【正文】 期產(chǎn)生如發(fā)動(dòng)機(jī)電子管理系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)總成控制系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、電子控制懸架、電子控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，具有一定綜合性的電子控制系統(tǒng)?？梢?jiàn)，我國(guó)汽車(chē)電子市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模相當(dāng)可觀(guān)，而電動(dòng)車(chē)窗控制系統(tǒng)是汽車(chē)電子范圍內(nèi)車(chē)身控制系統(tǒng)中非常重要的組成部分。汽車(chē)電子的廣泛應(yīng)用，極大地提高了汽車(chē)的安全性、提高了汽車(chē)的節(jié)能性、改善了汽車(chē)的舒適性。在一些機(jī)械連接的物理特性達(dá)到極限的情況下，汽車(chē)性能的提升以及新車(chē)型的研發(fā)，越來(lái)越依賴(lài)于汽車(chē)電子，汽車(chē)領(lǐng)域70%的技術(shù)革新來(lái)自汽車(chē)電子產(chǎn)品。因此，對(duì)電動(dòng)車(chē)窗的深入研究不僅具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義，對(duì)于增強(qiáng)我國(guó)汽車(chē)電子企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力有很大的意義。從90年代中期以來(lái)，汽車(chē)綜合控制技術(shù)逐步形成了一個(gè)多科學(xué)相互交互的綜合性新型技術(shù)，它以大規(guī)模集成電路和總顯示控制器局域網(wǎng)為特征，其主要電子產(chǎn)品包括靈巧電源、智能傳感器、總線(xiàn)控制器、總線(xiàn)收發(fā)器。目前，轎車(chē)上裝備的各種傳感器、執(zhí)行器和電燈加起來(lái)一共多達(dá)數(shù)百個(gè)，其中僅驅(qū)動(dòng)各種物理轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)就占一半左右。每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)包含必要的電子設(shè)備，這些電子設(shè)備之間通過(guò)局域網(wǎng)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)通信。對(duì)信息娛樂(lè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，就是采用MOST技術(shù)；動(dòng)力總承網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)就采用Flexray總線(xiàn)，對(duì)底盤(pán)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，就采用CAN總線(xiàn)。電動(dòng)車(chē)窗的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)階段。它和其它控制系統(tǒng)一樣，都以一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)的形式搭載于串行總線(xiàn)上。LIN總線(xiàn)以其低廉的價(jià)格在低端市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，但不能夠完全勝任可靠、及時(shí)地傳遞信息，因此更多的是應(yīng)用CAN總線(xiàn)。 課題的主要內(nèi)容和意義 課題的主要內(nèi)容本課題研究的電動(dòng)車(chē)窗控制系統(tǒng)是搭載于轎車(chē)車(chē)身控制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)。傳統(tǒng)的汽車(chē)供電系統(tǒng)線(xiàn)束多，改用多路總線(xiàn)傳輸系統(tǒng)以后，僅用一根動(dòng)力線(xiàn)即可，動(dòng)力線(xiàn)長(zhǎng)度節(jié)省50%以上，當(dāng)控制系統(tǒng)需要改變電路時(shí)，只要把線(xiàn)束延長(zhǎng)即可，方便經(jīng)濟(jì)。國(guó)內(nèi)外汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)的自主開(kāi)發(fā)正在高速發(fā)展中。最后，結(jié)合電動(dòng)車(chē)窗的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了本課題的主要內(nèi)容。 CAN簡(jiǎn)介CAN (Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是一種先進(jìn)的串行通信協(xié)議，屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)范圍?？梢远喾N方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)的向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)也不會(huì)占用總線(xiàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而保證了通訊的實(shí)時(shí)性。節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。 圖21 CAN的分層結(jié)構(gòu) CAN總線(xiàn)數(shù)值的特性在物理層能使用很多物理介質(zhì)，例如雙絞線(xiàn)、光纖等，最常用的是雙絞線(xiàn)。CAN總線(xiàn)發(fā)送的數(shù)據(jù)是由隱性位和顯性位組成的。在“隱性”狀態(tài)下，VCANH和VCANL被固定于平均電壓點(diǎn)平，Vdiff近似為0。表21描述了幀的種類(lèi)和作用。 過(guò)載幀用于接收單元通知其尚未做好接受準(zhǔn)備的幀。 （1）幀起始(SOF)：幀起始(SOF)標(biāo)志著數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，僅由一個(gè)“顯性”位組成。標(biāo)準(zhǔn)格式里，仲裁域由1l位標(biāo)識(shí)符和RTR位組成。為了區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)幀格式和擴(kuò)展幀格式，CAN l．0～1．2版本協(xié)議的保留位r1現(xiàn)表示為IDE位。RTR的全稱(chēng)為“遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求(Remote Transmission Request)”。
（4）數(shù)據(jù)域：發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)按照長(zhǎng)度代碼指示長(zhǎng)度發(fā)送。CRC計(jì)算中，被除的多項(xiàng)式包括幀的起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域及15位為0的解除填充的位流給定。 （6）應(yīng)答域：應(yīng)答域由發(fā)送方發(fā)出的兩個(gè)(應(yīng)答間隙及應(yīng)答界定)隱性位組成，所有接收到確的CRC序列的節(jié)點(diǎn)將在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答間隙上將發(fā)送的這一隱性位改寫(xiě)為顯性位。這樣，接收節(jié)點(diǎn)可以正確檢測(cè)到一個(gè)幀的傳輸結(jié)束。 錯(cuò)誤幀 如圖23所示，錯(cuò)誤幀由錯(cuò)誤標(biāo)志和錯(cuò)誤界定組成，錯(cuò)誤標(biāo)志有6位，錯(cuò)誤界定符是8個(gè)隱性位。 圖23 錯(cuò)誤幀 過(guò)載幀 過(guò)載幀和主動(dòng)錯(cuò)誤幀在形式上式相同的，也是由6個(gè)顯性位的過(guò)載標(biāo)志和8個(gè)隱性位的過(guò)載界定符組成。只要總線(xiàn)被認(rèn)為空閑，任何等待發(fā)送報(bào)文的節(jié)點(diǎn)就會(huì)訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)。當(dāng)報(bào)文濾波后，節(jié)點(diǎn)接收當(dāng)前報(bào)文，通過(guò)報(bào)文校檢來(lái)判斷報(bào)文是否有效。接收節(jié)點(diǎn)：當(dāng)直到ACK場(chǎng)最后1位仍沒(méi)有出錯(cuò)，報(bào)文對(duì)于接收節(jié)點(diǎn)有效。具有相同的ID的數(shù)據(jù)幀在總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，由于數(shù)據(jù)幀的RTR位為顯性，遙控幀的RTR位為顯性，故數(shù)據(jù)幀具有優(yōu)先權(quán)，可繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。 表22 錯(cuò)誤概況對(duì)于表中所示的錯(cuò)誤有以下幾種例外情況：（a）位錯(cuò)誤 發(fā)送節(jié)點(diǎn)在仲裁場(chǎng)輸出隱性電平，但檢測(cè)到顯性電平時(shí)，將被視為仲裁失利而不是錯(cuò)誤。（b）格式錯(cuò)誤 接收節(jié)點(diǎn)即使檢測(cè)到報(bào)文的幀結(jié)束的最后1位是顯性電平，也不視為格式錯(cuò)誤。表23所示的是節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤狀態(tài)和計(jì)數(shù)值之間的關(guān)系。 被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)：處于被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)，雖能曹家總線(xiàn)活動(dòng)，但不能積極及時(shí)地發(fā)出錯(cuò)誤通知。 總線(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)：節(jié)點(diǎn)不能參見(jiàn)任何總線(xiàn)活動(dòng)，既不能接收?qǐng)?bào)文也不能發(fā)送報(bào)文，在總線(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)下信息的接收和發(fā)送均被禁止。它們用于每一位的定時(shí)、同步和采樣。最后簡(jiǎn)單說(shuō)了CAN的位時(shí)序。對(duì)于四個(gè)車(chē)窗控制節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其硬件結(jié)構(gòu)和軟件代碼完全一致，本課題只對(duì)左前車(chē)窗節(jié)點(diǎn)和主控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究。本課題中所使用的微控制器型號(hào)是STC89C58RD。其工作的溫度范圍比較寬，在強(qiáng)烈的溫度變化下，也能穩(wěn)定的運(yùn)行。其引腳結(jié)構(gòu)如圖33所示。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩器信號(hào)的輸入。在非訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，ALE引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的1/16，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其它外圍芯片的時(shí)鐘輸入。PSEN：此為“Program Store Enable”的縮寫(xiě)。P0：P0口（~）是一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線(xiàn)（低8位）和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用。僅供用戶(hù)作為輸入輸出用的端口。，TXD：串行通信輸出。，T1：計(jì)數(shù)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入端。CAN模塊是連接微控制器和CAN總線(xiàn)的通道，它的硬件結(jié)構(gòu)主要由CAN協(xié)議控制器和CAN收發(fā)控制器組成。其引腳結(jié)構(gòu)圖和各個(gè)引腳功能表分別如圖34和表31所示。 接口管理模塊：將來(lái)自微控制器的命令解釋成相應(yīng)模塊的實(shí)際動(dòng)作：向微控制器反饋芯片的狀態(tài)和中斷信息，管理CAN寄存器的尋址操作。接收緩沖模塊：接收緩沖模塊是驗(yàn)收濾波模塊和微控制器之間的連接的模塊。驗(yàn)收濾波模塊：它把來(lái)自位流處理模塊的報(bào)文中的標(biāo)識(shí)碼與自身被設(shè)定的標(biāo)識(shí)碼相對(duì)比，一致，則寫(xiě)入接收緩沖模塊；否則，丟棄報(bào)文。位時(shí)序邏輯模塊：監(jiān)測(cè)CAN總線(xiàn)，并處理與CAN總線(xiàn)相關(guān)的位時(shí)序。錯(cuò)誤管理模塊：負(fù)責(zé)傳輸層各模塊錯(cuò)誤禁閉的。 表31 SJA1000引腳功能圖 PCA82C250芯片PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)之間的接口，該芯片向CAN總線(xiàn)提供差分的輸出電壓，向CAN協(xié)議控制器提供差分接收電壓。接收模塊主要是由差分電路組成，這種設(shè)計(jì)極大地提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率。如果結(jié)溫超過(guò)160度時(shí)，兩個(gè)發(fā)射器輸出端的極限電流將減少。SJA1000提供地址總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，而微處理器80C52可以通過(guò)P0、P2口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)外部地址總線(xiàn)。由于處理器是高電平復(fù)位，而SJA1000是低電平復(fù)位。CAN收發(fā)器PCA82C250與CAN控制器SJA1000的電路連接，既屬于“物理層”。CANH和CANL引腳與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pF的電容，可以起到濾除總線(xiàn)上的高頻干擾和一定的防電磁輻射功能。在沒(méi)有此匹配電阻的情況下，那么CAN總線(xiàn)通信的可靠性大大降低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致無(wú)法通信。由于車(chē)窗節(jié)點(diǎn)的微處理器模塊和CAN模塊與主控節(jié)點(diǎn)的完全相同，因此本節(jié)主要研究驅(qū)動(dòng)模塊和傳感器模塊的硬件設(shè)計(jì)。我們首先研究下芯片BTS7960。這些特性為成本較高的高電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供了一種性?xún)r(jià)比比較好的選擇。高電壓端基部芯片主要是由一個(gè)P溝道MOSFET構(gòu)成，它連接在電源相和頂部芯片組之間。BTS7960的引腳INH是其使能端，高電平有效。圖310中由兩片BTS7960構(gòu)成一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)N7=0時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)N7=1，N3=1，N2=0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)N7=1，N3=0，N2=1時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。工作電壓范圍很廣，其對(duì)電源要求不苛刻。激活芯片需要的磁感應(yīng)強(qiáng)度小，商用永磁即可適用。BOPBRP=BH，稱(chēng)為回差，回差的存在使開(kāi)關(guān)電路的抗干擾能力增強(qiáng)，這也就是圖中施密特觸發(fā)器的作用。 圖312 霍爾傳感器采集電路 本章小結(jié) 本章首先研究了汽車(chē)電動(dòng)車(chē)窗的原理框圖，然后對(duì)主控節(jié)點(diǎn)和車(chē)窗節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)描述。與硬件模塊相對(duì)應(yīng)軟件設(shè)計(jì)也是按照功能的不同也進(jìn)行了劃分，這既能提高系統(tǒng)的軟件安全性，即一個(gè)模塊程序出問(wèn)題也不會(huì)影響整個(gè)軟件系統(tǒng)中其它模塊的正常工作，也方便了日后軟件系統(tǒng)的管理、升級(jí)和維護(hù)。Keil是目前最流行的51單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件。圖41是其操作界面。首先對(duì)系統(tǒng)硬件和各變量進(jìn)行初始化，實(shí)際上就是對(duì)CAN控制器SJA1000和CPU的初始化。在完成SJA1000的初始化設(shè)置后，SJA1000就可以進(jìn)入到操作者模式狀態(tài)，進(jìn)行正常的通信任務(wù)。 系統(tǒng)的初始化 CAN控制器SJA1000在使用之前需要對(duì)其進(jìn)行初始化，SJA1000的初始化只有在復(fù)位模式下才能進(jìn)行，初始化主要包括工作方式的設(shè)置。 圖42 SJA1000初始化流程圖 CAN報(bào)文的發(fā)送 報(bào)文發(fā)送子程序是負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送，在發(fā)送信息之前需要判斷一下發(fā)送的是數(shù)據(jù)幀還是遙控幀。接收子程序比發(fā)送子程序要復(fù)雜一些，因?yàn)樵谔幚斫邮請(qǐng)?bào)文的過(guò)程中，同時(shí)