基于藍(lán)牙技術(shù)的汽車(chē)四輪定位系統(tǒng)無(wú)線化設(shè)計(jì)

引 言

近年來(lái)，隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展和汽車(chē)保有量的大幅增加，汽車(chē)檢測(cè)技術(shù)也取得了巨大的進(jìn)步，汽車(chē)檢測(cè)設(shè)備的功能、質(zhì)量都在不斷提高，正逐步向數(shù)字化、智能化、便攜化方向發(fā)展。作為汽車(chē)檢測(cè)的基本設(shè)備，四輪定位儀是專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量車(chē)輪定位參數(shù)的設(shè)備。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見(jiàn)的四輪定位儀主要是拉線式和無(wú)線測(cè)量有線傳輸式兩種，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是全無(wú)線式。如何利用低成本的無(wú)線傳輸技術(shù)改造現(xiàn)有的有線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，就成了工程上很有意義的問(wèn)題。本文利用低成本的無(wú)線傳輸藍(lán)牙技術(shù)，提出了一種改造現(xiàn)有汽車(chē)四輪定位系統(tǒng)的方案，詳細(xì)說(shuō)明了無(wú)線化汽車(chē)四輪定位系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)方法。

1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題和解決方案

1.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題

汽車(chē)在出廠時(shí)，其懸掛系統(tǒng)的定位角度都是設(shè)定好的，但是車(chē)輛在行駛一段時(shí)間后，這些定位角度會(huì)產(chǎn)生變化。定位系統(tǒng)是1個(gè)主控電腦和4個(gè)安裝在四輪上的傳感器。檢測(cè)時(shí)，四輪定位儀測(cè)量出汽車(chē)現(xiàn)時(shí)的四輪定位參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳回主控電腦；主控電腦將顯示汽車(chē)測(cè)量的數(shù)據(jù)列表，并與原廠的數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算出偏差值，再對(duì)小車(chē)相關(guān)的部位進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

傳統(tǒng)的汽車(chē)四輪定位儀是依靠有線方式和主電腦通信的，使用起來(lái)有諸多限制。四輪定位儀價(jià)格昂貴，國(guó)產(chǎn)的一般在十幾萬(wàn)元以上，進(jìn)口的則更貴，一般都在20萬(wàn)元以上。所以要想將其無(wú)線化，最好的方案是保留原有的硬件系統(tǒng)，僅添加無(wú)線收發(fā)單元的軟硬件，以免汽車(chē)維修站二次投資。

1.2 無(wú)線化解決方案

工業(yè)場(chǎng)合經(jīng)常需要無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，比如光纖制造時(shí)拉伸晶體用的超高溫?zé)釥t需要把溫度數(shù)據(jù)傳送出來(lái)。藍(lán)牙模塊體積小，不受障礙物和角度限制，價(jià)格也相對(duì)低廉，比較適合。除了某些專(zhuān)用的藍(lán)牙模塊以外，大多藍(lán)牙模塊硬件上都提供了數(shù)據(jù)接口，通過(guò)RS232串口可以傳輸對(duì)速率要求不高的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

本文選擇藍(lán)牙技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)線化傳統(tǒng)汽車(chē)四輪定位系統(tǒng)。藍(lán)牙工作在免費(fèi)的ISM頻段，且發(fā)射功率比較小(一般為1～10 mW)，不會(huì)對(duì)汽車(chē)維修站的其他電氣設(shè)備產(chǎn)生無(wú)線電干擾，很適合汽車(chē)維修場(chǎng)合應(yīng)用。藍(lán)牙采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主從網(wǎng)絡(luò)方案，藍(lán)牙四輪定位網(wǎng)絡(luò)采用1個(gè)主設(shè)備和4個(gè)從設(shè)備的方案，如圖1所示。這是由于現(xiàn)代轎車(chē)普遍都是前后獨(dú)立懸掛，所以前、后車(chē)輪各自需要調(diào)整的參數(shù)是獨(dú)立的，不能采用一主一從的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方案，而要用一主四從的方案。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體設(shè)計(jì)

藍(lán)牙主設(shè)備是具有無(wú)線收發(fā)功能的主控電腦，負(fù)責(zé)查詢四輪的狀態(tài)，并且向四輪發(fā)送調(diào)整指令；藍(lán)牙從設(shè)備是4個(gè)安裝在汽車(chē)車(chē)輪上的測(cè)量傳感儀器，負(fù)責(zé)測(cè)量四輪的狀態(tài)參數(shù)，并且把測(cè)量得到的參數(shù)無(wú)線傳回主控電腦。主控電腦里存儲(chǔ)了該車(chē)型的標(biāo)準(zhǔn)資料，它無(wú)線接收四輪傳來(lái)的數(shù)據(jù)(即汽車(chē)現(xiàn)時(shí)的四輪定位參數(shù))，并與該車(chē)型的存儲(chǔ)值對(duì)比算出偏差，做出相應(yīng)判斷，再把調(diào)整指令無(wú)線發(fā)送給四輪。據(jù)此要求，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 硬件工作流程

圖2中的單片機(jī)C和測(cè)量傳感儀器屬于無(wú)線化以前的傳統(tǒng)汽車(chē)四輪定位儀。測(cè)量?jī)x測(cè)得汽車(chē)車(chē)輪的角度等參數(shù)，通過(guò)傳感器發(fā)給單片機(jī)C。

四輪的狀態(tài)參數(shù)傳回主控電腦的過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)C得到車(chē)輪傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)UART口傳給單片機(jī)A；單片機(jī)A把數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙從設(shè)備無(wú)線發(fā)送給主控電腦端的藍(lán)牙主設(shè)備；單片機(jī)B從藍(lán)牙主設(shè)備獲得數(shù)據(jù)后，通過(guò)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口形式，再通過(guò)PC機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)9針串口送給主控電腦。主控電腦向四輪發(fā)送調(diào)整命令的流程與此類(lèi)似。

這樣，只需在傳統(tǒng)的四輪定位系統(tǒng)上附加一些元件就實(shí)現(xiàn)了無(wú)線化，方便了汽車(chē)維修公司。

2.3 藍(lán)牙模塊與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)

藍(lán)牙模塊采用CSR公司的Bluecore系列CSR0312。主要技術(shù)規(guī)范如下：

◆遵從藍(lán)牙1.1規(guī)范；

◆射頻輸出為class2級(jí)，作用距離10 m；

◆藍(lán)牙1.1認(rèn)證；

◆FCC&ETST認(rèn)證；

◆支持UART接口。

單片機(jī)用來(lái)存放初始化藍(lán)牙模塊和建立無(wú)線ACL數(shù)據(jù)連接的指令代碼，可以說(shuō)單片機(jī)中的軟件是此系統(tǒng)的核心。這里采用AT89S51，該款單片機(jī)價(jià)格相對(duì)低廉。轉(zhuǎn)換芯片采用MAX3232E。

傳輸指令的電路連接如圖3所示。藍(lán)牙模塊的UART接口作為數(shù)據(jù)收發(fā)接口RXD和TXD，與AT89S51的P3.0和P3.1通信。AT89S51通過(guò)這兩個(gè)接口和藍(lán)牙模塊CSR0312互傳數(shù)據(jù)，并且向其發(fā)送主機(jī)控制接口指令。AT89S51的P1.2和P1.3作為擴(kuò)展的串行接口，和其他單片機(jī)通信；P3.2作為外部中斷入口，當(dāng)有數(shù)據(jù)從其他單片機(jī)傳過(guò)來(lái)時(shí)，將觸發(fā)中斷開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

藍(lán)牙模塊通過(guò)主機(jī)控制接口HCI和單片機(jī)通信，利用主機(jī)控制接口指令，藍(lán)牙模塊可以進(jìn)入一種給定的操作模式(比如查詢網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備，或者建立一個(gè)數(shù)據(jù)連接)。這樣就可以用單片機(jī)控制藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。建立ACL連接和斷開(kāi)連接的藍(lán)牙指令分別是：

MOV DPTR，#HCICreateACLConnection
……
MOV DPTR，#HCIDisConnect
……

藍(lán)牙模塊收到#HCICreateACLConnection信號(hào)以后，就會(huì)進(jìn)入建立ACL連接的模式。

主設(shè)備和從設(shè)備的軟件流程基本一致，不同之處在于：主設(shè)備要查詢從設(shè)備并建立ACL數(shù)據(jù)鏈路，而從設(shè)備沒(méi)有這部分工作。主設(shè)備端的程序流程如圖4所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后，主設(shè)備首先要查詢從設(shè)備，收到從設(shè)備的響應(yīng)后，可得知能否和該從設(shè)備建立藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，并且確定了該藍(lán)牙從設(shè)備代表4個(gè)輪胎中的哪一個(gè)；然后主設(shè)備發(fā)起連接請(qǐng)求，建立一個(gè)無(wú)線ACL鏈路，準(zhǔn)備收發(fā)數(shù)據(jù)，采用外部中斷的方式通知有數(shù)據(jù)到來(lái)。四輪定位完畢后，主控電腦發(fā)出一個(gè)結(jié)束信號(hào)，與其相連的藍(lán)牙模塊將該信號(hào)解釋為斷開(kāi)藍(lán)牙連接，通知從設(shè)備撤銷(xiāo)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，流程結(jié)束。

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4 總 結(jié)

藍(lán)牙模塊作用范圍雖然不大，通常不超過(guò)10 m，但是用于四輪定位場(chǎng)合是可以接受的。如果需要，還可以通過(guò)提高發(fā)射功率來(lái)增加有效距離?？偟膩?lái)說(shuō)，藍(lán)牙模塊成本低，組網(wǎng)靈活；與有線四輪定位系統(tǒng)相比，價(jià)格沒(méi)有大幅度提高，使用靈活性卻大為增加。測(cè)試結(jié)果表明，藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于四輪定位儀，不僅提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和工作效率，也便于設(shè)備的使用，可以很好地適應(yīng)汽車(chē)維修場(chǎng)所惡劣的環(huán)境。