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成就电子电路设计高手(14),电子电路设计之设计案例介绍(中)

2020-08-25
来源:21ic

电子电路设计内容广泛,学习电子电路设计的朋友通常需要一定时间才能很好掌握。现实中,电子电路设计发挥着重要作用。因此,为增进大家对电子电路设计的认识,本文将承接上文对电子电路设计的一些案例加以介绍。

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一、报警模块采用简单的声光报警电路

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报警模块采用简单的声光报警电路,如上图所示。先设定一个临界值,当车尾与障碍物的距离小于设定的最小距离时,红色指示灯闪亮,绿色指示灯熄灭。单片机向其端口发出PWM 脉冲,随着距离的减小,通过控制PWM 脉冲的占空比使闪光和蜂鸣的频率加剧,以此来提示驾驶员。

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通信接口电路如上图所示。采用美信的MAX3232芯片,外围电路非常简单,只需要5个0.1μF 。该电路把单片机串口输出信号隔离变换成RS-232信号发送到汽车总线上,同时还可以实现该系统计算机的通信。

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键盘和显示电路如上图所示,由键盘和液晶显示两部分组成。其中键盘采用独立式按键,有3个按键,一个设置键、一个上翻键、一个下翻键。可以进行报警值、工作方式、时钟等各个参数的设置。液晶显示电路采用ZJM12864BSBD 这款低功耗的点阵图形式LCD,显示格式为128点(列)×64点(行),具有多功能指令,容易使用,可实时的显示时钟、距离和报警提示信息,方便直观。采用模块化设计,程序由主程序、测距子程序和键盘显示子程序、时钟显示子程序等多个模块组成,调试过程中对其中每个功能模块和子程序逐一调试,在每个子程序都完成指定的功能后,再进行综合调试。

基于RFID 技术的汽车安全防盗系统

射频识别技术(RFID)是一种非接触式的自动识别技术。汽车安全防盗系统采用射频识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID 技术采用射频传输,可以透过外部材料读取芯片数据,实现非接触操作。通信数据使用加密算法对数据进行加密,实现数据安全存储、管理及通信。随着电子技术的快速发展,电子芯片集成度的提高,RFID 系统成本也在不断地降低,加快了智能化在汽车电子行业中的推广与应用。智能汽车安全防盗系统由轮胎发射模块、遥控钥匙模块和基站模块组成。对RFID 系统来说,收发频率大小决定了射频识别系统的识别距离、电路实现的难易程度以及硬件设计成本。在汽车安全防盗设计中,125 kHz 等低频(LF)频段用于近距离、低速度,数据量要求较少的汽车引擎防盗系统的识别;434 MHz 等超高频(UHF)频段则用于远距离的射频通信系统(汽车轮胎压力监测系统与远程无钥匙进入系统)的识别。

轮胎模块电路

轮胎模块由轮胎状态的数据采集与发射电路组成,如下图所示。

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轮胎模块电路采用FREESCALE公司的智能嵌入式传感器MPXY8300.该系列传感器集成了该公司的低功耗S08 核,内含512 字节RAM和16 KB Flash,同时还集成了低功耗电容式压力、温度传感器和单通道的低频输入接口。其RF发射支持315 MHz 和434 MHz 两种载波频率,并可通过编程配置使寄存器为幅移键控(ASK)或频移键控(FSK)调制方式。它还集成了电荷泵功能,当电池电压较低时,可提高RF 发射部分供电电压,从而使其仍能达到一定的R F 发射强度。MPXY8300 是一款将压力温度传感器、8 位微控制器(MCU)、RF 发射器和双轴(XY)加速器全部集成到一个片上的系统级芯片(SOC)。MPXY8300 压力测量范围:轿车100~800 kPa,卡车100~1 400 kPa,温度测量范围:-40~125 ℃。

二、剖析智能汽车安全防盗视觉系统电路

钥匙模块电路

钥匙模块芯片采用NXP 公司生产的PCF7961。PCF7961是一个基于低功耗8位MRKII架构的精简指令集(RISC)处理器,它集成了UHF发射器与LF频收发器的芯片。这种芯片能够完成射频发射和应答器低频通信认证,适合于机动车辆遥控防盗装置。它采用快速相互鉴别算法,使用随机数字、密钥和口令,具有灵敏度高(远距离)和鉴别时间短(39 ms)的特点。PCF7961 还提供了出厂时已经固化了的32 位身份识别码(ID)。下图是钥匙模块的电路原理图。

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基站模块电路

基站模块主要由射频接收电路、低频收发电路、主控芯片MCU、LIN 接口以及人机接口组成。射频接收电路采用FREESCALE 公司的UHF 射频接收芯片MC33596,完成信号解调和数据曼切斯特解码后,将数据传送到基站主控芯片MC9S08DZ60,进行数据处理(RKE 数据解密)和指令执行。低频收发器采用NXP公司生产的PJF7992.PJF7992集成了所有必需的功能方便读写应答器,基站微处理器通过 PJF7992 带有的LIN串行接口控制PJF7992 和应答器之间的通讯。基站主控芯片采用F RE E SC A L E 公司生产的MC9S08DZ60,它可以通过SPI 串行总线对射频接收芯片MC33596 参数进行配置与通信。MC9S08DZ60 内部集成了2 个SCI(LIN)模块,可通过一路LIN 总线实现对低频收发芯片PJF7992 的控制,另一路LIN总线实现对发动机电控单元(ECU)与门控相关执行机构传送命令。在汽车安全防盗系统中加入LIN总线接。

提出了一种基于RFID 技术的汽车安全防盗视觉系统,在试验台上完成了相关的功能调试,实现了轮胎压力监测,遥控门锁和发动机防盗锁止功能等,在系统中加入了LIN 总线接口,可使该系统能够与汽车内部其他电子控制系统共享数据与控制信息,极大地提高了系统的灵活性与安全性、节约了系统空间、降低了生产成本,将会在汽车电子领域具有较广的应用前景。

解读视觉疲劳消除器系统电路设计

电路工作原理

该视觉疲劳消除器电路由脉冲发生器、计数分频器和LED显示电路组成,如图所示。

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电路中,脉冲发生器电路由时基集成电路IC 1、电阻器R1、R2、二极管VD1和电容器Cl、C2组成;计数分频器电路由十进制计数/脉冲分配器集成电路IC2和二极管VD2 - VD11组成;LED显示电路由电阻器R3 - R6和发光二极管VLl一V L4组成。脉冲发生器通电工作后,从ICl的3脚输出振荡信号,作为IC2的计数脉冲。IC2通电复位后,在输人脉冲的作用下,其YO一Y9端依次循环输出高电平,驱动VL1一VM按一定规律循环不停地发光。当IC2的YO端、Y4端和Y7端输出高电平时,VLI被点亮;在Y1端、Y6端输出高电平时,V L2被点亮;在Y2端、Y5端和Y9端输出高电平时,V L3被点亮。在Y3端和Y8端输出高电平时,V L4被点亮。

发光二极管 VLI一VL4的发光顺序为VLl-VL2-L3-VL4-VLl-VL3-VL2-VL1-VL4-VL3-VLl-VL2不停地循环。将4只发光二极管(VLI一V拼)分别安装在一平面的上、下、左、右相互对称的位置上(上、下或左、右相对应的两只发光二极管的距离为30mm左右)。当用眼疲劳时,眼睛随着发光二极管的亮灭不停地转动(使用时,眼睛与发光二极管的距离为25 - 30cm),即可达到消除视力疲劳、预防近视的目的。

元器件选择

Rl一R6选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。C1和C2选用独石电容器或涤纶电容器。VD1一VD11均选用1 N4148型硅开关二极管。VU一VL4均选用Φ5mm或Φmm的绿色高亮度发光二极管。IC 1选用NE555型时基集成电路;IC2选用CD4017型十进制计数/脉冲分配器集成电路。

三、机器视觉采集系统应用电路揭秘

视觉导航又叫做图像识别导航,它分为两种方式:一种是有线式,另一种是无线式。无线式的视觉导航技术是利用CCD在系统动态时摄取周围环境的相应的图像资料,并与设定的运行路径在信息数据库中进行比对,进而确定AGV当前地位置,进而经过控制模块对小车的运行路径进行实时的决策。第一种即有线式视觉导航技术是根据AGV现场的具体地面或者路边明显路标,经过车载的摄像装置(CCD)动态地获取路边的图像,再经过车载的计算机进行相应的处理,进而识别出路径的相应标识线,并且判断AGV与期望标识线的距离和与标识线的夹角,进而通过驱动系统控制AGV的实际行驶路径在与期望的路经保持在允许的范围内即可。

有线视觉导航技术的优点是:可以获取较大容量的信息、具体路径的设置与变化比较简单、系统具有较好的柔性等,而且具有现实应用的可行性和比较广阔的前景,是现今AGV的先进的导航技术和重要发展方向。车载摄像装置主要是由CCD摄像机、图像采集卡、光源等设备组成。摄像装置采集信息的电路原理图见下图:

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摄像头采集电路图

在视觉系统启动后,AGV的车载CCD摄像机就对小车前方的路径进行相应的图像采集,经过图像采集卡后,经过处理后送到相应的上位计算机。AGV的上位计算机经过对地面的信息进行适当图像处理(主要包括阈值处理、掩膜、直方图分析、图像分割、边缘检测、区域增长)与图象分析(主要包括特征摄取、物体识别、位置大小和方向以及图像其它物理特征的分析和较深度的信息处理),进而形成相应的控制指令,再传到车载计算机(单片机),进而控制AGV的相应的动作。视觉系统的工作原理的示意图:

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采用LED模拟调光的机器视觉辨认系统电路设计指南

由于发光二级管技术的不断发展,正逐步地应用于信号、显示、照明和机器视觉辨认等各种领域。而常用的LED 亮度控制方式主要是模拟调光和数字调光( PWM)。比起现有的模拟调光,数字调光能取得一个更高的调光比和电流精度,应用更为广泛。在普通照明中,PWM 调光的开关频率一般在几百到几千赫兹之间,可以有效的避免人眼可见的闪烁。但在机器视觉辨认和工业检验等领域,由于使用的高速摄像机和传感器响应速度速度比人眼快很多,因此在这些领域使用PWM调光必须增加开关频率到几十千甚至更高,实现较为复杂,而模拟调光却没有这方面的问题。本文通过可变降压和线性调光的两级电路实现了高效、准确、高动态范围的模拟调光输出,并使用TI 的C2430 芯片来实现输出亮度调节和无线控制的功能,特别适合用于上述的机器视觉辨认等高响应速率的应用场合。

高动态范围模拟调光电路

常见的LED 恒流电路有以下两种: 线性恒流电路和开关恒流电路。线性恒流电路通过监控采样电阻上的电压,动态地调节三极管的导通程度,控制电流,并将输入电压高于LED 串电压的部分承担。而开关恒流电路则在其不同拓扑结构下,调节开关导通的占空比来调节输出,同样得到恒流的效果。相比而言,如果输入电压和灯串电压差别较大时,在大电流下线性电路三极管的压降会造成较大的功率损耗,导致较低的效率。

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