在CAN BUS中实施智能控制系统的原理

在CAN BUS中实施智能控制系统的原理

现在，所有中高端汽车都配备了电窗和按钮，以控制窗玻璃的举起和降低。如果窗口不聪明，则驾驶员按下按钮，恕不另行通知，乘客的手或物体从窗口伸出，乘客很容易受到窗户的伤害。为了安全起见，许多车辆使用电动防盘窗。基于对汽车电子系统中CAN BUS应用的全面研究和电窗的防CLIP方案，建议使用基于CAN BUS的汽车窗户的智能控制系统设计方案，以实现在正常工作中预防窗户模式。在紧急情况下（异常工作模式），夹子控制功能和快速提升窗口控制功能。

目前，由微控制器代表的汽车电子设备广泛用于车辆电子系统，汽车控制正在从机电控制系统转移到基于分布式网络的智能系统。 CAN BUS是一个串行通信网络，支持分布式和实时控制，并以其高性能和高可靠性在自动控制领域中广泛使用。作为具有最大应用潜力的现场巴士之一，CAN 为我国汽车行业的升级，降低成本和扩大市场份额提供了支持。

1系统功能结构

1.1 CAN BUS通信实施原则

罐头总线是一种多路复用总线。它最初是由德国博世公司开发的，该公司主要用于控制汽车电气系统。它使用非破坏性总线仲裁技术，并以多种主模式工作。直接通信距离可以达到10公里，通信率最多可以达到1MB/s，并且框架消息采用CRC检查和其他错误检测指标，并具有自动关闭的节点的功能，并具有严重的错误。节点可以通过数据包的标识符过滤实现数据传输。不同的优先级级别满足不同的实时要求。节点的数量取决于公交驾驶电路。通信介质可以是扭曲的，同轴电缆或光纤，并且选择是灵活的。该数据包采用短框架结构，短传输时间和较低的干扰概率，从而确保数据错误率极低。汽车网络系统中的总线以消息单位传输数据，节点使用位仲裁来访问总线。数据包启动发送节点标识符分为函数标识符和地址标识符。 CAN总线系统节点分为没有微控制器和带有微控制器的智能节点的非智能节点。该系统采用智能节点设计。车窗分为四个节点单元：根据罐头总线结构以及汽车中电气组件的物理位置，左前，右前，后和右后方。左前节点是主控制单元。除了负责抬起和降低本地（左前）窗口外，其他窗户还可以远程控制。

1.2汽车窗的智能控制

电窗系统的每扇门都有一个窗户玻璃提升机构，类似于传统的手曲柄机构，除了它是由直流永久磁铁电机驱动的。电动机的尺寸很小，可以安装在汽车门内，并具有一组降低速度机制以增加输出扭矩并降低输出速度。电机旋转的方向（即车窗的向上和向下移动）是通过更改输入电压的极性来实现的，并且车窗的提升速度和降低速度取决于输入电压的大小。

该系统使用具有较小电阻值（约1Ω）的电阻作为电流传感器。传感电阻与电动机串联连接。它的电压下降与电动机的工作电流成正比。通过跨传感电阻的电压检测到流过电动机的电流。电动机始终运行，直到感应电阻器上的电压达到设定的阈值，一旦传感器的电压下降到达阈值。电动机停止旋转并检测窗户的位置。如果窗口位置未达到最终位置。这意味着当窗口遇到障碍物时，窗口将自动返回到原始位置。如果窗口到达行程的尽头，则电动机电路断开。为了完成此操作控制，有必要实时控制窗口的位置。为此，在窗户导轨的顶部和底部安装了压电传感器，以确定窗口是否基于压力产生的电压到达预设限制位置。

除了在正常情况下实施自动抗CLIP功能外，系统设计还要求驾驶员可以控制紧急情况下的窗户的强迫关闭或打开（例如犯罪分子或逃脱危险中的乘客的抢劫）。该系统为每个节点单元（K1，K2和K3）具有3个用于窗口控制的键。其中，K1用于控制车窗的上升和下降，这是一个2值信号开关。 K2暂停/修复按钮用于在车窗的上升或下降期间暂停，再次按K2继续移动； K3模式选择按钮，默认情况下执行正常工作模式（具有反clip功能），按K3并执行异常工作模式（无反CLIP功能），优先级最高，以快速设置窗口或下降。主控制节点单元是左前节点单元。除了负责抬起和降低本地窗口外，它还控制着所有节点单元的窗口同步操作。基于前3个控制按钮，添加了本地/全局控制模式按钮K4，这是默认的本地控制模式，按下键后的开关控制模式。

2系统硬件设计

除全局控制外，系统的左前节点单元上的其他节点单元仅负责控制本地窗口。硬件设计仅具有一个按钮K4，主要在于软件设计。该系统设计的控制电路不仅可以支持可以在节点单元之间进行总线通信，还可以检测到模拟数量（例如压电传感器和负载电流），判断各种逻辑，并通过驱动程序实现控制功能。

该系统使用节点单元主控制器，该控制器在芯片上包含一个CAN控制器。采用功能强大的80C51指令集；提供了内部集成控制器功能；完全静态的核心提供了一种扩展的动力节省方法：振荡器停止并恢复而不会丢失数据；改进的1：L内部时钟分隔线在12MHz外时钟处500NS指令周期以频率实现。

控制器读取按钮信息，并驱动窗户电动机根据预先编程的软件说明运行。同时，当窗户在上升期间（下降）夹住障碍物，然后驱动电动机时，请监视传感器的输出电压和负载电流，作为逻辑判断。为了防止当窗玻璃升至顶部或落到底部时，电动机不受影响并降低电动窗机械的使用寿命，该系统的设计是用软停止设计的功能，并且在手动或自动升起或自动下降时具有此功能。当玻璃升起（下降）并到达顶部（底部）时，电动机的电源在软停止点停止工作，玻璃通过（下降）升至顶部（底部）（底部）电动机。

与每个节点单元相关的命令和状态通过CAN BUS以消息格式传输并与其他节点单元信息一起传输并与其他节点单元信息共享。

电动机电路采用了专用于汽车电子设备的电动机驱动器。该设备带有两个双重高端开关和两个预驱动的低端开关，其低端开关可以连接到两个外部管，以连续输出电流的10A。同时，可以收集电动机电流，并可以将其馈回微控制器A/D转换采样模块以获得电动机电流值，完成电动机控制并实现窗口阻滞和防剪式函数。该系统通过过滤器电容器降低噪声耦合，连接了收发器和CAN总线之间的 6N137，使用DC-DC转换器隔离电源，并将Bus端子电阻连接到两端以消除反射信号。

3系统软件设计

系统软件设计项目主要包括三个模块：CAN控制器初始化，节点发送和接收消息以及主控制程序。

3.1 Can 初始化

必须在电动机或硬件重置后初始化罐头控制器，包括操作模式，接受过滤器，总线位计时，TXDC输出引脚的中断和配置。

3.2节点发送/接收消息

可以根据CAN协议规范自动完成数据包的发送。首先，CPU必须将数据组合到以特定格式的消息框架中，输入CAN 传输缓冲区，然后在命令寄存器中设置发送请求标志。发送过程可以通过中断请求或查询状态标志来控制。发送程序分为两种类型：远程帧和数据框架，并且没有用于远程帧的数据字段。

消息接收程序负责接收节点消息并处理其他情况，例如总线关闭，错误警报和接收到溢出。

消息的主要传输和接收包括中断接收方法和查询接收方法。该软件设计采用查询中断控制方法，以进行消息接收和中断控制方法用于消息传输。

3.3主控制程序

在窗口节点单元中，左前节点单元具有最复杂的功能，并且具有最高的控制优先级。在这里，以左前节点单元为例，详细介绍其主要控制程序设计。首先，初始化系统，包括控制器的CAN可以模块初始化，中断，I/0端口，计时模块，看台模块，A/D转换器模块和设置全局变量，以及电动机被阻止时的最大电流和车辆。当窗口到达顶部（底部）时，传感器的电压阈值写入EPROM。将测得的电流与EPROM中的校准值进行比较，以实现抗CLIP函数，并将电压阈值与测量的传感器电路电压值进行比较，以确定窗口达到其极限位置。初始化完成后，读取组合的关键信息，根据关键操作实现特定操作，并且可以同时发送can消息，以完成每个节点单元之间的CAN通信和智能控制。

4个系统的主要技术参数和功能

除了自动上升，跌落，手动暂停和电窗制控制系统的恢复功能外，还可以使用以下功能：

（1）在初始化抗CLIP函数之后，当手动和自动上升时，抗CLIP函数都可以使用，并且反盘时间的数量不受限制；窗户上限的间隔向下40mm，窗口的上限向上40mm。抗细节间隔：当在室温下测量（22±5）℃，80MΩ，线路电阻和15V工作电压时，玻璃上升的反钉力小于100N。

（2）输入信号消失120ms之后的动力节省模式。当电动机温度接近室温25℃时，系统将自动进入节能模式。静态电流小于300μa。当电动机控制单元接收输入命令时，将其唤醒。

（3）在上限位置约为2mm的软停止点处升高软停止函数，而在下限位置，软停止点在约12mm处较低。

（4）电动机保护功能采取电动机的保护措施，以改善电动机和电动窗口系统的使用寿命。在电动机被阻塞的250毫秒内，控制单元切断了电动机电源，电动机停止工作。在打开控制单元后，如果没有初始化，电动机的初始温度设置为80°C；如果初始化，电动机的初始温度设置为160〜c。在正常情况下，如果运动温度达到170°C，则输入命令无效，一旦电动机温度下降，该功能将恢复；如果电动机温度达到190℃，则电机操作将立即停止，并且一旦电动机温度下降，功能将恢复。

（5）为了确保系统的可靠性并同时改善系统的平均无故障时间，采用了自我诊断保护措施：如果电源电压超过16V±0.5V，请关闭自动上升功能。

（6）系统反干扰设计技术软件反干扰已被广泛用于其优势，例如灵活设计，节省硬件资源和低成本。系统的软件设计嵌入了看门狗中，进一步提高了系统的可靠性。

设计了基于CAN BUS的汽车窗的智能控制系统。节点单元以一台芯片计算机为中心，并将窗口电机和电子控制组件连接到系统中。使用CAN总线传输，共享和查询数据以实现分布式控制。与传统的汽车设备手动操作和点对点互连方法相比。使用CAN BUS技术，接线大大降低，车身系统很简单，系统是可靠的且易于维护的。同时，该系统通过监视窗户电机的电流来实现电窗的反盘功能，并为人身安全危害设计强制的窗口“动作”功能，进一步改善了智能，人性化和安全性整辆车。目前，系统设计已在家用汽车上安装和试用。良好的响应效果。所提出的解决方案是高度便携式和可扩展的，也适用于汽车系统的智能升级，并开发具有更强大功能的其他CAN BUS智能产品。

同城信息网