智能汽车通信模块设计大全

第三届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

智能汽车大赛串口通信模块设计大全

2.5串口模块

在智能车的制作和调试过程中，需要将赛车检测到的路面信息以及速度等参数实时地发送给PC，以便对算法进行有针对性的分析。由于小车在行驶时不能通过有线的方式获得其运行参数，就需使用无线方式。

2.5.1无线串口传送数据

异步串行通讯（SCI）是单片机和外界进行通讯的最常用方式之一。SCI最常用的标准是EIA RS-232C，它是由美国电子工业协会正式公布的一种SCI标准，通常称为RS-232标准。在RS-232标准中电平采用负逻辑，即低电平-3～-15V 代表逻辑“1”，高电平+3～+15V代表逻辑“0”。而单片机采用的CMOS标准则是正逻辑，即高电平3～5V代表逻辑“1”，低电平0～0.8V代表逻辑“0”。所

以需要一个转换芯片把与TTL电平兼容的CMOS电平转换为RS-232电平。

RS-232的接口信号有10个，除了发送（TXD）、接收（RXD）和地（GND）

信号外，还有用于控制的通信应答信号。但在一般的数据通讯中可以只使用TXD、RXD和GND。计算机的串行口是按照数据终端设备（DTE）定义的，如果单片机的串行口按照数据通讯设备（DCE）定义，计算机的串行口可以和单片机的串行口直接对应相连；如果单片机的串行口也是按照DTE定义，则要把两个串行口的RXD和TXD交叉连接。

异步串行通讯中“异步”的含义是没有共同的时钟用以同步，所以必须约定通讯数率，通常用波特率表示。波特率的含义是1秒中发送的数据位数。RS-232标准中波特率的范围是50～11520bps。

图4.6 PC机与单片机的通信接口

另外，进行SCI通讯的双方还必须约定数据位数、奇偶校验方式、停止位个数等事宜。

设置串口的数据参数，如图3.9所示：

图3.9串口数据参数设置

MC9S12DG128内集成两个SCI模块，分别称之为SCI0和SCI1。其特点是：

●半双工/全双工模式

●13位波特率寄存器

●

●8位/9位可编程数据位

●独立的发送和接收

●可编程的发送极性

●8中中断类型标志

●接受结构检测

●硬件极性检查

●1/16位时间噪声检测

2.5.2无线串口数据曲线

智能车的行走路线是根据跑道上的黑线确定的，根据光电传感器采集到的路况信息控制舵机及后轮电机。而为了获取路况信息，就要求单片机能够和PC机通信，而比较方便有效的方式就是串行通讯。同时在进行系统调试的时候，比如PID参数测定，采用传感器记忆数据时也要用到串口。所以，串口电路必不可少。

4.5无线蓝牙串口模块

单片机通过串口，将数据由蓝牙传输至主机，主机也可以通过串口调试工具将数据发送至单片机，实现了全双工通信，大大提高了调试效率。具体原路图如图4.4所示

图4.4 蓝牙串口原理图

2.2.5蓝牙串口调试模块

蓝牙调试电路用于智能车开发调试阶段的工作中，特别是现场调试过程中，他一方面可以显示智能车控制电路的各种信息以及工作参数，另一方面还可以对工作参数进行现场修改。我们决定采用无线通信模块，将智能车运行过程的各项参数通过无线串口通信模块传输到电脑中进行分析，实际证明，使用蓝牙串口调试模块大大提高了我们的效率，许多程序中的小BUG，以及模型车行驶过程中遇到的边界情况、突发情况都因为使用了无线蓝牙模块实时传送数据迎刃而解。对于模型车的启动、停止、参数修改、初始化等等我们都可以通过蓝牙无线传送，大大减少了重复下载的麻烦，也防止了模型车出赛道后乱跑撞毁的危险。尤其是在调记忆算法时，蓝牙模块更是发挥了巨大的作用，实时将跑道信息反馈回来，大大提高了效率。无线蓝牙串口如图2.6所示：

图2.6蓝牙串口实物图

2.2.3 RS232通信模块

RS232在此是作为电脑和单片机进行通信的处理芯片的。RS-232电平采用负逻辑，通信时设备之间的通信距离不大于15m，传输速率可达到20KB/S。当使用串行监控方式调试单片机时，串行通信电路就成为了下载和调试工具。通过串口线，可在电脑上实时显示单片机中处理的数据，这对传感器的调试非常方便，根据芯片资料可知其外围电路只需5个电容即可，其电路原理图如图2.9所示。

图2.9 RS232电路原理图

3.3 调试工具

好的调试系统将大大提高调试效率，调试系统的目标是方便快捷的让人与单片机进行交流。然而，如果在车上放LCD等调试工具，人机界面可以做的很好，但是占体积会增加车的重量。我们仅仅在车上设计了两个按键和一个四位数码管，其它人机交互的工作交给了nRF24L01无线模块。我们为实现与车上单片机高效率的通信，另外使用了一块单片机作为中介，在车——中介单片机——PC机之间建立了一套协议进行通信。这样软硬件的负担落在在中介单片机上，节省了车上空间同时减少了车上单片机的代码量。

图7 中介单片机

5.1.2.1 无线模块接口

智能车nRF24L01无线模块与S12主板的SPI口相相通，电路图如图13所示。

10 第四届全国大学生智能汽车创意赛技术报告

图13无线模块接口电路图

SPI口初始化后，对SPI口进行写入和读出的设置，将无线模块接收到的车位信息传输给主板S12，在将程序接收到车位信息后运行的反馈信息从主板通过SPI口传送给NRF24L01无线模块，通过无线模块发送至上位机停车控制系统，实现智能车与停车控制系统的无线通讯。

5.1.2.2 NRF24L01无线模块

NRF24L01无线模块实物图如图14所示。

图14 无线模块实物图图15 nRF24L01引脚图

11 第四届全国大学生智能汽车创意赛技术报告

nRF24L01工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM 频段,引脚如图15所示。

CE：使能发射或接收；

CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI 引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01：IRQ：中断标志位；

VDD：电源输入端；

VSS：电源地：

XC2，XC1：晶体振荡器引脚；

VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V；

ANT1,ANT2：天线接口;

IREF：参考电流输入。

通过配置寄存器可将nRF241L01 配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表1所示。

表1 nRF241L01的工作模式

发射数据时，首先将nRF24L01 配置为发射模式：接着把地址TX_ADDR 和数据

TX_PLD 按照时序由SPI口写入nRF24L01 缓存区，TX_PLD 必须在CSN 为低时连续写入，而TX_ADDR 在发射时写入一次即可，然后CE 置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs 后发射数据；若自动应答开启，那么nRF24L01 在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS 置高，同时TX_PLD 从发送堆栈中清除；若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC_CNT)达到上限，MAX_RT 置高，TX_PLD 不会被清除；MAX_RT 或TX_DS 置高时，使IRQ 变低，以便通知MCU。最后发射成功时,若CE 为低则nRF24L01 进入空闲模式1；若发送堆栈中有数据且CE 为高，则进入下一次发射；若发送堆栈中无数据且CE 为高，则进入空闲模式2。接收数据时,首先将nRF24L01 配置为接收模式，接着延迟130μs 进入接收状态等待数据的到来。当接收检测到有效的地址和CRC 时，就将数据包存储在接收堆栈中，同时中断标志位RX_DR 置高，IRQ 变低，以便通知MCU 去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE 变低，则nRF24L01 进入空闲模式1。