專利名稱：用于客車車載網(wǎng)絡(luò)與信息集成控制系統(tǒng)中的通用模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車電子領(lǐng)域，尤其是一種應(yīng)用于客車車載網(wǎng)絡(luò)與信息集成控制系統(tǒng)中的 通用模塊。
背景技術(shù)：
隨著人們對客車動力性、安全性和舒適性要求的提高，客車ECU (Electronic Control Unit,電子控制單元)和電子控制裝置也在不斷增加，傳統(tǒng)的點對點通訊方式己經(jīng)不能滿 足汽車分布式實時控制的需要。由于電子設(shè)備的不斷增加而導(dǎo)致的導(dǎo)線數(shù)量的幾何式增 長，也使得在有限車內(nèi)空間布線越來越困難，限制了客車內(nèi)部控制功能的進一步拓展。另 一方面，客車ECU并不是僅僅與負載設(shè)備簡單地連接在一起，更多的是與外圍設(shè)備及其它 ECU進行信息交流，并經(jīng)過復(fù)雜的控制決策運算，發(fā)出控制指令。為了提高信號的利用率， 要求大批數(shù)據(jù)信息在不同的客車ECU之間進行交換和共享。因此采用車載網(wǎng)絡(luò)和信息集成 技術(shù)是汽車電子發(fā)展的必然趨勢。
客車車載網(wǎng)絡(luò)與信息集成控制系統(tǒng)是一種利用現(xiàn)代電子信息技術(shù)、旨在提高客車行駛
安全性與舒適性的控制系統(tǒng)，采用總線控制技術(shù)，消除傳統(tǒng)的客車電子控制系統(tǒng)帶來的制 約客車功能增加、性能提高和降低綜合成本的瓶頸，采用軟件控制代替直接線束控制，可
靠性大幅提升，且系統(tǒng)功能拓展不受限制。
隨著客車車載網(wǎng)絡(luò)與信息集成控制系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用范圍的不斷擴大，車載網(wǎng)絡(luò)與信
息集成系統(tǒng)在高級公交車和高級旅游客車上的裝車量不斷增加，但普遍存在系統(tǒng)中模塊數(shù) 目多、價格高和模塊維護、維修成本高等問題，其主要原因在于模塊未能采用標準化和通 用化的設(shè)計方案，導(dǎo)致模塊種類繁多且功能特定，無法實現(xiàn)互換。
中國專利"客車車載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)"(公開號CN 2810051)公開了一種旨在提高客車 行駛安全性和舒適性的車載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，包括前燈光控制單元、后燈光控制單元、發(fā)動 機信號單元、儀表顯示單元和中央控制單元。中國專利"車載網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)及其車載控制 裝置"(公開號CN 1945257)公開了一種利用多個電子控制裝置實現(xiàn)車載網(wǎng)絡(luò)的診斷與控 制的車載控制裝置，包括編號為10 14、 20 21、 30、 40、 130等多個電子控制裝置。中 國期刊網(wǎng)中的"中國優(yōu)秀博碩士論文數(shù)據(jù)庫"中的"基于CAN總線的汽車車身控制系統(tǒng)的 研究與設(shè)計"一文中介紹了利用CAN總線技術(shù)、通過多個車載網(wǎng)絡(luò)控制單元實現(xiàn)車身電器 控制的設(shè)計方案。以上技術(shù)的不足之處在于車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各控制模塊未能實現(xiàn)標準化 和通用化，且控制模塊的數(shù)目較多，綜合成本較高，不利于客車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可實現(xiàn)標準化和通用化的客車車載網(wǎng)絡(luò)與信 息集成控制系統(tǒng)中的通用模塊，以克服現(xiàn)有的客車車載網(wǎng)絡(luò)和信息集成控制系統(tǒng)的不足。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是包括CAN (Controller Area Network,控
制器局域網(wǎng))通信電路、頻率量采集電路、模擬量采集電路、開關(guān)量采集電路、阻性負載 驅(qū)動電路、感性負載驅(qū)動電路、電源電路和復(fù)位電路，CAN是"控制器局域網(wǎng)"的英文 縮寫。還包括微控制器，該微控制器通過其數(shù)據(jù)總線分別與所述八個電路的輸出端相連； CAN通信電路通過CAN總線接收來自發(fā)送模塊的開關(guān)量采集電路、頻率量采集電路和模 擬量采集電路的控制信號和相關(guān)信息，由微控制器處理后形成控制信息，通過CAN總線 發(fā)送到接收模塊，驅(qū)動相應(yīng)的阻性負載驅(qū)動電路和感性負載驅(qū)動電路動作。
本發(fā)明由于將通用化的設(shè)計方案應(yīng)用于客車車載網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)中，尤其適用于城 市高級公交車和高級旅游客車。因此與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點
(1)客車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制模塊實現(xiàn)了通用化，便于調(diào)試和維護，降低了綜合成 本；(2)滿足普通客車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求，可實現(xiàn)個性化訂制；(3)實現(xiàn)總線化控制， 控制的可靠性得到了提高，系統(tǒng)功能可拓展性得到了增強。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中的阻性負載驅(qū)動電路圖。
圖3是圖1中的開關(guān)量檢測電路圖。
圖4是圖1中的感性負載驅(qū)動電路圖。
圖5是圖1中的電源電路選擇策略。
具體實施例方式
本發(fā)明是一個由微控制器、CAN通信電路、頻率量采集電路、模擬量采集電路、開 關(guān)量采集電路、阻性負載驅(qū)動電路、感性負載驅(qū)動電路、電源電路和復(fù)位電路為主體所構(gòu) 成的用于客車車載網(wǎng)絡(luò)與信息集成控制系統(tǒng)中的通用模塊(見圖1)。微控制器采用16位 單片機，其內(nèi)部集成有CAN控制器以及具有16路8位精度的A/D轉(zhuǎn)換通道和可編程的 頻率量采集通道，A/D轉(zhuǎn)換通道和頻率量采集通道分別通過微控制器的數(shù)據(jù)總線與模擬量 采集電路和頻率量采集電路相連。CAN通信電路通過CAN總線接收來自發(fā)送模塊的開關(guān) 量采集電路、頻率量采集電路和模擬量采集電路的控制信號和相關(guān)信息，由微控制器處理 后形成控制信息，通過CAN總線發(fā)送到接收模塊，驅(qū)動相應(yīng)的阻性負載驅(qū)動電路和感性 負載驅(qū)動電路動作。CAN通信電路的CAN控制器由微控制器內(nèi)部集成的CAN控制器實 現(xiàn)，模擬量和頻率量采集分別由微控制器內(nèi)部集成的模擬量采集輸入接口和頻率量采集輸 入接口實現(xiàn)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，但不限定本發(fā)明。
本發(fā)明中阻性負載驅(qū)動電路的核心元件是功率驅(qū)動芯片UP1，其可以采用MC33286 型號或其它類似的芯片。見圖2:其控制信號輸入引腳為A3(IN1)和A4(IN2);功率輸出引 腳為A7(0UT1)和A8(OUT2);輸出狀態(tài)反饋引腳為A2(CUR R)和A5(STATUS);芯片接地 引腳為A1(GND);芯片電源引腳為A6(VBAT)。功率驅(qū)動芯片UP1的A7和A8引腳用于 接阻性負載；A3和A4引腳分別與微控制器的I/O 口 PA0和PA1引腳相連；A2和A5引 腳分別與微控制器的I/O 口 PB0和模擬量采集口 AN01相連；A6引腳與汽車電源正端
VPWR相連；Al引腳與+5V電源地相連；電阻R1為下拉電阻，與UP1的A2引腳相連 后接+5V電源地GND; R2為上拉電阻，與UP1的A5引腳相連后接+5V電源VDD; Cl 為濾波電容，接在汽車電源正端VPWR和汽車電源負端VPWR-之間。
本實用新型中的開關(guān)檢測電路可由開關(guān)量檢測芯片UP3及其外圍電路組成。UP3為 該電路的核心元件，其可以采用MC33993型號或其它類似的芯片。見圖3: UP3包含4 路可編程開關(guān)量檢測端口和8路低端開關(guān)檢測端口，其中4路可編程開關(guān)量檢測端口通過 軟件設(shè)置為高端開關(guān)接入，開關(guān)量檢測芯片與微控制器通過SPI通信接口通信。高端開關(guān) 信號SH0經(jīng)電阻RP1降壓后與開關(guān)量檢測芯片UP3的可編程開關(guān)量檢測口 X6相連，二極 管Dl用于將輸入X6 口的電平進行限幅，最高不超過汽車電源VPWR，電容C3并接在X6 口與+5V電源地GND之間，用于濾波；低端開關(guān)信號SLO與開關(guān)量檢測芯片的開關(guān)量檢測 口X7相連，電容C4并接在X7 口與+5V電源地GND之間，用于濾波；開關(guān)量檢測芯片UP3 與微控制器通過SPI通信接口通信，相關(guān)引腳為X2、 X3、 X4和X5;開關(guān)量檢測芯片UP3 的X9引腳為模擬量多路輸出引腳，與微控制器的模擬量輸入接口 AN03相連，并通過電容 C5接地；X10引腳為中斷信號輸出引腳，與微控制器的I/O 口 PA6相連；C6為濾波電容， 接在汽車電源正端VPWR和汽車電源負端VPWR-之間。
本發(fā)明中感性負載驅(qū)動電路的核心元件是功率驅(qū)動芯片UP2,其可以采用MC33887型 號或其它類似的芯片。見圖4:控制信號輸入引腳為B3(IN1)和B4(IN2);功率輸出引腳為 B10(OUT1)和B11(0UT2);功率輸出控制引腳為B5(D1)和B6(D2);輸出狀態(tài)反饋引腳為 B2(/FS)和B8(FB);芯片電源引腳為B7(V+);芯片接地引腳為B9(PGND);電荷泵引腳為 B12(CCP);芯片使能輸出引腳為B13(EN);芯片散熱引腳為B14(TAB)。功率驅(qū)動芯片UP2 的B10和Bll引腳用于接感性負載；B3和B4引腳分別與微控制器的I/O 口 PA2和PA3 相連；B5引腳與微控制器的I/O 口 PA5相連；B6引腳接+5V電源；A2和A8引腳分別與 微控制器的I/O 口 PB1和模擬量輸入接口 AN02相連，B8引腳與+5V電源地GND之間并 聯(lián)接電阻R4和極性電容CE1，用于濾波；B7引腳與汽車電源正端VPWR相連；B12引 腳通過電容C2接+5V電源地GND; CE2為濾波電容，接在汽車電源正端VPWR和汽車 電源負端VPWR-之間。
在圖5中，通用模塊通過解析從CAN總線上接收的總電源開關(guān)接通或斷開信息報文， 若總電源開關(guān)接通(邏輯"l")，則使能接工作電源和常通電源負載的功率芯片輸出；若 總電源開關(guān)斷開(邏輯"0"),則使能接常通電源負載的功率芯片輸出。
本發(fā)明提供的通用模塊，其正常工作電源可由電源電路和復(fù)位電路提供+5伏穩(wěn)壓電 源和+5伏隔離穩(wěn)壓電源。
本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.用于客車車載網(wǎng)絡(luò)與信息集成控制系統(tǒng)中的通用模塊，包括CAN通信電路、頻率量采集電路、模擬量采集電路、開關(guān)量采集電路、阻性負載驅(qū)動電路、感性負載驅(qū)動電路、電源電路和復(fù)位電路，CAN是“控制器局域網(wǎng)”的英文縮寫，其特征是還包括微控制器，該微控制器通過其數(shù)據(jù)總線分別與所述八個電路的輸出端相連；CAN通信電路通過CAN總線接收來自發(fā)送模塊的開關(guān)量采集電路、頻率量采集電路和模擬量采集電路的控制信號和相關(guān)信息，由微控制器處理后形成控制信息，通過CAN總線發(fā)送到接收模塊，驅(qū)動相應(yīng)的阻性負載驅(qū)動電路和感性負載驅(qū)動電路動作。
2. 如權(quán)利1要求所述的通用模塊，其特征在于微控制器采用16位單片機。
3. 如權(quán)利2要求所述的通用模塊，其特征在于在微控制器的內(nèi)部，集成有CAN控 制器，以及具有16路8位精度的A/D轉(zhuǎn)換通道和可編程的頻率量采集通道。
4. 如權(quán)利要求3所述的通用模塊，其特征在于A/D轉(zhuǎn)換通道和頻率量采集通道分 別通過微控制器的數(shù)據(jù)總線與模擬量采集電路和頻率量采集電路相連。
5. 如權(quán)利1要求所述的通用模塊，其特征在于阻性負載驅(qū)動電路的核心元件是功 率驅(qū)動芯片UP1，控制信號輸入引腳為A3和A4，功率輸出引腳為A7和A8，輸出狀態(tài) 反饋引腳為A2和A5，芯片接地引腳為A1，芯片電源引腳為A6;UP1各引腳的連接關(guān)系是A7和A8引腳用于接阻性負載；A3和A4引腳分別與微 控制器的I/O 口 PA0和PA1引腳相連；A2和A5引腳分別與微控制器的I/O 口 PB0和模 擬量采集口 AN01相連；A6引腳與汽車電源正端VPWR相連；Al引腳與+5V電源地相 連；電阻R1為下拉電阻，與UP1的A2引腳相連后接+5V電源地GND; R2為上拉電阻， 與UP1的A5引腳相連后接+5V電源VDD;濾波電容Cl接在汽車電源正端VPWR和汽 車電源負端VPWR-之間。
6. 如權(quán)利1要求所述的通用模塊，其特征在f:感性負載驅(qū)動電路的核心元件是功 率驅(qū)動芯片UP2，控制信號輸入引腳為B3和B4，功率輸出引腳為BlO和Bll，功率輸出 控制引腳為B5和B6，輸出狀態(tài)反饋引腳為B2和B8，芯片電源引腳為B7，芯片接地引 腳為B9，電荷泵引腳為B12，芯片使能輸出引腳為B13,芯片散熱引腳為B14;UP2各引腳的連接關(guān)系是B10和B11引腳用于接感性負載；B3和B4引腳分別與微 控制器的I/O 口 PA2和PA3相連；B5引腳與微控制器的I/O 口 PA5相連；B6引腳接+5V 電源；A2和A8引腳分別與微控制器的I/O 口 PB1和模擬量輸入接口 AN02相連；B8引 腳與+5V電源地GND之間并聯(lián)接電阻R4和極性電容CE1，用于濾波；B7引腳與汽車電 源正端VPWR相連；B12引腳通過電容C2接+5V電源地GND; CE2為濾波電容，接在 汽車電源正端VPWR和汽車電源負端VPWR-之間。
7. 如權(quán)利1要求所述的通用模塊，其特征在于開關(guān)檢測電路由開關(guān)量檢測芯片UP3 及其外圍電路組成；UP3包含4路可編程開關(guān)量檢測端口和8路低端開關(guān)檢測端口，其中 4路可編程開關(guān)量檢測端口通過軟件設(shè)置為高端開關(guān)接入，高端開關(guān)量信號接入前通過電阻RP1和二極管D1限幅，然后接入高端開關(guān)量檢測端口；低端開關(guān)量信號直接接入低端 開關(guān)量檢測端口；開關(guān)量檢測芯片與微控制器通過SPI通信接口通信。
8. 如權(quán)利7要求所述的通用模塊，其特征在于所述的開關(guān)量檢測芯片UP3，可編 程開關(guān)量檢測引腳為X6，低端開關(guān)量檢測口為X7， SPI通信相關(guān)引腳為X2、 X5、 X3和 X4，芯片接地引腳為X1，芯片+5V電源引腳為X8，芯片+24V電平引腳為X11，模擬量 多路輸出引腳為XIO，中斷信號輸出引腳為X10;UP3各引腳的連接關(guān)系是高端開關(guān)信號SH0經(jīng)電阻RP1降壓后與開關(guān)量檢測芯片 UP3的SP0引腳相連；二極管D1用于將輸入X6引腳口的電平進行限幅，最高不超過汽 車電源VPWR;濾波電容C3并接在X6引腳與+5V電源地GND之間；低端開關(guān)信號SLO 與X7引腳相連，濾波電容C4并接在X6引腳與+5V電源地GND之間；UP3與微控制器 通過SPI通信接口通信，相關(guān)引腳為X2、 X3、 X4禾BX5; UP3的XIO引腳與微控制器的 模擬量輸入接口 AN03相連，并通過電容C5接地；XIO引腳與微控制器的I/O 口 PA6相 連；濾波電容C6接在汽車電源正端VPWR和汽車電源負端VPWR-之間。
9. 如權(quán)利1要求所述的通用模塊，其特征在于所述通用模塊通過解析從CAN總線 上接收的總電源開關(guān)接通或斷開信息報文，若總電源開關(guān)接通，則使能接通工作電源和常 通電源的阻性、感性負載的功率芯片輸出；若總電源開關(guān)斷開，則使能接通常通電源負載 的功率芯片輸出。
10. 如權(quán)利1要求所述的通用模塊，其特征在于所述通用模塊，其正常工作電源由電 源電路和復(fù)位電路提供+5伏穩(wěn)壓電源和+5伏隔離穩(wěn)壓電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于客車車載網(wǎng)絡(luò)與信息集成控制系統(tǒng)中的通用模塊，包括微控制器，以及CAN通信、頻率量采集、模擬量采集、開關(guān)量采集、阻性負載驅(qū)動、感性負載驅(qū)動、電源和復(fù)位電路；微控制器通過其數(shù)據(jù)總線分別與所述八個電路的輸出端相連；CAN通信電路通過CAN總線接收來自發(fā)送模塊的開關(guān)量采集電路、頻率量采集電路和模擬量采集電路的控制信號和相關(guān)信息，由微控制器處理后形成控制信息，通過CAN總線發(fā)送到接收模塊，使阻性負載驅(qū)動電路和感性負載驅(qū)動電路動作。本模塊實現(xiàn)了通用化，便于調(diào)試和維護，降低了綜合成本；可滿足普通客車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求，實現(xiàn)個性化訂制；實現(xiàn)總線化控制，可靠性高，系統(tǒng)功能可拓展性得到了增強。
文檔編號G05B19/418GK101201619SQ20071016864
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者于翔鵬, 李剛炎, 劍 胡, 軍 胥, 褚端峰 申請人:武漢理工大學