張春來

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電系,安徽 合肥 230601)

基于CAN總線的車燈控制系統(tǒng)研究

張春來

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電系,安徽 合肥 230601)

基于CAN總線設(shè)計了車燈控制系統(tǒng)，具體闡述了系統(tǒng)總體和主模塊的設(shè)計內(nèi)容。研究表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，具有較好的工程應(yīng)用前景。

CAN總線；單片機；車燈；控制

汽車內(nèi)部有很多復(fù)雜的節(jié)點，包括車燈控制節(jié)點、車門控制、雨刮控制和報警系統(tǒng)。大量數(shù)據(jù)信息可在不同電子單元中共享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實時交換，為此在汽車車燈控制系統(tǒng)中引入微控制器和總線技術(shù)，這將極大地提高系統(tǒng)的可靠性。下面，筆者對基于CAN總線的車燈控制系統(tǒng)進行研究。

1 總體硬件設(shè)計

車燈控制系統(tǒng)是保證汽車安全行駛的重要子系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用51系列增強型單片機作為微控制器、CAN總線作為車燈各個模塊之間的通信線路連接方式，能實現(xiàn)汽車車燈控制系統(tǒng)的升級。控制器具有各燈光負載的直接驅(qū)動能力，同時具有短路、開路、過載和過熱等故障診斷和故障信息的總線發(fā)送功能。

圖1 基于CAN總線的車燈控制系統(tǒng)

汽車內(nèi)部包括車身系統(tǒng)、地盤系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、安全系統(tǒng)，CAN總線設(shè)計用于內(nèi)部各模塊的通信。通過CAN模塊連接的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。各模塊需要具備CAN控制器和CAN收發(fā)器才能連接到CAN總線上，包括右前車燈、左前車燈、右后車燈、左后車燈以及測試接點模塊等。該系統(tǒng)需要達到鑰匙、開關(guān)和按鈕等輸入量控制汽車車燈、車門和雨刮等模塊的模擬實現(xiàn)，如當司機觸動某個按鈕時汽車前大燈亮，當要轉(zhuǎn)向時前后及中間指示燈閃爍，如果發(fā)生故障則報警等。

該系統(tǒng)實現(xiàn)模擬車燈控制，分為主模塊和從模塊，主模塊負責人機交換，并且控制汽車前部車燈以及其他控制；從模塊主要負責接收主模塊的控制命令，控制汽車后部車燈及相關(guān)模塊。主模塊有40個輸入開關(guān)，16路燈和控制輸出；從模塊無開關(guān)輸入，有48路輸出。主模塊控制整個車燈系統(tǒng)，并負責人機接口，將開關(guān)狀態(tài)變化等控制信號轉(zhuǎn)化為燈控制命令，此外，更新自身的燈狀態(tài)并將控制邏輯通過CAN總線發(fā)送到從模塊。

1.1輸出

表1 開關(guān)與燈控制

燈及開關(guān)輸出如表1所示。在軟件實現(xiàn)控制時，用一比特位來表示燈控制邏輯，1表示燈亮或開關(guān)打開,0表示燈滅或開關(guān)不打開。主模塊上有16路輸出，定義為A1～A16，從模塊上有48路輸出定義為B1～B48，其位關(guān)系如表2所示(BIT0～BIT7分別為字節(jié)的0～7位)。

1.2輸入輸出的對應(yīng)關(guān)系

由開關(guān)輸入控制輸出不是一對一的關(guān)系，即按下一個開關(guān)可能要點亮幾個燈，這幾個燈可能有的在主模塊上，有的在從模塊上，邏輯關(guān)系比較復(fù)雜。故在檢測開關(guān)輸入開關(guān)后，通過一個函數(shù)將開關(guān)控制邏輯對應(yīng)的燈控制關(guān)系轉(zhuǎn)換為燈輸出邏輯，在需要點亮的燈的對應(yīng)比特位將其置位，然后將燈控制邏輯(8B)通過CAN總線發(fā)送給從模塊。主模塊40路輸入位如表3所示。

表2 控制邏輯位定義

表3 主模塊40路輸入位

2 主模塊設(shè)計

2.1單片機最小系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用C8051F040單片機，該單片機集成了CAN2.0模塊、I2C模塊和A/D模塊。首先需要設(shè)計單片機正常工作的最小系統(tǒng)，包括電源、晶振和復(fù)位電路等，在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計中主要用到CAN、SMBus等模塊。最小系統(tǒng)原理圖如圖2所示。系統(tǒng)還包括開關(guān)量輸入模塊、LCD輸出模塊、燈輸出、I2C和CAN模塊等。C8051F040單片機采用3.3V電壓供電。

2.2開關(guān)量輸入

由于有40路開關(guān)量輸入，單片機通用輸入輸出接口沒有相應(yīng)引腳來實現(xiàn)，因而在系統(tǒng)中采用并行輸入/串行輸出移位芯片74HC165來實現(xiàn)，其連接如圖3所示。40路開關(guān)輸入需使用5片74HC165移位芯片，每片連接方式類似，只是串行輸入的端口不同。用單片機輸出端口控制PL、CLK即可實現(xiàn)開關(guān)量的串行移位輸入。

2.3系統(tǒng)輸出

主模塊的16路輸出采用端口直接控制，使用簡單的發(fā)光二極管串電阻方式。當端口引腳輸出1時控制LED點亮，端口引腳輸出0時控制LED熄滅。

圖2 單片機最小系統(tǒng)原理圖

圖3 74HC165連接如圖

2.4CAN通信模塊

C8051F040單片機內(nèi)實現(xiàn)了CAN物理層，需要在外部配置CAN收發(fā)器實現(xiàn)總線連接，采用PHILIPS公司的TJA1050收發(fā)芯片。CAN-TX和CAN-RX連接到單片機CAN引腳，CANH和CANL用于連接CAN總線，在穩(wěn)定性要求更高的場合中還需要使用光耦隔離。CAN收發(fā)芯片如圖4所示。

2.5系統(tǒng)流程圖

整個系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。系統(tǒng)定時通過在定時器中斷服務(wù)程序中計數(shù)并置位相應(yīng)的標志位實現(xiàn)，主程序中有一個for循環(huán)，在該循環(huán)中檢測所有標志位，當檢測到某個標志位被置位時作相應(yīng)處理。在有操作系統(tǒng)支持的軟件中只需要在某個中斷服務(wù)程序中置標志位或給某個進程發(fā)送消息。

3 結(jié) 語

圖4 CAN收發(fā)芯片

基于CAN總線設(shè)計了車燈控制系統(tǒng)，采用C8051F040單片機作為微控制器，將CAN總線作為車燈各模塊之間的通信線路連接方式。該系統(tǒng)分為主模塊和從模塊，主模塊負責人機交換，并且控制汽車前部車燈以及其他控制；從模塊主要負責接收主模塊的控制命令，控制汽車后部車燈及相關(guān)模塊。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單且性能可靠，因而具有較好的應(yīng)用前景。

圖5 系統(tǒng)流程圖

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[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.11.045

TP273；U463 65

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16731409(2012)11N13904