曹 陽

（華域視覺科技（上海）有限公司，上海 201821）

引言

汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)日益成熟，如果自動(dòng)駕駛汽車在不久的將來全面普及，那么整個(gè)車燈行業(yè)可能會(huì)發(fā)生比較大的變化，這種變化來自于自動(dòng)駕駛汽車對(duì)車燈的外部照明和信號(hào)提示的功能的要求可能會(huì)弱化，而對(duì)汽車室內(nèi)燈光的要求可能會(huì)越來越高。因?yàn)槟菚r(shí)的汽車已演變成為一個(gè)可以移動(dòng)的客廳，人們對(duì)自家客廳燈光效果的追求那是永無止境的。

節(jié)能環(huán)保，智能化，網(wǎng)絡(luò)化，這些都是未來汽車技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)，也是未來汽車室內(nèi)燈光技術(shù)發(fā)展的方向。更加節(jié)能、高效、體積小、可實(shí)現(xiàn)多樣化燈光效果的LED和OLED光源毫無疑問將是汽車室內(nèi)燈光源的首選。汽車的室內(nèi)燈光也不僅局限于室內(nèi)照明，它還要根據(jù)汽車的狀態(tài)表現(xiàn)出不同的場(chǎng)景，根據(jù)用戶的喜好調(diào)節(jié)出不同的氛圍，甚至進(jìn)一步通過智能終端設(shè)備和用戶進(jìn)行互動(dòng)，增添汽車室內(nèi)燈光的娛樂元素。這些功能的實(shí)現(xiàn)要求汽車室內(nèi)燈控制系統(tǒng)必須是接入汽車總線的智能化控制系統(tǒng)。

1 基本原理

1.1 汽車總線

汽車總線也稱為車載網(wǎng)絡(luò)，是有效的支持實(shí)時(shí)控制和分布式控制的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)[1]在汽車上的應(yīng)用。美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì) (SAE)把車載網(wǎng)絡(luò)劃分為A、B、C、D四類。A類的LIN總線成本最低，但傳輸速率也低，適合于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的控制上，比如車門、車燈等。B類網(wǎng)絡(luò)支持事件驅(qū)動(dòng)，傳輸速率和成本都比較適中，最典型的是 CAN總線，目前在汽車上得到了最廣泛的應(yīng)用。傳輸速率更高的 CAN總線也屬于C類網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)lexRay總線是另一個(gè)典型的C類網(wǎng)絡(luò)，這類網(wǎng)絡(luò)有很高的速率，對(duì)實(shí)時(shí)性的要求比較高，必須涉及確定的狀態(tài)、分布式的時(shí)鐘同步等與安全相關(guān)的性能。目前FlexRay總線的硬件成本還比較高，但因?yàn)樗夹g(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，滿足未來汽車發(fā)展的需求，所以可能會(huì)取代其他汽車總線成為下一代車載網(wǎng)絡(luò)的主流。D類網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是通信帶寬非常大但通信距離短，MOST總線是其中的典型，主要應(yīng)用在車載多媒體、影音娛樂等車載系統(tǒng)中。

當(dāng)前的汽車中并不局限于一種車載網(wǎng)絡(luò)，鑒于成本和功能的考慮，往往會(huì)出現(xiàn)多種車載網(wǎng)絡(luò)的混合使用。比如利用CAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)性高的數(shù)據(jù)傳輸和控制，而把LIN總線作為 CAN總線的補(bǔ)充對(duì)一些實(shí)時(shí)性要求不高的部件進(jìn)行分布式控制或信息獲取的車身控制模塊。本文所設(shè)計(jì)的總線式智能化汽車室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)不僅使用了這種 CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行控制，還使用了基于藍(lán)牙技術(shù)的無線通信網(wǎng)絡(luò)。

1.2 低功耗藍(lán)牙(BLE)技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離通信的無線電技術(shù)，它使用快跳頻和短包的方式進(jìn)行通信，具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)通信，分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。藍(lán)牙規(guī)范從 4.0開始支持低功耗藍(lán)牙(BLE)，低功耗藍(lán)牙更加智能，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的休眠，在需要執(zhí)行動(dòng)作時(shí)可立刻被喚醒，在3毫秒內(nèi)即可完成連接設(shè)置開始數(shù)據(jù)傳輸。它占用少的帶寬，具有超低的平均和待機(jī)功耗，可進(jìn)行雙向通信，非常適合于智能終端設(shè)備的應(yīng)用。目前的智能手機(jī)都支持低功耗藍(lán)牙技術(shù)。

藍(lán)牙也是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的無線通訊協(xié)議，它的標(biāo)準(zhǔn)由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)負(fù)責(zé)統(tǒng)一的管理，符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備都可以接入連接，進(jìn)行無線通信。藍(lán)牙最新的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了無線通信網(wǎng)絡(luò)的階段，稱為藍(lán)牙 mesh網(wǎng)絡(luò)，符合協(xié)議的節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)的功能，這對(duì)于物連網(wǎng)應(yīng)用方面意義重大，在車聯(lián)網(wǎng)方面也多了一種有效的途徑?；诘统杀镜氖瞻l(fā)器芯片，藍(lán)牙技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，在汽車的駕駛室內(nèi)，越來越多的藍(lán)牙產(chǎn)品正在出現(xiàn)。

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車室內(nèi)燈系統(tǒng)包括MRCM、SRCM和STCM三個(gè)模塊。MRCM模塊是控制系統(tǒng)的主模塊，它是車身CAN總線上的節(jié)點(diǎn)，可以借助 CAN總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)定、診斷和應(yīng)用程序的下載更新的功能，同時(shí)它也是室內(nèi)燈控制系統(tǒng)內(nèi)部LIN總線的主節(jié)點(diǎn)，通過發(fā)送控制命令協(xié)調(diào)從節(jié)點(diǎn)的燈光控制，也收集從節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)及故障信息，它還支持基于低功耗藍(lán)牙(BLE)的無線通信，通過同智能手機(jī)進(jìn)行通信連接，可以實(shí)現(xiàn)汽車室內(nèi)燈光效果同手機(jī)的互動(dòng)，例如燈光根據(jù)手機(jī)音樂的節(jié)奏來變換燈光場(chǎng)景。SRCM模塊和STCM模塊都是系統(tǒng)內(nèi)部LIN總線的從節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)不同燈光控制的模塊，它們通過LIN總線接受MRCM模塊的控制命令，同時(shí)把自身的狀態(tài)信息反饋給主節(jié)點(diǎn)。

圖1 總線式智能化汽車室內(nèi)燈系統(tǒng)圖

2.2 無線通信電路設(shè)計(jì)

TI公司的藍(lán)牙通信芯片 CC2541是一款針對(duì)低能耗Bluetooth以及2.4GHz應(yīng)用的功率優(yōu)化的片載系統(tǒng)(SoC)，它讓使用少量的物料就可建立強(qiáng)健的無線通信網(wǎng)絡(luò)。CC2541包含一個(gè)增強(qiáng)型的標(biāo)準(zhǔn)8051MCU、8KB的RAM、系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存存儲(chǔ)器和一些功能強(qiáng)大的外設(shè)，同時(shí)集成了性能優(yōu)越的RF收發(fā)器。CC2541的外圍電路可以設(shè)計(jì)的非常簡(jiǎn)單，天線可以使用電路板的硬制天線，再加一顆晶振和少許電容電阻即可，通過串口和MRCM的主控芯片進(jìn)行通信。

圖2 無線通信電路原理圖

微信藍(lán)牙智能硬件平臺(tái)設(shè)備端，也就是CC2541內(nèi)的程序主要包括8051內(nèi)核的驅(qū)動(dòng)程序、微操作系統(tǒng)、BLE協(xié)議棧、微信通信協(xié)議和應(yīng)用程序。驅(qū)動(dòng)程序包括串口驅(qū)動(dòng)、GPIO驅(qū)動(dòng)、定時(shí)器驅(qū)動(dòng)等，微操作系統(tǒng)用來管理所有的軟硬件資源，BLE協(xié)議棧用來實(shí)現(xiàn)低功耗藍(lán)牙4.0協(xié)議的內(nèi)容[2]，微信通信協(xié)議則是在 BLE協(xié)議棧的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)微信通信所要求的微信藍(lán)牙外設(shè)協(xié)議。

2.3 軟件功能設(shè)計(jì)

通過增加適當(dāng)?shù)挠布蛙浖Y源來對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行改造，改造后的設(shè)備具備了連接網(wǎng)絡(luò)的能力，可以和外界進(jìn)行信息交互，借助網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)更多更豐富的功能，具有了智能化的特點(diǎn)，也提高了產(chǎn)品的附加值。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)就是通過增加智能芯片CC2541和連接車身總線的電路來完成了對(duì)傳統(tǒng)汽車室內(nèi)燈系統(tǒng)的改造，從而產(chǎn)生了一種新型的智能化的汽車室內(nèi)燈系統(tǒng)。

智能化的功能可在以下幾個(gè)方面但不局限這幾個(gè)方面表現(xiàn)：一個(gè)方面是智能控制，用戶通過操作手機(jī)端的軟件可以控制汽車室內(nèi)燈光的變化，比如控制閱讀燈的亮度調(diào)節(jié)，控制室內(nèi)氛圍燈的顏色等。另一個(gè)方面是智能駕駛信息提示，根據(jù)從車身總線獲取到的信息來進(jìn)行室內(nèi)燈光狀態(tài)的改變，從而給駕乘人員以信息的提示，比如根據(jù)從總線上接收的車速、前車距離(信息由ADAS模塊發(fā)送到車身總線)等信息自動(dòng)調(diào)節(jié)報(bào)警場(chǎng)景燈光的強(qiáng)度，以提示駕乘人員與前車保持安全距離。還有就是設(shè)備互動(dòng)的方面，比如根據(jù)連接的智能手機(jī)播放音樂的節(jié)奏來動(dòng)態(tài)的調(diào)整汽車室內(nèi)的燈光氣氛，增加娛樂功能。再有就是可以把室內(nèi)燈的各種信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到云端，借助于大數(shù)據(jù)應(yīng)用，進(jìn)一步提升產(chǎn)品附加值。

智能手機(jī)或 PAD等智能終端的軟件可以是開發(fā)的APP，也可以是借助于第三方智能硬件平臺(tái)開發(fā)的應(yīng)用程序，比如借助于微信的設(shè)備服務(wù)號(hào)功能開發(fā)的應(yīng)用程序。用戶通過微信掃描二維碼實(shí)現(xiàn)手機(jī)和設(shè)備的綁定，綁定后的手機(jī)打開微信進(jìn)入相應(yīng)的服務(wù)號(hào)就會(huì)連接到廠家服務(wù)器，通過HTML把廠家服務(wù)器端的控制界面下載到微信服務(wù)號(hào)端，就可以實(shí)現(xiàn)同汽車室內(nèi)燈光的互動(dòng)。

3 結(jié)束語

本文基于汽車總線和低功耗藍(lán)牙(BLE)技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型的更加智能化的汽車室內(nèi)燈光系統(tǒng)。該系統(tǒng)由三個(gè)控制模塊組成，主控制模塊負(fù)責(zé)車身總線和無線通信的信息交互，同時(shí)通過內(nèi)部LIN總線控制其他模塊的執(zhí)行，另外兩個(gè)模塊分別負(fù)責(zé)不同功能燈光的控制。本文所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽車室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)，同傳統(tǒng)的汽車室內(nèi)燈相比，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)除了可以實(shí)現(xiàn)多種汽車室內(nèi)燈光效果，進(jìn)行智能化的燈光場(chǎng)景變化，還可以實(shí)現(xiàn)同用戶互動(dòng)的功能，增加客戶體驗(yàn)?？梢灶A(yù)見的是智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)將會(huì)在汽車燈控領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，汽車室內(nèi)燈的發(fā)展才剛剛開始，以后的市場(chǎng)潛力無限。