基于PIC單片機的汽車車身集中控制系統的硬件設計

廖建慶，梁國祥

（寧德師范學院 物理與電氣工程系，福建 寧德 352100）

隨著科學技術的發展，汽車上廣泛使用了汽車電器，汽車電器功能也在不斷的增加和完善，因此對汽車電器的控制要求也越來越高，以往的分散控制正在逐漸被淘汰，為了節省汽車上的空間和成本，同時便于更換和維修，要求將這些控制部件集中在一個模塊上進行控制[1-3].本文控制系統以PIC16F74單片機[4]為控制模塊，通過PIC16F74單片機，將一些分散的控制功能進行集中整合和擴展，使所有功能在一塊單片機上進行控制.系統加入了閃光器，蜂鳴報警器，碰撞自動開鎖和遙控鑰匙學習等功能，其中中控門鎖控制和各種功能的報警是系統的核心.

1 系統組成

系統主要由遙控信號檢測電路、外部信號檢測及電平轉換電路、放大電路、驅動電路、震動檢測電路等組成.將這些功能進行集中整合，從而實現對汽車的集中控制.根據設計的功能要求，很多型號的單片機都可以使用，但出于經濟、生產、編程等多方面因素的考慮，本系統最終選擇了PIC16F74型單片機，而且PIC單片機本身也是一款廣泛應用于汽車電器控制的單片機[5].

PIC系列微控制器是單片機中的優秀產品.它率先采用精簡指令集計算機RISC、哈佛雙總線和兩極指令流水線結構的高性能價格比的8位嵌入式控制器.其高速度（每條指令最快可達160ns）、低工作電壓（最低工作電壓為3V）、低功耗（3V,22kHz時15mW）、較大的輸入輸出直接驅動LED能力（灌電流可達25mA）、一次性編程OTP芯片的價位低且體積小、指令簡單易學用等，都體現了單片機控制領域發展的新趨勢，系統組成框圖如圖1所示.

系統以PIC單片機為核心的工作模塊.系統先由外部傳感器接收需要采集的各種狀態的數據，然后通過各種接收電路進行采樣，通過電平轉換電路進行電壓轉換，最后進入單片機進行數據處理，處理完的數據經過放大器進行放大，再通過各種驅動電路輸出到汽車的各個電器上，從而實現了系統對整車的控制.

圖1 系統組成框圖

2 系統硬件設計

2.1 遙控接收接口電路

系統很多功能的執行取決于主機是否處于警戒狀態，也就是說取決于遙控鑰匙上的LOCK鍵或UNLOCK鍵是否按下，此模塊就為遙控鑰匙發射出信號的接收電路.信號從發射器中發出，經此電路接收后再進入單片機.遙控接收接口電路如圖2所示.

遙控接收電路的供電取自電源電路，電路中CP2起濾波作用，引腳RF接單片機的14腳，此模塊將從遙控鑰匙上接收的信號送入單片機進行處理.電路中的芯片為了使鑰匙不易被破譯，保密性好，而且容易重新學習加密，還為電路提供遙控鑰匙的滾動解碼加密技術.

2.2 信號檢測及電平轉換電路

該電路是將外部采集到的脈沖信號轉換送入單片機，由于外部電器是12V的工作電壓，而單片機是5V的工作電壓，所以需要進行處理轉換.系統中單片機對輸入信號采用高電平有效的讀取方式，但外部電器及傳感器有的高電平有效，有的低電平有效，故設計中主要有高電平有效電路和低電平有效兩種，電路如圖3所示.

圖2 遙控接收接口電路

圖3 高、低電平有效電路

圖中三極管、R53、R54、R52構成反向器，完成低電平向高電平的轉換，C51起濾波作用.R51、D51起信號輸入控制作用，當輸入為低電平時，D51導通，三極管飽和，輸出為5V的高電平信號.當輸入為懸空或低電平時，三極管截止，輸出為0電位.電阻R42與電容C41起濾波作用，由于芯片的工做電壓是5V，所以5V的穩壓管使電壓穩定在5V.電路中R41和R42起降壓作用，若穩壓管失效，它可使芯片不會被燒壞，起保護芯片作用.

2.3 驅動放大電路

2.3.1 驅動電路

汽車車身控制驅動電路主要包括頂燈驅動電路、蜂鳴驅動電路、轉向燈驅動電路和門鎖開關驅動電路等，這些驅動電路都需要PIC單片機進行實時控制.

1、頂燈驅動電路

汽車的車燈是有一定功率的電器，單片機無法直接對它進行控制，所以要通過驅動放大電路將電壓和功率放大轉換成與其相匹配的工作電壓和功率，從而驅動車燈，驅動電路如圖4所示.

圖中三極管起放大作用，電阻的作用是限流，起保護電路的作用.此電路當頂燈開關打開便有脈沖信號輸入高電平有效，經過處理后進入單片機進行運算控制.與此類似的電路還有：報警喇叭驅動電路.

2、轉向燈驅動電路

信號從單片機出來經驅動放大電路就轉換成了與其相匹配的電壓，從而驅動轉向燈的開關，方向燈驅動電路如圖5所示.

圖4 頂燈驅動電路

圖5 方向燈驅動電路

電路中二極管的作用是防止反向電流的沖擊，繼電器起開關作用，4個并聯的電阻RF2、RF3、RF4、RF5相當于一套保險絲，大電流會熔斷，起保護電路的作用.電路右邊是一塊檢測芯片，檢測方向燈是否打開.圖中所示的是右方向的驅動電路，左方向燈驅動電路與此電路完全相同，而保險出來接芯片的5、6腳（圖中已標明）.

2.3.2 放大電路

信號從單片機出來后經過此芯片得到放大，然后進入各個驅動.此芯片集成了多個放大器，使整個電路的體積大大減小，也降低了電路的復雜性，使電路的連接趨于簡單化，更加體現了整個模塊集成控制的特點.此模塊放大電路僅由一塊芯片構成，其電路如

圖6 放大器芯片電路

芯片TDA62003是整個系統模塊的集中放大電路，芯片內部集中了7個NPN型的三極管組成的放大器.芯片引腳的連接圖中已標明，圖中每兩個相對應的引腳就組成一個放大器，引腳上標明的就是該引腳所放大的電路.此芯片最高可工作于35V的電壓，輸出電流為500mA，芯片的功耗為1.47W.

2.4 通信接口電路

通信接口電路采用CAN接口方式[6]，其中CAN通信控制器采用Philips公司生產的SJA1000,它是獨立的CAN總線控制器.SJA1000在原來BasicCAN的工作模式上又增加了一種新的工作模式PeliCAN，這種模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協議，可通過分頻器中的CAN方式來選擇工作模式.SJA1000與單片機直接連接，電路簡單；CAN總線驅動器采用CTM1050，其模塊是集成電源隔離、電氣隔離、CAN收發器、CAN總線保護于一體的隔離CAN收發器模塊，該模塊TXD、RXD引腳兼容＋3.3V、＋5V的CAN控制器，無需外接其他元器件，直接將＋3.3V或＋5V的CAN控制器發送、接收引腳與CTM模塊的發送、接收引腳相連接.采用這種方案可很好地實現CAN-bus總線上各節點電氣、電源之間完全隔離和獨立，提高節點的穩定性和安全性，降低電路的復雜性，節約成本.

3 軟件設計

圖7 系統軟件設計總流程圖

根據系統的總體設計要求以及硬件電路原理，按照硬件連接和各個模塊芯片的特性以及功能實現要求，本系統的總體設計思路包括五個部分：系統初始化，是否啟用中控鎖功能，是否有碰撞發生，是否啟用頂燈，是否處于蜂鳴器提示狀態和是否處于學習狀態.系統的軟件設計總流程圖如圖7所示.

首先對硬件初始化，給各個端口賦初值或清零.通過檢測鑰匙是否插入點火鎖和鑰匙是否打到“ON”擋判斷遙控功能是否禁止，遙控功能沒有被禁止并有遙控信號發出，這時PIC芯片通過遙控接收接口電路接收信號，根據接收到的信號調用相應的子程序，執行完后返回.當沒有接收到遙控信號時，由于鑰匙在“ON”擋，車身所有功能都打開，PIC芯片通過其各個引腳，檢測車身正處于哪個狀態，當此時所處的狀態滿足某個子程序的必要條件時，則調用該相應的子程序.其中主要有10KM/H自動上鎖程序，二次上鎖子程序，防盜報警子程序，碰撞自動開鎖子程序，頂燈控制子程序，蜂鳴器報警子程序等組成.

4 結束語

系統以PIC16F74單片機為核心控制系統，用于汽車電器的集中控制.系統主要控制汽車的中控門鎖，閃光器，蜂鳴報警器，喇叭和遙控鑰匙學習滾動解碼器等各種汽車電器，并實現各部分電器相對應的各種功能.系統最大的特點是實現了集中控制，體積小、質量輕，且實現的功能更加完備，有一定的應用前景.

[1]汪淼，周國祥，常安云.基于LIN總線的車身控制系統設計[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2009，21（1）.

[2]陳道炯，邢欣，吳姣，等.汽車車身裝配偏差定性分析方法的研究[J].汽車工程，2009，35（1）.

[3]金耀，于德介，宋曉琳.汽車主動懸架的單神經元自適應控制[J].汽車工程，2006（10）：46-48.

[4]劉啟中.PIC單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[5]葉利福，詹群峰，李靈杰，等.基于CAN總線的車身控制和監測系統設計[J].傳感器世界，2008，32（8）：32-34.

[6]蘇燕娟，朱雙東.基于CAN/LIN總線的汽車車身網絡研究[J].寧波大學學報（理工版），2009，22（4）：463-466.