个发送字节、八个接收字节)。内核/状态机及应用接口    根据需要,AMIS可提供不同的内核。内核与LIN控制器间通过中断信号和特殊功能寄存器(SFR)实现连接,LIN控制器可看作是SFR总线上的一个外围器件。除了这些LIN总线特点外,与同类半导体处理技术平台一样,AMIS开发了一个广泛的IP模块库,包括贰⑵和SAR ADC模块、输出电流可达0.3A的延时触发器及输出电流达3A的H桥。当然,运用从节点只是整个功能中的一部分,通过给它们提供足够功率以将它们集成在当今汽车中是汽车电气工程师的下一个重要挑战。42V电源技术方案一个理想的汽车电源方案中,电源等级将会从传统的12V电池电压转换成42V电源系统。而在42V系统中,电源等级还将会不断地升高。例如,系统整个寿命周期中的最大工作电压设定在50V,如果存在着8V最大动态过电压,电源电压就会达到58V。增加一个12V的外部驱动负荷泵,将会使系统的电压需求达到70V,再增加一个ESD保护窗,系统电压将达到80V。而且汽车的半导体器件不仅要承受较高的电压,同时还必须具备足够的鲁棒性以满足其苛刻的运行环境,比如,应满足运行温度在-40℃~+200℃范围的需求。到目前为止,承受较高电压和满足苛刻运行条件的需求是42V汽车电子系统应用智能SoC技术的重大障碍。 AMI半导体的I3T80是一种基于 0.35mm CMOS工艺的80V电源智能模块集成技术。满足42V汽车系统恶劣的运行条件。由此技术开发出的设备包括电机控制驱动器、DC-DC变换器、具有带宽滤波器的高精度模拟电路以及ADC和DAC等。而且I3T80能够嵌入集成总计超过150000个门电路,其通信协议模块包括PLL、USB、总线协议控制器、CAN和LIN通信控制器。除此之外,它还提供了ROM和RAM存储器。结语   在新型汽车电子应用中,随着电子部件不断地增加, 汽车设计者们正在寻求一种合理的解决方案。这样,高集成度、高可靠性SoC解决方案应运而生。这种解决方案技术要求能够简化执行步骤,减少与不同电子系统之间的控制和接口成本。AMIS的高电压、混合信号技术满足了这种需要。它把半导体解决方案与专用IP模块结合在一起,能够满足任何标准接口通信总线 (LIN、CAN)节点应用,同时与42V电压等级方案兼容。

    时间:2009-10-23 关键词: 方案 汽车电子 单芯片 混合信号

  • 喷丸强化预防汽车零件扭转疲劳

    立帜汽车制造网 扭转疲劳  扭转疲劳也是一种可通过抛丸/喷丸强化来有效克服的失效形式,因为其拉应力集中在工件表面。扭转载荷产生的应力可在水平方向也可以是垂直方向,而最大拉应力则发生在与零件水平轴成45度的方向。  低强度材料则容易在垂直剪切面处由于扭转疲劳而发生失效断裂。那是因为它们对于剪切力的承受性弱于对拉伸力的承受性。高强度材料则最容易在与工件水平轴成45度的方向发生失效断裂,那是因为它们对于拉伸力的承受性弱于对剪切力的承受性。  压缩弹簧  压缩弹簧受高交变载荷作用且最大应力多发生在弹簧材料的表层,所以抛丸/喷丸强化也是提高压缩弹簧疲劳强度的理想工艺。弹簧材料在轧制、拉拔、卷制和压缩过程中造成拉应力。除了服役后处于高交变载荷的工况条件,卷制工艺本身会使弹簧内圈形成破坏性的拉应力。  抛丸/喷丸强化导入一个反作用的压应力,是表面转变成残余压力层,强度约150 ksi (1035 MPa).。这是弹簧极限拉伸强度(UTS)的60%,其结果实现了弹簧疲劳寿命延长到500,000次载荷作用次数,而不发生失效。  除压簧外,抛丸/喷丸强化同样适用于其它弹簧如拉簧、扭簧、悬架弹簧、板簧等的强化加工。疲劳失效点通常发生在残余拉应力和承受的交变载荷应力集中作用的地方,所以不同弹簧的强化部位有所不同。  传动轴  传动轴是通过旋转来进行动力传动的,因此在其旋转构件上就会产生拉力载荷。由于绝大多数的传动轴都是大载荷承力构件,所以是抛丸/喷丸强化最佳的适用对象。传动轴通常发生失效的部位在花键、切口、圆角、键槽处。  扭杆  扭杆和横向推力杆是用于悬架和其它相关系统利的构件。通过扭杆的扭转变形达到缓冲作用来维持平稳性。当用于如汽车悬架系统等承受重复交变载荷的部件,抛丸/喷丸强化能实现零件轻量化且服役寿命更长。  汽车扭杆 - 汽车工业为轻量化目的,使用的是空心扭杆。抛丸/喷丸强化施用在载荷应力最集中的扭杆外圈。对于重型车辆(如重载卡车、赛车等),裂纹还会发生在扭杆内圈,这里也受到扭力载荷作用。

    时间:2009-10-20 关键词: 扭转 汽车零件

  • LIN总线在车身控制中的应用性研究

    LIN总线简介LIN总线主要用于汽车电子控制系统,构成CAN、TTP/C等高速总线的辅助网络,实现汽车网络的分级制结构,以简化线束,合理利用网络资源,节约成本。LIN网络设计中关键问题是LIN总线接口的软件和硬件设计。笔者在研究LIN规范的新修订版本LIN2.0的基础上设计了基于该规范的LIN节点,针对LIN接口设计中几个关键问题提出了解决方法。LIN节点硬件设计1 LIN接口总体设计LIN节点硬件上主要包括LIN接口电路部分、控制输入部分、显示电路或负载驱动输出等,其中LIN接口为节点的核心。以Microchip公司的PIC16F87为控制器、TJA1020为LIN收发器、SA57022 为开关电源的LIN接口电路如图1所示。SA57022电源输出的打开与关断由LIN收发器控制通过INH引脚控制。图1 LIN接口原理图因主机节点需为网络中的从机节点提供时钟基准,故在主机节点中为PIC16F87配置了外部晶振。在从机节点中,从机节点可通过主机节点发送帧头中的同步场来校准自身波特率,故可省去外部晶振而使用PIC16F87内置的RC振荡器。2 LIN收发器应用设计TJA1020为LIN收发器,它是LIN 协议控制器和LIN传输媒体之间的接口,是节点的核心器件,负责收发数据时总线的波形调整和电平转换及节点多种工作模式的实现。TJA1020按LIN物理层规范集成了片内从机端电阻,在从机节点应用中无须再外接从机端电阻,在主机节点应用中按图1所示在其INH引脚和LIN引脚之间串接主机端电阻和二极管可提高总线的驱动能力,并在总线对地短路时使节点自动进入睡眠状态,减少电流损耗。以TJA1020为收发器构造的LIN节点具有普通、低斜率、睡眠、准备四种工作模式,以尽可能降低功耗和电磁辐射,各种模式下的节点状态和模式间转换如图2所示。图2 工作模式的节点状态以及模式间的切换LIN节点软件设计1 LIN主机节点软件设计LIN主机节点行使帧处理和LIN网络的通信管理职能,程序流程如图3所示。图3 主机程序流程LIN规范规定,同步间隔场为至少13个连续的显性位(低电平)。LIN 通信基于通用UART/SCI接口,字节传送使用8N1编码,无法直接产生这样一个显性序列。总线的正常通信波特率为9.6k,从机节点始终以此波特率工作,主机节点在需要发送同步间隔场时将波特率降低到4.8k,并发送0x00,则工作于9.6k波特率的从机节点将检测到18个连续的显性位,从而判断一个新报文帧的到来。主机节点在发送完同步间隔场后将波特率恢复到9.6k。2 LIN从机节点软件设计LIN从机节点的职能可概括为帧头检测与接收和帧处理这两部分。在每个报文帧的帧头中由配置晶体振荡器的主机节点通过同步场给从机节点提供波特率基准,从机节点通过测量同步场来校准自身波特率,以保证在报文传输中各节点之间的同步。同步场逻辑值为0x55,波形如图4所示。从机节点通过测量同步场中第1和第5个下降沿之间的时间间隔来计算校准自身波特率。图4 同步场波形图设主机节点和从机节点的串行口均工作于方式1(8位UART,波特率可变),主机节点波特率为B,从机节点以定时器测量同步场第1和第5个下降沿得到的计数个数为C,从机节点振荡器当前频率为fs,得到式(1)。                  (1) 设从机节点计数器1作为波特率发生器工作于常数自动重新装入的8位定时器/计数器方式,得到式(2)。        (2) 使从机节点与主机节点同步,则令:Bs=B                       (3)由式(1)~式(3)可得到式(4)。            (4)从机节点以由式(4)计算得到的N值作计数器1产生波特率的重新装入值,可产生与主机节点一致的波特率。节点制作与实验利用该设计制作LIN节点构建LIN网络,对其进行了通信试验和初步的抗干扰试验。由于报文帧头和报文帧响应均由主机节点发送,报文帧帧头和报文帧响应间的帧间响应间隔较小。当LIN从机节点在LIN主机节点的引导下相互传送指令或信息时,LIN网络上进行从机节点到从机节点的数据传输,此时LIN主机节点发送报文帧帧头,一个LIN从机节点发送报文帧响应,另一个或几个LIN从机节点接收报文帧响应。由于这种报文帧传送需要3个甚至3个以上节点参与,故预留了较长的帧间间隔,以便报文帧响应的发送节点和接收节点有充足的响应时间,确保报文帧传送的顺利完成。当LIN主机节点向某从机节点请求数据时,LIN总线上进行从机节点到主机节点的数据传输,此时LIN主机节点发送报文帧头, LIN从机节点接收报文帧帧头后发送报文帧响应, LIN主机节点接收报文帧响应。汽车电磁环境恶劣,因此汽车通信系统的抗干扰能力尤为重要,按该设计制作的LIN网络在BZ-5型汽车电火花干扰试验台上进行了抗干扰实验,试验中网络通信顺利,各项功能正常。结束语在车身控制系统中应用LIN总线降低了低端通信网络的成本,同时增加了设计的灵活性,提高了系统的可靠性,有利于分布式车身控制系统的开发。多种工作模式的实现和它们之间的转换可减少电能消耗和电磁辐射;调整波特率产生帧头的方法可摆脱对额外或特殊器件的依赖;从机节点自同步的实现可减小节点体积降低成本。

    时间:2009-10-20 关键词: lin 中的应用 总线 车身控制

  • 沪将投巨资打造汽车电子芯片制造产业平台

    根据国家产业政策,纯电动车已开始成为我国汽车行业的一个重点发展方向。在国家提出3年之内新能源汽车要形成50万台的规划目标后,为加速推动汽车电子本地化、产业化进程,上海市《建设高可靠性汽车电子芯片制造产业化平台》项目已经启动,3年共投3.4个亿以上海先进(ASMC)现有工艺线为基础打造上海汽车电子芯片制造产业化平台。为让更多相关企业了解平台并参与平台建设,推动平台内企业上、下游的紧密合作。上海市交通电子行业协会、上海市集成电路行业协会联合上海先进半导体制造股份有限公司日前召开了“上海市汽车电子产业化平台合作交流会”。  具备核心零部件的自主研发、制造和产业化能力,才能支撑整车开发的周期,使成本能够得到很好的控制。ASMC首席运营官孙臻认为,金融危机加速了全球汽车产业制造中心以及半导体集成电路制造中心的再分布,如何在保证原有质量标准、稳定供应前提下,发展合作能提供更加合理价格/成本的新的汽车电子芯片制造商已成为当务之急。而国产新能源汽车的发展为国产汽车电子芯片在新的制高点发展提供了难得的契机。孙臻介绍,1995年ASMC就开始生产用于汽车安全气囊的芯片,目前共有超过39个汽车电子产品在ASMC流片。产品广泛应用于包括引擎控制/娱乐/驱动/电压转换等领域。目前,ASMC正积极准备VDA6.3体系的认证,为汽车电子芯片设计公司通过一站式服务,与汽车电子产品设计伙伴共同合作为汽车电子模块公司/终端客户提供定制产品。  孙臻表示,ASMC技术核心竞争力在于Analog(模拟技术)、高压MOSFETIGBT等功率技术、0.18~0.35um的EEPROMMCU/Memory技术和Sensor技术。ASMC将以此为基础构建中国第一个汽车电子芯片制造平台并发展成为国内领先的汽车电子芯片专业制造商。  上海汽车电子芯片制造产业化平台整体思路是,以整车厂/汽车电子模块厂为主体需求有针对性的开发产品和拓展市场,把握核心技术重视系统级解决方案的研发,跟随需求升级及技术更新,持续推动芯片技术升级、产品升级。目前,上海先进正联合上海地区主要的特殊芯片技术研发单位和汽车电子芯片设计公司以及终端用户,牵头建立高可靠性汽车电子芯片制造产业化平台。通过上海集成电路研发中心的汽车电子专用芯片设计基础,实现芯片设计向制造移植;中科院微系统所现有汽车电子传感器芯片与微系统集成的基础,实现传感器与封装技术产业化制造移植;利用上海航盛汽车电子模块制造基础形成模块平台。在具体进展方面,孙臻介绍,2009年完成SUMO工艺/产品转移,实现VDA6.3A>90,导入一家设计公司在上海先进生产的产品进入航盛集团车载音响娱乐系统,完成TPMS传感器MEMS技术的研发,并实现TPMS项目进入产品技术准备阶段;2010年,结合其它国际客户的需求/技术支持,完成MEMS生产技术的建立,完成汽车电子MCU设计环境建立,形成开放的设计平台,实现1亿元人民币心上的销售额。2011年,实现以TPMS为代表的车身电子芯片量产,成为国内领先的汽车电子音响/娱乐、TPMS芯片制造商,实现销售收入4亿元人民币。2012年,持续提升汽车电子音响/娱乐、传感器芯片市场占有量,实现销售额过6亿元人民币,全面完成开放性平台建设及完成新能源芯片的研制工作。  对于目前平台建设进展孙臻透露,在获批承担上海汽车电子芯片产业化项目中芯片制造后,上海先进牵头倡议成立了上海市高可靠性汽车电子芯片制造产业化平台,与项目平台中三个主要合作方(上海航盛、上海集成电路研发中心、上海微系统研究所)签订了“战略合作协议”,并导入了一家设计公司在先进生产的产品进入航盛集团车载音响娱乐系统(Car-DVD+GPS+MP3+DAB+DVB)。  如何满足下游整车厂商的需求,是上海汽车电子平台成功与否的关键。上海汽车技术中心电子电器部总监郝飞认为,当前整车层面电子电器系统面临节能、环保、安全、舒适的要求挑战,使得电子电器在整车价值中的比重不断上升;市场对功能、性能的需求逐渐理性;法规、用户对涉及可靠性、质量、责任的要求日渐苛刻;降低成本的目标被分解到开发、生产、服务的方方面面;整车投产时间被迫压缩,以适应市场时机。因此,上汽电子电器系统平台也就应运而生了。  完善的开发流程和开发体系、自主掌握核心技术和控制策略、严格的系统测试和验证、全面的整车集成测试和产业化验证,是上海汽车自主电子电器系统平台的特点。郝飞介绍,目前上海汽车自主技术研发涵盖基于模型开发,掌握核心控制策略;发展嵌入式基础软件,形成中国行业标准;研究专用集成电路ASIC,逐步走向定制化;建立试验认证的工具链,发展测试诊断工具;制定开发流程和工具链,逐步发展设计辅助工具。  上海汽车技术实现目标是,结合国内汽车电子的产业需求,建立兼容国际主流的汽车电子嵌入式软件平台标准体系,并在国际相关标准组织中取得话语权;建立完善的汽车电子嵌入式软件产品线,涵盖所有基础类软件库,并在此基础上实现基于模型开发的工具链;全面应用于国内汽车电子整车及零部件开发,并参与国际市场竞争。   郝飞认为,汽车企业的自主创新需要基础技术的发展,而完整的汽车产业链的建立离不开半导体技术的发展,但半导体平台战略一定要向纵身及广度发展,只有整车平台、关键零部件平台、基础器件平台等每个环节都强大起来,产业链才能强大。据郝飞介绍,上海汽车在吸收和借鉴国际标准基础上,采用第三方成熟软件模块和工具,建立起自主研发流程和开发验证及试验认证体系,通过功能设计与架构优化、网络设计与嵌入式软件需求分析和定义、系统诊断与开发工具、系统集成测试与台架的实施,在汽车电子和相关软件平台建设方面形成了自主的核心研发能力。郝飞表示,通过上述的项目实践和核心能力的形成使我们能够在制定中国自主的汽车电子及软件平台的发展战略及实施规划中拥有优势和主动权。  郝飞表示,上海汽车希望与国内IC设计、系统集成、Foundry等展开合作,把诸多好的想法做成芯片放到系统中去,包括MEMS的应用,否则争做世界第一汽车大国只是空中楼阁。  上海飞乐股份目前是国内汽车继电器、执行器的主要供应商,插入式继电器国内市场占有率约为20%。主要客户有一汽大众、上海大众、上海通用、华晨金杯等。飞乐股份副总工程师张宇飞介绍,目前飞乐股份正在研发带CAN/LIN总线的新一代车身控制模块,其采用了飞思卡尔MC9S系列多功能中央处理器芯片及4片MC33系列芯片。而正在开发的BCM控制器和遥控器,为智能化控制与大功率执行器一体化的BCM系统,则采用了PHILIPSPCF7x52Architecture(内含8位CPUPKEASIC)PKE系统,配套英伦帝华TX4车型,用于车身电子中央控制。  按照公司规划,飞乐将要研发的汽车电子产品包括:1、基于低速CAN/LIN混合总线的多功能集散型BCM控制器系列产品,2、基于新一代数字射频及MEMS传感技术的主动唤醒式轮胎压力监控系统(TPMS)产品,3、汽车用微型直流无刷电机x-PWM控制器产品,4、基于RFID技术的高性能多功能汽车防盗产品,5、前大灯路况自适应自动调节控制器,6、汽车电源安全管理监控系统,7、基于虚拟仪器技术的汽车数字仪表综合显控台。  张宇飞表示,汽车电子系统配套类企业关心的是芯片的功能、体积、功耗、可靠性、稳定性、价格、开发时的技术支持性、及供货的稳定保障性。尽管我国汽车电子的应用技术水平已取得长足的进步,但在车控电子装置(系统)方面,我国的自主汽车电子产品与技术的水平与国外相比估计有15—20年的差距,主要集中在核心层的动力与传动控制系统、中间层的底盘与行驶安全控制系统方面。尤其在市场面广量大的轿车方面,我国的本土汽车电子产品的核心技术水平较低。中国本土厂商目前主要还是在汽车传感器、继电器、连接器,车身电子以及信息娱乐等边缘市场徘徊。  张宇飞认为,要改变这种现状,在真正意义的汽车电子上取得突破,就要在汽车芯片的研发上下功夫。国内汽车电子部件/系统配套厂商热切希望我国本土的半导体集成电路设计公司/生产厂商,抓住中国汽车电子市场快速发展的历史机遇,利用有利的国家政策,结合国内汽车电子系统的发展特点,尽快设计并生产出符合国内应用需求的、有市场竞争力的、物美价廉的、有自主知识产权的、高水平汽车电子用IC产品。中国的IC设计、制造公司要为完善我国汽车电子产业链做出应有的贡献。  航盛汽车电子系列产品包括:车载视听娱乐系统、智能导航及多媒体系统、车身控制集成系统、智能交通及防盗系统等,占据着国内1/3以上的市场份额。航盛上海副总经理邵林介绍,目前集团经营中心正在向上海转移,投资6亿元在上汽对面占地40亩兴建新能源汽车、系统集成研发制造基地。邵林表示,IC在公司产品所占成本比例最高可达到70%,30KK的IC用量却在国际IC供应商面前,在交货期、价格、服务等方面没有提条件的谈判余地。所以,多元化的IC供应对航盛而言是当务之急,我们希望国内IC公司能帮助我们尽快解决这个产品开发、制造的瓶颈。  上海源赋创盈电子科技有限公司(CBC)是一家本土模拟与混合信号芯片设计及解决方案供应商,2005年其PE00X系列霍尔传感器芯片开始批量推向市场。目前主要产品包括传感器芯片与系统解决方案;车身电源管理芯片与解决方案;车载通讯与娱乐系统;模拟与混合信号芯片与解决方案。  目前一辆普通汽车上大约安装了几十到上百个传感器,而豪华汽车上的传感器数量更多达200多个。从某种程度上来说,衡量一辆汽车的智能化水平,其关键因素就在于其采用传感器的数量和技术水平。源赋科技总经理郭亮认为,国内汽车安全应从ABS做起,因为ABS可以说是一个最基础的系统,如果ABS不能开发成功,其他更高级的系统则无法进入。国外ESP等系统厂商都是从ABS产品开始,目前国内很多企业都在开发和生产较为简单的TMPS(汽车轮胎气压报警技术),这不一定是件好事。国外ABS研发是以企业为主进行的,高校仅是做一些理论研究工作。而国内几乎是高校来做研发,但缺少产业化生产基础与能力,企业也缺少自己的开发能力,导致我们的技术进步缓慢。不过,国内企业虽然面临着很大的市场压力,但由于技术的进步、开发能力的提高及政府的大力支持,相信国内可以经过较短的时间走完国外十几年的发展历程,并尽快切入到ESP、EBS等系统的研发中去。     面对整车、模块供应商对本土IC设计的期望,郭亮表示,源赋创盈的传感器、车载电子等产品是按美国军工标准满足零下14至1500C使用环境,但只能按消费电子市场的定价标准去销售,所以本土IC产品尽快被下游厂商认可也是个迫切需要改观的问题。  复旦微电子2000年8月在香港创业板上市,是国内IC设计第一家上市公司。面向汽车电子的IC产品开发已有11年历史,现有产品包括液面控制电路、汽车点火电路(磁感应型、霍尔型)、闪光控制电路(单、双路)、MCU、EEPROM、Flash等。复旦微电子副总工程师沈磊认为,IC设计已走向系统引领芯片开发,而汽车电子的内涵就是信息技术与汽车的结合,满足环保、安全、实时通讯、多技术融合、系统集成的要求。但国内由于模拟电路、存储器设计技术、嵌入式系统设计相对落后,加上存储器工艺、高压、高功率工艺技术缺乏、适用汽车电子的封装技术的制约,成为中国汽车电子开发的技术瓶颈。从应用层面来看,应用需求不明确、对汽车电子技术状况不够了解、自主性和替代性相矛盾,加上准入周期相对较长、可靠性要求严格、产业化要求较高,这是国内汽车电子芯片推广应用的瓶颈,这直接导致中国没有一家汽车电子IC专业公司。  沈磊建议,中国公司切入汽车电子领域要平缓切入陡深优化,在新能源汽车(混合动力、纯电动等)领域形成产业联动重点突破,实现工艺先导设计并行、软硬结合系统集成的良性互动局面。  就目前传统汽车电子市场竞争格局,国内IC设计公司想后来者居上的难度相当大的,至于国产新能源汽车的发展,是否是为国产汽车电子芯片在新的制高点发展提供了难得的契机?这将取决于国内企业能否拿出性价比、可靠性较高的产品,如果政府配套的基础设施支持力度比较大足以激发起人们的消费欲望,加上舆论导向能激发起消费者对新能源汽车的关心、认知,使新能源汽车需求市场尽快来兴起,中国本土汽车电子参与者应该还是有占有一席之地希望的。来自山景集成的代表说,山景以市场为导向的IC产品定义能力,使公司产品一经露面即得到市场认可。上海贝岭也表示,公司不可能把不可靠的产品推向市场,整机公司要给本土IC设计公司一点信任度,上海率先构建汽车电子发展平台,今天行业协会牵头把模块、IC设计与制造撮合起来与整车厂互动找到应用和需求,就是一个良好的开端。

    时间:2009-10-19 关键词: 产业 汽车电子 芯片制造

  • 汽车电子时代的自动化技术

       汽车制造商认识到,增加车载电子系统的使用是应对现今法规和市场压力的最佳方法。据预测,到2005年汽车电子系统的价值将高达汽车总值的30%。这对于完全能够满足汽车行业需求的电子制造商来说,蕴藏着巨大的商机;市场需要高品质及可靠的产品、成本低廉和交货及时。这些制造商本身也对制造自动化技术有苛刻的要求,因而需要与伙伴合作,协助他们解决所面对的技术和物流挑战。 全能型技术  大体上,汽车电子子系统开发商被确定为第一级(Tier One)的元件和子系统装配供应商,他们现在经常从那些利用先进技术开发创新工艺的专家伙伴那里获取协助与支持。这些子系统开发商面对着巨大的压力,必须以更低的成本生产更高智能的系统。这些系统还必须体型轻巧、紧凑和功能可靠。此外,他们还常常需要使用尖端的半导体和装配技术。在现实应用中,这些系统必须在整个延长的保证期内无缺陷地运作,而不论处于怎样不可想象的恶劣环境:在发动机罩盖下、驱动牵引车内或固定于可在由北极到热带的任何地方行驶的车体上。即使在驾驶室内,系统也需要能够抵受冲击或振动、热或碳酸饮料的溅出、温度的变化以及粗心用户的疏于保养,这些因素对所装设系统的质量和完整性也带来了极高的要求。  虽然自动装配技术可以协助所有电子市场的制造商提升质量和可重复性,并同时降低成本,尤其是劳动力方面,但汽车供应商的情况却有所不同,他们需要的是特别的解决方案,以应对其所面临的独特挑战。本文将讨论汽车行业特有的某些考虑事项。特殊基底  通常,用于发动罩盖下或其他预计工作温度变化很大的场合,如发动机控制模组的系统等会采用陶瓷基底,因为它具有良好的热稳定性。制造商如考虑以直线自动化的方式装配这类模组,便须找到能够满足陶瓷基底之特殊性能要求的解决方案;在贴装元件前的基底对位期间,机器视像系统较难识别基准标记。因而可以预料,使用配置“电筒”型照明装置装配机器与配置普通FR4型电路板装配机器的结果比较,前者的可重复性和产量都会降低。极化照明装置可以获得较好的结果,但环球仪器平台如HSP(High Speed Placement)或GSM系列所装配经优化的多方向照明矩阵与这些陶瓷基底协作时,将显著提高其贴装性能。与FR4电路板相比,陶瓷基底对于电路板传输装置的磨损性较大。环球仪器已开发出防止机器过度磨损的不锈钢套件。多种混合元件及异形元件装配  任何配置于装配汽车产品的生产线必须能够处理多种混合元件,将其送入生产线,并维持高效率的机器正常运行时间。例如,针对即将推出的42V配电系统的熔丝盒电路板或母线的制造生产线将能够进行以下的操作:在电路板的两侧压装端子刀片;贴装少量的SOIC、通用半导体器件及表面贴装20A继电器。新的生产线配置可能会将终端插入机器与其他机器结合,如环球仪器的GSM平台,但规划人员还须考虑可能出现的产品构成,以及每种产品的产量和复杂性问题。  其他子系统可能需要贴装大型或异形元件,如电机激励器、继电器或汽车专用连接器。其贴装要求受汽车电子连接器的影响而种类繁多;虽然实施标准化可在未来减少的零件数目,但是,今天的第一级装配商可能需要处理数以千计的零件编号,以涵盖其客户要求的所有连接器和终端类型。  实现异形元件贴装的最佳解决方案依赖于元件的数量,并决取于是否能应用于标准的贴装平台如环球仪器的GSM灵活贴装平台,以及可否在目标周期时间内完成贴装。元件尺寸和送料器类型,或对高速生产线要求等因素,可以决定是否有需要添加贴装机器或使用专门的异形元件装配功能。解决方案供应商具备配置最佳解决方案的能力将是最理想的方式。  另一项选择是环球仪器的新型GSM Genesis机器,可在某些情况下实现全平台解决方案,尤其是需要较多异形元件和大型部件的时候,或要求小或中等批量生产的场合。目前,GSM Genesis机器适用于20000~40000cph的制造周期速率,未来的改进将使GSM Genesis的速度更快,但环球仪器的HSP系列高速贴装机器则是需要更高周期速率应用的最佳解决方案。  另外,驾驶者和乘客信息系统如收音机/CD播放机、GPS导航或集成通信/多媒体系统等可能带来同样的挑战,若与42V配电模块或发动机控制器等其他系统相比,将需要更多数量的元件。这里的挑战是结合高速贴装和灵活精密贴装能力,优化生产能力和降低设备的资产成本。机壳的最终装配  大多数汽车电子子系统,特别是发动机控制、ABS、动力方向盘、牵引控制和其他功能的控制单元,均被装入耐热、防水、防冷凝或防振动的机壳内。为了便于控制和保证质量,即使劳动力的成本较低,这些机壳的装配也采用完全自动化方式。可重新配置的装配解决方案,如环球仪器的Polaris多工艺装配单元,提供具成本效益和灵活的制造方法以满足许多最终装配的要求。  这是Polaris伺服夹装单元的改进型款,专为进行异形元件贴装而设计,具有符合标准的工具接口,容许多种工具附件进行互换以实现各种最终装配功能,包括装配机壳、涂敷密封剂或贴装胶、视像检查、拧螺钉,以及许多其他功能。对于外包业务供应商或任何需要生产高度混合的产品装配商而言,其产量相对较低,或需要重新分配生产线以履行特殊合同,这将是一项功能强大的选择。可用性  任何期望在汽车工业领域争取定单的制造商,必须具备有效的元件和电路板级可用能力。这主要适用于安全关键性系统,如防抱死刹车和牵引控制,以及气囊等二级安全设备。这些系统可以非常复杂和多功能;例如,全面的气囊控制器将包括气囊开启、气流控制、预碰撞探测、乘客探测、翻滚探测和加速度探测。这些系统在当今的新型轿车上几乎已成为标准配置,加上新的安全措施将不断出现,包括在汽车意外中行人保护的机械装置。  但可用性不只局限于车载电子系统的安全性能方面。车载无线电、导航、远程信息处理,以及蜂窝电话系统等,虽然未被视为关键的安全性因素,但并不能保证产品不会被退回而产生巨额的支出;有缺陷的部件或可能有缺陷的部件都不能够通过验收检查并装配到系统内。这也同样适用于进入高端商务汽车的高速互联网系统。  环球仪器的Dimensions制造自动化软件套装包括专为简化可用性而设计的功能。Dimensions制造监控模块(DDM)可支持元件和电路板级条形码跟踪,通  过查询基于缺陷元件日期代码的SQL数据库,即可找出装有缺陷元件的电路板。拥有快速检测和识别有关缺陷元件的能力,便可阻止具有潜在缺陷的产品出厂。这项低成本的选项可带来庞大的回报,因为使用退回产品机制的成本,可能比整条装配线的价格高出许多。物流  对于汽车工业的各级制造商而言,成本和效率是生存的关键。为了与客户和供应商的运作相配合,电子制造商必须采用精简的制造策略。  根据密歇根大学的研究,汽车制造商可以通过实现供应链内补给过程的自动化,将公司的库存降低高达60%,交易成本降低多达75%。为此,整个汽车行业的厂商包括电子制造商,都在应用第三方供应链软件,集成各种标准业务模块,包括应收货物、应付帐目、总分类帐和采购。环球的Dimensions软件可以方便地与这些解决方案配合使用。例如,Dimensions物流模块(DLM)使得企业管理层可读取工厂车间的信息,如收集生产线已用元件和现用元件的库存信息,以及车间内送料器和存货的位置。这是反映真实耗材信息的实时数据,可供企业管理系统使用,以便更有效地提升采购操作和管理库存。未来的融合  自从车辆开始配置车载无线电、电动窗和中央门锁系统以来,汽车电气和电子子系统的市场便不断增长。今天,汽车电子系统的开发和建立存在着庞大的发展空间,目标是能使汽车更易于操控、适于销售、更安全和更便于路政管理部门的监控。新兴技术的一些例子包括有线驾驶和有线煞车 (x-by-wire)系统、远程信息处理、先进的自动传输、车道偏离警告、碰撞探测和避免,以及智能化车辆号码牌;当然还有混合和全电子载客车辆系统。  因此,汽车制造商要求子系统供应商提供如消费电子类产品的价格和物流服务,并结合与航空航天和医疗领域类似的先进技术——高可靠性和元件级的可用性。  达到这个融合要求,生产线需具备高度自动化、能装贴各种类型和规格的元件,而且灵活性高,能满足更大规模的生产量和产品混合的要求。第一级供应商和新的汽车技术专家已发现,与汽车制造专家合作,能够从各式平台中配置出最佳的解决方案来实现高速、灵活和精密的电子制造能力,使厂商受益良多。

    时间:2009-10-19 关键词: 汽车 自动化技术 电子时代

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