基于CAN總線的多路LED智能前照燈控制系統的設計和實現

徐健，鄧亮，王金磊

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213000)

0 引言

得益于電子科技飛快的發展速度，出于駕駛主動安全的考慮，智能自適應前照燈應運而生。自適應遠光輔助系統(Adaptive Driving Beam，ADB)在最大限度滿足駕駛員要求的同時，不產生眩目；通過安裝于前擋后視鏡處的外部圖像處理器，檢測前方車輛；在會車和跟車時，通過改變遠光燈光型，構成跟隨車輛輪廓改變的暗區，避免眩目。同時，最多的燈光維持在路面上，除了有其他車輛存在的特定區域，這些區域通過光型動態遮蔽，保證了夜間燈光的最大利用率，有效提高了夜間行車安全。

現有的ADB技術中，燈光的調節機構大多采用步進電機進行上、下方向以及遮光板的調節。由于采用了機械調節的方式，不可避免地存在機械磨損，所以對材料的要求高，對制造工藝的要求也很高；而且其使用壽命一般在幾百萬次左右、調節精度也不夠高，由此引發的失效率就很高。

本文作者設計的基于CAN總線的多路LED智能前照燈控制系統，將ADB技術和LED光源矩陣技術相結合，用全電控調節方式替代了現有的機械調節方式，通過電子控制方式來控制LED光源的亮或滅，從而實現自適應照明，也解決了由于機械調節在精度、磨損等方面所引起的一系列問題。同時，使用CAN總線作為控制系統的通信總線，提高了系統通信的可靠性和容錯率。綜上所述，通過作者的設計可實現一種精度更高、使用壽命更長、成本更低、可靠性更好的矩陣式LED智能前照燈控制系統，其基本原理圖如圖1所示。

1 硬件設計

系統總體電路原理如圖1所示，主要由控制單元和照明單元兩部分組成。其中，控制單元包括：LED驅動模塊、CAN模塊、微控制器。LED驅動模塊采用了TI的TPS92661-Q1，CAN收發器為TJA1041，微控制器為Freescale的MC9S12G192。而照明單元(即遠光模組)由12顆LED燈珠組成。

圖1 多路LED智能前照燈控制系統原理

1.1 集成CAN控制器模塊的MC9S12G系列微控制器

設計的智能前照燈控制系統監控參數較少，計算不是特別復雜，選擇MC9S12G192微控制器完全可以滿足設計要求。MC9S12G192是由Freescale公司推出的一款專注于低功耗、高性能、低引腳數量的高效汽車級16位微控制器產品，其內嵌一個增強型MSCAN(可擴展控制器區域網絡)模塊，同時支持CAN2.0A/B協議。MSCAN設置有3個具有“本地優先”概念的以內部優先順序發送的發送緩沖區和5個具有FIFO存儲機制的接收緩沖區，保證了MSCAN中的數據實時發送與接收。內置的串行通信接口，滿足了微控制器與LED驅動模塊間的通信要求。

1.2 CAN收發器TJA1041

TJA1041是CAN控制器模塊與物理總線間的接口，將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平，在兩條有差分電壓的總線電纜上傳輸數據。

TJA1041的主要特性如下：完全符合 ISO 11898 標準；速度高(高達1 Mb/s)；電磁輻射EME非常低；差動接收器具有較寬的共模范圍，可抗電磁干擾(EMI)；不上電狀態下的無源性能；I/O級自動適應主機控制器的電源電壓；如果使用分裂終端，電壓源可以穩定隱性總線電平(進一步改善EME)；只聽模式；至少可以連接110個節點。

1.3 多路LED矩陣驅動芯片TPS92661-Q1

用于汽車前照燈系統的TPS92661器件是一款緊湊型高集成解決方案，適用于對應用中的大陣列高亮度LED(如汽車前燈)進行分流FET亮度調節。它包括一個12開關串聯陣列(用于繞過串聯電路中的單個LED)以及一個串行通信接口(通過主微控制器進行控制和管理)。此外，串聯電路中各LED的打開和關閉時間可單獨編程，PWM頻率可通過內部寄存器調整，多個器件可同步為相同的頻率和相位。

TPS92661的主要特性如下：12個串聯LED旁路開關；多點UART通信接口；可編程10位脈寬調制(PWM)亮度調節；支持器件間的同步；內置相移功能；LED 開路/短路檢測和故障保護及實時的故障報告。

基于上述特性，所設計的多路LED智能前照燈控制系統，單邊控制12顆LED燈珠的單獨亮滅。同時，也是一個可擴展的方案，通過將TPS92661級聯，可實現最多8顆TPS92661驅動芯片的網絡控制。也就是說，單燈最多可支持LED顆數為96顆。

2 系統軟件設計

就實現的功能而言，圖像處理器通過與前照燈中的控制單元相連的CAN總線將控制報文發送給微控制器，微控制器接收到控制報文后，對其進行解析和算法計算，得出需要控制亮或滅的LED光源位置后，再通過協議轉換，最終將最后結果通過UART總線發送給LED驅動芯片，實現對LED光源亮或滅的控制，從而起到防炫目的效果。

控制器上電后，按照如圖2所示流程工作：

第1步，系統上電，初始化各模塊；

第2步，初始化完成后，對控制器的輸入電壓進行檢測；

第3步，前照燈上電自檢通過以后，啟動內部定時器，主要用于ADC采用與故障檢測；

第4步，前照燈進入正常工作模式后，會接收和解析外部圖像處理器發送來的CAN報文；

第5步，根據解析的報文內容，判斷近光燈是否打開；

第6步，若在近光燈打開的情況下，則根據解析的報文內容判斷啟動何種模式的遠光。

圖2 軟件運行流程

3 測試驗證

通過實車測試，當前方沒有車輛的時候，控制系統會將遠光全部打開，如圖3所示。反之，當外部圖像處理器檢測到前方存在車輛時，會通過CAN總線通知前照燈控制器，關閉相應區域的LED燈珠，構成一個隨車輛輪廓的暗區，從而實現防炫目的效果，如圖4所示。

圖3 前方無車輛，遠光全亮

圖4 前方有車輛，ADB遠光

4 結束語

設計的基于CAN總線的多路LED智能前照燈控制系統，解決了目前市面上機械式智能前照燈由于機械調節在精度、磨損方面所引起的一系列問題。通過CAN總線接收外部圖像處理器信號檢測前方車輛，在會車和跟車時，通過改變遠光燈光型，構成跟隨車輛輪廓改變的暗區，避免眩目。此系統在實際使用中有很好的精確性和穩定性。