基于C8051F的Zigbee无线网络的汽车测试系统设计

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。现有的汽车测试系统多采用有线连接，该方式存在2个弊端：1)汽车试验需在大型专用试验场或典型地域等恶劣环境中进行，现场布线任务繁琐且易出错；2)一些汽车试验如蛇形试验具有高危险性，对能够减少试验损失的测试系统更为重要。该系统以Cygnal公司的C8051F020单片机为控制核心，基于Zigbee无线网络技术设计例如多通道数据综合采集系统，它利用较少的外围器件实现汽车试验中性能参数的测试，缩短了现场布线时间，提高了试验效率，且在试验事故发生时减少事故损失。

　　1 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。

　　2 系统硬件设计

　　2．1 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。

　　2．2 C8051F020模块

　　C805lF020是Cygnal公司的一种混合信号SOC型8位单片机，它是完全集成的混合信号系统级MCU器件，具有64个数字I／O引脚。该单片机采用高速805l微控制器内核，速度可达25 MI／s，具有8个I／O口，5个通用定时器，5个捕捉／比较模块及专用看门狗定时器，可同时使用SM-Bus，SPI及2个UART串口，内置64 kB高速存储器。模拟外设方面，器件具有1个12位A／D转换器，1个8位A／D转换器，2个12位D／A转换器及2个模拟比较器。器件内部的这些数字和模拟外设使系统的设计更简单，集成度更高。

　　本模块主要设计C8051F020的复位电路、外接晶振电路和接地处理，并将所有引脚引出，以便扩展应用。系统需要高速运行才能及时、有效地进行数据采集，所以单片机在一般情况下采用内部振荡器作为时钟源。但由于内部时钟的误差太大，在串口通讯的过程中，要选用外部时钟，通过软件设置可以实现内外时钟的切换。在电源处通过去耦电容接到模拟地上，可以减少干扰回路的面积，降低电磁干扰辐射，可以把数字电流引起的干扰耦合到地，而不在外部电路的地中出现。为了使电容耦合最小，两者没有交迭，2个独立的地在电源的公共"星"型地处通过瓷珠接到一起，电源处也采用类似处理以防止干扰。

　　2．3 Zigbee节点模块

本文研究的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