大眾汽車車載CAN總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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I 大眾汽車車載 線系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 隨著汽車電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，汽車上越來(lái)越多的應(yīng)用電子設(shè)備，電子控制設(shè)備的聯(lián)系更加復(fù)雜，而汽車的傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)一般都是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單一通信，聯(lián)系較少，因此，龐大的布線系統(tǒng)之間的聯(lián)系已經(jīng)無(wú)法滿足逐漸復(fù)雜的汽車控制系統(tǒng)的要求。 本文以大眾汽車車載 線車身控制系統(tǒng)為研究對(duì)象 , 介紹了國(guó)際汽車電子技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，與目前主流的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，本文分析了目前流行的現(xiàn)場(chǎng)總線的性能及特點(diǎn)，研究了 線的汽車車身控制系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和開發(fā)過程。說(shuō)明了每個(gè)節(jié)點(diǎn)的作用，說(shuō)明了每個(gè)模塊硬件電路結(jié)構(gòu)。介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)過程。該論文講述了 信模塊的通信流程。通過本設(shè)計(jì)，大眾汽車車載線車身控制系統(tǒng)可以滿足現(xiàn)代車身控制的需要。 關(guān)鍵詞 ： 車載網(wǎng)絡(luò)；大眾汽車車載 線；車身控制系統(tǒng) AN of in is is to so to of AN in in to AN as to do of a of in s a of of a of of AN of to of of of is of of of AN vw AN 錄 摘要 .................................................................... I .............................................................. 錄 ................................................................ 緒論 .................................................................. 1 究背景 .............................................................. 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ....................................................... 1 課題研究的目的和意義 ............................................... 2 文的主要內(nèi)容 ....................................................... 2 2 線的工作原理 .................................................... 4 線的特點(diǎn) ........................................................ 4 分層結(jié)構(gòu) ........................................................ 4 文傳輸協(xié)議 ...................................................... 5 點(diǎn)的組成 ........................................................ 5 3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .......................................................... 6 身控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 ............................................ 6 身控制系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)功能描述 ............................................ 7 4 車身控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ................................................ 9 統(tǒng)核心元器件選型 ................................................... 9 控制器芯片 — 片機(jī) ..................................... 9 線驅(qū)動(dòng)器 — ........................................... 10 統(tǒng)硬件電路總體結(jié)構(gòu) ................................................. 11 統(tǒng)各模塊硬件電路的設(shè)計(jì) ............................................. 12 片機(jī)時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì) ........................................... 12 源模塊電路設(shè)計(jì) ................................................... 13 點(diǎn)通信電路設(shè)計(jì) ............................................... 14 車窗的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ............................................ 15 鎖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ............................................... 15 視鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ............................................ 16 刮電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .............................................. 17 燈控制電路設(shè)計(jì) .................................................. 18 5 車身控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................... 20 訊模塊的軟件設(shè)計(jì) ............................................... 20 塊的初始化 .................................................. 20 據(jù)報(bào)文的發(fā)送 ................................................. 20 據(jù)報(bào)文的接收 ................................................. 21 6 結(jié)論與展望 ........................................................... 22 文總結(jié) ............................................................. 23 作展望 ............................................................. 23 參考文獻(xiàn) ............................................................... 24 致謝 ................................................................... 25 1 1 緒論 究背景 當(dāng)代汽車電子技術(shù)不斷發(fā)展，電子裝置的應(yīng)用也越來(lái)越多。相比高端車，電子系統(tǒng)的成本已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了總成本的 20%[1]。由于越來(lái)越多的電子設(shè)備，導(dǎo)致連接這些裝置的電子線路膨脹加速，線束比較復(fù)雜，布線就很困難，在汽車的設(shè)計(jì)中，安裝和維護(hù)的負(fù)擔(dān)，甚至到了不可接受的程度；另外，線占用的空間和質(zhì)量也將成為值得思考的難題。質(zhì)量的提高象征著效率的變低；線路的直徑加大，在運(yùn)動(dòng)部分過線就非常困難。 所以說(shuō)，在越來(lái)越多的電子設(shè)備的情況下，減少線束將成為一個(gè)需要解決的問題。要解決這個(gè)難題，就必需選擇串行信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 線技術(shù)的研究與發(fā)展，無(wú)疑是一個(gè)重大的突破對(duì)于汽車電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，將有很大的上升空間。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 追溯到在上個(gè)世紀(jì) 70 年代末的時(shí)候， 很多 汽車公司都在非常努力的去開發(fā)和研究關(guān)于汽車的總線技術(shù)，以及該技術(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)在汽車的主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)被 線技術(shù)所占據(jù)。究而該技術(shù)成為主流的真正原因，是因?yàn)樗募夹g(shù)背景以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線和計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)的高度成熟 [2][3]。 汽車廠商為實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 [4]，都依靠 線技術(shù)。 在汽車電子系統(tǒng)中， 線技術(shù)被廣泛應(yīng)用，這更加代表了汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流趨勢(shì)，而且逐漸成為了歐洲汽車制造行業(yè)的主要行業(yè)標(biāo)桿。現(xiàn)代電子裝置控制在汽車上的使用率非常高，比如發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)注油控制、剎車控制、加速與防抱死剎車系統(tǒng)（ [5]。 雖然 線標(biāo)準(zhǔn)已提出多年，但是， 線技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展相對(duì)緩慢，在中國(guó)，目前的應(yīng)用和發(fā)展才剛剛起步，國(guó)內(nèi)的汽車電子廠商在跟進(jìn)并展現(xiàn)出了新的力量?；?開發(fā)，中國(guó)的汽車企業(yè) ，還有很多問題，想開發(fā)汽車網(wǎng)絡(luò) 會(huì)遇到很多考驗(yàn)，當(dāng)前沒有這個(gè)技術(shù)讓汽車制造商設(shè)計(jì)一個(gè) 絡(luò)。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)了一些新的電控技術(shù)。目前來(lái)看，應(yīng)用國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)的奧迪 型的引入，已經(jīng)成功的被用來(lái)取代 2000，而原車線束帕薩特 A、波羅 錫耶納模式也有很大程度的嘗試使用總線技術(shù)，而這些技術(shù)更是基于 線技術(shù)在電源總線系統(tǒng)的大幅度的應(yīng)用，盡管如此，它真正的核心技術(shù)仍未掌握在國(guó)內(nèi)廠商的手中。就目前來(lái)看我國(guó)的中低檔汽車中（包括卡車和貨車），由于技 2 術(shù)和成本因 素限制了成本，所以我國(guó)仍采用最傳統(tǒng)的傳輸系統(tǒng) 【 6】 。我國(guó) 線技術(shù)才剛剛發(fā)展，大部分的汽車還沒有用到該技術(shù)。 目前，隨著國(guó)內(nèi)政府高度重視汽車電子，車載網(wǎng)絡(luò)也為汽車電子的一個(gè)很好的起點(diǎn)，車載網(wǎng)絡(luò)是解決空心化和汽車電子技術(shù)空心化問題的關(guān)鍵，可以說(shuō)未來(lái)的汽車網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)就是現(xiàn)在的汽車平臺(tái)。所以國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的工作也十分積極。 課題研究的目的和意義 隨著汽車電子技術(shù)的不斷壯大，汽車上的各種電子裝置在汽車上的應(yīng)用也 越來(lái)越廣泛。汽車廠商也對(duì)電子設(shè)備和半導(dǎo)體集成電路在汽車上的使用越來(lái)越頻繁，包括車內(nèi)娛樂電子設(shè)備 、駕駛員的基本信息和通信設(shè)備、汽車安全和舒適設(shè)備以及傳東西和體感控制電子設(shè)備等。數(shù)據(jù)顯示，到 2010 年為止，電氣和電子產(chǎn)品在汽車上的使用原件占汽車總成本的比例已經(jīng)從當(dāng)前的 25%迅速提高到了 40% 。而由于汽車上廣泛使用電子裝置，才使得彼此之間的聯(lián)系變得日益復(fù)雜，盡管如此，傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)仍采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單一通方式，使得彼此之間聯(lián)系少之又少，這樣會(huì)使得布線系統(tǒng)變得更加的龐大。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，如若高檔汽車導(dǎo)線長(zhǎng)度則會(huì)達(dá)到兩千米，而電氣節(jié)點(diǎn)則會(huì)多達(dá)一千五百個(gè)，除此之外，該數(shù)字大約每十年就會(huì)增加一倍，這也會(huì)使得汽車有限的 可用空間與粗大的線束之間的矛盾更加嚴(yán)重線束通常都安裝在縱梁下或其他看不到的部位，假如線束有了問題，不僅尋找問題的出處會(huì)很復(fù)雜，維修也比較難。另外，汽車上新的用電設(shè)備的應(yīng)用對(duì)線束的改變很大，平常只能從外面加線，使線路更加雜亂因此，從材料成本和工作效率的角度來(lái)看，之前的布線方法仍然不能滿足當(dāng)前汽車的發(fā)展現(xiàn)狀。 為了解決現(xiàn)代汽車巨大的電子控制控制單元之間的通訊問題，和減少信號(hào)線數(shù)量的增加的問題， 司推出了 線。 線技術(shù)在車身控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，毫無(wú)疑問的為達(dá)成汽車控制系的網(wǎng)絡(luò)化和控制部件的智 能化提供了更好的途徑和方法。綜上所述，本研究的意義在于簡(jiǎn)化日益復(fù)雜的現(xiàn)代汽車車身電子控制設(shè)備之間的連接，對(duì)傳統(tǒng)汽車的主電纜線束系統(tǒng)的取消，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性和降低系統(tǒng)綜合成本，提高車輛系統(tǒng)和智能化程度，為汽車高性能提供了技術(shù)平臺(tái)并且形成了新產(chǎn)品和新技術(shù)儲(chǔ)備。 文的主要內(nèi)容 1) 在收集了很多國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料的前提上，總結(jié)和分析了 線技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究應(yīng)用狀況和 線的有關(guān)理論和技術(shù)重點(diǎn)。 3 2) 如果將大眾系列典型的車載 線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為代表，研究分析車載 線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)，并 分析總結(jié)對(duì)車載 線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案。 3) 為了完善原車身舒適系統(tǒng)的問題以及改進(jìn) 線控制功能存在的諸多問題，通過利用單片機(jī)和 制器 發(fā)器 元器件，從而設(shè)計(jì)并且開發(fā)車載 線測(cè)控節(jié)點(diǎn)，必須還要做到與原車身舒適系統(tǒng)的 線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相匹配。 4 2 線的工作原理 線的特點(diǎn) 線應(yīng)用了很多新的技術(shù)和別致的設(shè)計(jì)，和普通的通信總線做對(duì)比，有很好的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，概述其主要特點(diǎn)如下： 1） 線在任意時(shí)間點(diǎn)上都可發(fā)送信息。 2） 線上的節(jié)點(diǎn)信息通過報(bào)文標(biāo)識(shí)符被劃分為優(yōu)先級(jí)以滿足不一樣的實(shí)時(shí)性要求。 3） 當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息到總線時(shí)，低級(jí)的會(huì)退出發(fā)送，高級(jí)的不受干擾繼續(xù)傳輸。節(jié)省了大量時(shí)間。 4） 通過報(bào)文濾波實(shí)現(xiàn)多種方式的發(fā)送和接收的方法。 5） 線大部分是短幀結(jié)構(gòu)，傳送時(shí)間短，干擾的概率相對(duì)較低，有很好的檢查錯(cuò)誤的能力。 6） 在 線上，每幀信息都有 驗(yàn)等檢錯(cuò)措施，保證數(shù)據(jù)出錯(cuò)率非常低。 7） 通信距離非常遠(yuǎn) ;通信速率非常大。 8） 線的通信介質(zhì)有這幾種，分別是是光纖、同軸電纜或雙絞線，選擇較多。 9） 線有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能。 分層結(jié)構(gòu) 三個(gè)結(jié)構(gòu)：對(duì)象層、傳輸層和物理層。對(duì)象層為相關(guān)硬件提供接口。傳輸層的主要作用是指定在總線上開始發(fā)送新消息和開始接受新消息的時(shí)間點(diǎn)。物理層通過電器屬性，在不同節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行位信息的實(shí)際傳送。在相同的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，全部節(jié)點(diǎn)的物理層必須保持一致。 5 圖 線的分成結(jié)構(gòu) 文傳輸協(xié)議 2 種不一樣的格式，主要是在于標(biāo)識(shí)符不一樣。 擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖 展數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) 點(diǎn)的組成 點(diǎn)主要由 動(dòng)器，單片機(jī)（或其它智能裝置）， 制器 [7]三部分組成。在使用 線時(shí)，第一步就要選擇使用什么樣的 制器。 制器有兩種形式，一為兼容性好，適應(yīng)性強(qiáng)的獨(dú)立 制器；二為成本低，速度快，可靠性高的集成 制器。 6 3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 當(dāng)前，燈光控制、雨刮控制、汽車門鎖控制、電動(dòng)車窗控制等都是汽車車身控制系統(tǒng)所包括的。由于車身控制系統(tǒng)主要是各類開關(guān)器件控制，要求較低的信息傳輸實(shí)時(shí)性，可是數(shù)目卻需要很多。 本文的主要研究對(duì)象是大眾汽車的車身控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制對(duì)象也很多。各子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同可以對(duì)系統(tǒng)的智能化程度與設(shè)計(jì)成本產(chǎn)生影響，所以就得減少設(shè)計(jì)成本和提高可靠性，因此，有必要通過每個(gè)控制對(duì)象的位置和功能對(duì)車身控制系統(tǒng)的每個(gè)模塊進(jìn)行合理區(qū)分。這章內(nèi)容先是通過系統(tǒng)的控制要求提出系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，然后再分不同的段落敘述每個(gè)的功能和優(yōu)點(diǎn)。 身控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 如圖 3示是該論文使用的車身控制系統(tǒng)的大概結(jié)構(gòu)，根據(jù)汽車的各個(gè)部分的功能可分為 7 個(gè)部分。前車燈的控制部分是對(duì)汽車前端電器的控制；后車燈控制部分是對(duì)汽車后端電器的控制；各個(gè)車門電器的控制由各個(gè)車門控制。在系統(tǒng)劃分的幾個(gè)模塊中，汽車車門和汽車車燈它們的控制部分的基本功能相同，每個(gè)部分硬件電路的解決和開發(fā)軟件的工作比較容易，通過在每個(gè)部分中應(yīng)用相應(yīng)的芯片可以提高系統(tǒng)的智能化。 7 身控制系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)功能描述 下面將詳細(xì)闡釋不同節(jié)點(diǎn)模塊的控制功能中央控制節(jié)點(diǎn)功能。 中央控制節(jié)點(diǎn)單元有處理信息和協(xié)調(diào)工作的功能。是整個(gè)車身控制系統(tǒng)的控制核心。系統(tǒng)在工作的過程中其他的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)將測(cè)試出的數(shù)據(jù)，發(fā)送給中央控制節(jié)點(diǎn)，中央控制節(jié)點(diǎn)然后通過所包括的信息作出解決后，再發(fā)送給其它節(jié)點(diǎn)，然后其它節(jié)點(diǎn)執(zhí)行特定的功能。另外，整個(gè)車身的控制系統(tǒng)和外部告訴動(dòng)力發(fā)送總線的連接可以由中央控制節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 1） 左前門節(jié)點(diǎn)功能 左前門節(jié)點(diǎn)控制單元是最復(fù)雜的，它囊括了所有的控制按鍵。左前門節(jié)點(diǎn)單元接收到的信號(hào)量是最多的，開關(guān)量除了按鍵，還有輸入開關(guān)量和門鎖鑰匙開關(guān)燈和門鎖檢測(cè)開關(guān)，另外門鎖電機(jī)反饋檢測(cè)電流、車窗電機(jī)反饋檢測(cè)電流、后視鏡電機(jī)反饋檢測(cè)電流都是輸入模擬量。在特定的使用中，左前門相對(duì)應(yīng)的電機(jī)被相對(duì)應(yīng)的按鍵直接控制，其余都是間接控制。左前門節(jié)點(diǎn)要將控制命令信息發(fā)送到相關(guān)的節(jié)點(diǎn)控制單元時(shí)，可以使用 線?？刂茊卧盏叫畔?huì)通過解決結(jié)果執(zhí)行相關(guān)的操作。 2） 右前門節(jié)點(diǎn)功能 8 右前門節(jié)點(diǎn)控制右前門上的電機(jī)。右前門窗升降開 關(guān)、右前門鎖開關(guān)、門鎖檢測(cè)開關(guān)、后視鏡除霜加熱開關(guān)燈、后視鏡轉(zhuǎn)動(dòng) /折疊開關(guān)是它的開關(guān)輸入量。左前門節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程 線指令向右前門節(jié)點(diǎn)發(fā)送，右前門節(jié)點(diǎn)在接收到此指令后，控制功能會(huì)通過特定的指令信息來(lái)實(shí)現(xiàn)，右前門的按鍵也可以對(duì)其輸入，并通過控制命令，使與鍵值有關(guān)的被控部位作出反應(yīng)。 3） 左后門節(jié)點(diǎn)功能 左后門節(jié)點(diǎn)控制門鎖電機(jī)和車窗電機(jī)。門鎖電機(jī)通過左前門節(jié)點(diǎn)的發(fā)出的遠(yuǎn)程 窗電機(jī)則是一起采用間接和直接的兩種控制方式，它受左后門上的按鈕和左前門節(jié)點(diǎn)傳送來(lái)的遠(yuǎn)程 線指令的控 制。 4） 右后門節(jié)點(diǎn)功能 功能與左后門相似，其控制右后門電機(jī)和相應(yīng)的按鍵開關(guān)。 5） 前車燈節(jié)點(diǎn)功能 汽車前部的電器由前車燈控制模塊負(fù)責(zé)。 6） 后車燈節(jié)點(diǎn)功能 汽車尾部的電器由后車燈控制模塊負(fù)責(zé)。 9 4 車身控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)上信息的收發(fā)站是節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是 點(diǎn)的設(shè)計(jì)。為了減少外部設(shè)備，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將芯片生產(chǎn)飛思卡爾半導(dǎo)體公司的 制 器 為 線驅(qū)動(dòng)器。 統(tǒng)核心元器件選型 控制器芯片 — 片機(jī) 微控制器是控制單元的核心。單片機(jī)的選擇也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。 考慮到 線的性能價(jià)格比、特征和功能的完整性和可靠性等因素，選擇片作為系統(tǒng)的主控制器。 飛思卡爾半導(dǎo)體公司推出的低功耗、高性能 8 位單片機(jī) 片，它內(nèi)部包括了 議控制器 塊，方便 線系統(tǒng)的使用。它的優(yōu)點(diǎn)有消耗低、性能好、成本少。已被汽車行業(yè)大量使用。它的主要特征為 [8]： 1） 采用 8 位的增強(qiáng)型 核 ; 2） 目標(biāo)代碼完全向上兼容 列 ; 3） 諧振器、晶體、內(nèi)部時(shí)鐘或外部時(shí)鐘都是可選的時(shí)鐘源； 4） 內(nèi)置 塊； 5） 加強(qiáng)的串行通信接口和串行外設(shè)在接口； 6） 內(nèi)置 16 L 片內(nèi) 512B 片內(nèi) 7） 塊在 部集成， 一種通訊控制器，如圖4示是 塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 10 圖 塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 通過 制器，實(shí)時(shí)操作內(nèi)部緩沖器結(jié)構(gòu)進(jìn)，達(dá)到了簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)、降低成本，并且簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)，提高軟件開發(fā)速度的目的。 塊的主要特點(diǎn)有 [9]： 1） 模塊化結(jié)構(gòu)； 2） 支持遠(yuǎn)程幀； 3） 執(zhí)行 版本協(xié)議； 4） 雙緩沖器接收模式； 5） 使用采用軟件進(jìn)行控制； 6） 采用內(nèi)部?jī)?yōu)先級(jí)的三緩沖器發(fā)送結(jié)構(gòu)；靈活的屏蔽 模式； 7） 支持可編程的自循環(huán)模式； 8） 低功耗休眠模式。 線驅(qū)動(dòng)器 — 1) 主要性能 線收發(fā)器采用摩托羅拉公司的 口芯片 【 10】【 11】 。 用于汽車車身控制中。用于 線差動(dòng)電平和節(jié)點(diǎn)邏輯電平兩者間的電平交流，給總 11 線給予了差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì) 制器提供差動(dòng)接收能力。 有抗干擾能力強(qiáng)、工作溫度范圍寬和一定的容錯(cuò)功能。非常適合汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)雜的環(huán)境中。其主要特點(diǎn)有： 5μ A； 0~125 總線對(duì)地、電源的功能； 傳輸； ~125℃是工作的溫度區(qū)間。 （ 2） 工作原理 正常傳輸模式、單接收模式、睡眠模式和等待模式是 四種工作模式 [10]：。通過控制其引腳 狀態(tài)可使其工作于這四種模式中，在特定情況下，四種模塊可以相互轉(zhuǎn)換。 在正常模式下，單片機(jī)可以接收數(shù)據(jù)；在單接收模式， 傳輸信號(hào)的部位堵塞，此時(shí)，總線不再被芯片驅(qū)動(dòng)，但接收和錯(cuò)誤檢查模塊正常工作；睡眠模式，兩個(gè)模塊都不工作；在等待模式下，與睡眠模式的芯片狀態(tài)類似，除了 腳要保持高電平。 在具體的應(yīng)用中，將 接連接外部調(diào)壓器，實(shí)現(xiàn)對(duì) 作狀態(tài)和誤差的控制。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Γ?信模塊中的 腳和信息收發(fā)引腳 連。在 理通信線路上需接入終端電阻，它的阻值范圍是 500Ω ~16阻值與結(jié)點(diǎn)數(shù)的比值應(yīng)該比 100Ω要大。 統(tǒng)硬件電路總體結(jié)構(gòu) 如圖 4示是系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì)圖。該系統(tǒng)由七個(gè)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是由片機(jī)、 發(fā)器以及各控制電路組成的，其中 片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的主控制芯片，用于進(jìn)行信息的運(yùn)算處理， 發(fā)器是發(fā)送器和接收器的結(jié)合，使 線差動(dòng)電平和節(jié)點(diǎn)邏輯電平之間的電平轉(zhuǎn)換更加好。 12 圖 統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì)圖 統(tǒng)各模塊硬件電路的設(shè)計(jì) 片機(jī)時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì) 13 圖 片機(jī)時(shí)鐘及復(fù)位電路圖 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單片機(jī)時(shí)鐘及復(fù)位電路圖如圖 4示。單片機(jī)系統(tǒng)正常工作需要給其提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，而 片內(nèi)置有振蕩電路，可以產(chǎn)生系統(tǒng)工作所需的振蕩頻率，但是為了得到比較精確的時(shí)鐘信號(hào)，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，單片機(jī)時(shí)鐘電路采用接入外部晶振的方式，本系統(tǒng)的時(shí)鐘電路由一個(gè) 8M 的晶振和兩個(gè) 10陶瓷電容組成。 上電復(fù)位電路和手動(dòng)復(fù)位電路組成了硬件復(fù)位電路。在電路開始供電時(shí)保證系統(tǒng)能有效地進(jìn)行上電符文；手動(dòng)復(fù)位功能可以在系統(tǒng)工作中需要復(fù)位時(shí)使用。為了方便調(diào)試，在調(diào)試過程中還將單片機(jī)的復(fù)位引腳與 調(diào)試接口 (復(fù)位引腳相連，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試功能同步進(jìn)行。 源模塊電路設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)中，電源電路對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有重要影響。系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵就是電源電路。目前，汽車上的電源是由蓄電池提供的 12V 電源系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中， 片機(jī)的輸入電壓為 5V，因此有必要對(duì)汽車上的電源系統(tǒng)做電平轉(zhuǎn)換。 14 本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的電源變換穩(wěn)壓芯片采用了 片，其內(nèi)部包含很多功能部件，所需的外部元器件數(shù)目少，使用起來(lái)方便。芯片可提供 50電流輸出，且具有外部關(guān)斷模 式，待機(jī)電流典型僅為 85合于汽車電子中的應(yīng)用 [12][13]所示 是本設(shè)計(jì)的電源模塊電 路圖。 圖 源模塊電路圖 點(diǎn)通信電路設(shè)計(jì) 點(diǎn)通信模塊電路圖如圖 4示。節(jié)點(diǎn)的 信部分電路主要由 3 部分組成：帶 塊的微控制器 線收發(fā)器 高速光電耦合器 6片機(jī) 塊的引腳通過高速光電耦合器 6和 接，在這種方式中，總線上各 點(diǎn)的電氣隔離，可以更好的實(shí)現(xiàn)隔離。使 線節(jié)點(diǎn)的抗干擾的能力增強(qiáng)。有限流和防止信號(hào)發(fā)生反射的作用。將兩個(gè)小電容在并聯(lián)在它們和大地之間，可以起到濾除干擾和防電磁輻射的作用。 15 圖 4點(diǎn)的通信模塊電路圖 窗的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 車窗電機(jī)可正反轉(zhuǎn)動(dòng)，有雙金屬片作為電機(jī)內(nèi)部的過流保護(hù)裝置。車門玻璃升降的關(guān)鍵是車窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，要有驅(qū)動(dòng)大電流的電機(jī)并有檢測(cè)功能。實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車窗的防夾功能。 本設(shè)計(jì)使用了摩托羅拉公司生產(chǎn)的 為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，采用 片的車窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖如圖 4示。 圖 窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 鎖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 汽車門鎖是汽車的主要部件。單片機(jī)的輸出接口不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而是需要利用特定的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片為門鎖單元提供需要的驅(qū)動(dòng)能力。 本設(shè)計(jì)中的門鎖電機(jī)采用摩托羅拉公司的 片來(lái)驅(qū)動(dòng)。 以將電流信號(hào)反饋給微控制器。從而達(dá)到檢測(cè)故障的目的。正好適合用于門鎖電機(jī)等小功率電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。門鎖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖如圖 4示。 16 圖 鎖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 視鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 電動(dòng)后視鏡有三個(gè)直流電動(dòng)機(jī)和一個(gè)加熱電阻絲組成。可實(shí)現(xiàn)后視鏡的所有功能和動(dòng)作。車內(nèi)的按鈕可以調(diào)整后視鏡的角度；可以折疊收縮使汽車更好的通過；加熱除霜按鈕可以提高雨天的安全性。 后視鏡的控制包括上下左右四個(gè)方向的位置調(diào)整及折疊控制，為了保護(hù)后視鏡電機(jī)，還需要對(duì)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，有效地識(shí)別電機(jī)堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，在出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)及時(shí)地停止電機(jī)。在本設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)芯片用 圖 4示是后視鏡驅(qū)動(dòng)電路圖。 T 公司專門為汽車電子應(yīng)用而開發(fā)的 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 [14]。 通過 微控制器 行通信。在 片的引腳中， 出電流為 6A，可驅(qū)動(dòng)工作電流較大后視鏡折疊電機(jī)； 出電流為 用于后視鏡電機(jī)進(jìn)行 X、 個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)控制；高端輸出 出電流為 6A，可以為后視鏡除霜。 17 圖 視鏡驅(qū)動(dòng)電路圖 刮電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 直流電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、刮桿、刮片、繼電器及控制器組成雨刮系統(tǒng)。雨刮器由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到刮雨的目的。雨刮器的控制動(dòng)作包括三種狀態(tài)：低速，高速，間隙。當(dāng)雨刮器不運(yùn)作的時(shí)候，刮片能自行回到原來(lái)的位置。 繼電器的驅(qū)動(dòng)芯片選用 圖 4示是雨刮電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖。 18 圖 刮電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 燈控制電路設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)汽車照明系統(tǒng)通常采用繼 電器直接驅(qū)動(dòng)方式。而采樣這種驅(qū)動(dòng)方式存在的缺點(diǎn)是： （ 1）繼電器體積大，安裝不方便； （ 2）當(dāng)繼電器在工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種振顫現(xiàn)象，容易引起觸電的燒蝕； （ 3）繼電器會(huì)對(duì)其它電氣設(shè)備造成電磁輻射干擾； （ 4）該設(shè)備沒有故障檢測(cè)功能，如果出現(xiàn)故障，就會(huì)造成系統(tǒng)檢修的困難。 可靠性好，集成度高是智能功率器件具有的優(yōu)點(diǎn)，智能功率器件本身還帶有過流、過壓、過溫和輸出斷路等故障診斷功能，可以解決傳統(tǒng)的繼電器驅(qū)動(dòng)方式所產(chǎn)生的問題，因此，在汽車車燈的控制中，使用各種智能功率器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器驅(qū)動(dòng)方法已經(jīng)是必然的趨勢(shì)。 在車燈控制中，遠(yuǎn)光燈、近光燈的功率最大（ 65W），其所需的驅(qū)動(dòng)電流大約為 6A。采用智能功率開關(guān)器件 的主要特性有 [15][16]：有限流保護(hù)功能；過載保護(hù)；可重啟的熱關(guān)斷保護(hù)；過電壓保護(hù)；很低的等待電流；感性負(fù)載的快速退磁； 19 防靜電（ 護(hù) ；優(yōu)化的靜電電磁兼容（ 遠(yuǎn)光燈、近光燈驅(qū)動(dòng)電路圖如圖 4 圖 光燈、近光燈驅(qū)動(dòng)電路圖 轉(zhuǎn)向燈、制動(dòng)燈、霧燈、倒車燈、尾燈、停車燈、牌照燈的功率較小，所需的驅(qū)動(dòng)電流不大，可以考慮采用集成的功率芯片進(jìn)行控制。 耗低、安全可靠有各種保護(hù)關(guān)斷等功能。小功率車燈驅(qū)動(dòng)電路圖如圖 4示。 圖 功率車燈驅(qū)動(dòng)電路圖 20 5 車身控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，在硬件設(shè)計(jì)完成之后，要對(duì)軟件設(shè)計(jì)程序進(jìn)行完善。作為系統(tǒng)靈魂的軟件，對(duì)系統(tǒng)的功能和性能的影響是至關(guān)重要的。 訊模塊的軟件設(shè)計(jì) 通信協(xié)議，可以通過 塊完成。因此，設(shè)計(jì) 信接口軟件其實(shí)是 塊編程，對(duì)模塊的控制寄存器和 文存儲(chǔ)緩沖區(qū)進(jìn)行續(xù)寫，主要是為了實(shí)現(xiàn) 議報(bào)文接收和發(fā)送和 初始化。 塊的初始化 塊必須初始化一些寄存器。如圖 5示是 塊的初始化程序流程圖。 圖 塊初始化程序流程圖 據(jù)報(bào)文的發(fā)送 如果系統(tǒng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先把數(shù)據(jù)以 文協(xié)議的格式保存，再將存入空閑的 文發(fā)送給緩沖區(qū)，并清除相對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)空標(biāo)志。 塊通過 1 的清除標(biāo)志操作知道待發(fā)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，然后將發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送給 線。如圖 5示是 議報(bào)文發(fā)送的程序流程圖。 圖 議報(bào)告發(fā)送程序流程圖 據(jù)報(bào)文的接收 當(dāng) 線上的數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸時(shí)，接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)是除發(fā)送節(jié)點(diǎn)以外的其它所有節(jié)點(diǎn)； 后臺(tái)接收緩沖區(qū) 暫時(shí)放入接收節(jié)點(diǎn)收到的報(bào)文，一并進(jìn)行濾波的比較。也就是說(shuō)，將報(bào)文的標(biāo)識(shí)符和本地節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符作對(duì)比；假如報(bào)文經(jīng)過了本地的濾波，前臺(tái)接收緩沖區(qū) 到拷貝到的信息，然后將接收緩沖區(qū)滿標(biāo)志 (置外。其中的信息通過微處理器進(jìn)行分析處理。如圖 5示是 議報(bào)文接收程序流程圖。 22 圖 議報(bào)文接收程序流程圖 6 結(jié)論與展望 23 文總結(jié) 隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，車載電子設(shè)備越來(lái)越多，電子控制裝置之間的通訊也越快越復(fù)雜，而傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足汽車復(fù)雜的控制系統(tǒng)要求。針對(duì)上述問題，該設(shè)計(jì)將 據(jù)汽車車身控制系統(tǒng)研究的需要，對(duì)大眾汽車 線的汽車車身控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。本文的主要研究工作如下： （ 1）研究了國(guó)內(nèi)外 線的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，研究了 線原理并應(yīng)用在本設(shè)計(jì)中。 （ 2）通過汽車上各種電器的功能和布置特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)最終的控制方案有了明確的想法，對(duì)系統(tǒng)各模塊進(jìn)行了規(guī)劃并對(duì)其要實(shí) 現(xiàn)的功能進(jìn)行了說(shuō)明。 （ 3）本設(shè)計(jì)采用模塊化的方式，對(duì)該系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)。 作展望 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)的汽車車聲控制系統(tǒng)的智能化程度越來(lái)越高，其功能也將更加完善。但鑒于時(shí)間和我自身能力的限制，論文對(duì)大眾汽車 線系統(tǒng)的研究還存在很多不足之處，還需要有大量工作需要進(jìn)一步的深入研究，所以對(duì)以后的研究有以下看法。 （ 1）在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，還需要對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本進(jìn)行更深入的分析與研究，以提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性，從而提高應(yīng)用系統(tǒng)的性價(jià)比。 （ 2）通過進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，促使其功能變得更加完善。 24 參 考 文 獻(xiàn) [1]秦貴和 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 [2]熊福昌 線通信技術(shù)的研究 漢科技大學(xué)， 2009 [3]張春化 北京：人民郵電出版社， 2003 [4]汪立亮 北京：電子工業(yè)出版社， 2000 [5]馮淵 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999 [6]甘永梅，李慶豐，劉曉娟，王兆安 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [7]AN 000 [8]006 [9]000 [10]張亞寧，汪至中 信物理接口芯片 原理與應(yīng)用 2004 [11]001 [12]張正男，陳林 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2008 [13]999 [14]002 [15]000 [16]李洪波 線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)研究： [碩士學(xué)位論文 ]爾濱理工大學(xué)， 2005 25 致 謝 該畢業(yè)設(shè)計(jì)是在羅佳老師的認(rèn)真教導(dǎo)下完成的，從論文的開題到研究工作的展開，從難點(diǎn)的答疑到論文的撰寫和多次修改，都傾注著導(dǎo)師的大量心血。羅老師淵博的知識(shí)、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度，求實(shí)的敬業(yè)精神，嚴(yán)以律已、寬以待人的崇高品質(zhì)令我終身受益。在此向辛勤培育我的導(dǎo)師和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們表示感謝！