基于LIN总线的SVW-POLO四车门控制系统设计

基于 线的 车门控制系统设计 摘要： 随着社会，科学技术的不断进步，人们对汽车性能的要求也越来越高。汽车电子技术在汽车上的应用也越来越广泛。为了使汽车的线束更加有序，增加通信的稳定性，并尽可能的降低成本， 线广泛运用在汽车上。 本文针对 车的车门、车窗、后视镜、指示灯等实物设计了一套基于 线的四车门控制系统。我们分别从硬件和软件两方面对该系统进行了设计。硬件包括主要芯片的选用，整个网络的架构等内容；软件我们设计了 从节点的软件原理框图。在设计过程中，充分考虑了综合成本和性能两方面的因素，实现了对各个车门的控制。 关键词： 汽车电子；汽车网络； 线；车门控制系统。 N As of on of is in to of as as to is in a of IN of of of we of IN of of of of 录 摘要： . I . 录 . 汽车网络技术综述 . 1 言 . 1 载网络简介 . 3 有的汽车主流网络技术介绍 . 5 国汽车网络发展 状况 . 5 文工作 . 6 2 络介绍 . 7 言 . 7 络的拓扑结构 . 8 络的特点 . 10 络的通信协议 . 11 络的帧结构 . 11 议的实际应用 . 14 3 基于 线的车门控制 系统整体设计 . 15 体设计 . 15 片的选型及功能介绍 . 17 . 17 2 . 18 . 18 4 15 16 . 19 7 . 19 4 基于 线的 车门控制系统的软硬件实现 . 20 节点硬件设计 . 20 块 . 20 源管理模块 . 22 线接口 . 22 合开关输入模块 . 23 动模块 . 23 口模块 . 24 节点硬件设计 . 25 号具体的实现流程 . 26 从节点程序流程 . 26 5 总结与展望 . 30 结 . 30 望 . 30 参 考 文 献 . 31 附 录 . 32 致 谢 . 36 1 汽车网络技术综述 言 随着汽车工业和电子技术的快速成长，电子技术在汽车上的应用越来越广泛，由单一的机械制造向高级的机电一体化方向发展，逐步进入了电脑控制时代，成为了“电子汽车”。 汽车机电一体化的发展是建立在电子技术的发展之上的。从真空管、晶体管、集成电路。大规模集成电路一步步成长到了超大规模集成电路，研发出了计算机等各种各样的电子设备，汽车的电子化也在电子技术的快速成长下不断进步。自 20世纪 70 年代以来，电子产品在汽车的应用的比例逐年递增，汽车的电子化、网络化、智能化程度成为了现代汽车水平的重要标尺。汽车的机电一体化被誉为汽车技术的一次跃进。如今，汽车电子技术已成为汽车发展的技术职称和产品竞争力的关键。一些豪华轿车电子元件成本占整车成本的比例很大，高级轿车在各个方面都装有上百个微控 制器和传感器，电子产品的成本占到整车成本的 50%以上，可以说电子技术的应用已经深入到汽车全部的系统中。尤其近几年来，随着现代汽车向智能化和多媒体化发展，使汽车同时拥有了交通、娱乐、通信、办公的综合功能，同时，这样的需求对汽车电子技术的要求也越来越高。据海外专家预测，未来汽车电子设备将占到汽车成本比例的 30%到 50%。 电子技术在汽车上的应用已经有很长时间的历史了。 20 世纪 50 年代，人们在汽车上加装电子管收音机。当晶体管收音机发明后，在汽车上广泛使用。尤其在70 年代以后，电子技术开始广泛的应用于解决汽车的安全 、污染、节油三大问题 1 2。 70 年代后期，汽车电子的集成化开始了应用研发，主要是采用集成电路和 8位微处理器研发出了汽车的独立控制系统，各自完成各自的功能。 20 世纪 90 年代中期，汽车电子技术开始高速发展。在电子技术与控制技术的发展基础上，汽车电控系统广泛使用 16 位或 32 位微处理器对汽车进行控制。电子元件的逐渐微型化，为现代汽车实现集中控制提供了基础，电控系统向智能化、网络化的方向发展。 2 目前汽车电子技术已经成长到了第四阶段，电子技术（含微机技术）、传感器技术、网络技术等综合技术的不断发展、从科研阶段进入到了成熟的产品量产阶段。 从汽车电子技术的软件和硬件两方面说，硬件包含了中央控制器、执行元件、传感器等；软件主要是汇编语言、 C 语言等其他高级语言编制的各种程序，包含数据采集、计算判断、监控、报警、自诊断等功能。就功能来说分为一下几个方面的内容： 1) 汽车发动机电子控制系统。主要是汽车发动机的运行管理，包括空燃比控制、点火控制、怠速控制、配气正时控制、涡轮的介入时间控制等。 2) 汽车传动系统和行驶控制系统。汽车的动力系统和燃油控制等都属于此方面。 3) 汽车安全及故障诊断系统。主要是保障汽车的安全性，包括防撞系统、防盗系统、安全气囊等。 4) 汽车的信息系统。主要负责汽车的网络智能化、自动跟踪系统、汽车网络设备等。 5) 车身电子控制系统。主要负责汽车的舒适性、包括座椅的调节、空调的控制、灯光的控制等。 6) 汽车电子元件。就是组成各个系统所需的基础电子元件、包括各种传感器、继电器、执行件、接插件等等。 7) 还 包 括 在 现 代 汽 车 设 计 过 程 中 运 用 到 的 各 种 技 术 ， 包 括 汽 车计、 路图绘制、制造与 试验以及涉及到的各类软件 3。 汽车电子技术的应用，对汽车的动力性、经济型、安全性、舒适性等方面有了很大的提高，适应了越来越高的环保标准。随着汽车电子技术的发展，汽车不仅仅作为一种交通工具，更是成为了生活和工作范围的一种延伸。可以在汽车上打电话、上网和处理工作。汽车逐渐进入多媒体时代。 “电子汽车”将提高人们的生活水平，受到人们越来越高的期待 4。 3 载网络简介 近年来，随着车载电控系统的日益复杂，整车系统对车身各个电控单元相互之间通信能力的要求也日益增长。传统车载系统的各个控制单元之间采用的 点对点的连接方式使得车内线束增多，在内部通信的可靠性，安全性以及重量等方面都会给汽车设计和制造带来了巨大的困扰 5。为了减少车内线束，实现数据的快速共享交换，提高传输的可靠性，有效的降低成本，在快速发展的计算机网络上实现了 线、 线、 线等基础的汽车电子网络系统，如图 示，即为车载网络。 图 用车载网络的结构分类图 车载网络 (称为车辆通信网络。该通信网络作为新型的车辆通信网络，可以实现车辆内部设备之间 (2P)、车辆与车辆之间（ 以 及 车 辆 与 道 路 基 础 设 施 之 间 （ 2I）的复杂数据通信，为车辆的运行提供了多种安全应用（如事故预警，交通管理）和非安全应用（如故障自诊断，路况指引， 入及车内多媒体数据传输等）。 近年来在汽车行业中整车中的各个零部件由纯机械产品向机电一体化、电控 设备网络化逐步转变。这些车载电子技术的应用改革，都离不开对车载网络的依赖，如车载 障诊断，不停车收费系统，车联网多媒体智能交互系统等。 4 相对于车载网络，老旧的点对点线束连接存在以下问题： 1) 增加汽车的生产和使用成本 2) 影响汽车使用的安全性和可维护性 随着汽车系统中电控单元的大幅增加，为了简化线路，实现相关信息在各个汽车电气设备中的数据共享，提高车辆数据信息传输的实时性和可靠性，降低汽车的故障率，汽车制造商和相应的研发部门开始设计具有一定组织结构的数据通信网络，开发新的工业总线系统，即车载网络，来进一步规 范，替代原有的点对点线束连接，如控制器局域网（ ,局部连接网络（ 局域网（ 。在车载网络中各个电控单元相互连接构成网络，相关信息通过数据总线进行传输，从而实现信息资源共享。 车载网络也算是计算机网络的一种，车载网络作为计算机网络在汽车领域内的一个特殊应用，又呈现出部分与汽车相关的网络特点，具体如下： 1) 由于使用了总线技术代替了传统的点对点的导线。在为车身布线提供方便的同时，还大幅度消减了导线的数量和体积，降低了线路成本 6。 2) 由于减少了线路和节点，信号传输和整车线路的可靠性大幅提高。 3) 改善了系统网络的拓扑结构，提高了系统的灵活性，通过系统软件即可实现控制系统的变化与维护升级。 4) 为汽车故障诊断提供通用接口，通过故障代码等形式对网络通信或车载控制单元经行测试诊断，便于维修人员对车载设备进行维护和故障检修。 美国汽车工程师学会的汽车网络委员会对综合系统的复杂程度、数据流量、传输数率、网络的可靠性、延迟时间等参 量，将汽车数据网络划分为以下几类： A 类网络主要是针对传感器执行器进行控制的低速网络。传输速率小于 10Kb/s，主要用于后视镜，车窗，灯光等不需要精确控制的电控单元的数据传输。 B 类网络是针对独立模块之间数据互通的中速网络。传输速率一般在 10Kb/s125Kb/s 之间，主要应用于舒适系统和仪表显示等系统。 C 类网络是针对动力系统的控制以及 驾驶辅助系统等需要高速，实时闭环控制的多路传输系统，传输速率一般在 125Kb/s 1Mb/s 之间。 D 类网络是智能数据总线 络主要是面对多媒体影音娱乐系统，传输速 5 率一般在 250Kb/s 100Mb/s 之间。 E 类网络是面向汽车被动安全系统（如安全气囊）的车载网络，其传输速率为10Mb/s。 从目前的汽车制造行业来看，通常都采用多种网络技术相互结合在汽车上进行综和应用。特别值得一提的是，随着无线网络技术的迅速发展，车载无线网络也得到了广泛应用，如蓝牙技术， 术等。 有的汽车主流网络技术介绍 1） 控制器局域网（ 线是德国 司在 80 年代为解决现代汽车繁杂的 控制与测试仪器之间的数据互通而研发的一种串行数据通信协议 7。它是一种多主节点的车载网络系统，通信速率可达 1。节点之间不分主次，由信息的优先级决定顺序。当同时有多条信息发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对线路造成堵塞。 2） 局域互联网络 (络（ 一种低成本的串行通信网络，通常情况下主要用于实现汽车中的分布式电子系统控制 8。本质上讲 线是一种辅助的车载总线网络。 本文后面将会对 线进行详细的介绍。 3） 设备网（ 设备网是一种开放式的通信网络。虽然 络是工业控制的底层网络，通信速率较低，传输数据也较少，但由于 备网采用了新的数据网络通信技术，如遵循控制及信息协议 有较低的成本，较高的效率和较高的可靠性等特点。 国汽车网络发展状况 20 世纪 90 年代初，总线技术开始 应用在 汽车 上 。如今已经成为现代汽车 上必不可少的的组件 ， 总线技术相对于传统线束的优点使得绝大部分汽车 都 或多或少的采用 了 线。总线零部件也成为发展的主流。 对于我国来说，国内汽车制造水平和零部件的发展水平极不平衡。由于发展时间太短， 国内真正 具有 自主研发总线接口的零部件 能力的厂商的 几乎没有 9。 由于我国总线技术发展年限较短，在汽车的量产过程中， 线的零 6 部件几乎都是国外研发的，一部分是国外生产的，一部分是由国内合资或外资企业生产。 从单纯的技术层面来说，通过几年的发展，国内的生产水平与国际先进水平差距正在缩小。但从量产角度来说，由于国内离国际先进水平差距还是很大，总线研发还处于起步阶段。 文工作 本课题以 线技术为基础，设计出一套 对汽车各个车门进行控制的方案，对各个车门的车窗，车锁，后视镜，各项指示灯进行实体驱动控制。设计方案是通过一个 节点和若干个从节点构成 域网络，总节点对各个节点发出控制命令，各个节点根据主节点发出的信息来对相应的设备进行控制，实现各个节点之间的数据通信。 本方案主要想要实现以下功能： 1) 深入研究汽车电子技术和汽车网络技术的发展和应用现状。 2) 根据主从节点的具体需求进行硬件设计。 3) 进行车门软件系统的原理设计 。 7 2 络介绍 言 车载 络（ 一种低速、低成本的串行通信网络，针对实现汽车中的分布式电子系统控制。 在不需要 线的高速带宽和复杂功能的场所，比如对车门、车窗、后视镜的控制，使用 线可以大大节省成本。 线最初被开发于 1996 年，是由 信（ 80系列开发的一种基于 协议即 1997 年 作，帮助他们改进以满足更多复杂的需求。 1998 年 12 月，成立了 会。开发 准的目的在于研发出一种适合在低端，对速度和可靠性要求不高、低成本的的车载网络系统。 议经历了几个版本的发布与更新，具体如表 示。 表 议的历史版本 版本发布时间 本 本正式发布 本正式发布 本正式发布 本正式发布，主要针对物理层进行了修改，提供了节点之间的兼容性 本正式发布，支持配置和诊断的标准化，规定了节点性能文件等 本正式发布，澄清了部分内容，修正了配置部分，将传输层和诊断部分独立分开 8 络的拓扑结构 图 述了 络和 络在车载网络系统中的分布。通常来说，一个典型的车载 信网络包含了 机节点和从机节点。一个 点即为一个 口。 络与图 的 线相连时需要加入 关，用来协调不同网络类型数据的交互通信。其网络基本结构如图 示。 图 络在汽车中的分布 图 络的基本结构 需要注意的是，由于 络在汽车中一般以辅助总线的形式存在，经常与上层网络，如 络相连接，因此有时也被称为 网络。此外，在车载网络中一个 能会有多个 口，连接到不同的 信子网中。 9 在 络的层次结构中，节点应用层向下层传输信号和消息。信号和消息保存于帧中的数据段，是节点发出的实质信息。用信号封装与信号的携带帧（帧 0间）进行区分，用于在运行状态传递上层发出的信息，如温度传感器的测量结果等。消息封装于诊断帧（帧 围在 0 0），是有固定的格式，最大长度不能超过 4096 字节的信息，如服务请求等。应用程序通过信号处理实现信息的传递，如图 示 图 点的构成 与 线类似， 线也是单线总线。由于物理层限制，一个 络最能只能包含 16个节点，一般情况都控制在 12个左右。 2V，传输速率为 20Kb/s。显然，相比于 络， 络更适合在低速网络中使用。 从任务分配角度上讲， 络的主机节点（ 含了主机任务（ 从机任务（ 从机节点（ 包含从机任务，如图 示。 10 图 络主 /从节点的任务分布 具体来说， 络中的主机任务包含以下内容： 1) 调度总线上帧的传输次序； 2) 监测数据， 处理错误； 3) 作为标准时钟参考； 4) 接收从机点发出的总线唤醒信息。 根据 络的协议和主从节点的任务分配机制，从机任务不能够主动发送数据，需要接受主机 发送的帧头，即信息帧的起始部分，进而根据帧头所包含的信息判断以下三中不同的内容： 1) 发送应答，即帧中除帧头外剩余的部分。 2) 接收应答； 3) 既不接收应答也不发送应答。 络的特点 相对于 络而言， 络虽然在部分性能上不及 络，但同样也具有其自身的特点，具体描述如下： 1) 主从式的拓扑结构。网络由一个主机节点和若干个从机节点构成，这在一定程度上保证了数据传递的可靠性，也保持了一定的向上和向下的兼容性。 2) 较低的软件成本。 络采用了开放式的协议规范，可以免费从官网获得。除此之外， 络采用了基于普通 口的低成本硬件实现方案，不需要单独的硬件模块支持，大大降低了 络的硬件成本。此外， 络中的从机节点无需高精度时钟就可以完成自同步，总线采用一条单根电缆等，这些措施 都大大的降低了 络解决方案的成本。 3) 数据传输的确定性。相对于普通的 络 ，其数据的传输更具有确定性，即传播时间可以提前算出，有效降低了发生网络冲突的概率，一定程度上保证了数据传输的有效性，可靠性和实时性，能够满足 络在车载网络中的要求。 4) 可预测的 能。总线对系统的电磁兼容性（ 较好的预测能力。为了限制系统的电磁干扰强度（ ,议规定网络的最大传输速率为 20Kb/s。 5) 网络的管理和诊断。在 络中，系统提供了较为完善的信息处理， 网 11 络管理配置，信号识别以及网络故障诊断等功能，能够为 线的可靠运行和管理提供较为全面的保障，在提高 络数据传输的可靠性和实时性方面提供了较为周全的保障。 络的通信协议 在前面的内容，已经介绍过 络中，有且只有一个主节点和一个或多个从节点。同时， 线全部节点都有一个从通信任务，其主要内容是发送信息和接受信息两大内容，而主节点除从通信任务之外还有一个主发送任务。 一般来说，一个 线上的通信一般由主发送任务发起。在 络中，这种通信规则交换数据时可以使用多种方法：由主节点到一个或多个从节点；由一个从节点到主节点或者其他从节点，通讯信号可以不经过主节点直接在在从节点之间传递或者主节点以广播的形式向总线发送信息。由主控制器决定报文帧中的时序。 络的帧结构 一般来说，在 络中，信息帧的帧头主要包含了同步间隔段、同步段、以及 保护 ，应答包含数据段和校验和段，示。 图 络中信息帧的帧头 在 线上“ 0”代表显性电平（ 而“ 1”代表隐性电平 (所有的节点都发送隐性电平时，总线才表现隐性电平。可见，显性电平起主导作用。 1. 同步间隔段（ 在 络中同步间隔（ 同步间隔段间隔符 (同组成了同步间隔段。同步间隔段可以标志一个帧的开始。同步间隔段间隔符至少保持1 位的隐性电平状态。 2. 同步段（ 在介绍同步段之前，首先需要补充介绍一下字节域（ 在 络 12 中，字节域主要包括 1 位起止位（ 性）、 8 位数据位和 1 位停止位（ 性）。通常来说，这种数据格式是一种标准的 据传输格式。 在 一帧当中，除了同步间隔段，后面的信息都是以字节域的格式进行传输的。为了实现不同节点之间的数据信息同步， 络采用下降沿位判断标志的方式进行数据同步，即采用字节 0方式进行数据同步处理，具体同步段的的字节域如图 示。 图 络中的数据同步 通常情况下， 线可以采用片上振荡器等精度和成本相对较低的时钟。所以需要通过同步段进行调整与主机节点时钟之间的偏差，这也是 络中采用数据同步机制的目的。 3. 受保护的 （ 在 络中，一般将受保护 的前 6 位称为帧 D），与两个奇偶检验位一起组成受保护的 。根据 络的协议规范，帧 数值应该在 00区间之间，共 64 个。帧 作用主要是标识 络中信息帧的类别和目的地。在 络数据通信过程中，从机任务是对帧头做出反应，包括接收、应答、忽略等等，都是依据帧 进行判断的。如果帧 到传输错误，信号就无法被正确的传送到达目的地。因此，引入了奇偶校验位以对数据传输的正确性进行检测。 4. 数据段（ 在 络的数据通信过程中，节点发送的数据位于帧结构的数据段，主要包含 1 到 8 字节。从发送的顺序角度来看，节点会选择优先级编号最低的字节 13 然后在以编号依次增加的顺序继续发送其他数据。数据段主要包含两种数据类型，信号数据（ 诊断消息（ 号数据由信号携带帧传递，一个帧 应的数据段可能包含一个或多个信号。一般来说 线上的数据是以广播形式被发送到总线上的，任何节点均能接收，但并非所有信号对每个节点都有用，非目标节点会忽略当前帧的应答部分。 5. 校验和段（ 络中，校验和段对信息帧中所传 输的数据内容进行校验。对于具体的数据校验和而言，校验和又可以进一步分为标准型校验和（ 增强型校验和（ 具体如图 示。 图 络中的校验和类型 在 络中，系统具体采用了什么类型的校验和主要由主机节点管理和决定，而发布节点和其他各个节点则会根据相应的帧 判断采用哪种校验和方式。 14 议的实际应用 络一般主要用于一些时效性要求较低的网络，典型应用就是用于车身的电子控制系统，控制对象主要是一些 低速电机、电磁阀、开关等器件。用 线可以有效的增加总线长度，大大降低成本，提高抗干扰能力。具体如汽车的空调控制系统、车门控制系统、座椅控制系统、车顶控制系统等。 15 3 基于 线的车门控制系统整体设计 车门是汽车上使用频率最高的部件之一，现代汽车的车门一般都会装有负责门锁和插销的中央门锁控制器、用于电动车窗升降的电动玻璃升降控制器、调整后视镜角度和加热后视镜的后视镜控制器，还有一些状态指示灯。车门的功能在不断增多，单对于信息传输的时效性并没有太高要求， 络满足其需要的要求并能有效的降低成本。还能避免传统的点对点通信可能造成的短路现象。 络还能实现一些扩展的功能，如车窗的防夹功能、智能防盗功能等等，这对解决传统系统功能扩展的难题有很大的意义。 体设计 基于 线的车门控制系统是一个 复杂的分层系统，其包括着 络的基础构建（主从节点的基础设计）与上层系统的数据通信（ 关）。本文主要设计 络的构建，对 关只作简单说明。针对 型我们选择了一个主节点和三个从节点的的设计方法，如图 示 。 图 体方案设计图 我们将驾驶员一侧的车门设置为 络的主节点，右前车门和两个后车门为络的从节点。安全级别从高到低为：左前车门高于右前车门，后排车门最低。拓扑结构如图 示。 16 7 各 车门的控制模块的具体功能如下： 左前车门：作为基于 线的车门控制系统的主节点。首先需要接受中央组合开关发出的控制命令，判断是否针对本车门，如果针对执行信号。如果是针对其他车门发出的信号，则通过 线将数据传输到对应的从节点，并接受总线上传回的各节点的状态信号包括故障信息等等。并对左前车门的，车窗、门锁、后视镜、状态指示灯等负载进行直接控制。保持与上位机的通信。 右前车门：接收主节点发出的命令，对右前车门的车窗、车锁、后视镜、指示灯等负载进行直接控制，并向主节点传输状态信息。 两后车门：接受主节点发 出的命令，对后车门的车窗、车锁、只是能等负载进行直接控制，并向主节点传输状态信息。 图 门控制系统各个节点具体功能示意图 片的选型及功能介绍 根据控制系统的具体需要和控制成本的考虑，我们进行了芯片选型。采用了 列的 8 位单片机和 驱动芯片。下面我们分别来介绍一下各个芯片的功能。 18 司专门为汽车电子研发的具有强大功能的 8位微处理器。 它采用高性能 构 ,部总线统一 频 率 ,60 存 ,1 部 钟模块 (串行通信模块 (一个串行外围接口模块 (15 A/D 转换器 ,三个计时模块 (块 ),系统保护功能 (微控制器工作正常复位 ,低电压检测复位 ,非法指令检测复位 ,非法地址复位 ),等待 /停止低功率模式 ,上电复位 和外部复位销 ,五个键盘中断模式 ,制器模块 10。所有单片机 列包括以下功能 :升级编程模式 ,16 位寻址模式 ,16 个索引寄存器和堆栈指针 ,内存到 内存的数据传输 ,快速 8 乘 8 指令 ,快速 16 除以 8 指令 ,令 ,控制器应用程序代码的优化 ,支持 C 语言 ,使用 式的封装11。该芯片具有强大的功能 通常用于 络或 络的 主节点 中 。 2 右前门并不作为 络的主节点所以不需要集成 制器，所以我们选用了这款较为低端的单片机。它的主要特性是： 高性能 构 ,与命令代码完全兼容 ;5v 工作电压 ;8内部总线频率 ;可以通过态自动唤醒 ; 1000 字节的 片内 通道 16 位定时器 (10 位 8 通道数模 转换器 (系统保护功能 (控制器 工作 正常复位 ,低电压 检测 复位 ,非法指令检测复位 ,非法地址 检测 复位 ),等待 /停止低功率模式 ;具有 32 针和 48 针两种封装格式 。 司的 片是专用于 单线物理接口器件，通信速率范围为 1 20Kb/s，有正常和睡眠两种工作模式， 拥有 总线唤醒、 令唤醒和接口外部高压开关输入唤醒三种唤醒方式。 内部结构框 图及各引脚功能如图 示 13。 19 图 部结构框图及各引脚功能 4 15 16 这三款均为 司生产的驱动芯片。其中 款为多负载芯片。在本系统中，主要将其使用在车锁、后视镜转动、加热、指示灯。由于驱动玻璃的电机所需电流较大，所以单独选用 款芯片专门用于驱动玻璃电机。这三款芯片都具有过流保护、过压保护、欠压保护和过温保护功能。 7 线物理接口芯片。本系统只是提供一个 线接口，并不设计 据转换。所以此芯片不再赘述。 20 4 基于 线的车门控制系统的软硬件实现 由设计要求可知，在整个 线系统中，汽车左前门控制模块的功能是最多的，任务最重。而其他三个车门的功能是左前门控制功能的一部分。所以，下面的零件设计和软件设计主要以驾驶员侧车门控制系统为例重点介绍，其他三个车门系统只有在有区别的部分作简单介绍。 节点硬件设计 本 系 统 主 节 点 即 左 前 门 控 制 模 块 的 硬 件 包 含 七 部 分 ： 、 线接口 ( 线接口（本文主要针对 络主题，网关不做研究）、上位机通信串口模块、电源管理器模块、模数转换控制模块和负载驱动输出模块。如图 示。 图 络主节点硬件设计 块 选择是整个系统中最重要的部分，在 定确定的前提下我们才对其余的硬件设备进行设计。有上节分析可知，我们用左前车门控制模块作为 担负 线上指令的收发，其次要控制自身车门的车锁、车窗、后视镜及相关的指示灯状态，还需和上位机进行通信，需提供 线接口。我 21 们可以有两种实现方式： 1) 选择一般的 线控制器外部添加； 2) 选择内部集成 制器的芯片。 在本设计的中我们选用了 司的 片，它内部集成了 线控制器和 行通信模块。一方面减少了电路板上的电子元件数量，减少了线束连接，提高了系统的可靠性。该 原理图如图 示。大图详见附录 3。 图 节点的中央控制器单元的原理图 需提供对各种故障信息进行检测的能力，包括系统节点断路及各个车窗、车锁、后视镜产生的局部故障、发生故障时向上位机发送故障信息并显示报警，并将故障信息储存在 ，以供后续维修提供直接可靠的数据。 主节点的 元的原理图 如图 示，包括时钟电路、电源滤波电路、复位电路、与仿真器相连的 试电路、上位机连接电路等等。 2 具有的特性，十分适合做 节点的中央控制器。 源管理模块 电源管理模块包括电压转换芯片及其外围电路，目的是对输入的 12V 电压进行转换，为其他模块电路提供 5V 的工作电压。本设计我们选用了 源转换芯片，具有电流保护和反向电压保护功能，详细电路图如下： 图 源管理模块 线接口 线接口，负责 线的连接。 发器我们选用了 是一个面向物理层的 议接口器件。 线接口部分电路如图 与 连控制该收发器的状态， 应引脚负责与 线进行数据的发送和接受。 号控制电源的输出，在 线睡眠的时候可以切断电源，唤醒后接通电源。 23 图 线接口 合开关输入模块 我们的设计完全是为 门控制系统开发 ，所以组合开关也是使用的 型的原配组合开关，它的每个开关都有两种以上的状态，每个状态输出的电阻信号不同，通过搭建外围电路，将电阻信号以电压信号的形式反应出来，再连接至 口，便可识别每个开关的状态位置。电路图由图 示。大图详见附录 1。 图 合开关输入模块 动模块 24 驱动部分我们选择了 智能驱动芯片，使系统的控制动作准确，同时具有智能的故障反馈功能，并具有优良的抗电磁干扰功能。主节点采用了 具有的电流反馈功能可以通过将电流反馈端通过一电阻和 口相连，便可间接判断该芯片输出的电流大小，以此判断车窗的极限位置，也为根据电流大小实现防夹功能提供了硬件条件。其他所有负载都使用 片驱动，它还具备 号输出功能，在我们的设计中主要用于前排座位前灯自动开 /关延缓处理，也可用于实现电机启动时的保护。电路图如图 图详见附录 2。 图 动模块 口模块 为了模拟 块的中央集控功能，我们将主节点和上位机连接，提供上位机控制和主节点控制两种模式，当处于上位机控制模式时，主节点控制模式失效。这里需要注意：因为 片只有一个 块，而且已经被 以我们需要用普通的 I/0 口进行模拟。电路设计如图 示。 25 图 口模块 节点硬件设计 本系统存在三个从节点，右前车门控制模块除多一个驱动右前后视镜的电机外，均与两后车门相同。从节点由 5 部分组成： 、线接口 (电源管理芯片（ 组合开关模块和负载驱动模块。从节点硬件结构如图所 示。 图 络从节点硬件结构 从节点的硬件结构相对于主节点来说简单了很多，其中组合开关部分只是对车门车窗上升和下降的控制。 分原理图如图 示。大图详见附录 4。 26 图 节点的中央控制器单元原理图 号具体的实现流程 下面我们用驾驶员控制右后车门车窗来演示本系统是如何实现该功能的。 首先，操纵驾驶员侧车门的控制右后车门车窗的组合开关， 电阻大小发生改变，通过外围电路以电压信号的形式传到 节点 口上，中央控制器识别出组合开关的状态后通过 口将信号传给 发器， 发器的 口收到 递的信号后通过 线以广播的形式发送信息。此时，右后车门从节点上的 发器收到主节点发出的命令后通过 递给从节点 过 到了主节点发出的控制命令，随即通过 口向控制车窗升降的驱动芯片发出命令。驱动芯片的 收到总线的控制命令后随即对车窗的升降进行控制。 以上我们介绍了 络的整体架构和硬件设计，接下来我们将会简单介绍一下主从结构的基本软件结构，和如何用软件实现功能。 从节点程序流程 络中主节点和从节点的网络结构是一致的，都是由 动（ 应用程序接口（ 应用软件(部分组成，如图 示。 27 图 络节点软件结构 在主节点软件的主循环中，首先进行初始化，接着进入一个死循环。在这一死循环中， 不停的扫描连接组合开关的 A/D 转换接口，判断是否有控制信号输入，一旦有信号输入，就会对信号进行判断，接着发出相应的指令信息，软件流程图如图 示。 28 图 节点程序流程图 从节点一直处于等待状态，等待 线上传来的控制指令。每个信息所包含的 识符定义了信息的发送目标，目标节点会自动识别并接受信息，解读继而执行命令。这里有一点需要注意，每个从节点也有一套组 合开关控制各自车门车窗的升降，但是它的优先级较总线命令低，所以当总线命令没有对该节点车窗进行控制时，从节点才会对自己的组合开关进行扫描。从节点流程图如图 示。 29 图 节点的程序流程图 30 5 总结与展望 结 本文研究的目的是基于 线为 型设计出一款车门控制系统。我们选用了 为 节点的 为 节点的 上其他模块（如电源管理模块、组合开关模块、驱动模块等），共同建立起基于 线的车门控制系统。具体工作如下： 1. 本文开始通过对车载网络和总线技术的大量梳理，分析每种车载网络的优缺点，因为车门控制系统不需要精确控制。低速、低成本的 络十分适合搭建车门控制系统。 2. 根据 型的实际情况和成本的考虑，我们确立了主从节点的芯片选择和其他辅助芯片。并介绍了各个芯片的主要功能。 3. 利用选用的芯片搭建起基于 线的车门控制系统，阐述了各个芯片在整个车门控制系统的功用。最后单独用后车 门车窗这一组信号来具体说明本系统是如何实现具体功能的。 4. 根据设计出的车门控制系统建立了软件的基本结构并设计出了主从节点软件的程序框图。 望 本网络设计的是简单的 型的车门控制系统，基本满足了设计要求。但随着科学技术的不断发展，车门上设置的开关也越来越多，包括空调、影音、座椅等设备的控制功能都会集成到车门上来。那么本系统的设计就不能满足这么多的需求了，还需后续的解决方案。此外，国内电子元件的生产水平不断提高，未来汽车的电子元件将会全部实现国产化。设计水平也会逐步趋于世界前列。 31 参 考 文 献 1 李建 汽车运用， 2006 . 9： 182 卢东昕，马振华 现