车载感知与智能终端的硬件设计

摘  要： 以S3C2440为核心，以WinCE操作系统作为平台，设计了基于CAN总线的车载感知硬件电路，运用微惯性测量单元实现对汽车自身运动状态的在线测量，并实现信息在智能终端的显示。融合当前流行的智能车载终端模块，实现GPS车载导航、GPRS无线通信、无线上网和智能报警等功能。
关键词： 车载感知；控制器局域网；微惯性测量单元；GPS；GPRS
   　随着汽车电子产业的高速发展，作为汽车可选装备的智能车载终端已经逐渐普及起来，在一些高档汽车上已经作为必要部件。但是国内车载终端的开发还处于实验性阶段，相对滞后，目前还没有一款真正集成的车载信息感知和智能车载终端相结合的设备。
本文设计了是车载感知和智能终端，扩展了传统的车载信息智能终端的功能。通过运用当前流行的控制器局域网CAN（Controller Area Network）总线技术，实现对分布式车载传感器信息的采集以及与终端的通信，通过终端对数据的分析处理可以对潜在危险发出报警信号，并在屏幕上显示报警信息，可以对驾驶员起到预警作用。此外还设计了CAN控制器/收发器块、GPRS无线通信、GPS卫星导航以及电源调节等模块，扩展了传统智能车载终端的应用，提高ARM板的利用效率。
1 系统硬件设计
　车载感知与智能终端硬件主要由中央处理器单元、GPS模块、GPRS模块、CAN控制器/收发器模块、存储器模块、LED显示模块、A/D转换器模块、传感器模块、电源调节模块和报警模块等组成，系统的总体框架设计如图1所示。
   
   1.1 中央处理器单元
　在车载终端系统中，ARM作为中央处理单元对系统的整体性能起着至关重要的作用。本系统选用了Samsung公司基于ARM9内核的S3C2440作为中央处理器，具有很高的性价比[1]。S3C2440可将系统组成缩减至最小，其集成了分开的16 KB指令/数据缓存、SDRAM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART、I2C总线、I2S总线、SD主机接口、PWM定时器、看门狗、片上PLL时钟发生器、8通道10 bit A/D控制器和触摸屏接口、摄像头接口以及带日历函数的实时时钟，并且S3C2440最高频率可达400 MHz，且功耗只有mW级。
1.2 GPS模块
　GPS接收模块采用Motorola GPS M12接收模块。M12模块支持Motorola二进制格式和NMEA0183格式两种数据输出模式[2]。它的特点是：超低功耗、高灵敏度，它的卫星信号漂移小，通过天线接收来自GPS卫星的定位信号，经过变频、放大、滤波等一系列处理过程，实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量，产生计算位置的数据信息。该模块通过串行口RS232与 S3C2410 进行通信。
1.3 GPRS模块
　GPRS 无线通信模块采用Motorola G24，该模块是一款高速GSM/GPRS/EDGE模块，支持4频850/900/     1 800/1 900 MHz，它以先进的技术稳定地实现了M2M的高速无缝连接。G24内置TCP/IP协议栈，并能适应恶劣的工作环境。G24与S3C2440A之间通过串行口2进行通信，通过在ARM嵌入式系统中建立TCP/IP以及PPP 等网络协议栈实现与监控中心的信息交互。
1.4 CAN控制器/收发器模块
　在S3C2440芯片上没有CAN控制器，所以需要在芯片外部扩展CAN控制器和收发器。SJA1000是一款独立的CAN控制器，广泛应用于汽车和一般工业环境中的控制器局域网络。它是Philips公司PCA82C200控制器的替代产品，支持CAN2.0A、CAN2.0B协议，与仅支持CAN2.0A的PCA82C200在硬件和软件上完全兼容，因此本设计选用SJA1000。
　CAN收发器是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，为总线提供差动的发送和接收功能，是CAN系统中的必须设备。该智能终端选用常用的CAN收发器并具有PCA82C250作为CAN控制器SJA1000与CAN总线之间的接口，实现对总线的差动发送和对CAN控制器的差动接收，它最初为汽车高速通信（最高达1 Mb/s）应用设计。PCA82C250与ISO/DISI1898标准完全兼容，具有抗瞬间干扰、降低射频干扰、热防护、防护电池与地之间发生短路等总线保护能力，最多可连接110个节点，即使某个节点掉电也不会影响总线。为了加强CAN节点的抗干扰性能，本文在CAN控制器和收发器之间增加了光电隔离器6N137。CAN总线控制器和收发器的设计原理如图2所示[3]。