用於客車車載網絡與信息集成控制系統中的通用模塊的製作方法

2023-10-10 06:43:09

專利名稱：用於客車車載網絡與信息集成控制系統中的通用模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於汽車電子領域，尤其是一種應用於客車車載網絡與信息集成控制系統 中的通用模塊。
背景技術：
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，傳統的點對點通訊方式已經不能滿 足汽車分布式實時控制的需要。由於電子設備的不斷增加而導致的導線數量的幾何式增 長，也使得在有限車內空間布線越來越困難，限制了客車內部控制功能的進一步拓展。另 一方面，客車ECU並不是僅僅與負載設備簡單地連接在一起，更多的是與外圍設備及其它 ECU進行信息交流，並經過複雜的控制決策運算，發出控制指令。為了提高信號的利用率， 要求大批數據信息在不同的客車ECU之間進行交換和共享。因此採用車載網絡和信息集成
技術是汽車電子發展的必然趨勢。
客車車載網絡與信息集成控制系統是一種利用現代電子信息技術、旨在提高客車行駛
安全性與舒適性的控制系統，採用總線控制技術，消除傳統的客車電子控制系統帶來的制 約客車功能增加、性能提高和降低綜合成本的瓶頸，採用軟體控制代替直接線束控制，可 靠性大幅提升，且系統功能拓展不受限制。
隨著客車車載網絡與信息集成控制系統的發展與應用範圍的不斷擴大，車載網絡與信
息集成系統在高級公交車和高級旅遊客車上的裝車量不斷增加，但普遍存在系統中模塊數 目多、價格高和模塊維護、維修成本高等問題，其主要原因在於模塊未能採用標準化和通 用化的設計方案，導致模塊種類繁多且功能特定，無法實現互換。
中國專利"客車車載網絡控制系統"(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絡控制系統，包括前燈光控制單元、後燈光控制單元、發動 機信號單元、儀表顯示單元和中央控制單元。中國專利"車載網絡診斷系統及其車載控制 裝置"(公開號CN 1945257)公開了一種利用多個電子控制裝置實現車載網絡的診斷與控 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 國期刊網中的"中國優秀博碩士論文資料庫"中的"基於CAN總線的汽車車身控制系統的 研究與設計" 一文中介紹了利用CAN總線技術、通過多個車載網絡控制單元實現車身電器 控制的設計方案。以上技術的不足之處在於車載網絡系統中的各控制模塊未能實現標準化 和通用化，且控制模塊的數目較多，綜合成本較高，不利於客車車載網絡技術的普及。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種可實現標準化和通用化的客車車載網絡 與信息集成控制系統中的通用模塊，以克服現有的客車車載網絡和信息集成控制系統的不 足。本實用新型解決其技術問題採用的技術方案是包括CAN (Controller Area Network,
控制器區域網)通信電路、頻率量採集電路、模擬量採集電路、開關量採集電路、阻性負 載驅動電路、感性負載驅動電路、電源電路和復位電路。還包括微控制器，該微控制器通 過其數據總線分別與所述八個電路的輸出端相連。
本實用新型由於將通用化的設計方案應用於客車車載網絡信息集成系統中，尤其適用 於城市高級公交車和高級旅遊客車。因此與現有技術相比具有以下的主要優點
(1)客車車載網絡系統的控制模塊實現了通用化，便於調試和維護，降低了綜合成 本；(2)滿足普通客車車載網絡系統的需求，可實現個性化訂製；(3)實現總線化控制， 控制的可靠性得到了提高，系統功能可拓展性得到了增強。

圖1是本實用新型的結構示意圖。
圖2是圖1中的阻性負載驅動電路圖。
圖3是圖1中的開關量檢測電路圖。
圖4是圖1中的感性負載驅動電路圖。
圖5是圖1中的電源電路選擇策略。
具體實施方式

本實用新型是一個由微控制器、CAN通信電路、頻率量採集電路、模擬量採集電路、 開關量採集電路、阻性負載驅動電路、感性負載驅動電路、電源電路和復位電路為主體所 構成的用於客車車載網絡與信息集成控制系統中的通用模塊(見圖1)。微控制器採用16 位單片機，其內部集成有CAN控制器以及具有16路8位精度的A/D轉換通道和可編程 的頻率量採集通道，A/D轉換通道和頻率量採集通道分別通過微控制器的數據總線與模擬 量採集電路和頻率量採集電路相連。CAN通信電路通過CAN總線接收來自發送模塊的開 關量採集電路、頻率量採集電路和模擬量採集電路的控制信號和相關信息，由微控制器處 理後形成控制信息，通過CAN總線發送到接收模塊，驅動相應的阻性負載驅動電路和感 性負載驅動電路動作。CAN通信電路的CAN控制器由微控制器內部集成的CAN控制器 實現，模擬量和頻率量採集分別由微控制器內部集成的模擬量採集輸入接口和頻率量採集 輸入接口實現。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述，但不限定本實用新型。 本實用新型中阻性負載驅動電路的核心元件是功率驅動晶片UP1，其可以採用 MC33286型號或其它類似的晶片。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);輸出狀態反饋引腳為A2(CUR R)和A5(STATUS); 晶片接地引腳為A1(GND);晶片電源引腳為A6(VBAT)。功率驅動晶片UP1的A7和A8 引腳用於接阻性負載；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和模擬量採集口 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 腳相連後接+5V電源地GND;R2為上拉電阻，與UP1的A5引腳相連後接+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檢測電路可由開關量檢測晶片UP3及其外圍電路組成。UP3為 該電路的核心元件，其可以採用MC33993型號或其它類似的晶片。見圖3: UP3包含4 路可編程開關量檢測埠和8路低端開關檢測埠，其中4路可編程開關量檢測埠通過 軟體設置為高端幵關接入，開關量檢測晶片與微控制器通過SPI通信接口通信。高端開關 信號SH0經電阻RP1降壓後與開關量檢測晶片UP3的可編程開關量檢測口 X6相連，二極 管Dl用於將輸入X6 口的電平進行限幅，最高不超過汽車電源VPWR，電容C3並接在X6 口與+5V電源地GND之間，用於濾波；低端開關信號SLO與開關量檢測晶片的開關量檢測 口 X7相連，電容C4並接在X7 口與+5V電源地GND之間，用於濾波；開關量檢測晶片UP3 與微控制器通過SPI通信接口通信，相關引腳為X2、 X3、 X4和X5;開關量檢測晶片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，並通過電容 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。
本實用新型中感性負載驅動電路的核心元件是功率驅動晶片UP2，其可以採用 MC33887型號或其它類似的晶片。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(OUT2);功率輸出控制引腳為B5(D1)和B6(D2);輸出狀 態反饋引腳為B2(/FS)和B8(FB);晶片電源引腳為B7(V+);晶片接地引腳為B9(PGND); 電荷泵引腳為B12(CCP);晶片使能輸出引腳為B13(EN);晶片散熱引腳為B14(TAB)。功 率驅動晶片UP2的B10和Bll引腳用於接感性負載;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之間並聯接電阻R4和極性電容CE1，用於濾波；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 總電源開關接通或斷開信息報文，若總電源開關接通(邏輯"l")，則使能接工作電源和 常通電源負載的功率晶片輸出；若總電源開關斷開(邏輯"0")，則使能接常通電源負載 的功率晶片輸出。
本實用新型提供的通用模塊，其正常工作電源可由電源電路和復位電路提供+5伏穩 壓電源和+5伏隔離穩壓電源。
本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求1.用於客車車載網絡與信息集成控制系統中的通用模塊，包括CAN通信電路、頻率量採集電路、模擬量採集電路、開關量採集電路、阻性負載驅動電路、感性負載驅動電路、電源電路和復位電路，其特徵是還包括微控制器，該微控制器通過其數據總線分別與所述八個電路的輸出端相連。
2. 如權利1要求所述的通用模塊，其特徵在於微控制器釆用16位單片機，其內部 集成有CAN控制器，以及具有16路8位精度的A/D轉換通道和可編程的頻率量採集通 道；A/D轉換通道和頻率量採集通道分別通過微控制器的數據總線與模擬量採集電路和頻 率量採集電路相連。
3. 如權利1要求所述的通用模塊，其特徵在於阻性負載驅動電路的核心元件是功 率驅動晶片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 反饋引腳為A2和A5，晶片接地引腳為A1，晶片電源引腳為A6;UP1各引腳的連接關係是A7和A8引腳用於接阻性負載；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 擬量採集口 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引腳相連後接+5V電源地GND; R2為上拉電阻， 與UP1的A5引腳相連後接+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。
4. 如權利1要求所述的通用模塊，其特徵在於感性負載驅動電路的核心元件是功 率驅動晶片UP2，控制信號輸入引腳為B3和B4，功率輸出引腳為B10和B11,功率輸出 控制引腳為B5和B6，輸出狀態反饋引腳為B2和B8，晶片電源引腳為B7，晶片接地引 腳為B9，電荷泵引腳為B12，晶片使能輸出引腳為B13，晶片散熱引腳為B14;UP2各引腳的連接關係是B10和Bll引腳用於接感性負載；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/0口PB1和模擬量輸入接口 AN02相連；B8引 腳與+5V電源地GND之間並聯接電阻R4和極性電容CEl，用於濾波；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。
5. 如權利1要求所述的通用模塊，其特徵在於開關檢測電路由開關量檢測晶片UP3 及其外圍電路組成；UP3的可編程開關量檢測引腳為X6,低端開關量檢測口為X7， SPI 通信相關引腳為X2、 X5、 X3和X4，晶片接地引腳為Xl,晶片+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各引腳的連接關係是高端開關信號SHO經電阻RP1降壓後與開關量檢測晶片 UP3的SP0引腳相連；二極體D1用於將輸入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並接在X6引腳與+5V電源地GND之間；低端開關信號SLO與X7引腳相連，濾波電容C4並接在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，相關引腳為X2、 X3、 X4和X5; UP3的X10引腳與微控制器的 模擬量輸入接口 AN03相連，並通過電容C5接地；X10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。
6.如權利1要求所述的通用模塊，其特徵在於所述通用模塊，其正常工作電源由 電源電路和復位電路提供+5伏穩壓電源和+5伏隔離穩壓電源。
專利摘要本實用新型公開了一種用於客車車載網絡與信息集成控制系統中的通用模塊，包括微控制器，以及CAN通信、頻率量採集、模擬量採集、開關量採集、阻性負載驅動、感性負載驅動、電源和復位電路；微控制器通過其數據總線分別與所述八個電路的輸出端相連。本模塊實現了通用化，便於調試和維護，降低了綜合成本；可滿足普通客車車載網絡系統的需求，實現個性化訂製；實現總線化控制，可靠性高，系統功能可拓展性得到了增強。
文檔編號G05B19/04GK201142019SQ20072008878
公開日2008年10月29日 申請日期2007年12月6日 優先權日2007年12月6日
發明者於翔鵬, 李剛炎, 劍 胡, 軍 胥, 褚端峰 申請人:武漢理工大學