摘 要

本文主要针对基于IEEE802.11p的V2X车路通信车载单元电路进行分析与设计，利用altium designer软件设计出车载单元电路。车路通信^[1]通过车辆间传递安全相关消息，如车辆故障、车辆追尾、堵车等，司机可以提前了解车辆和道路的安全状态，减少堵车浪费时间和发生事故的可能性。

车载电路分为MCU模块，DSRC协议处理模块，接收与发送模块，射频模块和LCD显示模块。车载电路的实现主要基于IEEE802.11P短程协议，IEEE 802.11p是对IEEE 802.11标准的批准修改，它可以在车辆通信系统（WAVE）中添加无线接入。它定义了支持智能交通系统（ITS）应用所需的802.11（增强型Wi-Fi产品的基础）的增强功能。这包括在5.9 GHz（5.85-5.925 GHz）的许可ITS频段内的高速车辆之间以及车辆与路边基础设施之间的数据交换，即所谓的V2X通信。IEEE 802.11p 可以实现很多对维持交通稳定非常有用的功能，比如：收费、车辆安全服务和汽车商业交易等应用。

关键词：车载电路；IEEE802.11P；车路通信，STM32单片机，数据传输。

Abstract

This paper mainly analyzes and designs the V2X vehicle-mounted communication circuit based on IEEE 802.11 P, and designs the vehicle-mounted unit circuit using Altium design software. Car traffic communication through the interaction of security-related information between vehicles, such as vehicle failures, vehicle collisions, lane change warnings, etc., drivers can understand the safety status of vehicles and roads in advance, and reduce the possibility of blind spots and failures.

The on-board circuit is divided into MCU module, DSRC protocol processing module, receiving and sending module, RF module and LCD display module. The implementation of the on-board circuit is mainly based on the IEEE 802.11 P short-range protocol. IEEE 802.11 P is a communication protocol extended by the IEEE 802.11 standard and is mainly used for on-board electronic wireless communications. It is essentially an extension of IEEE 802.11 and is in line with related applications of intelligent transportation systems. IEEE 802.11 P expands the traditional wireless short-distance network technology and can achieve very useful functions for cars, including: more advanced switching mechanisms, mobile operations, enhanced security, identification, and peer-to-peer network authentication.

Key Words：In-vehicle circuits; IEEE 802.11 P; Car communication, STM32 single chip microcomputer, data transmission.

目录

第1章 绪论 1

1.1 车路通信的研究背景及意义 1

1.2 IEEE802.11P协议的介绍 1

1.3 车路通信的国内外发展现状 2

第2章 车载单元电路的总体方案设计 4

2.1 系统功能需求 4

2.2 方案设计 4

2.3 车载单元电路的整体结构 5

第3章 系统的硬件设计 7

3.1 MCU单元的设计 7

3.2 DSRC协议处理模块的设计 13

3.3 射频收发模块的设计 14

3.4 射频放大模块的设计 15

3.5 电源模块的设计 18

第4章 系统的软件设计 20

4.1 上位机的客户端软件设计 20

4.2 LCD显示模块驱动程序的设计 22

4.3 射频放大模块的驱动 24

4.4 单片机端程序设计 25

4.4.1 单片机中断初始化程序设计 25

4.4.2 单片机时钟初始化程序设计 26

第5章 总结与展望 27

参考文献 29

附录A 30

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 车路通信的研究背景及意义

随着我国车辆制造业的发展，越来越多的人们愿意乘坐汽车出行来放松自己的双腿。坐车出行在让我们的出行更加方便的同时，为我们带来了不容忽视的交通问题，比如交通拥挤、交通事故和交通污染，这些问题给我们的生活带来了巨大的困扰。特别是交通事故，造成了大量伤亡，比如美国，仅2009一年就发生了起机动车事故1080万起，造成3590万人死亡。越来越多的人致力于利用通信技术形成车辆驾驶辅助系统来解决交通安全问题。

车路通信（V2X）通信是将车辆信息传递给可能影响车辆的任何实体，反之亦然。它是一种车载通信系统，包括V2I（车辆到基础设施），V2V（车辆到车辆），V2P（车辆到行人），V2D（车辆到设备）等其他更具体类型的通信。

V2X^[2]的主要动机是安全和节能。其采用的主要障碍是法律问题，而且除非几乎所有车辆都采用它，否则它的有效性是有限的。英国“经济学人”周刊认为，自主驾驶更多是由法规而不是技术驱动。V2X通信基于WLAN技术，可直接在车辆之间工作，因为两个V2X发送器在彼此的范围内形成车载自组织网络。因此，它不需要任何车辆通信基础设施，这对于确保偏远或发达地区的安全性至关重要。由于其低延迟，WLAN特别适合V2X通信。它传输称为通用意识消息（CAM）和分散通知消息（DENM）或基本安全消息（BSM）的消息。这些消息的数据量非常低。无线电技术是WLAN IEEE 802.11系列标准的一部分，并在美国被称为车载环境中的无线接入（WAVE）和欧洲的ITS-G5。

1.2 IEEE802.11P协议的介绍

IEEE 802.11是用于在900MHz和2.4,3.6,5和60GHz频带中实现无线局域网计算机通信的一组MAC和PHY规范。它们是世界上使用最广泛的无线计算机网络标准，被用于大多数家庭和办公网络，能允许笔记本电脑，打印机和智能手机相互通话并访问互联网，而且无需连接电线。它们由电气和电子工程师协会（IEEE）LAN / MAN标准委员会（IEEE 802）创建和维护。该标准的基础版本于1997年发布，并进行了后续修订。IEEE 802.11p是对IEEE 802.11标准的批准修改，它可以在车辆通信系统（WAVE）中添加无线接入^[3]。它定义了支持智能交通系统（ITS）应用所需的802.11（增强型Wi-Fi产品的基础）的增强功能。这包括在5.9 GHz（5.85-5.925 GHz）的许可ITS频段内的高速车辆之间以及车辆与路边基础设施之间的数据交换，即所谓的V2X通信。IEEE 802.11p标准通常使用5.9 GHz频带（5.850-5.925 GHz）中10 MHz带宽的信道。这是802.11a中使用的带宽的一半，或者是特定数据符号传输时间的两倍。这允许接收机更好地处理车辆通信环境中的无线电信道的特性，例如，来自其他汽车或房屋的反射信号。在某些时候，802.11p被认为是专门的短距离通信（DSRC），这是一个美国交通部项目，基于国际标准化组织针对车载通信网络的陆地移动通信接入（CALM）架构，特别是用于收费，车辆安全服务和汽车商业交易等应用。美国交通部最终的愿望是希望能构造一个车辆与路边接入点或其他车辆之间的通信的全国性网络。这项工作建立在ASTM International的前身ASTM E2213-03基础上。使用IEEE802.11P，可以有效降低通信成本，并实时更新交通信息。

1.3车路通信的国内外发展现状

1999年，美国联邦通信委员会（FCC）为5.850-5.925 GHz的频谱分配了75 MHz用于智能传输系统。自那时以来，美国交通部一直在与V2X的一系列利益相关方合作。 2012年，在密歇根州安阿伯市实施了一项预先部署项目。包括不同品牌的汽车，摩托车，公共汽车和HGV的2800辆汽车都参与了不同厂商的设备使用。在美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）看来，这种模型部署的结果证明道路安全可以得到改善，WAVE标准技术可以互操作。 2014年8月，NHTSA公布了一份报告，称车辆到车辆技术在技术上已被证明可以部署。 2014年8月20日，NHTSA在联邦登记处发布了拟议规则制定预告通知（ANPRM），并认为，只有大部分车辆都配备这个技术才能实现V2X通信的安全效益。

为了获得欧盟范围的频谱，ITS-G5 ETSI EN 302 571于2008年首次发布，无线电应用需要统一的标准。协调标准反过来需要一个ETSI系统参考文件，于是有了ETSI TR 101 788。欧盟委员会决定由2008/671 / EC协调5 875-5 905 MHz频段在运输安全ITS应用中的使用。在2010年，欧美通过了ITS指令2010/40 / EU 。它旨在确保ITS应用程序可互操作并可跨国界运营，它定义了涵盖V2X并需要技术成熟的次要立法的优先领域。 2014年，欧盟委员会的行业利益相关者“C-ITS部署平台”开始在欧盟的V2X监管框架中开展工作。它确定了欧盟范围内的V2X安全公钥基础设施（PKI）和数据保护的关键方法，并推出了一个缓解标准，以防止基于ITS-G5的V2X和道路收费系统之间的无线电干扰。欧盟委员会在其5G行动计划和随附的说明文件中将ITS-G5确认为初始通信技术，以形成由欧盟成员国设想的由ITS-G5和蜂窝通信组成的通信环境。

国内，不止是汽车企业，包括BAT这种知名企业，也非常重视汽车的互联网发展。例如，百度推出了“阿波罗”计划，宣布开放一个自动驾驶平台，为汽车行业和汽车驾驶伙伴提供软件平台，帮助他们将车辆和硬件系统结合起来，快速建立一个完整的自动驾驶系统。腾讯推出了腾讯汽车联合会“AICANAR”系统，为智能化和服务场景智能提供了具体解决方案。它开启了五个基于人工智能的服务：智能语音服务、场景服务、内容服务、社会服务和操作增值服务。阿里巴巴则和福特汽车公司签订战略合作，双方将开展全面协作，共同推动智联网汽车、人工智能、智能移动服务和数字营销等畛域的合作。

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