C-MBUS总线在倒车雷达系统中的应用

宁志刚 杨 玲 杨保柱 贾振江

(南华大学电气工程学院，湖南 衡阳 421001)

0 引言

随着社会经济的发展和汽车数量的增加，交通安全已成为我国亟待解决的问题之一[1]。相当一部分汽车碰撞事故是由于倒车时汽车后视能力不良造成的。目前，用于辅助司机倒车的装置主要由倒车观后镜、后视倒车摄像系统及倒车雷达系统组成[2]。倒车雷达系统具有可全天候工作、成本低和结构简单等优点，能较好地辅助司机倒车。

由于汽车电子部件数量的增加，传统的点对点、长布线、多线束连接和RS-485串行通信方式已不能满足现代汽车分布式电子系统实时控制的要求，网络化控制已经成为汽车电气化的一种发展趋势[3－4]。自20世纪80年代起，集成电路和微处理器在汽车制造中得到广泛应用。基于数据通信的现场总线技术，为汽车提高性能和减少线束数量提供了有效的解决途径，使汽车网络化控制成为可能[5]。本文运用超声波测距技术，结合C-MBUS总线通信协议标准，设计了倒车雷达系统。

1 C-MBUS总线倒车雷达系统

C-MBUS总线系统是一种低成本、一点对多点的总线通信系统。它具有以下几个优点。

①总线通信系统具有高速稳定的通信速率，在4.8 kB/s的通信速率时可达到2.4 km的可靠通信距离，在可靠通信距离内，具有多达400个节点的容量;

②通过C-MBUS总线可向末端设备提供4 mA的工作电流，可采用串型、星型、交叉等方式进行布线;具有极低的静态功耗，静态功耗低于180 μA，典型值为150 μA;

③使用普通双绞线，采用无极性二线制安装接线，隔离设备可保证在遭雷击时可靠工作;

④具有恒流的电流环通信方式，抗干扰性强;

⑤具有设备自动登录功能，可容纳多种设备，预留多种通信协议，扩展方便;

⑥通过总线可向从设备提供500 mA电流;

⑦同时提供配套的主站专用集中控制芯片CMT100，此芯片可与计算机RS-232、RS-485等接口连接，系统兼容性及扩展性好，芯片成本低。

总线系统包含5个电控单元，分别是倒车雷达模块、电动门窗控制模块、灯光照明控制模块、座椅调节控制模块和空调控制模块。车载C-MBUS总线系统网络架构如图1所示。

图1 车载C-MBUS总线系统网络架构图Fig.1 Network architecture of vehicle-loaded C-MBUS bus system

图1中，倒车雷达模块包括雷达数据采集模块和显示报警模块。其中，雷达数据采集模块用来实时采集障碍物的距离和方位;显示报警模块用来显示障碍物的距离和方位，并采用声音和语音进行报警。通过中央处理器，系统实现人机交互。中央处理器通过C-MBUS总线，能够与总线网络中各个模块进行通信，从而控制各个模块的工作。总线隔离器的作用是当其所在支路发生短路时，自动断开该支路，而其他支路照常工作。支路采用普通双绞线。

在倒车雷达系统中，雷达模块采用成都国腾微电子公司生产的GM3101倒车雷达专用控制芯片。GM3101提供4路超声波探头接口，最大输出距离为3.15 m，输出精度为0.05 m。超声波探头驱动采用分时顺序的驱动方式，探头发送和接收中心频率为40 kHz的超声波信号[6]。雷达模块根据接收和发送信号的时间差，利用声速温度补偿法计算障碍物的距离，输出相应报警信号，报警信号编码后采用双线差分串行输出方式。输出信号的内容包括各探头检测到的最近障碍物的距离值、障碍物距离的危险等级和障碍物的方位。报警信号在C-MBUS总线网络中进行通信。串口扩展电路是以GM8123芯片为核心的电路，可将1个全双工的标准串口扩展成3个标准串口，可通过外部引脚控制串口扩展模式(单通道工作模式或多通道工作模式)。

语音提示电路选用ISD4004-08芯片来实现。该芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值可直接存储在片内闪烁存储器中。这种E2PROM存储方法可以将模拟数据直接写入单个存储单元，而不需要进行A/D或D/A转换。这些语音提示信号包括左侧、右侧、左后、右后、后面、倒车安全、倒车小心、倒车危险、紧急制动和扒车等信号，这些语音提示信号对应的首地址分别为0020H、0040H、0060H、0080H、00A0H、00C0H、00E0H、0100H、0120H和0140H。当系统确定最近障碍物距离值时，可通过软件查表的方式查找出与最近障碍物距离值相对应的语音提示首地址，然后送入ISD4004-08的串行通信SPI接口。ISD4004-08根据接收到的信号进行语音提示，并采用蜂鸣器进行声音报警，利用蜂鸣器发出不同频率的“嘀”声，以提示车尾与障碍物距离的危险程度。

2 C-MBUS总线通信接口电路

CMT100是C-MBUS总线控制端通信专用集成电路，具有数字通信的调制解调、总线控制、总线电源供给和总线故障检测功能。为增加系统的抗干扰能力，控制器应将总线驱动与单片机系统隔离，TXD、RXD收发控制信号经光耦隔离传送给CMT100芯片。系统采用15～30 V电源，设备供电电源根据通信距离进行决定。

CMT001是C-MBUS总线设备端通信专用集成电路，具有数字通信的调制解调、总线极性识别和低功耗线性稳压等功能，其通信接口电路如图2所示。

图2 CMT001通信接口电路Fig.2 CMT001 communication interface circuit

图2中，总线信号通过整流桥直接输入CMT001芯片，RXD、TXD信号通过光耦隔离传送给单片机，无极性双向电路由4个二极管组成的电路实现，入口处5 Ω电阻用于电路过流保护。C-MBUS总线信号通过隔离二极管D6和R10给CMT001芯片8脚VCC供电，其他串联电阻值及滤波电容值由电路的电流大小决定。

3 系统软件设计

倒车雷达系统软件设计主要包括显示报警模块和雷达数据采集模块2部分。显示报警模块包括语音提示、蜂鸣器报警和LCD显示这2个模块。STC12C5A60S2单片机雷达数据采集软件设计主要包括接收数据程序设计和发送数据程序设计2部分。图1所示的雷达数据采集模块中的STC12C5A60S2单片机和串口扩展电路GM8123经初始化后，利用STC12C5A60S2单片机串口0接收雷达模块传送过来的数据。STC12C5A60S2单片机对接收到的数据进行比较，决定传送最小的距离数据。STC12C5A60S2单片机判断接收到的数据是否满足发送条件，若满足条件，则置发送就绪标志位为1。发送数据子程序发现发送就绪标志位为1，则根据通信协议把数据包装成数据帧，然后通过STC12C5A60S2单片机串口1发送给CMT001通信接口电路。满足发送条件的最小距离数据，通过C-MBUS总线传送给显示报警模块。STC12C5A60S2单片机的数据采集程序流程图如图3所示。显示报警程序流程略。

图3 数据采集程序流程图Fig.3 Flowchart of data acquisition program

4 LCD液晶显示

LCD模块用来显示最近障碍物距离值、汽车图形和超声波发射波形图形，形象直观。通过字模、图形模的取模工具，字符、汽车与超声波波形图像将直接转换为处理器能够识别的汇编语言或C语言代码，将需要显示的代码集中在一起，即建立了要显示内容的代码库[7]。在显示过程中，只要调用这些代码库中的代码，就可以显示最近障碍物距离值、汽车图形和超声波发射波形图。

5 结束语

本文介绍的倒车雷达系统通过C-MBUS总线，将倒车雷达系统融入汽车数字化信息管理平台，满足了汽车控制信息化、智能化和网络化的要求。系统采用超声波测距，对障碍物距离和方位进行实时分级语音提示、蜂鸣报警和直观显示，具有结构简单、成本低、测量精度高等特点。本系统是C-MBUS总线又一例成功应用，采用本系统，能有效减少倒车时汽车碰撞事故。

[1]卞利云.基于CAN总线的汽车超声蝇眼系统研究[D].南京：南京航空航天大学，2008.

[2]汤一平，周宗恩.基于全方位视觉传感器倒车辅助装置的设计[J].计算机测量与控制，2008，16(5)：701 －704.

[3]卢雷.CAN总线汽车车身控制系统通信的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.

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[5]千承辉，苏建，刘玉梅.现场总线技术在汽车检测线上的应用[J].公路交通科技，2006，23(2)：151 －153，157.

[6]侯涛，刘金魁.超声波在破碎机颚腔宽度检测中的应用研究[J].矿山机械，2010，38(7)：72 －74.

[7]李伟，周凤星.点阵式LCD在电磁阀检测仪中的应用[J].液晶与显示，2010，25(1)：114－119.