專利名稱：一種基于lin總線技術的汽車控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種汽車控制系統(tǒng)，尤其是一種基于LIN總線技術的汽車控制系統(tǒng)，能夠采集汽車車窗，車鎖，閉鎖器等開關的狀態(tài)信號以及電路的過流信號，經(jīng)過主控模塊處理及時做出反饋，并能夠通過LIN總線加入到汽車電子網(wǎng)絡中去從而實現(xiàn)汽車控制。
背景技術：
目前，汽車電子化已成為當前的熱點，電子信號技術和汽車制造技術逐步走向融合，電子技術不斷把音響視頻、網(wǎng)際網(wǎng)絡、信號引入汽車內(nèi)。隨著未來汽車市場的快速發(fā)展和汽車電子價值含量的迅速提高，我國汽車電子產(chǎn)業(yè)將形成巨大經(jīng)濟規(guī)模效應，成為支持汽車工業(yè)發(fā)展的一門相對獨立新興支柱產(chǎn)業(yè)。汽車電控盒作為汽車電子的重要組成部分，它進一步發(fā)展和普及必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。在傳統(tǒng)汽車控制領域，車窗，車鎖以及閉鎖器的控制都是完全獨立的，并且一般采用模擬電路實現(xiàn)，這一方法的缺點是1、汽車的各個控制模塊被割裂開來，無法對汽車進行整體控制；2、汽車控制的可擴展性較差；3、成本相對較高。近年來，逐漸將CAN總線技術引入到汽車控制領域，解決了汽車的整體控制和擴展性問題，但是由于CAN總線技術的成本相對較高，不利于大幅度的推廣到低端汽車。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足而提供一種基于LIN總線技術的汽車控制系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案。這種基于LIN總線技術的汽車控制系統(tǒng)，包括左前窗電平信號采集電路，用于采集左前窗的開關信號；閉鎖器信號采集電路，用于采集閉鎖器的開關信號；車鎖信號采集電路；用于采集車鎖的開關信號；左前窗過流信號采集和執(zhí)行電路，用于采集左前窗電路的過流信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號；閉鎖器的過流信號采集和執(zhí)行電路，用于采集閉鎖器電路的過流信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號；其他窗的過流采集電路和執(zhí)行電路，用于采集其它窗的開關信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號。主控模塊，用于處理采集到的信號并輸出相應的控制信號；過流信號放大電路，用于將input+輸入的電壓放大n倍，n為input-和out之間的電阻與input-和地之間電阻的比值，通過out引腳輸出放大后的電壓；電控盒外圍電路，用于將外部的開關，電機，總線接口以及電源等與內(nèi)部的電路連接起來。其中左前窗電平信號采集電路和閉鎖器信號采集電路的輸出端直接與主控模塊以及LIN總線電路相連，輸入端直接與電控盒外圍電路相連，而左前窗過流信號采集和執(zhí)行電路、閉鎖器的過流信號采集和執(zhí)行電路、其他窗的過流采集電路和執(zhí)行電路中的過流信號輸入端通過過流信號放大電路后與主控模塊以及LIN總線電路相連，執(zhí)行信號輸出端則與電控盒外圍電路相連；主控模塊以及LIN總線電路中LIN端和電控盒外圍電路相連。多路信號同時實時的輸入到主控模塊中，構成一個完整的信號采集和處理系統(tǒng)。
本發(fā)明有益的效果是實現(xiàn)對汽車車窗、車鎖以及閉鎖器的有效控制；把電子信號技術和汽車制造技術，現(xiàn)代信號監(jiān)測和處理等各個方面的先進成果結合起來，采集到能夠用于汽車控制的有效客觀信號，實現(xiàn)了汽車控制的數(shù)字化；將LIN總線技術引入到汽車控制領域中來，實現(xiàn)了汽車控制的網(wǎng)絡化，同時有效降低了成本，使其在低端汽車上的應用成為現(xiàn)實。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)總體設計；圖2是本發(fā)明的整體電路圖；圖3是本發(fā)明的電控盒外圍電路；圖4是本發(fā)明的左前窗電平信號采集電路；圖5是本發(fā)明的左前窗過流信號采集和執(zhí)行電路；圖6是本發(fā)明的左前窗的鎖電路和電源接入電路；圖7是本發(fā)明的閉鎖器信號采集電路；圖8是本發(fā)明的閉鎖器的過流信號采集和執(zhí)行電路；圖9是本發(fā)明的其他窗的過流采集電路和執(zhí)行電路；圖10是本發(fā)明的車鎖信號采集電路；圖11是本發(fā)明的過流信號放大電路；圖12是本發(fā)明的主控模塊MSP430F1222以及LIN總線電路；圖13是本發(fā)明的電源模塊；圖14是本發(fā)明的左前窗狀態(tài)轉換圖；圖15是本發(fā)明的過流保護程序流程圖；
附圖標記說明圖4、5、6、7、8、9、10中使用數(shù)字標記的引出線是對應于圖3電控盒外圍電路中Remote Controller的管腳標記。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。對照汽車控制模型，本發(fā)明的總體系統(tǒng)結構圖如附圖1所示，主要由三個模塊組成，分別是信號采集模塊、主控模塊、執(zhí)行模塊；三個模塊與外圍電路組成了一個整體。具體地說本系統(tǒng)主要對應于汽車車窗、車鎖以及閉鎖器三個部分，按照汽車控制的要求，通過左前窗電平信號采集電路(圖4)采集左前窗的開關信號，通過閉鎖器信號采集電路(圖7)采集閉鎖器的開關信號，通過車鎖信號采集電路(圖10)采集車鎖的開關信號，通過左前窗過流信號采集和執(zhí)行電路(圖5)采集左前窗電路的過流信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號，通過閉鎖器的過流信號采集和執(zhí)行電路(圖8)采集閉鎖器電路的過流信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號，通過其他窗的過流信號采集電路和執(zhí)行電路(圖9)采集其它窗的開關信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號。其中左前窗電平信號采集電路(圖4)，閉鎖器信號采集電路(圖7)的輸出端直接與主控模塊MSP430F1222以及LIN總線電路(圖12)相連，輸入端直接與電控盒外圍電路(圖3)相連，而左前窗過流信號采集和執(zhí)行電路(圖5)，閉鎖器的過流信號采集和執(zhí)行電路(圖8)，其他窗的過流采集電路和執(zhí)行電路(圖9)中的過流信號輸入端通過過流信號放大電路(圖11)后與主控模塊MSP430F1222以及LIN總線電路(圖12)相連，執(zhí)行信號輸出端則與電控盒外圍電路(圖3)相連。主控模塊MSP430F1222以及LIN總線電路(圖12)中LIN端和電控盒外圍電路(圖3)相連。多路信號同時實時的輸入到主控模塊中，構成一個完整的信號采集和處理系統(tǒng)。
信號采集模塊主要負責開關和過流兩種信號的采集。開關信號的采集電路有左前窗電平信號采集電路(圖4)、閉鎖器信號采集電路(圖7)、車鎖信號采集電路(圖10)。左前窗電平信號采集電路(圖4)的原理是外圍電路的11號和23號引腳將采集到的左前窗開關信號LH-SW-in1和LH-SW-in2經(jīng)過電阻分壓后分別連接到CD4049UBM芯片的11號和14號引腳上，CD4049UBM將電平反向，并且將原來的較高電壓轉化成主控芯片可以接受的低電壓后通過12號和15號引腳連接到MSP430F1222的17號和18號引腳上。MSP430F1222芯片通過這兩個信號得到當前開關的狀態(tài)，從而在11號和12號引腳輸出使左前窗上升或者下降的信號RELAY1-A和RELAY1-B。
閉鎖器信號采集電路(圖7)的原理外圍電路的9號和25號引腳將采集到的閉鎖器開關信號分別連接到CD4049UBM芯片的3號和5號引腳上，CD4049UBM將電平反向，并且將原來的較高電壓轉化成主控芯片可以接受的低電壓后通過2號和4號引腳連接到MSP430F1222的23號和24號引腳上。當鎖開關產(chǎn)生動作前，外圍電路的9號和25號引腳懸空，因此CD4049UBM的3號和5號引腳輸入高電平，當鎖開關動作后，9號和25號引腳跟地連接，3號和5號引腳輸入低電平。這一變化引起DOOR_LOCK1和DOOR_LOCK2的電平變化，觸發(fā)MSP430F1222芯片的中斷處理程序。
車鎖信號采集電路(圖10)的原理是外圍電路的21號引腳采集到的車鎖開關信號經(jīng)過電阻分壓后連接到三極管S9013的基極，當達到開啟電壓時，三極管導通，輸入到MSP430F1222的22號引腳的CAR_KEY信號由高電平變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)MSP430F1222的中斷處理程序。
過流信號的采集有左前窗過流信號采集電路(圖5)、閉鎖器的過流信號采集電路(圖8)以及其他窗的過流信號采集電路(圖9)。上述三個電路的原理相同，即在電路中連接一個電阻非常小的(約為零點幾歐姆)導線，由于電流很大，因此該導線的兩端存在一定的電壓，通過電阻分壓后，獲取的電壓信號AD1-in、AD2-in和AD3-in分別連接到LM324運放芯片的3號、5號和10號引腳上，經(jīng)過LM324芯片放大后，輸出的信號AD1、AD2和AD3通過LM324芯片的1號、7號和8號引腳分別連接到MSP430F1222芯片的8號、9號和10號引腳上，再由主控芯片來判斷是否過流。另外，LM324芯片的1號和2號引腳、6號和7號引腳以及8號和9號引腳與地之間分別跨接了一個電位器和電容。LM324芯片的12號和13號引腳分別連接了一個上拉和下拉電阻。
主控模塊主要負責處理采集到的信號并輸出相應的控制信號。MSP430F1222芯片的1腳是test腳用于JTAG引腳的測試方式選擇。2腳和4腳是電源，它們之間連接了一個0.1uf的電容來消除尖峰信號，保持電壓的穩(wěn)定。3腳作為LH-DIS/EN來控制是否鎖住其他窗。5腳和6腳用來連接外部晶陣(沒有使用，懸空)。7腳連接的是一個復位電路，在該復位電路中，D15用于穩(wěn)壓，C9用于防止尖峰信號。C8是用來判斷系統(tǒng)是否初上電。8，9，10腳是MSP430F1222自帶AD的引腳主要用于過流信號的數(shù)模轉換，它們分別和LM324芯片的1號、7號和8號引腳連接。11號和12號引腳與左前窗執(zhí)行電路的繼電器相連，用來控制左前窗電機的動作。13號和14號引腳與閉鎖器的繼電器相連，用來控制閉鎖器電機的動作。15號和16號引腳是430的UART引腳，分別連接了LIN收發(fā)器的4號和1號引腳連接，使MSP430F1222能夠接收LIN總線的控制信號或者將采集到的狀態(tài)信號發(fā)往總線，同時使用插針將其引出便于以后的擴展。17號和18號引腳分別和CD4049UBM芯片的15號和12號引腳連接，用來檢測左前窗的開關狀態(tài)。19號引腳與其他窗執(zhí)行電路的繼電器相連，用來控制其他窗當前是否可用。20號引腳連接了一個發(fā)光二極管，用于判斷芯片是否工作正常。21號引腳與看門狗芯片MAX6316的4號腳相連，用來輸出看門狗復位信號?？撮T狗芯片則通過1號引腳與MSP430F1222的復位引腳7號引腳連接，如果21號腳不在一定的時間內(nèi)輸出復位信號，那么看門狗將會強制將主控芯片復位。22號引腳和車鎖的信號采集電路相連，用來得到當前的車鎖信號，23號和24號引腳分別和CD4049UBM的2號和4號引腳連接，用來得到閉鎖器當前的狀態(tài)。25號、26號、27號和28號引腳連接JTAG，用于燒寫和調試程序。
執(zhí)行模塊用于接受主控模塊的控制信號。它包括左前窗執(zhí)行電路(圖5)、閉鎖器執(zhí)行電路(圖8)以及其他窗的執(zhí)行電路(圖9)。左前窗的執(zhí)行電路原理主控芯片通過11號和12號引腳通過三極管分別與執(zhí)行電路的繼電器相連，分別輸出RELAY1-A和RELAY1-B信號，當RELAY1-A輸出高電平時，三極管S9013的基極電壓達到開啟電壓，使三極管的集電極和發(fā)射極導通，使得繼電器LS3動作，將它的3號引腳和5號引腳連接，從而使得外圍電路的24號引腳與火線連接。同時RELAY1-B輸出低電平，繼電器LS4的1號和2號引腳無法形成通路，因此該繼電器沒有動作，外圍電路的13號引腳和地線連接。因此主控模塊通過改變輸出端RELAY1-A和RELAY1-B的電平就可以控制與外圍電路24號和13號引腳相連接的電機正轉或者反轉，從而實現(xiàn)車窗的上升或者下降。
閉鎖器執(zhí)行電路(圖8)的原理主控芯片通過13號和14號引腳通過三極管分別與執(zhí)行電路的繼電器相連，分別輸出RELAY2-A和RELAY2-B信號，當RELAY2-A輸出高電平時，三極管S9013的基極電壓達到開啟電壓，使三極管的集電極和發(fā)射極導通，使得繼電器LS2動作，將它的3號引腳和5號引腳連接，從而使得外圍電路的15號引腳與火線連接。同時RELAY2-B輸出低電平，繼電器LS2的1號和2號引腳無法形成通路，因此該繼電器沒有動作，外圍電路的19號引腳和地線連接。因此主控模塊通過改變輸出端RELAY2-A和RELAY2-B的電平就可以控制與外圍電路15號和119號引腳相連接的電機正轉或者反轉，從而實現(xiàn)閉鎖器的打開或者關閉。
其他窗執(zhí)行電路(圖9)的原理主控芯片通過19號引腳與執(zhí)行電路的繼電器連接，輸出RELAY3信號，當RELAY3輸出高電平時，三極管S9013的基極電壓達到開啟電壓，使三極管的集電極和發(fā)射極導通，使得繼電器LS1動作來控制與之相連的外圍電路1號引腳輸出低電平，反之外圍電路的1號腳懸空，由此直接控制其他窗是否能夠響應用戶操作。當1號腳輸出低電平時，其他窗的電機形成閉合回路，能夠響應用戶操作，當1號腳懸空時，電機不響應用戶操作。其他窗的執(zhí)行電路并不直接控制電機的正轉還是反轉，它只是通過三極管決定電機是否處于通路來實現(xiàn)是否允許該電機工作。
下面介紹本發(fā)明的軟件部分。軟件部分主要包括系統(tǒng)的初始化、左前窗的控制、過流保護、車鎖以及閉鎖器開關的響應等。
系統(tǒng)初始化的主要任務是完成AD模塊的初始化，TIMER模塊的初始化，PORT模塊的初始化，系統(tǒng)狀態(tài)變量的初始化。
●禁用內(nèi)部看門狗●AD模塊的初始化AD控制器初始化主要是控制寄存器的設置，通道的選擇，通道數(shù)目的設置，AD通道的使能以及采樣緩沖區(qū)的設置。由于AD模塊要對三個通道的信號進行采集，所以AD采用3通道連續(xù)采集，采集的數(shù)據(jù)保存在采樣緩沖區(qū)內(nèi)。
●TIMER模塊的初始化定時器初始化主要是定時器控制寄存器的設置和定時器中斷的使能，同時設置定時期中斷的周期。
●PORT模塊的初始化PROT模塊的初始化主要是IO端口●系統(tǒng)狀態(tài)變量的初始化。
左前窗的控制是電控盒中最復雜的一個部分，他實現(xiàn)的功能是●自動下降用戶按下下降鍵＜＝300ms，左前窗自動下降。
●手動下降用戶按下下降鍵＞300ms，左前窗手動下降。用戶按下下降鍵，左前窗下降；松開下降鍵，左前窗停止下降。
●手動上升為保護用戶安全，上升模式只有手動上升模式。用戶按下上升鍵，左前窗上升；松開上升鍵，左前窗停止上升。
●停止上升/下降在手動模式下，用戶松開按鍵，左前窗即停止工作。在自動下降模式，用戶按下下降鍵＞300ms；下降模式改變?yōu)槭謩酉陆?。用戶按下上升鍵＞300ms，左前窗停止下降。
左前窗的控制采用輪詢實現(xiàn)，機制采用有限狀態(tài)轉換，如圖(14)所示，這樣可以保證對用戶動作的及時響應。
過流保護通過定時器模塊周期性的啟動AD控制器對電機輸入的電流信號進行采集，發(fā)現(xiàn)電流異常即進行保護措施。程序的流程如圖(15)所示。
車鎖和閉鎖器的開關信號響應主要采用中斷的方式。對于車鎖開關中斷信號，主控模塊在進入中斷服務程序后，等待60s，如果沒有其他動作則系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)。對于閉鎖器開關中斷信號，主控模塊進入中斷服務程序后，判斷當前的開關狀態(tài)，轉入響應的狀態(tài)。
權利要求
1.一種基于LIN總線技術的汽車控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括左前窗電平信號采集電路，用于采集左前窗的開關信號；閉鎖器信號采集電路，用于采集閉鎖器的開關信號；車鎖信號采集電路；用于采集車鎖的開關信號；左前窗過流信號采集和執(zhí)行電路，用于采集左前窗電路的過流信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號；閉鎖器的過流信號采集和執(zhí)行電路，用于采集閉鎖器電路的過流信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號；其他窗的過流采集電路和執(zhí)行電路，用于采集其它窗的開關信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號；主控模塊，用于處理采集到的信號并輸出相應的控制信號；過流信號放大電路，用于將input+輸入的電壓放大n倍，n為input-和out之間的電阻與input-和地之間電阻的比值，通過out引腳輸出放大后的電壓；電控盒外圍電路，用于將外部的開關，電機，總線接口以及電源等與內(nèi)部的電路連接起來；其中左前窗電平信號采集電路和閉鎖器信號采集電路的輸出端直接與主控模塊以及LIN總線電路相連，輸入端直接與電控盒外圍電路相連，而左前窗過流信號采集和執(zhí)行電路、閉鎖器的過流信號采集和執(zhí)行電路、其他窗的過流采集電路和執(zhí)行電路中的過流信號輸入端通過過流信號放大電路后與主控模塊以及LIN總線電路相連，執(zhí)行信號輸出端則與電控盒外圍電路相連；主控模塊以及LIN總線電路中LIN端和電控盒外圍電路相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于LIN總線技術的汽車控制的系統(tǒng)，其特征在于所述的左前窗電平信號采集電路和閉鎖器信號采集電路是，將采集到的開關信號連接到CD4049UBM芯片，通過該芯片對電平進行反轉以及將高電壓轉化為低電壓后輸入到主控模塊MSP430F1222芯片。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于LIN總線技術的汽車控制的系統(tǒng)，其特征在于所述的左前窗過流信號采集和執(zhí)行電路，閉鎖器的過流信號采集和執(zhí)行電路，左前窗和閉鎖器的過流信號采集是在電路中連接一個電阻非常小的導線，通過電阻分壓后，獲取的電壓信號經(jīng)過過流信號放大電路LM324芯片放大與主控模塊MSP430F1222芯片的輸入端相連；左前窗和閉鎖器的執(zhí)行電路是由主控模塊MSP430F1222通過三極管分別與執(zhí)行電路的繼電器相連，通過改變輸出端的電平，由三極管驅動繼電器的打開或者閉合，從而控制電機正轉或者反轉。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于LIN總線技術的汽車控制的系統(tǒng)，其特征在于所述的其他窗的過流采集電路和執(zhí)行電路是，其他窗過流信號采集和左前窗的一樣，只是在電路中加了一個可恢復熔斷器RF30，當電路中電流過大時，用于斷開電路從而起到保護的作用。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于LIN總線技術的汽車控制的系統(tǒng)，其特征在于所述的主控模塊MSP430F1222以及LIN總線電路是，MSP430F1222芯片主要包括A/D轉換引腳，中斷觸發(fā)引腳，UART引腳以及JTAG引腳，其中A/D轉換引腳用于過流信號的采集，中斷觸發(fā)引腳用于接收車窗開關、閉鎖器開關以及車鎖開關的中斷信號，UART引腳用于和LIN總線收發(fā)器相連來發(fā)送數(shù)據(jù)到總線或者從總線接收數(shù)據(jù)，JTAG引腳用于燒寫和調試程序；另外21引腳輸出看門狗復位信號，與看門狗芯片MAX6316相連，MAX6316的復位輸出引腳和MSP430F1222的復位引腳相連；LIN總線收發(fā)電路一端通過UART和MSP430F1222相連，另一端連接到總線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于LIN總線技術的汽車控制系統(tǒng)，主要對應于汽車車窗、車鎖以及閉鎖器三個部分，按照汽車控制的要求，通過左前窗電平信號采集電路、閉鎖器信號采集電路、車鎖信號采集電路采集開關信號，通過左前窗過流信號采集和執(zhí)行電路、閉鎖器的過流信號采集和執(zhí)行電路采集過流信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號；通過其他窗的過流信號采集電路和執(zhí)行電路采集其它窗的開關信號并執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號，多路信號同時實時的輸入到主控模塊中。本發(fā)明優(yōu)點是實現(xiàn)對汽車車窗、車鎖以及閉鎖器的有效控制；采集到能夠用于汽車控制的有效客觀信號，實現(xiàn)了汽車控制的數(shù)字化；將LIN總線技術引入到汽車控制領域中來，實現(xiàn)了汽車控制的網(wǎng)絡化。
文檔編號G05B19/02GK1655077SQ20041009326
公開日2005年8月17日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權日2004年12月21日
發(fā)明者吳朝暉, 呂攀, 姜旭峰, 陳尚儉, 楊國青, 趙民德 申請人:浙江大學