ARM汽车行驶记录仪关键模块硬件设计.docVIP

1 概述 ?????? 在开发汽车行驶记录仪过程中，因为汽车车况比较复杂，干扰源比较多，记录仪记录汽车各种状态复杂、有效时间要求长，而且有些客户要求在国标功能的基础上扩展功能。因此整个系统硬件资源需求火，外挂接口多，普通单片机很难满足要求，而LPC2294是基于ARM内核32位处理器，外围接口丰富，很好的满足了系统要求。 ?????? 2 基于ARM内核LPC2294 ?????? ARM是Advanced RISC Machine的缩写，是微处理器行业的一家知名企业，该企业设计了大量性能高、廉价、功耗低的RISC处理器，适用于多种领域：嵌入式控制、消费电子、移动电子、汽车电子等。 ?????? LPC2294是基于一个支持实时防真和跟踪的16／32位ARM7TDI-S CPU的微控制器，并带有256K字节高速片内FLASH存储器、16K片内RAM、片内128位宽度存储器接口和独特的加速结构、高速IIC、两路SPI、4路CAN、两路URAT等接口和多达112的GPIO等资源，他们很好的满足了汽车行驶记录仪对系统硬件资源的需求。 ?????? 3 系统硬件选型及总体设计 ?????? 汽车行驶记录仪是汽车行驶状态记录的仪器，其硬件必须满足汽车复杂工况： ?????? (1) 电源电压适应性：9～36V，耐电压过压保护及抗反接性能； ?????? (2) 抗电磁辐射、静电干扰以及汽车点火干扰； ?????? (3) 数据存储容量为360小时有效数据，存储时间为15年有效； ?????? (4) 具有USB HOST功能； ?????? (5) 温度等级为工作-20°～+75°，存储温度-40°～+85°。 ?????? 考虑到汽车复杂工况以及记录仪扩展特性，CPU必须至少为工业级产品，由于有USB HOST结构和至少两路CAN接口功能，FLASH和RAM得足够大，这样系统资源才够用，另外考虑到以后高端机配置GPS和GPRS功能，综合以上因素，CPU选择LPC2294，扩展RAM；目前市场上的USB DEVICE芯片比较多，而HOST要少一些，对于USB HOST芯片的选择，其在硬件上必须比较容易和ARM机型相连接，在软件上开发难度不能太大，考虑到USB传输速度，这样HLS811就不如ISP1160了。对于数据存储体，必须满足存储时间为15年有效，而且存储容量为至少360小时有效数据；普通数据FLASH擦写次数为100万次，不能满足记录仪中频繁擦写数据的要求，而铁电擦写次数为无限次，但大容量铁电价格很高，综合这两点，存储体采用小容量铁电和FLASH结合，这样既满足记录仪要求又有单项比较低的成本。对于CAN接口功能，由于LPC2294内部有CAN控制器，故只需外挂CAN收发器即可，收发器选择TJA105。 ?????? 整个系统关键模块总体设计由LPC2294、FLASH、铁电存储体、实时时钟、电源管理、CAN接口、LCD驱动及其他单片机接口电路组成，功能框图如图1所示。汽车行驶记录仪工作时，由LPC2294通过前端接口电路采集汽车行驶状态的各种信息：包括车速、发动机转速、各种车辆开关信号等。汽车行驶记录仪以实时时钟为基准，把车辆信息按类别分别存入铁电存储体和FLASH存储体。需要从汽车行驶记录仪中获取汽车记录状态信息时，用户插入U盘，LPC2294自动识别U盘并加载驱动程序，当完成设备枚举和Bulk Only传输协议后，单片机就可以把汽车行驶记录仪中记录的状态信息以文件的形式传输到U盘，当然，记录仪可以通过两路CAN接口和车上其他带有CAN接口的电子装置进行数据交换，也可以配制两路CAN接口为高速CAN和低速CAN的交换机。本文重点介绍电源模块、USB HOST模块、数据存储模块、CAN模块的硬件设计。 ?????? 4 电源模块硬件设计 ?????? 随着汽车的发展，汽车上的电子设备越来越多，使车内的电磁环境日益复杂。在这比较复杂的环境中，电源性能的好坏直接影响到电子设备的可靠性。汽车电器产生电磁骚扰的最根本原因，就是在其工作过程中产生的di／dt。例如闪光继电器、雨刮器电机、空调、点火系统等工作时，他们产生的交变电流形成了干扰源。电源模块设计就是要在这些干扰源下能正常工作。电源模块设计原理图如图2所示。 ?????? 在电源输入处，由VDl(IN4007)防止反接，这样即使在电源接反的情况下，电子设备也不会被损坏；VD2(A36A)为瞬态抑制二极管，其能吸收高压脉冲电压，防止汽车在大功率器件工作时产生的高压脉冲对电子设备的损坏；L1和L2是低电感磁条，能有效的损耗骚扰成分的能量，能很好改善电源性能；F1和F2为自复位二级管，防止电子设备内有器件被损坏时，电源短路造成对其他器件的损坏。N2(7812)提供12V电压满足前