1、俺汽車(chē)光纖多路傳礙輸控制系統(tǒng)1前言埃隨著近年來(lái)稗電子技術(shù)的進(jìn)步皚，為提高汽車(chē)可柏靠性、降低油耗拌和空氣污染，車(chē)靶用電子控制系統(tǒng)板、傳感器和執(zhí)行昂機(jī)構(gòu)數(shù)量、電線癌數(shù)量不斷上升，搬同時(shí)因電子控制按系統(tǒng)功能的加強(qiáng)巴、控制要求的精挨確化，多采用集凹成電路，其復(fù)雜搬性增加，數(shù)據(jù)傳安輸速率也在不斷伴上升。所需汽車(chē)稗線束也就更多更靶復(fù)雜，一輛充滿(mǎn)笆電子學(xué)裝備的現(xiàn)罷代汽車(chē)上約計(jì)需皚1 200根單拔獨(dú)導(dǎo)線，因此，般線束已成為必需凹解決的問(wèn)題。板多路傳輸是解決骯汽車(chē)布線問(wèn)題的翱主要方法。多路拌傳輸系統(tǒng)與通常伴方式對(duì)用電設(shè)備班的控制比較見(jiàn)圖哎1。昂圖1多路傳輸系佰統(tǒng)（串行分時(shí)通藹信）方式對(duì)用電拌設(shè)備的控制比較疤可見(jiàn)

2、，多路辦傳輸系統(tǒng)可以大哎量減少電線數(shù)量瓣、減小面線體積昂和質(zhì)量、縮短導(dǎo)吧線長(zhǎng)度、增加使骯用功能并使配件氨統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化拔，采用這種多路皚傳輸系統(tǒng)較易對(duì)斑電氣系統(tǒng)進(jìn)行安凹裝、調(diào)試、檢修叭和進(jìn)行故障診斷半。與光纖多路復(fù)挨用傳輸系統(tǒng)相比邦，電線多路傳輸耙系統(tǒng)具有電磁兼耙容性和保密性差哎，對(duì)地環(huán)問(wèn)題和盎有缺陷的地回路俺敏感，抗電磁干壩擾能力較差等缺氨點(diǎn)。光纖在多路絆選通應(yīng)用方面的背主要優(yōu)點(diǎn)是：頻搬帶寬度較大和多鞍路、尺寸小、質(zhì)佰量輕；通過(guò)效率搬大、信號(hào)功率損伴失小、與頻率的搬關(guān)系減弱；超高瓣絕緣、不存在短澳路和接地問(wèn)題；辦耐腐蝕、靈敏度拌高；能夠雙工傳八輸信息、抗干擾板性高(特別是對(duì)白汽車(chē)車(chē)上電路的百

3、脈沖干擾)；光靶纖允許有較高的哎數(shù)據(jù)傳輸速率和班較高的信噪比佰霸帶寬積，可適用昂于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)控疤制、車(chē)輛狀態(tài)監(jiān)敖測(cè)和通斷負(fù)載熬的開(kāi)關(guān)控制等要盎求。兩種光纖(瓣塑料的和玻璃的胺)中，塑料光纖隘較為便宜和便于啊使用，在汽車(chē)中柏應(yīng)用較廣。光纖八多路傳輸系統(tǒng)目芭前費(fèi)用已與電路扒系統(tǒng)不相上下，瓣并可望更低，因把此光纖多路傳輸挨系統(tǒng)是汽車(chē)多路藹傳輸系統(tǒng)的發(fā)展熬方向，是汽車(chē)線啊束的發(fā)展方向。癌按系統(tǒng)的復(fù)懊雜程度、信息量敖、必要的動(dòng)作響疤應(yīng)速度、可靠性八要求等將多路傳愛(ài)輸系統(tǒng)分為低速靶(A)、中速(藹B)、高速(C熬)三類(lèi)。表1示敖出了美國(guó)SAE哀委員會(huì)優(yōu)先推薦按的多路傳輸系統(tǒng)跋的等級(jí)分類(lèi)。疤表1 SAE百推

4、薦的汽車(chē)多路巴通信系統(tǒng)分類(lèi)案系統(tǒng)等級(jí)胺信號(hào)種類(lèi)吧響應(yīng)速度，藹ms骯A岸車(chē)身控制系統(tǒng)：扒燈具、繼電器、扮電動(dòng)門(mén)窗、電動(dòng)疤座椅等搬20暗扳50（低速）芭B盎動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)：翱導(dǎo)航、多信息、霸電話、故障診斷愛(ài)裝置等懊5骯絆50（中速）搬C般實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)：胺發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系挨統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、爸懸架控制系統(tǒng)艾1芭氨5（高速）俺多路傳輸系絆統(tǒng)的通信方式主跋要有：霸捌美國(guó)Essex霸方法；懊斑聯(lián)邦德國(guó)Bos絆ch公司CAN拜(Contro澳ller Ar板e(cuò)a Netw暗ork)三線系暗統(tǒng)；邦哀General霸 Motors哀方法；暗伴英國(guó)GEC方法唉；叭爸日本電裝公司的奧SMN系統(tǒng)，該把系統(tǒng)安裝在豐田盎公司的安

5、全實(shí)驗(yàn)百樣車(chē)上；矮皚日本三菱電氣公澳司與日本東京工絆業(yè)公司協(xié)作研制扒的方法；扮哎日本日產(chǎn)公司方皚法。扒為用統(tǒng)一網(wǎng)挨絡(luò)連接汽車(chē)電動(dòng)叭和電子部件，I愛(ài)SO組織批準(zhǔn)采叭用的汽車(chē)多路傳埃輸系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)通霸信協(xié)議有三個(gè)：辦VAN(Veh礙icle Ar矮ea Netw跋ork)、CA芭N和SCP(J礙1850標(biāo)準(zhǔn))板。阿2系統(tǒng)工作原隘理設(shè)計(jì)及硬件框懊圖熬系統(tǒng)設(shè)計(jì)為白主、從式多機(jī)通案訊，主機(jī)和從機(jī)稗的連接方式如圖斑2所示。用一個(gè)盎89C2051八系統(tǒng)作為主機(jī)，愛(ài)用4個(gè)89C2跋051系統(tǒng)作為暗從機(jī)，以TTL板電平(邏輯霸“翱1傲”矮是2.4 V哎5 V，邏輯襖“襖0辦”佰是0 V0.澳4 V)通信。捌主機(jī)接

6、收4組控啊制信號(hào)，每組控骯制信號(hào)有8位。伴每組的8位信號(hào)岸通過(guò)一個(gè)三態(tài)邏岸輯器件74LS敖244(八緩沖安器/驅(qū)動(dòng)器/線把接收器)，送往埃主機(jī)的P1口(瓣P(guān)1.0P1吧.7)。4個(gè)三叭態(tài)邏輯器件74班LS244各自敗的控制端分別與鞍主機(jī)的端口P3暗.3、P3.4柏、P3.5、P扳3.7相連，以絆實(shí)現(xiàn)4組控制信板號(hào)的按鈕分時(shí)順哎序讀入，從而得白到與4組共32案?jìng)€(gè)終端用電器一扒一對(duì)應(yīng)的32路鞍控制信號(hào)。每一挨位控制信號(hào)對(duì)應(yīng)埃一個(gè)用電器或執(zhí)班行機(jī)構(gòu)，每組控扳制信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)巴從機(jī)，每個(gè)從機(jī)壩可控制8個(gè)用電拌器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。百圖2 所設(shè)襖計(jì)系統(tǒng)的主從式吧多機(jī)通信結(jié)構(gòu)傲圖3是系統(tǒng)澳的硬件框圖。設(shè)般計(jì)的系統(tǒng)主

7、要由頒控制信號(hào)獲取、疤光發(fā)射模塊、三隘根總線(電力線稗、光纖信號(hào)線、壩系統(tǒng)電力回線)八光接收模塊、終襖端用電器或執(zhí)行背機(jī)構(gòu)組成。用電唉器電力回線為車(chē)礙殼，兩地線分開(kāi)伴以免產(chǎn)生干擾信扒號(hào)。光發(fā)射模塊芭由控制開(kāi)關(guān)、光骯電隔離器521拜4、晶振、8背9C2051主拔機(jī)、813看門(mén)板狗、485電路皚(單端輸出轉(zhuǎn)換澳為雙端輸出)、壩紅外電光轉(zhuǎn)換發(fā)芭射電路及DC捌DC直流隔離變隘換器(12 V頒按5 V)組成。凹光接收模塊由P半IN光電轉(zhuǎn)換接皚受電路、信號(hào)放骯大整形電路、晶啊振、89C20艾51從機(jī)、81捌3看門(mén)狗、光電瓣隔離器521搬4、大功率場(chǎng)效挨應(yīng)晶體管功率開(kāi)埃關(guān)IRF540拜、DCDC直唉流隔離變

8、換器(頒12藹翱12 V、12耙 V矮板5 V)組成。骯整個(gè)系統(tǒng)由車(chē)用版12 V蓄電池安供電。為穩(wěn)定電傲源電壓(點(diǎn)火系跋工作時(shí)電源電壓白波動(dòng)很大)，光背發(fā)射模塊及光接巴收模塊內(nèi)都有自瓣己的DCDC稗直流隔離變換器爸，以提供穩(wěn)定的跋5 V及安八12 V電源。扒圖3 汽車(chē)光熬纖多路傳輸控制邦系統(tǒng)的硬件框圖笆系統(tǒng)的工作邦過(guò)程設(shè)計(jì)為：首骯先是獲與終端用皚電器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)爸一一對(duì)應(yīng)的控制辦信號(hào)；然后信號(hào)巴經(jīng)光電隔離后送擺主機(jī)(主機(jī)有自白己的晶振和看門(mén)熬狗電路以保證發(fā)埃生錯(cuò)誤時(shí)能自動(dòng)唉重新復(fù)位，從而伴避免了死機(jī))；翱主機(jī)在發(fā)送從機(jī)藹地址五次(此時(shí)矮發(fā)送的第九位數(shù)隘據(jù)TB8是1)芭后，再五次發(fā)送熬脈沖編碼的數(shù)

9、據(jù)凹(此時(shí)發(fā)送的第岸九位數(shù)據(jù)TB8礙是1)后，再五靶次發(fā)送脈沖編碼澳的數(shù)據(jù)(此時(shí)T拜B8置0)；電擺脈沖信號(hào)經(jīng)48俺5電路后，進(jìn)行拌電光轉(zhuǎn)換，變?yōu)榘染哂幸欢üβ实陌辰?jīng)外光脈沖信號(hào)挨；光脈沖信號(hào)經(jīng)扳塑料光纖按分時(shí)懊復(fù)用方式傳至光案接收機(jī)進(jìn)行光電叭轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大氨整形后，送從機(jī)扮(從機(jī)也有自身爸的晶振和813背看門(mén)狗電路)；斑從機(jī)首先五次判靶斷主機(jī)發(fā)送的地瓣址是否與自己的背地址相符，若有哀一次不一致則放靶棄并重新接受信班號(hào)，若五次確認(rèn)疤一致，則在置從癌機(jī)的多機(jī)通信標(biāo)按志SM2=0后般繼續(xù)接受信號(hào)，俺若接收的信號(hào)是背地址，則放棄并芭重新接受信號(hào)，叭若接收的信號(hào)是胺數(shù)據(jù)，則進(jìn)行五埃次確認(rèn)，若有一隘次不

10、同則放棄并鞍重新接受信號(hào)，拜若五次確認(rèn)都一爸致，則將數(shù)據(jù)輸敗出；數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)礙光電隔離器52罷14，大功率爸場(chǎng)效應(yīng)晶體管功澳率開(kāi)關(guān)IRF5耙40控制終端用版電器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)捌的動(dòng)作。胺該系統(tǒng)的1盎個(gè)光發(fā)射模塊可稗控制4個(gè)光接收疤模塊，1個(gè)光接爸收模塊可直接控班制8個(gè)終端用電敖器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，熬即1個(gè)光發(fā)射模藹塊可控制32個(gè)哀終端用電器或執(zhí)敗行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。叭同時(shí)該系統(tǒng)還可八根據(jù)具體需要進(jìn)奧行擴(kuò)展，既可擴(kuò)暗展成一個(gè)光發(fā)射罷模塊控制多個(gè)光般接收模塊的中央捌控制式系統(tǒng)，也艾可擴(kuò)展成一個(gè)光挨發(fā)射模塊控制一扳個(gè)或幾個(gè)光接收板模塊含有多個(gè)光凹發(fā)射模塊的分散盎控制式系統(tǒng)。因背而，不管終端用辦電器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)壩數(shù)量多少

11、，都可唉應(yīng)用該系統(tǒng)的設(shè)邦計(jì)原理。吧光纖傳送信稗息的方法概括而斑言有三種：時(shí)分隘復(fù)用(OTDM吧)、波分復(fù)用(佰WDM)、頻分岸復(fù)用(FDM)胺。所設(shè)計(jì)的汽車(chē)耙光纖多路傳輸控把制系統(tǒng)采用的是艾光脈沖的串行時(shí)爸分復(fù)用通訊方式挨。艾采用LED八發(fā)光二極管階案躍折射率光纖唉PIN光電二極般管檢測(cè)器的系統(tǒng)扮最適合于距離較版短且數(shù)據(jù)傳輸速埃率相對(duì)低的監(jiān)視皚和控制場(chǎng)合。般系統(tǒng)的硬件百電路包括光發(fā)射把模塊、光接收功傲能模塊2個(gè)部分拌，每個(gè)部分里都巴含有一個(gè)直流電跋源變換器。骯采用的硬件阿抗干擾措施有：爸采用直流隔離電邦源、濾波電容，熬以抑制電源串?dāng)_氨、共模噪聲、差板模噪聲及瞬態(tài)過(guò)啊電壓干擾；光電敖隔離；監(jiān)控電

12、路稗813集成芯片跋的使用；485啊電路的使用；用巴光纖系統(tǒng)傳輸信澳號(hào)；晶體管轉(zhuǎn)換胺開(kāi)關(guān)的使用。佰系統(tǒng)軟件中埃采用的抗噪聲干柏?cái)_措施主要有：柏冗余指令；看門(mén)斑狗技術(shù)；陷阱技伴術(shù)；信號(hào)的多次昂判定；微機(jī)的并岸聯(lián)動(dòng)作；寄存器靶再設(shè)定；禁止對(duì)骯開(kāi)始地址的分割辦。3抗干擾試驗(yàn)昂車(chē)用微機(jī)系白統(tǒng)所受的來(lái)自系壩統(tǒng)外部的干擾主阿要有外部的電磁板輻射和車(chē)載電器爸設(shè)備產(chǎn)生的干擾昂，如點(diǎn)火系高壓瓣電源線與光纖信拜號(hào)線的耦合干擾俺，來(lái)自電源的瞬佰態(tài)過(guò)電壓干擾及俺電源串?dāng)_等。所拌做的抗干擾試驗(yàn)巴主要有：系統(tǒng)抗爸電源噪聲試驗(yàn)；安抗點(diǎn)火系電磁輻百射試驗(yàn)；點(diǎn)火系跋高壓電源線與光哀纖信號(hào)線的耦合拌干擾試驗(yàn)。八試驗(yàn)時(shí)，將擺所設(shè)計(jì)

13、的汽車(chē)光拔纖多路傳輸系統(tǒng)斑與點(diǎn)火系模擬裝稗置并聯(lián)接在12傲 V蓄電池的正柏、負(fù)極間，將點(diǎn)背火頻率在4 5礙00次/min奧41 600胺次/min間連版續(xù)調(diào)節(jié)，觀察系般統(tǒng)能否正常工作絆。即用示波器測(cè)板試光發(fā)射模塊中佰485電路及光叭接收功能模塊中伴光纖接收端的跟襖隨器、第一級(jí)放盎大器及比較器等班的輸出信號(hào)，用靶以分析發(fā)送和接靶收的信號(hào)是否一胺致，從而評(píng)價(jià)系藹統(tǒng)的抗干擾能力頒及工作可靠性。哀點(diǎn)火系模擬斑裝置見(jiàn)圖4所示敖。圖中脈沖信號(hào)背發(fā)生器的頻率可佰在4 500 邦Hz41 6愛(ài)00 Hz間變盎化，即模擬點(diǎn)火傲頻率可達(dá)4 5藹00 次/mi邦n41 60班0 次/min稗(一般單缸發(fā)動(dòng)版機(jī)的點(diǎn)火頻率3百 000 次/阿min、6缸發(fā)唉動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火頻率拜3 000挨霸6=18 00辦0 次/min罷)。襖圖4 點(diǎn)火系澳統(tǒng)模擬裝置板試驗(yàn)結(jié)果如澳下。盎(1)發(fā)送哀和接收到的信號(hào)伴的數(shù)據(jù)格式與設(shè)邦定的11位數(shù)據(jù)壩格式一致。板(2)控制佰信號(hào)的加載位置翱與用示波器觀察艾到的相應(yīng)信號(hào)的哎波形格式具有正版確的一一對(duì)應(yīng)關(guān)柏系。絆(3)系統(tǒng)暗光發(fā)射模塊發(fā)送頒的信號(hào)與光接收爸模塊接收到的信擺號(hào)一致。熬這說(shuō)明在三拔個(gè)抗干擾試驗(yàn)中埃，系統(tǒng)具有較強(qiáng)懊的抗干擾能力，捌工作可靠性較高皚。4結(jié)論罷所設(shè)計(jì)的汽把車(chē)光纖多路傳輸唉系統(tǒng)以三根總線扳(電源線、地線啊、光纖信號(hào)線)伴代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多根凹點(diǎn)點(diǎn)并行電