基于CAN总线技术的汽车空调测控系统设计

王昌柏，翁惠辉 (长江大学电子信息学院，湖北 荆州 434023)

基于CAN总线技术的汽车空调测控系统设计

王昌柏，翁惠辉 (长江大学电子信息学院，湖北 荆州 434023)

CAN总线技术在现代汽车上得到越来越广泛的应用，汽车空调是现代汽车测控网络中非常重要的节点。主要介绍基于CAN总线技术的汽车空调测控系统的设计，给出了以NECuPD70F3375单片机为核心的汽车空调测控系统总体结构，详细介绍CAN总线物理接口电路、 空调执行器驱动电路、电源及监控等电路及相应测控软件。

CAN总线；汽车空调；测控系统

汽车CAN总线技术以其信号稳定、接线少、开放式管理和高可靠性等优点被全球越来越多汽车厂家所应用[1]。 汽车空调作为对汽车驾乘人员的舒适性起到关键作用、对汽车的安全性能和节能性能有非常重要作用的一个子系统，也是现代汽车网络中一个重要的节点。笔者基于CAN总线技术，利用单片机原理，关键考虑测控系统运行可靠性，设计了汽车空调测控系统的总体电路图，实现了汽车空调节点与汽车其他节点的通讯。

1 测控系统硬件结构

图1 汽车测控网络节点构成图

图2 汽车空调的测控系统电路原理图

基于CAN总线的现代汽车测控网络至少由如图1所示几个节点构成：

其中，汽车空调(CLM)对驾乘人员的舒适性起到关键作用，是对汽车的安全性能和节能性能有非常重要作用的一个子系统，其与整车其他节点一道构成了完善的汽车网络。汽车空调的测控系统电路原理如图2所示，整个电路由9个部分组成： ①微处理器电路(采用NEC 32位 V850E/FX3系列的uPD70F3375)。②CAN总线物理接口电路(收发器采用飞利浦TJA1041A)。③空调执行器驱动部分(驱动芯片采用ST L9823, 执行器电源采用SMART MOSFET开关管控制)。④电源及监控电路。⑤信号输入部分。⑥显示和指示部分。⑦人机对话部分。⑧外部存储电路。⑨故障诊断部分。

然而一步又一步，一个弯又一个弯，山洞仿佛无穷无尽，洞腹没有变宽，也没有变窄，四壁依旧是光滑的刀劈斧削过的绯石。如果不是熊熊燃烧的火把在一点一点变短，说明时间在流逝，一定会有“鬼打墙”一般的感觉吧。“看样子，我们只能用一根火把了。”袁安说，他让李离、吴耕灭掉了手中的火把，只留下上官星雨一个人举火在前面照着路。

2 测控系统硬件电路设计

1)微处理器选型 选用抗干扰能力强的汽车级NEC uPD70F3375微处理器，该处理器采用32位内核V850ES[2]，其最大工作主频32MHz，内部自带256KB Code Flash存储器32KB Data Flash及16KB RAM，采用100pin QFP封装，工作温度-40～125度。 另外该微控制器自带丰富的片内外设， 如2通道CAN控制器， 16通道10位ADC，8M/240K内部振荡器，I2C接口， 8路16位定时/计数器， 3通道UART(支持LIN)等。集成片内的丰富外设资源简化了外部电路的设计并提高了系统抗干扰能力、增长系统可靠性。该芯片具有在线调试及在线下载功能, 对于编程及调试极为方便。

图3 CAN总线物理接口电路图

4)电源及监控电路 电源的设计很关键, 决定系统工作的稳定性。电源输入部分充分考虑过电压的问题，以24V一分钟作为极限工作条件。具体电路如图5所示。输入滤波电路高频部分采用2个10nF陶瓷电容串联，布线时相互成90度角布置，这样设计的目的是当电容受到水平或垂直弯曲应力时，防止电容层间出现短路的风险。 低频滤波电容选用耐压值达35V的贴片电解电容。

图4 空调执行器驱动电路图

3) 空调执行器驱动部分 整个空调系统有3个步进电机作为执行器分别用于驱动模式风门， 混合风门及循环风门。每个风门采用单独电源控制， 并且对每个电机进行电源故障诊断。电机驱动芯片采用2片ST公司L9823[4]。每片有8路输出控制端， 可以控制2个步进电机。每路输出最大电流0.5A， 与微处理器通过SPI口相接， 因此输出具有可编程的特点。该芯片也具有过电压保护，短路保护，过电流保护及过热保护功能。 内部集成诊断功能， 极大的提高了使用的方便性及可靠性能。具体电路如图4所示。

法比跑到《圣经》工场，开始往阁楼上攀登时，突然想到．刚才赵玉墨没有叫他“副神甫”，而是叫他“法比”，把“法比”叫成了一个地道的中国名字。

2)CAN总线物理接口电路 uPD70F3375片内集成有CAN控制器，因此只需要选择一款收发器作为与CAN物理层的硬件接口即可。这里选用飞利浦TJA1041A收发器[3]。具体接口电路如图3所示，CANH/CANL接CAN总线物理层，使用差分信号传输。为防止ESD及瞬间大电压损坏收发器， 输入端均采用TVS保护。 F1为共模电感， 用于对差分信号进行滤波。

5) 信号采集电路 输入信号主要包括车内温度传感器信号， 阳光传感器信号，进/出风口温度传感器信号及电源电压测量信号等。这些信号主要为模拟信号，由于传感器输出信号均为标准信号，为节约成本，信号调理电路采用简单的上拉电阻接传感器的方式, 另外加上钳位电路防止对电源短路。因70F3375片内已集成16通道10位ADC，故不需要另外设计AD转换电路。

图5 电源及监控电路图

电源转换芯片选用ST公司L4979MD芯片[5]， 该芯片最大输入电压可达到31V， 固定输入5V， 精度可达2%。内部自带看门狗及复位电路，复位时间及看门狗定时长度可自由设置或编程。并具有热保护及短路保护功能，该功能可有效提高可靠性。

1.1 对象 2012年4月，采用目的抽样法，选取上海市和杭州市4所医院助产士为参与讨论的专家，其中2所为3级甲等专科医院，1所为3级甲等医院，1所为2级甲等专科医院。入选标准:具有10年以上助产工作经验，本科及以上学历，主管护师以上职称，熟练掌握各种会阴分娩助产方式，对本研究问题熟悉，对本次研究主题感兴趣。

图6 信号采集电路图

图7 程序流程图

6)外部存储电路 外部存储采用ATMEL AT25160AN 16Kb(2KB字节) EEPROM[6]用来存储步进电机的步数， 传感器的温度等参数， 该芯片采用SPI接口，数据可擦写100万次以上，具有掉电保护及写保护等功能。具体电路如图6所示。

3 测控软件

空调测控系统的软件流程如图7所示，整个系统软件2个主要的功能模块：①通讯模块的设计。②功能模块的设计。通讯模块主要是对Mpd70F3375芯片的CAN节点的初始化，包括对CAN控制器的初始化和单片机CPU初始化，以确定CAN控制器的工作方式。功能模块主要完成输入量的数据的采集、执行器控制、 LCD控制和数据存储器等功能。

尊重大学生对传统文化自信培育的多样性，强调自我教育的作用，积极开拓第二课堂，培养自主践行能力，发挥优秀传统文化感染力的作用。我校已持续两年开展“寻找家乡古建和传统工艺”假期调研活动，千余名学生积极参与，利用假期回归故乡，寻找和探索失散在广阔大地的传统文化和背后的故事，开学后进行分享展出。

4 结 语

该测控系统目前已经完成，并在客户端使用。经过过6个月的运行，该系统工作稳定，深受客户的好评。

[1]张凤娇. CAN总线在奥迪汽车前照灯上的应用[J].汽车电器，2007，(2)：8.

[2]NEC. V850ES-FX3 USER MANUAL[EB/OL].http://www.necel.com/cgi-bin/nesdis/o002_e.cgi?litcode=U18638JJ2V0DS00， 2007.

[3]Phillips.TJA1041A High speed CAN transceiver[EB/OL].http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/TJA1041A_4.pdf ， 2008.

[4]STE L9823 Octal Low-Side Driver for bulb. resistive and inductive loads with serial input control, output protection and diagnostic[EB/OL].http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/7791/l9823.pdf，2003.

[5]ATEML SPI Automotive Temperature Serial EEPROMs[EB/OL].http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc5082.pdf，2007.

[6]STE L4979D L4979MD LOW DROP VOLTAGE REGULATOR[EB/OL].http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/10262/l4979md.pdf， 2006.

[编辑] 易国华

TB657.2 ；TP273

A

1673-1409(2009)01-N079-03

2008-12-24

王昌柏(1975-)，男，1997年大学毕业，工程师，硕士生，现主要从事汽车电气电子开发方面的研究工作。