汽车车灯智能控制系统的设计.docx

1、汽车车灯智能控制系统的设计一、汽车电子概述 汽车是现代化高速发展社会中人们普遍使用的交通工具，也是技术密集和资本密集的工业产品。世界上近乎所有的经济强国都是以汽车产业作为国民经济支柱产业的。几乎所有的现代化科学技术都能在汽车技术中体现出来，当今世界上汽车技术是衡量一个国家的科技水平的主要标志。从汽车技术的发展现状看，汽车电子技术是现代汽车发展的主要技术之一。现代的汽车电子技术不再是简单地对汽车中某些机械零部件进行电子控制，而是根据汽车实际使用条件多变的需要，对汽车整体性能进行优化综合控制。另外，汽车中各种功能的不断完善，使汽车电子控制单元越来越多，控制装置的数量和复杂性也不断增加，庞大的线束不

2、但会占去大量的车内空间、增加系统成本，同时也降低了系统的可靠性和可维护性。传统的控制方案和布线方法已不能适应汽车技术发展的需要，繁琐的现场连线正在被单一简洁的现场总线网络所代替。因此，汽车电子技术已经从单部件电子化转向为集成电子化、模块化，整车智能化、模块化的总线式控制器网络技术是汽车电子技术发展的新方向。随着现场总线技术的不断发展和其内容的不断丰富，以及各种控制、应用功能与功能块、控制网络的网络管理、系统管理等内容的不断扩充，现场总线已经超出了原有的定位范围，不再只是通信标准和通信技术，而成为网络系统和控制系统。CA N总线作为现场总线的重要成员，其本身就是作为一种汽车车内串行数据通信总线而

3、提出的，现今CAN总线己经广泛的应用在国外汽车上。汽车电子共分为发动机电子、底盘电子、车身电子、信息通信与娱乐系统四大类。二、汽车网络与控制器的现状汽车网络和控制器是汽车的神经和大脑，它需要频繁的接收和发送数据，对汽车进行实时检测和控制。控制器通过对执行机构控制系统发出控制指令，控制汽车运行状态。传统的汽车电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间很少有联系，这样必然造成整车信号和控制系统的庞大，造成汽车电路系统的复杂及生产成本的增加。一般的汽车控制器，采用查询方式发送信息，采用中断方式接收信息，管理和共享车辆的运行数据，执行驾驶员发出的各种命令。总成控制器按照设定不同事件的不同优先级来确

4、定信息的接收和发送顺序，控制器需要传送和接收大量的数据，传统的8/16位微处理器的计算速度较低而无法满足这些要求，为了提高运行速度，不得不采取查表等折衷措施，这样不仅造成控制精度下降，难以实现复杂的计算方法，而且还要求增加存储器的容量，提高了系统成本。目前，在欧美国家生产的汽车上，电子元件占汽车总成本的2030%，预计车用电子元件将以每年8.8%的速度快速增长，而采用处理器芯片的用量将以每年25%的速度增长。国外许多整车制造厂和汽车电器制造厂家在整车管理系统中采用了网络技术如:BENZ, BMW, ROLLSROYCE, VOLVO等.国内完全引进技术生产的奥迪A6车型己于2000年起采用总线

5、替代原有线束，帕萨特B5, BORA, POLO, FIAT等车型也都不同程度地使用了总线技术，如CAN, VAN和SAE J1850等。CAN总线是为解决汽车中众多数据交换而开发的一种串行数据通信协议。传输介质可以是双绞线、光纤和同轴电缆。总线上任一节点依据优先权均可在任一时刻主动向网络上的其它节点发送数据，保证了通信的实时性。利用CAN总线技术，汽车各种信号之间可以进行数据通讯和数据共享，从而大大减少了汽车上的线束，这一技术已开始应用在我国的一些中外合资公司生产的一些轿车上，但所有的信号传送与控制产品均没有我国的自主知识产权。以上海大众汽车公司的Polo轿车为例，因为我们没有参与CAN总线

6、的技术开发，每一辆采用了CAN总线技术的轿车都必须向德国的大众汽车公司缴纳知识产权的费用。先进技术产品的应用受制于人。目前我国的整车制造厂和汽车电子电器厂也开始涉及到汽车电子网络化设计的领域，但没有完全一套完整的、具有自主知识产权的汽车信号传送与集成控制技术，和一套完善的汽车电子网络化传送与集成控制的产品。三、汽车总线技术的国内外研究的现状1.1 国外研究现状汽车总线是计算机网络技术和工业现场总线控制技术在汽车中应用的结果。汽车总线控制技术是研究如何利用总线数据通信原理实现现代汽车中各个独立电子系统和控制装置间控制信息传递通道的简洁互连，实时、可靠的数据交换及综合协调控制的一门最新技术。它是以

7、科学、合理的数据通信协议及支持这样协议的大规模集成电路器件为基础的，是汽车行业发展的必然结果。早 期 的 汽车网络中，通用网络标准并未得到广泛的认同和应用，用户通常利用自己制定的电路和通用异步收发器(UART)设备来实现简单的串行通信。由于没有统一标准，各汽车制造商都有一套独立定义的接口规范和专用供应商。这样，供应商虽然纵向紧密地与汽车制造商合作，却缺乏与其它供应商的横向联系，导致生产的同类产品不能兼容互换。采用标准化网络技术以后，各供应商按照统一的标准生产部件，提高了同类产品的兼容性和互换性。而汽车制造商可以委托任意一家合格的供应商开发符合标准的模块。早在 20 世纪70年代末，众多国际知名

8、的汽车公司就积极致力于汽车总线技术的研究及应用，如BOSCH公司的CAN、马自达的PALMNET、德国大众的ABUS等J。其中CAN总线由于其技术背景来源于工业现场总线和计算机局域网这样非常成熟的技术，现已成为汽车总线的主流技术和标准1231261。世界上很多著名的汽车制造厂商，如Volkswagen(大众), Benz(奔驰),BMW(宝马)、Porsche(保时捷)、Rolls-Royce劳斯莱斯)、等都已经采用CAN总线来实现汽车内部控制系统的数据通信CA N 总 线在汽车电子系统中得到广泛应用，已成为欧洲汽车制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发展趋势。现代汽车越来越多地

9、采用电子装置控制，例如发动机的定时注油控制，加速、刹车控制及防抱死刹车系统(ABS)等。1.2 国内研究现状在国内，完全引进国外技术生产的奥迪A6车型已于2000年起采用总线替代原有线束，帕萨特B5, BORA, POLO, FIATPALIO和SIENA等车型也都不用在动力总线系统中，其核心技术仍掌握在国外的厂商手中，而在绝大部分国产中低档汽车(包括卡车和货车)上，由于技术上的因素和成本上的限制，仍采用传统的传输系统。我国总线技术处于试验和起步阶段，绝大部分的汽车还没有采用汽车总线设计。但CAN总线技术已经开始引起国内一些汽车研发部门的关注，比如上海同济同捷科技股份有限公司，己经开始了对汽车

10、车身电子信息网络控制系统研制并取得一定的成果。他们应用CAN总线系统来控制管理整车车身电器，现阶段已经实现汽车照明、灯光信号、雨刷电机、喇叭、电动车窗、中控锁等等的管理与控制，同时具有实时检测故障及语音报鳌功能，兼有遥控、防盗和集控锁功能，形成了车身电器信息通信交互式网络控制系统。该网络控制系统将在中国汽车电子自主开发的舞台上扮演重要角色，这是国内汽车电子技术同国外竞争的最好平台，并且以此为起点，拓展其他汽车电子技术领域，提高中国汽车电子技术及整车的国际竞争力。在硬方面，与网络协议相配套的微处理器等相关硬件产品也得到了迅速的发展，目前世界上一些著名的半导体厂商如PHILIPs，Motorola

11、，MictDchip等均可提供支持CAN总线的系列产品，特别是一些经改进后性能更强、成本更低的硬件产品也正在陆续推出，这些都为CAN总线的应用提供了强有力的硬件支持。在软件方面，国外的一些公司也相继推出基于V西ndows、Labview 、Maltab等环境下的CAN总线软硬件开发、仿真、测试系统，以进一步提高研制开发效率。在应用方面，国外一些著名的汽车厂商如奔驰、奥迪等都提出和制订了完整的CAN总线解决方案，一些配套厂家也在加大投入，研制、开发和生产CAN总线车身电子控制系统的车用电子产品，并得到了成功的应用。自2003年开始该技术已经引起了包括汽车生产、配套和研制厂家及部门的关注和重视，预

12、计在今后几年内将得到迅速的发展。由于CAN总线具有传输速度高、可靠性好、抗干扰能力强等优点，在速度要求较高的车身控制中有着广泛的应用空间。四、车灯智能控制系统方案的对比1基于CAN/LIN总线的车灯控制系统在系统设计中，主要完成两个功能：一个是CAN主节点的信息收发转换功能，即CAN主节点作为网关控制车灯的信息，同时将该信息转换为LIN信息帧通过LIN总线传送到各节点；另一个是实现LIN节点对车灯的控制功能，这些控制包括前坐转向灯、前右转向灯、后左转向灯、后右转向灯、前左大灯、前右大灯、前雾灯、后雾灯、制动灯、倒车灯等信号灯的控制。在设计中所用标识（ID）符为实验方便而自己定义的，将CAN主节

13、点的标识（ID）符定义为0X55。在车灯控制系统中，CAN主节点实时监测CAN总线上的报文信息，通过MC68HC908GZ16根据标识（ID）符来判断报文信息是否是该节点所需要的信息，然后根据信息内相应位的状态来判断信息应该传给车灯控制系统四个节点中的哪个，由此来确定LIN总线信息的传送。 汽车车灯控制系统中，前后左右四个节点的控制思想是相同的。在右前车灯控制信息中，包括对右前大灯、右前小灯、右转向灯和右雾灯的控制信息，即需要数据信息中的4位8种控制状态就可完成对右前车灯的全部控制。在右后车灯控制中，包括对右后转向灯、右制动灯、右后尾灯和倒车灯的控制信号，同样也需要数据信息中的4为8种控制状态

14、来完成对右后车灯的控制。其左侧灯的控制与右侧灯的控制相同，就不再重复了。一个系统工作性能的好坏很大程度上取决于程序结构的合理性。合理地安排程序结构有助于提高程序的运行速度和可靠性。该车灯控制系统的软件设计分为两部分：车灯CAN主节点设计和车灯LIN从点设计。车灯从节点的程序整体组成与主节点相比缺少了CAN报文的处理与输入信号的处理。当信号发生变化时，主节点才进行相关LIN报文的发送，而LIN从节点需要实时地进行相关信息报文的发送。这样，对于LIN从节点就需要在等待接收主节点LIN发送的报文的时间内处理本地节点的驱动以及本地LIN报文的发送等工作。从节点的驱动函数的实现与主节点基本相同。无论是哪

15、个车灯信号发生变化，首先应该将此信号通过总线传输到其他节点上，然后再同步执行该输入信号所要求的动作。由于LIN总线是挂在CAN总线下面作为其子总线进行通信的，所以程序循环体首先应该处理CAN报文的发送和接收，然后再进行LIN报文的发送处理。而LIN从节点需要实时地接收CAN主节点发送的数据，然后分析所接收到的数据信息，最后完成对相应信号灯的控制。CAN总线系统CAN总线（Controller Area Network）即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。起先，CAN总线被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管

16、理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10KM时，CAN总线仍可提供高达5Kbps的数据传输速率。由于CAN串行通讯总线具有这些特性，它很自然地在汽车、制造业以及航空工业中受到广泛应用。作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN总线已被广泛应用到各个自动化控制系统中.从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN总线。例如，在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等各领域，CAN总线都具

17、有不可比拟的优越性.其主要特性如下:（1）低成本的现场总线 ；（2）极高的总线利用率；（3）很远的数据传输距离(长达10Km)；（4）高速的数据传输速率(高 达1Mbps)；（5）可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；（6）可靠的错误处理和检错机制；（7）发送的信息遭到破坏后，可自动重发；（8）节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；（9）报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息 。良好的特性使CAN成为了最有名的、也是最早成为国际标准的汽车总线协议。CAN协议是串行协议，能够有效地支持具有高安全等级的分布实时系统。由于CAN是一个多主机系统，所以它设计了高效率的

18、仲裁机制来解决传输冲突问题，具有高优先级的系统总能优先得到总线的使用权。同时使用了其它一些防错手段，能够判断出错的节点并及时关闭，这样就在很大程度上保证了总线的可靠性。L IN总线系统本地互连网络(LIN)是一种基于UART的单主(节点)多从(节点)网络架构，最早是为汽车传感器和制动器(Actuator)的联网应用而开发的，目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能。能够为电机、开关、传感器和车灯提供了一种低成本的网络连接方式，LIN不仅仅可以连接独立的传感器和制动器，其主节点还可在LIN网络与CAN等更高级网络之间进行连接。在 LI N技 术规范中，除了定义基本协议和物理层外，还定义

19、了开发工具和应用软件接口。LIN总线基于通用UART接口。无需硬件协议控制器，几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件.LIN通讯基于SCI (UART)数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式，无需仲裁机制。LIN从节点不需晶振或陶瓷震荡器就能实现自同步，节省了从设备的硬件成本。和CAN总线一样不需要改变LIN从节点的硬件和软件就可以在网络上增加节点。通常一个LIN网络上节点数目小于16个，共有64个标志符。LIN的传输速率最高可达20Kbit/s。但为了使用低成本的LIN器件，推荐使用下列位速率:(1)低速时，2400bit/s; (2)中速时，9600bit/s; (3)高速时，19200

20、bit/se.典型的LIN总线应用在不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低速系统，如开关类负载或位置型系统(包括车门、后视镜、车灯、车窗、座椅等)的控制。对于这些成本比较敏感的单元，LIN可以使那些元件(如智能传感器或光敏器件)得到较广泛的使用.这些元件可以很容易的连接到汽车网络中，并得到十分方便的维护和服务:在LIN实现的系统中，通常将模拟信号量用数字信号量所替换，这将使总线性能得到优化。因此，LIN也有助于实现汽车与CAN网络连接的分布式控制系统。CAN-LIN混合网络和协议转换在车身电控系统的设计中，各种电器对网络信息传输延迟的敏感性差别很大，首先应该从安全的角度来考虑，如发动机控制器、自

21、动变速器控制器、安全气囊和ABS等之间的协调关系所要求的实时性很强，应采用CAN总线控制;而对于那些与安全无关和对信息传输延迟的要求相对较低的单元，如灯控单元、门控单元、座椅控制等简单事件，出于成本的考虑可以采用LIN总线控制方式。如果将这些功能简单的节点都挂在高速总线上，势必会提高对节点的技术要求和成本，故有必要进行多路总线设计。这样，汽车的通讯网络通常由CAN网络和LIN网络构成。车身系统中通常采用低速CAN，信息传输速率为125kbps。中央控制器是汽车电子系统的控制核心，主要功能是对各种信息进行分析处理，并发出指令，协调汽车车门系统、车灯控制系统和空调系统的工作。而子模块通过LIN总线

22、间接从中央控制器获取命令或者通过LIN总线向中央控制器反映各信号的状态。LIN总线是直接面向执行机构的。为了实现CAN,L IN网络之间的通讯，需要一个CAN-LIN网关。该网关允许将CAN数据帧透明传输到LIN网络，也允许LIN数据帧透明传输到CAN网络。网关在这里作为LIN主设备工作.网关接收到LIN数据帧后，LIN标志符将被转换为CAN标志符，然后作为CAN数据在CAN网络中传送；网关接收到CAN数据帧后，CAN标志符将被转换为LIN标志符，然后作为LIN数据在LIN网络中传送。网关系统由两个单元组成：一个CAN单元，一个LIN单元。CAN单元接收到指令信号之后，先进行分析处理，然后通过

23、LIN总线把控制指令发送给各受控端，各受控端响应后作出相应的动作，并把执行的结果通过网关反馈给主控系统。五、测试方案步骤一: 建立KEIL环境。我们会附带Keilc51的安装包,图标如图所示: .1.双击该压缩包双击文件夹KeilC51v802a_.,界面如图: 2.接下来找到uv3c51.exe应用程序.3.双击解压后,进入安装界面:4.点Next进入下一界面,在I agree to 的前面方框打钩.再点Next.5.进入下界面,该界面为Keil文件的路径.再点Next.6.进入填写用户信息界面,您可根据自己的信息进行填写(其实内容可以随意填写).7.点击Next,进入下界面:OK！Keil

24、的环境已经建立完成,点击Finish!步骤二:C8051F040芯片的调用1. 运行Keil.2. 在Keil下首先新建一个工程,点击New Project,进入工程路径的保存设置:新建文件夹名为C8051F040:点击进入新建的文件夹,输入文件名后缀为(.C),然后保存:然后进入界面,找到Cast,Inc, 选定C8051 Core,点击确定:点击“是”:然后在先前安装Keil文件夹里找C8051F040的头函数.(路径为D:/Keil/C51)找到头文件点击鼠标右键:打开所在的文件夹后,找到C8051F040.h点击鼠标右键,进入编辑查看头文件内容.该文件定义了C8051F040芯片上所有

25、管脚的位选,在这里我们主要找到它的FILE NAME.在此其FILE NAME : C8051F040.H.先记住呆会调用这个芯片的头文件时要用到.接下来是在Keil中调用C8051f040的头函数.如上图,在第一行输入: #include OK!接下来您就可以用这块芯片的每个管脚进行编程了.4.培训计划培训目的:让员工了解智能车灯的发展状况及具体的车灯系统方案对比,熟悉Keil51的安装及在Keil环境下调用C8051F040芯片.本次培训将计划一天半的时间,大致安排如下:第一天 上午:8:30-10:30 内容:项目简介(国内外智能车灯的技术进展) 下午:15:00-16:30 内容:三种方案的对比(集总方式,CAN与LIN方式,纯CAN方案)第二天 上午: 9:00-10:30 内容:讲解测试方案(建立Keil51环境,C8051F040芯片的调用)