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基于CAN/LIN總線的汽車BCM系統(tǒng)

作者:陳培新 時間:2012-07-24 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

1、引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/134965.htm

車身控制器(即BCM)是汽車電子的一個重要應(yīng)用,隨著汽車電子的發(fā)展以及人們對舒適性,安全性的要求更高,集CAN/LIN總線通信,智能燈光控制,雨刷控制,電動后視鏡控制,電動防夾車窗控制,RKE無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)等于一體的車身控制模塊(BCM)正在成為一種趨勢

設(shè)計是基于CAN/LIN總線式的汽車BCM系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由開關(guān)信號輸入和輸出控制組成輸入包括一系列開關(guān)信號和脈沖信號,輸出控制包括門鎖、燈光、車窗、報警器等控制,通過LIN總線與車窗節(jié)點進(jìn)行通信。
2、

1  系統(tǒng)框圖

設(shè)計采用單片機作為主控芯片,用PIC18F25K80作為副窗控制芯片,各節(jié)點之間通過LIN總線實現(xiàn)通信。

3、硬件設(shè)計

3.1、MCU外圍電路設(shè)計

      芯片是Microchip(美國微芯)公司推出的一款采用nanoWatt XLP 技術(shù)、帶ECAN™ 增強型閃存單片機,其芯片資源及特性如下:

寬工作電壓范圍:1.8V 5.5V

工作速度最高可達(dá)64 MHz,滿足BCM的時時性需求;

32 KB 的片上閃存程序存儲器,滿足BCM多功能的程序設(shè)計需求;

8 x 8 單周期硬件乘法器;

眠模式電流最低為13 nA (典型值),滿足系統(tǒng)對功耗設(shè)計需求;

豐富的外設(shè)模塊(符合CAN 2.0B Active 規(guī)范的CAN控制器;5 CCP/ECCP 模塊;5 8/16 位定時器/ 計數(shù)器模塊; 2 個模擬比較器;可配置的參考時鐘輸出;高灌/ 拉電流:25 mA/25 mAPORTB PORTC);最多4 個外部中斷; 1 個主同步串行口(Master Synchronous Serial Port,MSSP)模塊; 2 個增強型可尋址USART 模塊, 支持LIN/J2602, 自動波特率檢測;最多具有11 路通道的12 A/D 轉(zhuǎn)換器;數(shù)據(jù)信號調(diào)制器模塊)。

單片機片需要在每對電源引腳(例如,VDD/VSS AVDD/AVSS)上使用去耦電容。使用去耦電容時,建議使用參數(shù)為0.1 μF100 nF)、10-20V的電容。該電容應(yīng)具有低ESR,諧振頻率為200 MHz 或更高。建議使用陶瓷電容。PIC18FXXKXX 器件會永久性地使能穩(wěn)壓器,需要在VCAP/VDDCORE 引腳上使用低ESR < 5Ω)電容,以穩(wěn)定穩(wěn)壓器的輸出電壓。VCAP/VDDCORE 引腳一定不能與VDD 連接,并且必須使用10 μF 的電容接地??梢允褂锰沾呻娙莼蜚g電容。表1 列出了一些適用電容的示例。同等規(guī)格的電容都可以使用。

 

1  適用的等效電容

 

 

2   PIC18F45K80外圍電路

3.2、主電源電路設(shè)計

     MCP16301是一款DC/DC電源芯片,輸入電壓范圍最高可達(dá)30V,輸出電流最高可達(dá)500MA,最高效率可達(dá)96%,電路如下:

 

3  5V電源電路

3.3、CAN/LIN總線接口硬件電路設(shè)計

3.3.1、 LIN 接口芯片采用Microchip最新推出的MCP2021AMCP2021A符合 LIN Bus Specifications Version 1.3, and 2.x. SAE J2602-2,支持率高達(dá)20的最大波特率波特率,MCP2021A片內(nèi)集成電壓調(diào)節(jié)器,可選擇輸出電壓3.0V 5.0V,輸出電流可達(dá)70MA。(本設(shè)計中副車窗模塊采用MCP2021A片內(nèi)集成的電壓調(diào)器給系統(tǒng)提供5V電源),強大的防靜電性能:±15 k LUBSVBB引腳。同時具有總線喚醒功能以使系統(tǒng)的功耗更省。電路如下:

 

4  LIN接口電路

3.3.2、CAN 接口芯片采用Microchip 公司生產(chǎn)的MCP2551,MCP2551是一個可容錯的高速CAN器件,它完全符合ISO-11898標(biāo)準(zhǔn),包括能滿足24V 電壓要求。它的工作速率高達(dá)1 Mb/s。SI8421是美芯科公司生產(chǎn)的數(shù)字隔離器件,采用射頻耦合的數(shù)字隔離技術(shù),具有非常高的速度在低功耗運行的特點,有三種速度級別供選擇(110,和150Mbps, 典型的傳輸延遲時間小于10納秒。電路如下:

 

5  CAN接口電路

3.4、電機驅(qū)動電路設(shè)計

AUIPS6011具有過流關(guān)斷、過溫關(guān)斷和有源箝位電路功能都能確保在重復(fù)短路的情況下實現(xiàn)安全運行和保護(hù)。電路如下

 

6  電機驅(qū)動電路

  防夾算法的實現(xiàn)

防夾功能是基于霍爾傳感器檢測電機轉(zhuǎn)速和檢測電機電流變化情況來實現(xiàn)的。本文參考美國的MVSS118 標(biāo)準(zhǔn),定義防夾區(qū)如下圖所示:

 

7  防夾區(qū)示意圖

霍爾傳感器與單片機中斷口相連,中斷程序負(fù)責(zé)采集霍爾傳感器信號并計算電機轉(zhuǎn)動方向、位置。當(dāng)時時檢測到的位置值大于等于設(shè)定的防夾閥值時起動防夾功能,通過電機電流的變化可間接的知道是否有遇到阻力或已到最頂端,然后控制電機停止或反向運動。

3.5、日間燈驅(qū)動電路設(shè)計

         日間行車燈是指使車輛在白天行駛時更容易被識別的燈具,裝在車身前部。是屬于信號燈的范疇。作用提醒司機注意對面有車駛過來。LED日間行車燈因其具有高的發(fā)光效率,長的使用壽命而被大量使用。本設(shè)計使用Microchip 公司的恒流驅(qū)動芯片MCP1630,單片機為MCP1630提供了振蕩源和參考電壓從而使電源系統(tǒng)變得更靈活和可調(diào)節(jié)。電源系統(tǒng)的開關(guān)頻率和最大占空比由單片機的I/O 口設(shè)置。最高輸出電壓55V@350MA,最多可以接161W LED,電路如下:

 

     8  LED恒流源電路

9  典型效率

3.6、加熱座椅電源電路設(shè)計

AUIPS7125R是一款高邊智能功率開關(guān)(IPS),可提供全面的保護(hù)功能,除了主動箝位電路外,還包括過流和過溫關(guān)閉,以確保開關(guān)安全可靠,并可在重復(fù)短路的情況下提供保護(hù)。電路如下:

 

10  加熱座椅電源電路

4、軟件設(shè)計流程

BCM軟件設(shè)計采用模塊化程序設(shè)計,包括MCU初始化,自檢程序,輸入信號檢測,LIN信號接收處理,CAN信號接收處理,車窗控制,車燈控制,車門控制、報警器處理。流程如下:

 

5 結(jié) 語

本文采用帶ECANPIC18F45K80增強型閃存單片機作為主控芯片,采用智能功率開關(guān)(IPSAUIPS6011組成H橋電路實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn),取代傳統(tǒng)繼電器電機驅(qū)動電路,使電機驅(qū)動電路的設(shè)計具有多種保護(hù)功能,提高了系統(tǒng)的可靠性。

 

 

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