陳小龍,孫遜之,董偉,董鋒格

(常州星宇車燈股份有限公司， 江蘇常州 213022)

一種多模式的氛圍燈控制模塊

陳小龍,孫遜之,董偉,董鋒格

(常州星宇車燈股份有限公司， 江蘇常州 213022)

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，車內(nèi)裝飾燈越來越得到用戶的青睞，汽車氛圍燈是一種創(chuàng)建和裝飾各種室內(nèi)燈光場景功能的汽車室內(nèi)照明系統(tǒng)。提出一種可多種方式控制的氛圍燈控制模塊，第一種方式為CAN與LIN聯(lián)合通信的控制方式，用戶控制上位機通過CAN與LIN通信控制子節(jié)點上的RGB三色燈，這種方式可以模擬整車控制方式；第二種方式為鍵盤與LIN通信的控制方式，用戶控制鍵盤即可通過LIN通信控制子節(jié)點上的RGB三色燈，這種方式可更便捷直觀地控制RGB三色燈。

氛圍燈控制模塊；多模式；CAN通信；LIN通信

0 引言

隨著汽車電子技術的高速發(fā)展，汽車室內(nèi)照明的技術也越來越得到重視，汽車氛圍燈是一種創(chuàng)建和裝飾各種室內(nèi)燈光場景功能的汽車室內(nèi)照明系統(tǒng)[1]。氛圍燈作為一種新型的室內(nèi)裝飾燈，不僅可以實時調(diào)控車內(nèi)裝飾燈的光色與光強，更能滿足不同條件下車內(nèi)的動態(tài)照明。如今對氛圍燈的控制大多數(shù)為整車車身控制，控制麻煩且單一，大多數(shù)是將多組RGB三色燈通過總線接入車內(nèi)，然后通過整車控制RGB三色燈，這種控制方式不僅麻煩，更有可能破壞原有整車的安全性。為了更便捷直觀地控制調(diào)試RGB三色燈，作者設計并實現(xiàn)了一種可多種模式控制的氛圍燈控制模塊，不僅可以模擬車身控制的方式，還可以直接進行控制，便于RGB三色燈算法調(diào)試。

設計實現(xiàn)的氛圍燈控制模塊，控制方式分為CAN與LIN總線聯(lián)調(diào)控制方式和按鍵與LIN聯(lián)調(diào)控制方式，CAN與LIN聯(lián)調(diào)控制方式可模擬車身控制的方式，按鍵與LIN聯(lián)調(diào)控制方式可以更便捷直觀地控制RGB三色燈，方便用戶控制和算法調(diào)試。

1 設計

1.1 硬件設計

采用CAN/LIN總線可以簡化線路，提高各微處理器之間的通信速率，使信息交換變得安全、迅捷、高效[2]。硬件設計包括電源設計、單片機控制模塊設計、CAN硬件電路設計和LIN電路硬件設計。電源設計和單片機控制模塊設計為常規(guī)電路設計，硬件設計的重點集中在CAN硬件電路設計和LIN電路硬件設計，其中CAN通信的電路設計是模擬車身控制的設計，而LIN的電路設計兩種控制模式均涉及到，是控制子節(jié)點上RGB三色燈的通信媒介。

1.1.1 CAN電路設計

CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))總線最初是專門為解決乘用車的串行通信而研發(fā)的,有較強的高可靠性和良好的錯誤檢測能力[3]。CAN電路的設計采用專用的CAN收發(fā)芯片TJA1042，TJA1042為汽車級的芯片，對于CAN信號的收發(fā)具有很強的穩(wěn)定性[4]。TJA1042芯片的收發(fā)引腳與MCU的CAN收發(fā)引腳可以直接相連，在TJA1042正常通信之前，需要對STB[5]引腳進行使能，對芯片進行初始化。此設計采用了隔離電路的設計方式，比常規(guī)單獨添加120 Ω的電路收發(fā)信號更穩(wěn)定，具體電路如圖1所示。

1.1.2 LIN電路設計

LIN(Local Interconnect Network)總線協(xié)議作為一種低成本的串行總線協(xié)議，廣泛應用于車門控制、車窗控制等場合[6]。

LIN電路的設計采用專用的LIN收發(fā)芯片TJA1021。TJA1021芯片同樣為汽車級芯片[7]，TJA1021收發(fā)引腳與MCU的LIN收發(fā)引腳相連，在正常使用TJA1021之前，需要對LIN-NSLP引腳使能，進行芯片初始化。LIN僅使用一根信號線,采用單主多從模式[8]。作者對LIN常規(guī)設計電路做了相應的改進，因為LIN正常通信時，電壓會達到12 V左右，所以在設計該電路時增加了肖特基二極管和防反電路使LIN信號收發(fā)更穩(wěn)定更安全，具體設計如圖2所示。

1.2 軟件設計

軟件設計是設計的難點，整個軟件涉及兩種控制方式，即CAN與LIN聯(lián)調(diào)方式和按鍵與LIN聯(lián)調(diào)方式。為避免兩種控制方式的相互干擾，軟件控制的兩種方式互相獨立，互不影響，通過選擇按鍵可以選擇控制方式。主要流程如圖3所示：先關閉總中斷，方便對寄存器進行設置，然后進行CAN_Driver和LIN_Driver底層函數(shù)的初始化[9]，函數(shù)初始化之后打開總中斷；為防止程序“跑飛”，看門狗打開，此時等待按鍵信號和上位機信號；用戶發(fā)送信號后，單片機先讀取信號，其后對信號進行解析；單片機解析信號成功后，設置相應的顏色和亮度；最后通過LIN通信，發(fā)送相應報文給氛圍燈板，控制RGB三色燈的顏色和亮度；發(fā)送相應的報文后，程序自動回到看門狗打開處，等待接收信號。

圖3 軟件流程圖

1.2.1 CAN_LIN模式相關軟件設計

CAN_LIN模式控制方式整體邏輯如圖3所示，這種模式的控制方式需要保證CAN通信與LIN通信符合車規(guī)級要求，所以需要移植官方的LIN_Driver和CAN_Driver兩個驅(qū)動包，通信的底層函數(shù)都是需要官方認證的，確保通信的安全性。采用CAN_LIN的控制方式，模擬整車環(huán)境，需要通過CAN相關調(diào)試工具進行CAN通信。為了方便用戶使用，還需要編寫相應的上位機。關于CAN通信的上位機需要通過CAPL語言進行編程[10]，界面設計如圖4所示，有7種顏色和4種控制方式，用戶可以很方便地實現(xiàn)顏色的切換、亮度和控制模式。

圖4 上位機界面

1.2.2 按鍵模式相關軟件設計

按鍵模式的控制方式整體邏輯如圖3所示，按鍵控制方式對于通信層只需要移植LIN_Driver驅(qū)動包。按鍵控制方式的難點在于按鍵鍵值讀取的準確性，顏色的切換需要通過三位二進制數(shù)確定，需要同時采集3個IO口的電平，所以對顏色的切換采用的是按鍵掃描的方式。為保證讀取值的準確性，每次發(fā)生按鍵時，單片機均會掃描兩次鍵盤后再讀取按鍵值。對于顏色亮度值的改變采用了中斷的形式，單片機對中斷響應的處理很強[11]，采用中斷的方式可以很準確地采集到鍵值，采用中斷的方式關鍵是相應的寄存器初始設置要正確。按鍵模式初始函數(shù)如下所示，中斷設置為上拉輸入、下降沿中斷、中斷使能和中斷標志位置位。

void Color_KEY_init(void)

{

Color1_dir=0; /* Color1 init */

Color2_dir=0; /* Color2 init */

Color3_dir=0; /* Color3 init */

KEY_Bright_dir=0; /* KEY init */

PERP_PERP3=1; /* pull device */

PPSP_PPSP3=0; /*falling interrupt */

PIEP_PIEP3=1; /*interrupt enable */

PIFP_PIFP3=1; /*interrupt flag */

}

建立清單運行公開機制。公開機制是規(guī)范權力運行的重要方式，也是有效提升軍隊行政權力清單制度運行水平的重要手段。建立清單運行公開機制，就是要公開權力行使依據(jù)、權力運行流程、權力行使結(jié)果、重要敏感權力事項，用公開約束和規(guī)范權力運行，確保軍隊行政權力清單制度有效運行。在確定權力清單開列的內(nèi)容時，要充分考慮到該項權力的復雜性、權力清單的合理性、公開機制的科學性，合理確定公開的范圍、形式和時限，在確保滿足官兵知情權的情況下，防止出現(xiàn)失泄密的問題。公開的形式通常靈活多樣，可以根據(jù)權力事項內(nèi)容、所在單位情況、橫向或縱向權力清單等情況，來靈活確定公開的形式。

2 測試分析

CAN/LIN總線驅(qū)動是控制器與物理總線之間接口性能的關鍵[12]。為了保證CAN通信和LIN通信的穩(wěn)定，重點測試了LIN信號與CAN信號，通過示波器顯示。圖5所示為LIN的波形，可知：LIN信號的間隔場、同步場、ID場、數(shù)據(jù)場和校驗和顯示均清晰完整，可以保證LIN通信的穩(wěn)定性。

圖5 LIN波形

圖6所示為CAN的波形，CAN信號為差分信號[13]，示波器采集到的圖形為CAN_H的波形，可知：CAN_H的波形規(guī)整度非常高，可以滿足通信的要求。由示波器采集的圖形可知：LIN信號與CAN信號完整度和規(guī)整度都滿足一般通信的要求，滿足此次設計的通信的需求。

圖6 CAN波形

氛圍燈的實際效果如圖7和圖8所示。

圖7 紅光

圖8 冰藍

作者采用CAN_LIN模式控制的方式通過上位機控制點亮了RGB三色燈的紅色，采用按鍵模式控制的方式通過按鍵控制點亮了RGB三色燈的冰藍色。通過兩種控制方式實現(xiàn)了對顏色和亮度的選擇，達到了預期的效果。

3 結(jié)論

設計了一種可多種模式控制的氛圍燈控制模塊，采用了CAN_LIN控制和按鍵控制的兩種模式，用戶既可以模擬整車環(huán)境控制氛圍燈，避免了整車控制調(diào)試的麻煩，又能便捷地調(diào)試氛圍燈顏色和白平衡算法[14]，方便后期調(diào)試。設計的控制裝置已用于汽車的氛圍燈進行了相應的測試，實際應用結(jié)果表明：該控制裝置具有控制便捷、測試準確、穩(wěn)定可靠、人機界面友好[15]等特點，達到了設計要求。

【1】曹陽.基于觸摸按鍵和PWM驅(qū)動配色的汽車氛圍燈[J].電子技術,2015(12):1-3. CAO Y.Design of Automotive Ambient Lighting Based on Touch key and PWM Technology[J].Electronic Technology,2015(12):1-3.

【3】賈琳.電動汽車電池管理系統(tǒng)中CAN通信技術的研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學,2013.

【4】梁妍,原立格,郝洋洲.基于STM32的CAN總線接口控制系統(tǒng)設計[J].河南科技,2016(11):95-98. LIANG Y,YUAN L G,HAO Y Z.Design of CAN Bus Interface Control System Based on STM32[J].Journal of Henan Science and Technology,2016(11):95-98.

【5】宋培培,王艷榮,李滟津.基于DSP的CAN通信與SCI串口通信轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設計[J].水雷戰(zhàn)與艦船防護,2013,21(2):98-102,89. SONG P P,WANG Y R,LI Y J.Design of CAN Communication and SCI Serial Communication Conversion System Based on DSP[J].Mine Warfare & Ship Self-defence,2013,21(2):98-102,89.

【6】秦懷斌.LIN總線收發(fā)器電路的研究與設計[D].成都:電子科技大學,2013.

【7】李艷華,肖文光.基于LIN總線的汽車方向盤按鍵控制器設計[J].今日電子,2012(4):54-56.

【8】蘇洪.基于LIN總線的車窗防夾控制系統(tǒng)研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2015.

【9】歐陽超慧,孫以澤.Arduino控制器CAN驅(qū)動模塊的設計[J].計算機測量與控制,2015,23(10):3536-3538. OUYANG C H,SUN Y Z.Design of CAN Driver Module of Arduino Controller[J].Computer Measurement & Control,2015,23(10):3536-3538.

【10】王闖,張鳳登.基于CAPL的車載CAN網(wǎng)絡設計與仿真[J].自動化與儀器儀表,2010(4):48-49,51. WANG C,ZHANG F D.Study on CAN Network Simulation Realized by the CAPL Language[J].Automation & Instrumentation,2010(4):48-49,51.

【11】張麗.單片機中斷在矩陣式鍵盤中的應用[J].電子測試,2013(17):55-57. ZHANG L.Application of Single Chip Microcomputer Interrupt in the Matrix Keyboard[J].Electronic Test,2013(17):55-57.

【12】朱齊丹,孫磊.基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[J].應用科技,2008,35(12):27-31. ZHU Q D,SUN L.Design and Realization of Intelligent Illumination Control System Based on CAN Bus[J].Applied Science And Technology,2008,35(12):27-31.

【13】李進良.基于LPC2294的汽車高性能CAN總線網(wǎng)關控制器的研發(fā)[D].長春：吉林大學,2010.

【14】王敏,李斌橋,徐江濤.基于色溫估計的自動白平衡算法研究[J].光電子·激光,2011(12):1872-1875. WANG M,LI B Q,XU J T.Auto White Balance Algorithm Based on Color-temperature Estimation[J].Journal of Optoelectronics.Laser,2011(12):1872-1875.

【15】魏瑋,宮曉東.基于用戶體驗的人機界面發(fā)展趨勢[J].北京航空航天大學學報,2011,37(7):868-871. WEI W,GONG X D.HCI Develop Trend Based on User-experience[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2011,37(7):868-871.

A Control Module of Ambient Lighting with Multi Control Ways

CHEN Xiaolong, SUN Xunzhi, DONG Wei, DONG Fengge

(Changzhou Xingyu Automotive Lighting Systems Co., Ltd., Changzhou Jiangsu 213022 ,China )

With the continuous development of auto industry, car decorative lights are more and more favor to users. Atmosphere light is a kind of car interior lighting system that can create and decorate a variety of indoor lighting scene. A kind of atmosphere control module was present which could be controlled in a variety of ways. The first mode was the way of the CAN and LIN joint communication, users used the upper computer to control the RGB three color lights on the slave nodes through the way of CAN and LIN communication. This way could simulate the vehicle control mode. The second mode was the way of keyboards and LIN communication, users could use keyboards to control the RGB three color lights on the slave nodes through LIN communication. This way could help users control the RGB three color lights more conveniently and intuitively.

Ambient lighting control module; Multi control ways；CAN communication; LIN communication

2016-11-08

陳小龍(1989—)，男，碩士，工程師，研究方向為嵌入式系統(tǒng)與應用。E-mail：chenxiaolong@xyl.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.03.004

U463.83+4

A

1674-1986(2017)03-015-05