王昌柏，翁惠輝 (長江大學(xué)電子信息學(xué)院，湖北 荊州 434023)

基于CAN總線技術(shù)的汽車空調(diào)測控系統(tǒng)設(shè)計

王昌柏，翁惠輝 (長江大學(xué)電子信息學(xué)院，湖北 荊州 434023)

CAN總線技術(shù)在現(xiàn)代汽車上得到越來越廣泛的應(yīng)用，汽車空調(diào)是現(xiàn)代汽車測控網(wǎng)絡(luò)中非常重要的節(jié)點。主要介紹基于CAN總線技術(shù)的汽車空調(diào)測控系統(tǒng)的設(shè)計，給出了以NECuPD70F3375單片機為核心的汽車空調(diào)測控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，詳細介紹CAN總線物理接口電路、 空調(diào)執(zhí)行器驅(qū)動電路、電源及監(jiān)控等電路及相應(yīng)測控軟件。

CAN總線；汽車空調(diào)；測控系統(tǒng)

汽車CAN總線技術(shù)以其信號穩(wěn)定、接線少、開放式管理和高可靠性等優(yōu)點被全球越來越多汽車廠家所應(yīng)用[1]。 汽車空調(diào)作為對汽車駕乘人員的舒適性起到關(guān)鍵作用、對汽車的安全性能和節(jié)能性能有非常重要作用的一個子系統(tǒng)，也是現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)中一個重要的節(jié)點。筆者基于CAN總線技術(shù)，利用單片機原理，關(guān)鍵考慮測控系統(tǒng)運行可靠性，設(shè)計了汽車空調(diào)測控系統(tǒng)的總體電路圖，實現(xiàn)了汽車空調(diào)節(jié)點與汽車其他節(jié)點的通訊。

1 測控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖1 汽車測控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成圖

圖2 汽車空調(diào)的測控系統(tǒng)電路原理圖

基于CAN總線的現(xiàn)代汽車測控網(wǎng)絡(luò)至少由如圖1所示幾個節(jié)點構(gòu)成：

其中，汽車空調(diào)(CLM)對駕乘人員的舒適性起到關(guān)鍵作用，是對汽車的安全性能和節(jié)能性能有非常重要作用的一個子系統(tǒng)，其與整車其他節(jié)點一道構(gòu)成了完善的汽車網(wǎng)絡(luò)。汽車空調(diào)的測控系統(tǒng)電路原理如圖2所示，整個電路由9個部分組成： ①微處理器電路(采用NEC 32位 V850E/FX3系列的uPD70F3375)。②CAN總線物理接口電路(收發(fā)器采用飛利浦TJA1041A)。③空調(diào)執(zhí)行器驅(qū)動部分(驅(qū)動芯片采用ST L9823, 執(zhí)行器電源采用SMART MOSFET開關(guān)管控制)。④電源及監(jiān)控電路。⑤信號輸入部分。⑥顯示和指示部分。⑦人機對話部分。⑧外部存儲電路。⑨故障診斷部分。

然而一步又一步，一個彎又一個彎，山洞仿佛無窮無盡，洞腹沒有變寬，也沒有變窄，四壁依舊是光滑的刀劈斧削過的緋石。如果不是熊熊燃燒的火把在一點一點變短，說明時間在流逝，一定會有“鬼打墻”一般的感覺吧。“看樣子，我們只能用一根火把了?！痹舱f，他讓李離、吳耕滅掉了手中的火把，只留下上官星雨一個人舉火在前面照著路。

2 測控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

1)微處理器選型 選用抗干擾能力強的汽車級NEC uPD70F3375微處理器，該處理器采用32位內(nèi)核V850ES[2]，其最大工作主頻32MHz，內(nèi)部自帶256KB Code Flash存儲器32KB Data Flash及16KB RAM，采用100pin QFP封裝，工作溫度-40～125度。 另外該微控制器自帶豐富的片內(nèi)外設(shè)， 如2通道CAN控制器， 16通道10位ADC，8M/240K內(nèi)部振蕩器，I2C接口， 8路16位定時/計數(shù)器， 3通道UART(支持LIN)等。集成片內(nèi)的豐富外設(shè)資源簡化了外部電路的設(shè)計并提高了系統(tǒng)抗干擾能力、增長系統(tǒng)可靠性。該芯片具有在線調(diào)試及在線下載功能, 對于編程及調(diào)試極為方便。

圖3 CAN總線物理接口電路圖

4)電源及監(jiān)控電路 電源的設(shè)計很關(guān)鍵, 決定系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。電源輸入部分充分考慮過電壓的問題，以24V一分鐘作為極限工作條件。具體電路如圖5所示。輸入濾波電路高頻部分采用2個10nF陶瓷電容串聯(lián)，布線時相互成90度角布置，這樣設(shè)計的目的是當(dāng)電容受到水平或垂直彎曲應(yīng)力時，防止電容層間出現(xiàn)短路的風(fēng)險。 低頻濾波電容選用耐壓值達35V的貼片電解電容。

圖4 空調(diào)執(zhí)行器驅(qū)動電路圖

3) 空調(diào)執(zhí)行器驅(qū)動部分 整個空調(diào)系統(tǒng)有3個步進電機作為執(zhí)行器分別用于驅(qū)動模式風(fēng)門， 混合風(fēng)門及循環(huán)風(fēng)門。每個風(fēng)門采用單獨電源控制， 并且對每個電機進行電源故障診斷。電機驅(qū)動芯片采用2片ST公司L9823[4]。每片有8路輸出控制端， 可以控制2個步進電機。每路輸出最大電流0.5A， 與微處理器通過SPI口相接， 因此輸出具有可編程的特點。該芯片也具有過電壓保護，短路保護，過電流保護及過熱保護功能。 內(nèi)部集成診斷功能， 極大的提高了使用的方便性及可靠性能。具體電路如圖4所示。

法比跑到《圣經(jīng)》工場，開始往閣樓上攀登時，突然想到．剛才趙玉墨沒有叫他“副神甫”，而是叫他“法比”，把“法比”叫成了一個地道的中國名字。

2)CAN總線物理接口電路 uPD70F3375片內(nèi)集成有CAN控制器，因此只需要選擇一款收發(fā)器作為與CAN物理層的硬件接口即可。這里選用飛利浦TJA1041A收發(fā)器[3]。具體接口電路如圖3所示，CANH/CANL接CAN總線物理層，使用差分信號傳輸。為防止ESD及瞬間大電壓損壞收發(fā)器， 輸入端均采用TVS保護。 F1為共模電感， 用于對差分信號進行濾波。

5) 信號采集電路 輸入信號主要包括車內(nèi)溫度傳感器信號， 陽光傳感器信號，進/出風(fēng)口溫度傳感器信號及電源電壓測量信號等。這些信號主要為模擬信號，由于傳感器輸出信號均為標準信號，為節(jié)約成本，信號調(diào)理電路采用簡單的上拉電阻接傳感器的方式, 另外加上鉗位電路防止對電源短路。因70F3375片內(nèi)已集成16通道10位ADC，故不需要另外設(shè)計AD轉(zhuǎn)換電路。

圖5 電源及監(jiān)控電路圖

電源轉(zhuǎn)換芯片選用ST公司L4979MD芯片[5]， 該芯片最大輸入電壓可達到31V， 固定輸入5V， 精度可達2%。內(nèi)部自帶看門狗及復(fù)位電路，復(fù)位時間及看門狗定時長度可自由設(shè)置或編程。并具有熱保護及短路保護功能，該功能可有效提高可靠性。

1.1 對象 2012年4月，采用目的抽樣法，選取上海市和杭州市4所醫(yī)院助產(chǎn)士為參與討論的專家，其中2所為3級甲等專科醫(yī)院，1所為3級甲等醫(yī)院，1所為2級甲等?？漆t(yī)院。入選標準:具有10年以上助產(chǎn)工作經(jīng)驗，本科及以上學(xué)歷，主管護師以上職稱，熟練掌握各種會陰分娩助產(chǎn)方式，對本研究問題熟悉，對本次研究主題感興趣。

圖6 信號采集電路圖

圖7 程序流程圖

6)外部存儲電路 外部存儲采用ATMEL AT25160AN 16Kb(2KB字節(jié)) EEPROM[6]用來存儲步進電機的步數(shù)， 傳感器的溫度等參數(shù)， 該芯片采用SPI接口，數(shù)據(jù)可擦寫100萬次以上，具有掉電保護及寫保護等功能。具體電路如圖6所示。

3 測控軟件

空調(diào)測控系統(tǒng)的軟件流程如圖7所示，整個系統(tǒng)軟件2個主要的功能模塊：①通訊模塊的設(shè)計。②功能模塊的設(shè)計。通訊模塊主要是對Mpd70F3375芯片的CAN節(jié)點的初始化，包括對CAN控制器的初始化和單片機CPU初始化，以確定CAN控制器的工作方式。功能模塊主要完成輸入量的數(shù)據(jù)的采集、執(zhí)行器控制、 LCD控制和數(shù)據(jù)存儲器等功能。

尊重大學(xué)生對傳統(tǒng)文化自信培育的多樣性，強調(diào)自我教育的作用，積極開拓第二課堂，培養(yǎng)自主踐行能力，發(fā)揮優(yōu)秀傳統(tǒng)文化感染力的作用。我校已持續(xù)兩年開展“尋找家鄉(xiāng)古建和傳統(tǒng)工藝”假期調(diào)研活動，千余名學(xué)生積極參與，利用假期回歸故鄉(xiāng)，尋找和探索失散在廣闊大地的傳統(tǒng)文化和背后的故事，開學(xué)后進行分享展出。

4 結(jié) 語

該測控系統(tǒng)目前已經(jīng)完成，并在客戶端使用。經(jīng)過過6個月的運行，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，深受客戶的好評。

[1]張鳳嬌. CAN總線在奧迪汽車前照燈上的應(yīng)用[J].汽車電器，2007，(2)：8.

[2]NEC. V850ES-FX3 USER MANUAL[EB/OL].http://www.necel.com/cgi-bin/nesdis/o002_e.cgi?litcode=U18638JJ2V0DS00， 2007.

[3]Phillips.TJA1041A High speed CAN transceiver[EB/OL].http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/TJA1041A_4.pdf ， 2008.

[4]STE L9823 Octal Low-Side Driver for bulb. resistive and inductive loads with serial input control, output protection and diagnostic[EB/OL].http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/7791/l9823.pdf，2003.

[5]ATEML SPI Automotive Temperature Serial EEPROMs[EB/OL].http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc5082.pdf，2007.

[6]STE L4979D L4979MD LOW DROP VOLTAGE REGULATOR[EB/OL].http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/10262/l4979md.pdf， 2006.

[編輯] 易國華

TB657.2 ；TP273

A

1673-1409(2009)01-N079-03

2008-12-24

王昌柏(1975-)，男，1997年大學(xué)畢業(yè)，工程師，碩士生，現(xiàn)主要從事汽車電氣電子開發(fā)方面的研究工作。