首届ST-EMBED电子设计大赛

首届ST-EMBED电子设计大赛参赛作品：长途货车伺服系统SERVOSYSTEMONTRUCKSRUNNINGLONGDISTANCE参赛学校：华中科技大学参赛学生：杨博、胡峰、张腾指导老师：韩涛参赛队号：A354长途货车伺服系统杨博，胡峰，张腾，戴洪均指导老师：韩涛摘要本系统采用ST公司的ARM7芯片STR710FZT6为核心进行设计，通过一系列的外部电路实现的。基本上实现了当前长途货车运行过程中出现的特殊问题的解决。本系统针对长途载重货车的特殊情况，包括了以下几个模块：倒车雷达、夜间防盗、防爆胎。通过一系列的传感器，采集到相应的各种信息送入ARM中进行综合分析，并对得出的结果进行处理后用直观的方式呈现给司机，避免行车过程中司机不必要的麻烦。对于防爆胎这一常见而棘手的货运问题，我们采用的是无线直接TMPS方案，通过一个前端探测发射模块和后置接收处理模块完成。针对大型长途货车经常出现的在路况不好的情况下倒车困难而设计的倒车雷达和长途货车司机由于长时间驾驶出现夜间疲劳导致的夜间失窃问题而设计的防盗模块则主要采用的是超声波探测。通过这样无论一些技术上还是成本上都容易实现的改进，可以极大的改善长途货车司机这一特殊高强度劳动者的驾驶舒适度。关键词：长途货车；TMPS；超声波探测SERVOSYSTEMONTRUCKSRUNNINGLONGDISTANCEYang-BoHu-FengZhang-TengDai-Hong-JunAbstractThisisasystemdesignedforthedriversoftrucksinchinawhotakeitasprofessions,andmakingitapossibilitytotravellongdistancewithinashorttime,whichalwaysmeanstheyhavetokeepdrivingfordaysindistrictswheretheroadisreallytoughfordriving.Bytheinformationgatheredfromdetectorsinsidethetyre,theARMcouldshowthedriverthetyrepressuretimely.Anthertowdetectorsaretochecktheconditionsoftheroadbackwardswhichareespeciallyusefulwhenthetruckrunningonsomemountainareaandbackthetrucknecessary,andtoguardthemoneywhichispreparedforthetravelingfeeswhenthedriverneedtotakearestandwhichalwaysmeanssleepdeeplyandangoodchanceforthethieves.ThosethreedifferentdetectorsconstitutethebasicthreemoduleswhoseessentialcomponentsareTMPSandultrasonicsystems,respectively.Howeverordinarythissystemsoundslikefortheproducersoftrucks,itwilllargelyenhancethesafetyandtheconvenienceofthetruckdrivers.KeyWordstrucks,TMPS,ultrasonic一、背景交待与选题思路在当今社会，车辆已经逐渐成为了人们日常生活中的一部分，关于汽车的各种新技术也层出不穷，但是放眼望去，绝大多数的厂家和研究机构的研究方向过多的集中在了本来已经相当舒适便捷的家用轿车尤其是高档轿车上。而作为汽车家族中的特殊群体，即大型长途货车的各种技术在近几年中却并没有取得像轿车那样的长足进步。在中国这种特殊的情况下，大量的货车司机面临驾驶长途载重货车特有的各种棘手问题而束手无策，譬如：屡见不鲜的爆胎问题，直接导致货车的搁浅，引起极大的不便。再如长时间驾驶后在没有专门的停车场的情况下停车休息，由于极度疲劳导致的贵重钱物丢失现象以及大型长途货车在马路很窄的情况下由于车身过长引起的倒车不便等等。针对这些具体而实际的问题提出解决方案，我们认为更有现实意义。综上所述，本系统分为三个部分:防爆胎模块、夜间防盗模块、倒车雷达模块系统整体框图如图1所示：图1ARM主控芯片超声波发射端超声波接收端射频发射接收端LED显示处理音频报警及提示轮胎嵌入式胎压检测与射频发射与接收以下分别对各个子模块进行论证。1.防爆胎模块方案一：间接式TMPS,它通过汽车ABS的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100km/h的情况进行判断。目前这类系统的准确率没有直接系统高，故障轮胎的确定也很困难，而且系统校准极其复杂。方案二：直接式TMPS,它利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的压力，并通过无线调制发射到安装在驾驶室的监视器上，监视器随时显示各轮胎的压力，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低,渗漏,太低或温度太高时，系统自动报警。直接式TMPS从功能和性能上均优于间接式TMPS.由此可以明显看出直接式TMPS较之间接式在功能和实现上都更合理，所以选择直接式TMPS2.夜间防盗模块方案一：采用红外线扫描装置，探测驾驶室附近异物的出现情况，若探测到有异物较长时间内都处于危险区域，或者进入驾驶室则发出报警信号。此方案的缺点是红外扫描距离较短且价格较高，应用也较复杂，但是实现精度较高。方案二：采用超声波测距的方式，探测驾驶室附近是否有异物靠近，且在较长时间内不离去，或者进入驾驶室，则报警提示司机。此方案与前者相差不大主要的就是将红外装置换做超声波探测，这样探测的距离可以根据具体情况进行调整而且有效探测距离较长，但仍需安装多个传感器。方案三：采用超声波传感器，且只探测是否有异物进入驾驶室，这样可以减少传感器的数量同时也降低了编程复杂度，使系统更容易实现综上几点选择方案三较为合适3.倒车雷达方案一：采用可视终端，尽量人性化的扩大司机视野，使得司机能够直观的观测到车后的情况。此方案较为先进也十分复杂且成本太高，加之不易保养，不适合在长途货车上使用方案二：采用与夜间防盗同样的超声波探测，通过调整探测距离可以应用与不同的场合，有效的探测到车后的障碍物或路边危险陷入区（如山路边悬崖）有效的避免事故的发生且技术上容易实现，成本也不高，极适合在低端的长途货车上使用综上考虑，仍然采用超声波传感器探测二、硬件设计1.ARM主控系统STR710FZ2T6为核心构成的中心主控单元+5VC615PFC515PFR1410KR151K3.3V3.3VR022OE3.3VR110KR210KR310KBOOTENBOOT.0BOOT.1BOOT.1ECEP0.10/U1.RX/U1.TX/SC.DATA1RD2P0.11/BOOT.1/U1.TX3P0.12/SC.CLK4VSS5V336P2.0/CS.07P2.0/CS.18P0.13/U2.RX/T2.OCMPA9P0.14/U2.TX/T2.ICAPA10P2.0/CS.211P2.0/CS.312P2.4/A.2013P2.5/A.2114P2.6/A.2215BOOTEN16P2.7/A.2317P2.818N.C.19N.C.20VSS21V3322P2.923P2.1024P2.1125P2.1226P2.1327P2.1428P2.1529JTDI30JTMS31JTCK32JTDO33JTRST34NU35TEST36N.C.37TEST38N.C.39V33IO-PLL40N.C.41VSSIO-PLL42N.C.43DBGRQS44CKOUT45CK46P0.15/WAKE-UP47N.C.48RTCXTI49RTCXTO50STDBY51RETIN52N.C.53VSSBKP54V18BKP55N.C.56N.C.57V1858VSS1859N.C.60D.061D.162D.263D.364D.465VDDA66VSSA67N.C.68N.C.69N.C.70P1.0/T3.OCMPB/AIN.071P1.1/T3.ICAPA/T3.EXTCLK/AIN.172P1.2/T3.OCMPA/AIN.273P1.3/T3.ICAPB/AIN.374P1.4/T1.ICAPA/T1.EXTCLK75P1.5/T1.ICAPB76P1.6/T1.OCMPB77D.578D.679D.780D.881D.982V33IO-PLL83VSSIO-PLL84P1.7/T1.OCMPA85P1.886N.C.87P1.11/CANRX88P1.12/CANTX89USBDP90USBDN91D.1092D.1193D.1294D.1395D.1496D.1597A.098A.199A.2100A.3101A.4102VSS103V33104P1.9105P1.10/USBCLK106P1.13/HCLK/I0.SCL107P1.14/HRXD/I0.SDA108N.C.109N.C.110P1.15/HTXD111VSS112V33113A.5114A.6115A.7116A.8117A.9118A.10119A.11120A.12121A.13122P0.0/S0.MISO/U3.TX123P0.1/S0.MOSI/U3.RX124P0.2/S0.SCLK/I1.SCL125P0.3/S0.SS/I1.SDA126P0.4/S1.MISO127VSS18128V18129A.14130A.15131A.16132A.17133A.18134A.19135WE.1136WE.0137V33138VSS139P0.5/S1.MOSI140P0.6/S1.SCLK141P0.7/S1.SS142P0.8/U0.RX/U0.TX143P0.9/U0.TX/BOOT.0144U0STR710FZ2T6A20BOOTENTDITMSTCKTDOTRSTDBGRQ3.3V16M16MWAKEUP3.3VSTDBYSTDBYRESETC91uFC1010uFC1133nFD0D1D2D3D43.3VAND5D6D7D8D93.3VD10D11D12D13D14D15A0A1A2A3A43.3V3.3VA5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16A17A18A19C1533nFC1410uFR1822R1922WE.0WE.13.3VBOOT.03.3V1234X0XTALSJP0JUMPER3JP1JUMPER3JP2JUMPER312Y0XTALUSBDNUSBDPUSB_CLK1234X1XTALS+5VUSB_CLKP1.15P0.0P0.112345678910P8Header103.3V12345678910P1Header103.3VP2.1512345678910P2Header103.3VP2.1512345678910P3Header103.3VP1.15P0.2P0.3P0.412345678910P6Header103.3VP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.5P0.6P0.7JP8JUMPER2D0LED0图22.防爆胎模块的设计与说明直接式TMPS的工作原理可以描述为：系统主要由安装在汽车轮胎内的压力温度传感器，信号处理单元，RF发射器组成的TMPS发射模块，安装在汽车驾驶室的RF接收器，信号处理单元以及LCD组成。温度压力传感器将采集到的温度压力数据传送到信号处理单元，然后通过RF发射电路发射出去。接收模块接收到信号后，再传送给信号处理单元，将数据进行处理，送LCD