智能无线网络汽车测试系统硬件电路设计

    汽车试验是发现汽车设计开发中各种问题的重要手段，依据试验结果能对汽车各种性能做出客观的评价。作为汽车工业的基础工程之一，汽车试验在汽车工业的整体发展中发挥了重要作用。汽车性能测试系统是汽车试验工程的关键组成部分，它是由若干相互联系、相互作用的传感器和仪器设备等元件，为实现对汽车各项性能的测试而组成的有机整体，汽车测试系统的性能往往对整个汽车试验的效用产生重要影响。

　　系统总体结构设计

　　汽车试验主要包括动力性能、燃油经济性、操纵稳定性和排放特性等测试项目，主要性能参数有速度、加速度、燃油消耗量、温度以及操纵稳定性试验中的动态运动参数等，通过传感器得到的这些参数的测试信号，经过前端处理模块处理（整形、滤波、放大等） 后送入C805l-F020微处理器中，在单片机内部进行模数转换和数据处理后通过串口实现与Zigbee终端节点的连接，再由终端节点在WLAN中将数据发出，Zi-gbee中心节点接收到数据后经串口与上位机进行通讯。中心节点也可将上位机的命令发送给终端节点，控制终端节点执行。系统总体结构框图如图1所示。

　　前端处理模块

　　传感器将各种常见的非电量信号转换为电量信号，一般都较微弱，前端处理模块将这些信号进行处理后送至单片机的A／D转换端口。本系统共有8路传感器信号，包括2路压变传感器信号、2路-5～+5 V电压信号、2路4～20 mA电流信号和2路热电偶信号的前端处理。其中压变传感器信号和热电偶信号前端处理硬件电路分别如图2和图3所示。

   AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需1个外部电阻设置增益，增益范围为l～10 000。对压变传感器信号的前端处理采用AD62-0、AD705组成的放大电路，该部分采用单电源供电，AD705是电压跟随器，为AD620提供输出电压的零点。将VREF、AGND送至MCU的8位精度AD-Cl的AINl．0、AINl．1端口，利用软件程序实现该路信号的参考电压和模拟地的计算。热电偶传感器用来测量汽车关键部件温度，其前端处理电路采用OP07的可调增益放大电路。OP07是一种低噪声、非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，具有非常低的输入失调电压，低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等。在对精确度要求不高的场合，OP07的失调电压可忽略，该电路中R25和R24用来调整系统放大倍数，在选用不同类别的热电偶时可适当调整两者的阻值。

　　ZigBee节点模块

　　汽车测试系统初步采用2个终端节点和1个中心协调器组成星状网的拓扑结构，3个节点均选用SZ05-ADV型无线收发模块，Zig-bee终端节点和中心节点通过标准串口分别与C8051F020模块和PC设备相连接，实现数据的无线传输。SZ05-ADV是高性能嵌入式无线收发模块，其核心器件是Freescale公司的MCl3213。它是第2代标准ZigBee无线通信平台，在9 mmx9 mmxl mm 7l引脚LGA封装中集成有低功耗的2．4 GHz RF收发器和8位微控制器，MCl3213器件具有60 kB的闪存，MCl32lx解决方案能在简单的点对点连接到完整的ZigBee网状网络中用作无线连接，小占位面积封装中的无线电收发器和微控制器的组合使其成为成本效益的解决方案，MCl321x中的RF收发器工作在2．4 GHzISM频段，和802．15．4标准兼容，收发器包括低噪音放大器，1 mW的RF输出功率，带VCO的功率放大器（PA），集成的发送／接收开关，板内的电源稳压器以及完全的扩展频谱的编码和译码，MCl32lx中的微控制器基于HCS08系列微控制器单元（MCU），HCS08 A版本，高达60 kB的闪存和4 kB的RAM。

　　SZ05-ADV嵌入式无线通信模块集成有符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，其数据接口包括：TTL电平收发接口、标准串口RS2-32 数据接口，可以实现数据的广播方式发送和目标地址发送模式。除可实现一般的点对点数据通信功能外，还可实现多点之间的数据通讯。其模块连接电路如图4所示。DATA、RUN、NET、ALARM为SZ05-ADV无线通信模块的4个工作状态指示端口，分别是数据收发、系统运行、网络状态和告警。 SLEEP引脚用来控制系统进入低功耗状态，低电平进入低功耗，高电平或悬空正常运行。

　　485CTL引脚是485收发控制，模块485接收时低电平输出，发送时高电平输出。CENTER、DEVICE引脚是节点功能配置接口，均为低电平有效，或分别与引脚TIao7、tiao8接跳线帽实现，如这2个引脚都为高电平或悬空则为路由节点。CONFIG引脚是配置接口，低电平有效，或加跳线帽，可在超级终端中进入系统配置状态。模块标准工作电压为DC-5V，正常工作电压范围为5～12V。数据接口有RS-232和TTL收发2种接口模式。 RS-232串口为TX2、RX2、SGND三线工作模式，TTL为TX1、RXl两线工作模式，TTL电平为3．3V。RESET进入低电平状态3s，系统进入配置状态，高电平或悬空状态则进入工作状态。