摘 要：以Microchip公司的PIC18F45K80芯片為核心，給出了具有低成本。高擴(kuò)展性的實(shí)用型多功能汽車開關(guān)電器盒的設(shè)計(jì)方法。該開關(guān)電器盒除了具有對(duì)汽車啟動(dòng)過程和行駛狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能外，與其他同類產(chǎn)品相比，還更加注重產(chǎn)品的實(shí)用性和擴(kuò)展性，同時(shí)具備與汽車其他設(shè)備進(jìn)行通信的特有功能。

　　0 引 言

　　隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，車上安裝的電子設(shè)備在不斷增加，從而使汽車綜合控制系統(tǒng)中，有大量控制信號(hào)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)交換。CAN 總線作為一種可靠的汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線，已經(jīng)被廣泛地推廣到汽車控制系統(tǒng)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。將CAN 總線技術(shù)應(yīng)用到汽車開關(guān)電器盒中，可使得各汽車計(jì)算機(jī)控制單元能夠通過CAN 總線得到開關(guān)電器盒中的工作數(shù)據(jù)，又能對(duì)開關(guān)電器盒的各個(gè)繼電器進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，從而達(dá)到減少汽車線束、提高通信可靠性、降低系統(tǒng)成本、避免系統(tǒng)功能重復(fù)、提高系統(tǒng)工作效率的目的。

　　1 汽車開關(guān)電器盒設(shè)計(jì)方案

　　本開關(guān)電器盒采用的是基于Microchip 公司生產(chǎn)的PIC18F45K80 芯片作為主芯片的設(shè)計(jì)方案。該芯片不僅具有一般單片機(jī)所具有的全部功能，還集成有硬件CAN 協(xié)議模塊，芯片內(nèi)部即可完成CAN 總線通信。采用本方案具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：其一是硬件集成了CAN 協(xié)議模塊，無(wú)需外接芯片，從而降低了產(chǎn)品制造成本；二是無(wú)需編寫SPI 接口驅(qū)動(dòng)，縮短了開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力；三是本系統(tǒng)使用主流PIC 芯片，具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性，程序可移植性高。

　　PIC18F45K80 為主控制芯片，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的綜合事務(wù)處理。

　　系統(tǒng)功能主要分為四大部分，分別是模擬信號(hào)采樣。數(shù)字信號(hào)采集?？刂菩盘?hào)輸出和CAN 模塊通信。模擬信號(hào)的采集包括電源電壓采樣。溫度傳感器和電流傳感器采樣。數(shù)字信號(hào)采集各個(gè)熔斷保險(xiǎn)絲的通斷。控制信號(hào)的輸出是對(duì)整車電源繼電器K1。啟動(dòng)電源繼電器K2。啟動(dòng)電機(jī)繼電器K3 的控制。CAN模塊通信是單片機(jī)通過CAN 接口芯片與車上的其他設(shè)備進(jìn)行通信，也是本系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。圖1 所示是本系統(tǒng)的整體框圖。

　　2 汽車開關(guān)電器盒的硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)主處理器PIC18F45K880

　　PIC18F45K80 系列是Microchip 的PIC18F8680。PIC18F4680 和PIC18F4580 增強(qiáng)型CAN 系列產(chǎn)品的低成本擴(kuò)展產(chǎn)品。該單片機(jī)工作電壓范圍寬，為1。8~5。5 V，且片上內(nèi)置3。3 V 穩(wěn)壓器， 可作為電源基準(zhǔn)電壓。工作溫度范圍大：-40~+125 ℃，適合汽車工作環(huán)境。工作速度最高達(dá)64 MHz，具有最大64 KB 的片內(nèi)閃存程序存儲(chǔ)器，1 024 字節(jié)的數(shù)據(jù)EEPROM，3。6 KB 的通用寄存器（SRAM）。設(shè)有2 個(gè)內(nèi)部振蕩器：INTRC （31 kHz） 和INTOSC（16 MHz）。帶擴(kuò)展的看門狗定時(shí)器（WatchdogTimer， WDT），可編程周期為4 ms~131 s。

　　PIC18F45K80 包含一個(gè)增強(qiáng)型控制器局域網(wǎng)（EnhancedController Area Network ，ECAN） 模塊。 ECAN 總線模塊符合ISO 11898-1 規(guī)范。具有3 種工作模式：傳統(tǒng)模式（ 與現(xiàn)有PIC18CXX8/FXX8 CAN 模塊完全向下兼容）。增強(qiáng)模式。FIFO 模式或可編程發(fā)送/ 接收緩沖區(qū)。報(bào)文比特率最高可達(dá)1 Mb/s，具有6 個(gè)緩沖區(qū)可用作接收和發(fā)送報(bào)文緩沖區(qū)，3 個(gè)帶有優(yōu)先級(jí)的發(fā)送報(bào)文緩沖區(qū)，2 個(gè)接收?qǐng)?bào)文緩沖區(qū)和1 個(gè)接收?qǐng)?bào)文組合緩沖區(qū)。

　　2.2 CAN 接口電路模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　本開關(guān)電器盒采用的是恩智浦半導(dǎo)體公司CAN 總線收發(fā)器芯片TJA1050 作為CAN 協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。

　　TJA1050 可以為總線提供不同的發(fā)送性能，為CAN 控制器提供不同的接收性能。TJA1050 完全符合ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)，傳送速度高（ 最高可達(dá)1M 波特）。具有良好的電磁兼容性和低電磁輻射（EME） 性能，并帶有寬輸入范圍的差動(dòng)接收器，可抗電磁干擾（EMI）。

　　圖2 所示是TJA1050 的接口應(yīng)用電路。電路中的一個(gè)120 俚牡繾鑂9，對(duì)于匹配總線阻抗起著相當(dāng)重要的作用，否則，數(shù)據(jù)通信的抗干擾性和可靠性將大大降低，甚至無(wú)法通信。

　　2.3 信號(hào)采集及輸出控制電路設(shè)計(jì)

　　汽車的各種電氣工作狀態(tài)檢測(cè)是開關(guān)電器盒的重要工作職能之一，主要是由保險(xiǎn)絲狀態(tài)采集電路。電源電壓和溫度采集電路。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)電路組成。

　　汽車保險(xiǎn)絲的工作狀態(tài)檢測(cè)。為了可靠。準(zhǔn)確地檢測(cè)各保險(xiǎn)絲的通斷情況，本系統(tǒng)采用了光耦隔離的方式檢測(cè)保險(xiǎn)絲的通斷。該電器盒共有充電保險(xiǎn)絲。暖風(fēng)1~2 保險(xiǎn)絲。開關(guān)電源保險(xiǎn)絲。?；痣娫幢ｋU(xiǎn)絲。ON 檔1~10 號(hào)保險(xiǎn)絲。?；?~8 號(hào)保險(xiǎn)絲等共24 路保險(xiǎn)絲。保險(xiǎn)絲檢測(cè)采用了光耦隔離的檢測(cè)方式，避免車上其他用電設(shè)備對(duì)電器盒系統(tǒng)的干擾。

　　開關(guān)電器盒需對(duì)電源電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過電壓監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓。低壓和發(fā)電機(jī)充電異常等三種異常報(bào)警：電壓過高報(bào)警是當(dāng)電壓超過32 V 時(shí)，通過CAN 總線向儀表發(fā)出系統(tǒng)電壓過高報(bào)警；低電壓報(bào)警則是在車輛未啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)電壓低于設(shè)定值23。5 V 時(shí)，要發(fā)出低電壓報(bào)警，同時(shí)超過4 min切斷電源總開關(guān)；發(fā)電機(jī)充電異常報(bào)警是指車輛啟動(dòng)后，如充電正常，則當(dāng)前電源電壓應(yīng)大于26 V，如充電異常（ 電源電壓超過32 V 或低于26 V），則通過CAN 總線向儀表發(fā)出報(bào)警。

　　由于電壓報(bào)警僅需檢測(cè)3 個(gè)電壓值，為降低系統(tǒng)成本，本設(shè)計(jì)采用電阻分壓的方式來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。

　　本開關(guān)電器盒需檢測(cè)電器盒內(nèi)的溫度，并通過CAN 總線將溫度數(shù)據(jù)發(fā)給儀表。系統(tǒng)采用的是3899 200K 的NTC（ 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻） 來(lái)檢測(cè)溫度，通過與一標(biāo)準(zhǔn)電阻分壓后采樣AD 值，最后根據(jù)阻值- 溫度表格查得實(shí)際測(cè)量溫度值。

　　另外就是啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)。汽車啟動(dòng)系統(tǒng)將蓄電池電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由啟動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)并啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。汽車在啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作電流非常大，一般可達(dá)300~600 A。為防止啟動(dòng)電機(jī)的過電流對(duì)汽車電瓶及其他電路造成損壞，對(duì)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)加入了電流檢測(cè)電路。系統(tǒng)中選用了BYD BLY2-IOV2M電流傳感器，在開關(guān)電器盒中采用金屬銅片穿過電流傳感器腔體。該傳感器采用霍爾效應(yīng)的測(cè)量原理，完全隔離式的測(cè)量方法，具有低功耗。寬測(cè)量范圍等特點(diǎn)。