基于CAN總線的車燈控制系統研究

張春來

(安徽水利水電職業技術學院機電系,安徽 合肥 230601)

基于CAN總線的車燈控制系統研究

張春來

(安徽水利水電職業技術學院機電系,安徽 合肥 230601)

基于CAN總線設計了車燈控制系統，具體闡述了系統總體和主模塊的設計內容。研究表明，該系統結構簡單、性能可靠，具有較好的工程應用前景。

CAN總線；單片機；車燈；控制

汽車內部有很多復雜的節點，包括車燈控制節點、車門控制、雨刮控制和報警系統。大量數據信息可在不同電子單元中共享，汽車綜合控制系統中大量的控制信號也需要實時交換，為此在汽車車燈控制系統中引入微控制器和總線技術，這將極大地提高系統的可靠性。下面，筆者對基于CAN總線的車燈控制系統進行研究。

1 總體硬件設計

車燈控制系統是保證汽車安全行駛的重要子系統，該系統采用51系列增強型單片機作為微控制器、CAN總線作為車燈各個模塊之間的通信線路連接方式，能實現汽車車燈控制系統的升級。控制器具有各燈光負載的直接驅動能力，同時具有短路、開路、過載和過熱等故障診斷和故障信息的總線發送功能。

圖1 基于CAN總線的車燈控制系統

汽車內部包括車身系統、地盤系統、信息系統、安全系統，CAN總線設計用于內部各模塊的通信。通過CAN模塊連接的系統控制結構如圖1所示。各模塊需要具備CAN控制器和CAN收發器才能連接到CAN總線上，包括右前車燈、左前車燈、右后車燈、左后車燈以及測試接點模塊等。該系統需要達到鑰匙、開關和按鈕等輸入量控制汽車車燈、車門和雨刮等模塊的模擬實現，如當司機觸動某個按鈕時汽車前大燈亮，當要轉向時前后及中間指示燈閃爍，如果發生故障則報警等。

該系統實現模擬車燈控制，分為主模塊和從模塊，主模塊負責人機交換，并且控制汽車前部車燈以及其他控制；從模塊主要負責接收主模塊的控制命令，控制汽車后部車燈及相關模塊。主模塊有40個輸入開關，16路燈和控制輸出；從模塊無開關輸入，有48路輸出。主模塊控制整個車燈系統，并負責人機接口，將開關狀態變化等控制信號轉化為燈控制命令，此外，更新自身的燈狀態并將控制邏輯通過CAN總線發送到從模塊。

1.1輸出

表1 開關與燈控制

燈及開關輸出如表1所示。在軟件實現控制時，用一比特位來表示燈控制邏輯，1表示燈亮或開關打開,0表示燈滅或開關不打開。主模塊上有16路輸出，定義為A1～A16，從模塊上有48路輸出定義為B1～B48，其位關系如表2所示(BIT0～BIT7分別為字節的0～7位)。

1.2輸入輸出的對應關系

由開關輸入控制輸出不是一對一的關系，即按下一個開關可能要點亮幾個燈，這幾個燈可能有的在主模塊上，有的在從模塊上，邏輯關系比較復雜。故在檢測開關輸入開關后，通過一個函數將開關控制邏輯對應的燈控制關系轉換為燈輸出邏輯，在需要點亮的燈的對應比特位將其置位，然后將燈控制邏輯(8B)通過CAN總線發送給從模塊。主模塊40路輸入位如表3所示。

表2 控制邏輯位定義

表3 主模塊40路輸入位

2 主模塊設計

2.1單片機最小系統

該系統采用C8051F040單片機，該單片機集成了CAN2.0模塊、I2C模塊和A/D模塊。首先需要設計單片機正常工作的最小系統，包括電源、晶振和復位電路等，在最小系統的基礎上，設計中主要用到CAN、SMBus等模塊。最小系統原理圖如圖2所示。系統還包括開關量輸入模塊、LCD輸出模塊、燈輸出、I2C和CAN模塊等。C8051F040單片機采用3.3V電壓供電。

2.2開關量輸入

由于有40路開關量輸入，單片機通用輸入輸出接口沒有相應引腳來實現，因而在系統中采用并行輸入/串行輸出移位芯片74HC165來實現，其連接如圖3所示。40路開關輸入需使用5片74HC165移位芯片，每片連接方式類似，只是串行輸入的端口不同。用單片機輸出端口控制PL、CLK即可實現開關量的串行移位輸入。

2.3系統輸出

主模塊的16路輸出采用端口直接控制，使用簡單的發光二極管串電阻方式。當端口引腳輸出1時控制LED點亮，端口引腳輸出0時控制LED熄滅。

圖2 單片機最小系統原理圖

圖3 74HC165連接如圖

2.4CAN通信模塊

C8051F040單片機內實現了CAN物理層，需要在外部配置CAN收發器實現總線連接，采用PHILIPS公司的TJA1050收發芯片。CAN-TX和CAN-RX連接到單片機CAN引腳，CANH和CANL用于連接CAN總線，在穩定性要求更高的場合中還需要使用光耦隔離。CAN收發芯片如圖4所示。

2.5系統流程圖

整個系統軟件流程如圖5所示。系統定時通過在定時器中斷服務程序中計數并置位相應的標志位實現，主程序中有一個for循環，在該循環中檢測所有標志位，當檢測到某個標志位被置位時作相應處理。在有操作系統支持的軟件中只需要在某個中斷服務程序中置標志位或給某個進程發送消息。

3 結 語

圖4 CAN收發芯片

基于CAN總線設計了車燈控制系統，采用C8051F040單片機作為微控制器，將CAN總線作為車燈各模塊之間的通信線路連接方式。該系統分為主模塊和從模塊，主模塊負責人機交換，并且控制汽車前部車燈以及其他控制；從模塊主要負責接收主模塊的控制命令，控制汽車后部車燈及相關模塊。實際應用表明，該系統結構簡單且性能可靠，因而具有較好的應用前景。

圖5 系統流程圖

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[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.11.045

TP273；U463 65

A

16731409(2012)11N13904