基于RS232串行通信的测距综合实验设计
邵金菊，曲金玉，高松，郭栋，徐艺
（山东理工大学 交通与车辆工程学院，山东 淄博）
摘 要： 为适应现代汽车电子行业发展的需求，针对汽车单片机原理及应用课程实践应用性强的特点，以基于RS232串行通信的汽车测距系统为例，将单片机与现代汽车先进技术有机结合，探讨了综合性实验设计。通过该实验，使学生在了解串行通信基本工作原理的基础上，灵活运用所学理论知识，分析解决实际工程问题，以此调动学生学习的积极性、自主性和创造性，达到培养学生综合应用知识的能力。
关键词： 单片机；汽车专业；应用能力；实践教学
一 引言
随着新能源的开发和利用、汽车工业低碳化的生产，汽车电子技术正趋向于环保、安全、信息化方向发展。为适应汽车行业发展的需求，需要培养能从事现代汽车电子系统研究开发、设计、应用的高级工程应用型人才。《汽车单片机原理及应用》作为学习现代汽车电子技术的专业核心课程，可培养学生对现代汽车电子系统的综合设计能力，为后续课的学习和从事自动化系统及相关领域的实际工作打下坚实的基础。
开设《汽车单片机原理及应用》课程的核心目的是培养学生的实践应用能力。但目前该课程教学的实践环节，多以单个模块如LED显示、走马灯、串行通信、A/D转换等进行编程调试验证[1-4]。实验内容工程背景不强、缺乏与汽车电子系统建立联系的综合性、设计性的实验，学生对整个单片机系统的开发及应用没有一个完整的概念，面对一个实际的单片机系统开发问题，往往无从下手。
针对汽车单片机课程实践性强的特点，通过综合性实验的设计来推动课程教学，使理论教学和实践教学互相促进,激发学生的学习兴趣、培养学生实践能力、创新和应用能力，具有重要的现实意义。为此，本文基于RS232串行通信原理，以智能测距平台设计为例，来阐述如何贯穿《汽车单片机原理及应用》课程的分散抽象的理论知识点，来设计综合性实验。通过综合性实验，使学生不仅掌握了课程的知识内容，而且能用课程知识内容进行单片机应用系统的开发，可以达到举一反三、触类旁通的效果。
结构的抗震分析，一般使用等效静力法或响应谱法。采用简化方法计算时，可以使用等效静力法。将其地震的加速度效应使用恒定加速度载荷的方法进行等效，该算法计算出的结构响应较大，属于偏保守算法。响应谱法是一种准静态分析法，一般用于计算第一阶固有频率小于33 Hz的结构，其将结构响应进行一定的组合后计算响应的最大值[2]，相对等效静力法，计算代价更大，其计算精度较高。采用地震响应谱理论进行结构的抗震设计，能够方便地把动力问题简化为类似静力问题，因而在行业内得到广泛认可，所以至今仍是各国抗震规范主要采用的方法。
二 实验内容构思
目前《汽车单片机原理及应用》课程中普遍存在着验证性实验多、综合设计性实验少 、实际能力训练少等问题。作为一门实践性很强的专业课，必须理论联系实际，其基础知识才能真正让学生接受。因此，以培养学生学以致用的能力为出发点，以开阔思路，培养综合分析和运用知识能力为目的，结合学生的知识架构，设计切实可行的综合性实验内容至关重要[5]。综合性实验内容不仅涉及本课程的综合知识，而且还涉及与本课程相关课程知识如《C语言》、《电子技术》、《汽车电器与电子控制技术》等，通过本实验的学习，可以帮助学生在实验设计中充分理解与掌握《汽车单片机原理及应用》的基本概念、基本编程方法，使学生的动手能力有一个质的飞跃，分析问题、解决问题的能力得到进一步提高，同时激发他们的学习兴趣和创新意识。
三 实验内容设计
（4） MAX232：用于RS232通信信号的电平转换，将RS232电平转化为TTL电平以供单片机识别。
当光速为c,发射信号与检测到回波光信号的时间间隔为t,则目标距离 L为：
（一）RS232串行通信工作原理
（1）测距传感器：实时监测本车与前车的车距。
图1 串行异步传输时的数据格式
各部分功能为：
（二）测距传感器
本设计采用IF600-905激光测距传感器如图所示，测距范围为4-200 米，测距精度为±50cm，数据接口为RS232，完全满足行驶车辆对距离测量精度的要求。该传感器采用脉冲测距法，脉冲式激光测距的工作原理：脉冲激光发射器向目标发射激光脉冲，利用高频计数器测量激光脉冲发射到由目标物体返回到接收机的往返时间，由此计算目标物体的距离。
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图2 IF600-905激光测距传感器实物图
图2 中，左边透镜为激光发射透镜，中间透镜为激光接受透镜，最右边透镜为目镜（可通过其观测当前激光测距传感器探测的物体）[6]。测距传感器IF600-905的RS232通讯协议格式：DA XX XX XX XX EE，其中：DA为数据头；EE为数据尾；前2个数据，XX XX 表示测量数据的整数位；后2个数据，XX XX 表示测量数据的小数位。串口通信的数据格式如表1所示。
表1 串口通信格式
（三）测距实验设计
（2）单片机：计算出实际车间距离，进行报警判断。
图3 激光测距系统
衡量通信速度的参数称为波特率，即每秒钟串口传送的位（bit）数。串口通信最重要的是协议，及双方之间的约定，重要的约定参数包括通信的波特率、数据位、停止位和奇偶校验等。对于串口通信的两端设备，这些参数必须匹配相同。
以飞思卡尔AW60为例，异步串行通信方式规定一个字符帧由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，发送器先发送一个起始位，然后发送有效数据位，在字符结束时再发送一个停止位，起始位至停止位构成一帧，字符之间没有固定的时间间隔要求。串行异步传输时的数据格式如下图1所示。
本文基于激光测距原理，以飞思卡尔单片机MC9S12XS128 为例设计车距检测系统平台。该系统能够实时监测车距，将实际车距与安全车距进行比较,如果实际车距小于或等于安全车间距离，则单片机发信号给执行报警单元，长鸣报警闪烁报警，提醒驾驶员做出相应的动作,从而有效地避免事故的发生。
（3）LED显示和声光报警：实时显示车距，并声光报警。
后来，粒粒很长一段时间没有离开这个城市，因为她工作的杂志社在市场持续的低迷中停刊了，她又一次加入到找工作的大军中，每天拼命发简历，参加面试，写文章赚钱，好像有好久没有程颐的消息，渐渐就忘记了他的样子。
以基于RS232串行通信的汽车测距系统为例，将单片机与现代汽车先进技术有机结合，来设计综合性实验。
软件设计中使用串口中断功能接收数据，当串口发生中断时，将数据读出即可得到传感器传回的一个数据。在串口中断中，对接收到的数据进行数据头和数据尾判断，如果数据头为“DA”并且数据尾为“EE”，则此数据有效，再将距离的整数和小数分别读出。整个程序流程图如图4所示。
此外，对X1=(x1(t),y1(t),u1(t),v1(t))T，Y1=(p1(t),q1(t),w1(t),z1(t))T有
通过本实验,学生不仅加深了对串行通信工作原理的理解，而且将单片机知识同汽车电子技术进行了有机结合，真正做到学有所用，培养学生的实践动手能力、综合运用能力，开拓学生视野、激发学生的学习兴趣。
图4 车距报警系统程序流程图
四 结束语
针对目前《汽车单片机原理及应用》课程中普遍存在着验证性实验多、综合设计性实验少 、实际能力训练少等问题。以培养学生学以致用的能力为出发点，以开阔思路，培养综合分析和运用知识能力为目的，结合学生的知识架构，设计了以基于串行通信的汽车测距系统综合性实验。通过该实验学生不仅加深了本课程理论知识的理解，而且综合运用了与本课程相关课程知识如《C语言》、《电子技术》、《汽车电器与电子控制技术》等，使学生的实践动手能力、综合运用能力有一个质的飞跃，极大激发了学生的学习兴趣和创新意识。
通过初审的课题将送交美国国立卫生研究院各研究所或研究中心的国家顾问委员会（the National Advisory Boards or Councils）进行二审。该委员会由科学家和关注健康问题的各界代表组成，成员一般有12～18人，名单公开，该委员会对通过初审的申请书就其整体水平、是否符合各研究所科技优先领域和经费预算及初审意见等进行全面审核。
参考文献
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[4] 周冠玲,冯占英,李战.“单片机原理及应用”课程教学改革的探讨[J].中国电化教育,2012(06)：105-107.
[5] 邵金菊,高松,谭德荣,等.面向应用型人才培养汽车单片机实践内容设计[J].教育现代化,2018,5(44)：144-147.
[6] 于广鹏.基于驾驶倾向的汽车防碰撞预警系统设计[D].山东理工大学硕士论文,2015.
本文引用格式： 邵金菊，等.基于RS232串行通信的测距综合实验设计[J]. 教育现代化,2019,6(68)：134-136.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.68.047
基金项目： 山东理工大学教学研究课题。
作者简介： 邵金菊，女，工学博士，研究方向为智能车辆环境感知，道路交通安全，电动汽车车路协同技术。
标签：单片机论文; 汽车专业论文; 应用能力论文; 实践教学论文; 山东理工大学交通与车辆工程学院论文;