无线技术在汽车电控系统中的应用

李湘江，南金瑞，杨世文，祝丽

（1.中北大学 机械与动力工程学院，山西 太原 030051；2.北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081；3.北京睿日车心科技有限公司，北京 100081）

无线技术在汽车电控系统中的应用

李湘江1，南金瑞2，杨世文1，祝丽3

（1.中北大学 机械与动力工程学院，山西 太原 030051；2.北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081；3.北京睿日车心科技有限公司，北京 100081）

为了解决传统汽车中组合开关线束复杂、价格昂贵的问题，设计并搭建了一个基于无线局域网络的电气机构控制系统。选用车载电脑为人车交互窗口来完成人车对话，以新力维无线模块WM001S为载体实现无线控制信号与汽车CAN总线的连接，这样就实现了控制开关与汽车ECU的通信。再通过ECU来实现对电气机构的控制，从而达到了借助无线网络来控制汽车电气机构的目的。实验结果证明，该系统最大响应时间为200ms、操作简单、工作稳定可靠、大大降低了线束的复杂程度以及布置线束的空间要求。

线束；电气机构；车载电脑；无线模块；控制信号；CAN总线

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)10-04-03

引言

随着计算机技术的发展和人民对汽车依赖程度的大幅提高，电子产品在汽车上的应用也是越来越广泛。其中无线技术在汽车发展过程中的影响也是越来越大，这都是得益于无线网络平台搭建简单快捷、携带方便等优点[1]。利用无线通信技术可以删减掉组合开关及其相应线束，取而代之的是车载触屏电脑和无线收发模块。这样就可以避开线束复杂、维修不便和线束空间布置难度高这些难题，同时也可以达到降

低成本的目的。

用户通过车载电脑的触屏人机交互界面向无线模块实时发送指令代码，借助于无线模块WM001S来接收指令代码，然后利用串口通讯将无线指令代码传输给单片机，通过单片机来实现将无线指令代码翻译为CAN报文的任务。由于目前大多数嵌入式微控制器都不带CAN总线，必须用外部总线来扩展CAN总线接口芯片，从而使电路复杂化[2]。为了简化外围电路，选择有CAN总线接口的NEC系列单片机78F0884A将无线指令翻译为CAN报文。

1、系统整体设计

该系统设计方案主要目的是实现车载WiFi无线网络和CAN总线网络的连接与通信，最大优点是充分利用了WiFi传播速率快、网络可靠性高这一特性[3]，确保整个系统可靠性高、功耗低、响应时间短。

系统主要包括车载触屏电脑、WiFi收发模块（新力维WM001S模块）、中央处理单元、CAN总线、车载主控制模块、车载子控制模块和车身电气机构。其中车载主控制模块、车载子控制模块、车身电气机构和CAN总线是样车现有的硬件。本课题主要研究对象就是将车载电脑和WiFi收发模块建立起连接并编写人机交互界面，同时还要完成中央处理单元电路的设计和处理单元主芯片78F0884A中程序的编写，按照协议将无线指令翻译为CAN报文，保证车身电气机构能按照指令完成相应动作。系统原理图如图1所示。

2、系统硬件设计

2.1 WiFi模块电路设计

WiFi模块通过内置天线接收电脑发出的无线指令，然后通过UART串行口将数据传输给78F0884A。为了降低开发成本，我们选择WM001S模块作为我们的无线模块。本模块内置完整的TCP/IP协议栈，支持TCP、UDP、DNS等通讯协议，这里采用TCP无线通讯协议。为了保证网络的稳定可靠，该模块必须连接符合IEEE802.11g/802.11b标准2.4G天线。另外，本模块还有一个更大的优点就是由于模块本身支持串口透明传输和自动工作模式，因此可以实现串口即插即用。WiFi模块MCU电路原理图如图2所示。

在这种工作模式下，只需要设置好网络名称（SSID）、安全模式密钥、TCP/UDP连接参数等必须参数即可安全使用，其中TCP/UDP连接参数包括协议类型（选择TCP协议）、连接类型、目的地址和目的端口。无线指令代码从车载电脑通过模块内置天线传输到模块内部，根据设定的数据帧触发长度（这里设置为5个字节）来自动组帧，在接收到帧尾标志位后马上触发发送流程。

2.2 主芯片数据转换电路图

主芯片78F0884A主要任务就是完成串口通信数据帧对CAN报文的转换，这部分的转换就是依靠单片机里面的程序来实现的。该电路最小系统主要包括复位电路、晶振外围电路、程序烧写电路和串口通信电路。

3、系统软件设计

系统程序主要包括数据模块处理程序和上位机程序两大部分，模块处理程序由串行口通讯、数据转换、CAN通讯几个部分组成。

3.1 数据模块处理程序

目前，C语言是在国内外广泛使用的一种计算机语言[4]，所以模块采用C语言编程，在PMPlus环境下进行编译、烧写和调试。单片机实时监测是否接收到无线模块发送过来的串口通讯数据帧，一旦收到串口通讯数据帧，马上根据协议

将相应的数据帧转换为CAN报文数据帧，然后执行CAN报文的发送。根据协议，同样有一个CAN报文来应答，单片机再将这个应答报文转换为串口数据帧，通过串口发送出去，借助WiFi网络将状态传送到人机交互界面进行显示，提高系统的可视化程度。程序的流程图如图4所示。

3.2 上位机程序的设计

人机交互界面采用Labview图形化编程工具调用串口调试助手来编写，串口调试助手控件借助于计算机和无线模块之间创建的WiFi网络，实时通过串行口进行数据的传递和接收。由于该模块主要是为了降低组合开关及其线束生产成本，同时也为了降低组合开关线束空间布置难度而设计出来的，所以模块本身功能主要为车身电器。每当按下一个控制开关，就会通过串口调试助手控件利用WiFi网络向无线模块发送一帧串行通信数据。串行数据帧包括发送数据帧和接收数据帧，不同的数据帧有着相同的帧格式，唯一不同的是帧格式中数据的不同。

表1 发送帧格式(Format of the send frame)

发送数据帧的帧格式包括帧头、控制字、数据区和帧尾4个部分，每个帧之间的区别就在数据区上。数据区包括3个字节，每个字节有8个bit，每个bit代表一个功能，功能的状态用0和1来区分。这样，3个字节就可以实现24个功能。

表2 接收帧格式(Format of the receive frame)

接收数据帧和发送数据帧有着相同的定义，不同的是帧头、控制字和帧尾的值二者不同，目的就是为了区分一个数据帧的传送方向。

4、实验结果与分析

为了验证系统的稳定性和可靠性，特地用人机交互面板向模块发送了右转向灯开、右转向灯关、近光灯开和近光灯关4个指令。

表3 指令实验代码

在实验过程中，对右转向灯和近光灯电平进行了跟踪显示。首先发送右转向灯开指令代码，转向灯开始工作。再发送近光灯开指令代码，近光灯开始工作。随后分别发送关闭近光灯和关闭转向灯指令代码，测得的波形如图5 所示。

通过对实验结果的分析，可以看出系统可靠性和稳定性都比较高，而且响应时间在200ms以内，足以满足车身电气元件的要求。

5、结束语

设计借助于无线模块的便捷性，结合汽车CAN总线使用的普遍性，实现了将二者统一起来对汽车车身电气机构的控制目的。对系统进行了实验验证，结果表明各项实验参数均能满足实车要求。与传统控制模块相比，该模块具有结构简单、成本低廉、性能可靠稳定等优点。

[1]王友山，李操．基于无线通信技术的汽车多点温控系统[J]．中国科技信息，2012（19）:92-99．

[2]周明元，陈立辉，张宇时．基于CAN总线的无线数据采集模块设计[J]．农业科技与装备，2011（6）:81-83．

[3]丁莹．WiFi技术在智能车图像传输中的应用[J]．科技视界，2012 （28）:102-103．

[4]谭浩强．C程序设计[M]．清华大学出版社，2005．

The application of wireless technology in automobile electronic control system

Li Xiangjiang1, Nan Jinrui2, Yang Shiwen1, Zhu Li3
(1.School of Mechanical and Power Engineering,North University of China, Shanxi Taiyuan 030051; 2.School of Mechanical Engineering,Beijing Institute of Technology, Beijing 100081; 3.RCTECH, Beijing 100081)

In order to simplify the harness of the combination switch,and reduce the cost about automobile-manufacturing,a system was designed and built to control the auto electrical mechanism,which was based on wireless network.Taking the board computer as the window to make sure the communication go with a swing between the vehicle and the driver,with the wireless module which was called Seanywell- WM001S as the carrier to implement the wireless control signal connect with the CAN bus successfully,then the communication between the control signal and the vehicle ECU was set up,at the last via the ECU to accomplish the control function of the electrical mechanism,of course,the communication between the switch and ECU was come true.As the auto electrical mechanism were under the control of the ECU,so the purpose that via wireless network to control the electrical mechanism was achieved.Test results proved that the maximal response time of the system is 200ms,in addition,the system is easy to operate and has high reliability,greatly reduce the complexity of the harness and the difficulty to allot the space for the harness.

harness; electrical mechanism; board computer; wireless module; control signal; CAN bus

U463.6

A

1671-7988(2014)10-04-03

李湘江，硕士研究生，就读于中北大学机械与动力工程学院。

项目名称：基于SOC卡尔曼滤波估计的电动汽车电池管理系统。