汽車光纖多路傳輸控制系統(tǒng)o

汽車光纖多路傳輸控制系統(tǒng)1前言隨著近年來電子技術(shù)的進(jìn)步，為提高汽車可靠性、降低油耗和空氣污染，車用電子控制系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)量、電線數(shù)量不斷上升，同時(shí)因電子控制系統(tǒng)功能的加強(qiáng)、控制要求的精確化，多采用集成電路，其復(fù)雜性增加，數(shù)據(jù)傳輸速率也在不斷上升。所需汽車線束也就更多更復(fù)雜，一輛充滿電子學(xué)裝備的現(xiàn)代汽車上約計(jì)需1200根單獨(dú)導(dǎo)線，因此，線束已成為必需解決的問題。多路傳輸是解決汽車布線問題的主要方法。多路傳輸系統(tǒng)與通常方式對(duì)用電設(shè)備的控制比較見圖1。圖1多路傳輸系統(tǒng)（串行分時(shí)通信）方式對(duì)用電設(shè)備的控制比較可見，多路傳輸系統(tǒng)可以大量減少電線數(shù)量、減小面線體積和質(zhì)量、縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度、增加使用功能并使配件統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，采用這種多路傳輸系統(tǒng)較易對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行安裝、調(diào)試、檢修和進(jìn)行故障診斷。與光纖多路復(fù)用傳輸系統(tǒng)相比，電線多路傳輸系統(tǒng)具有電磁兼容性和保密性差，對(duì)地環(huán)問題和有缺陷的地回路敏感，抗電磁干擾能力較差等缺點(diǎn)。光纖在多路選通應(yīng)用方面的主要優(yōu)點(diǎn)是：頻帶寬度較大和多路、尺寸小、質(zhì)量輕；通過效率大、信號(hào)功率損失小、與頻率的關(guān)系減弱；超高絕緣、不存在短路和接地問題；耐腐蝕、靈敏度高；能夠雙工傳輸信息、抗干擾性高(特別是對(duì)汽車車上電路的脈沖干擾)；光纖允許有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和較高的信噪比——帶寬積，可適用于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)控制、車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)和通－斷負(fù)載的開關(guān)控制等要求。兩種光纖(塑料的和玻璃的)中，塑料光纖較為便宜和便于使用，在汽車中應(yīng)用較廣。光纖多路傳輸系統(tǒng)目前費(fèi)用已與電路系統(tǒng)不相上下，并可望更低，因此光纖多路傳輸系統(tǒng)是汽車多路傳輸系統(tǒng)的發(fā)展方向，是汽車線束的發(fā)展方向。按系統(tǒng)的復(fù)雜程度、信息量、必要的動(dòng)作響應(yīng)速度、可靠性要求等將多路傳輸系統(tǒng)分為低速(A)、中速(B)、高速(C)三類。表1示出了美國(guó)SAE委員會(huì)優(yōu)先推薦的多路傳輸系統(tǒng)的等級(jí)分類。表1SAE推薦的汽車多路通信系統(tǒng)分類渴系統(tǒng)等級(jí)沖信號(hào)種類度響應(yīng)速度，編ms弦A年車身控制系頃統(tǒng)：燈具、朽繼電器、電考動(dòng)門窗、電替動(dòng)座椅等秩20慎~遇50（低速創(chuàng)）鋪B胸動(dòng)態(tài)信息系漁統(tǒng)：導(dǎo)航、迫多信息、電亦話、故障診殺斷裝置等綿5秀~瘦50（中速里）恩C顫實(shí)時(shí)控制系羅統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)厘、傳動(dòng)系統(tǒng)奴、制動(dòng)系統(tǒng)汽、懸架控制屈系統(tǒng)劉1餐~徒5（高速）多路傳輸系統(tǒng)的通信方式主要有：①美國(guó)Essex方法；②聯(lián)邦德國(guó)Bosch公司CAN(ControllerAreaNetwork)三線系統(tǒng)；③GeneralMotors方法；④英國(guó)GEC方法；⑤日本電裝公司的SMN系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在豐田公司的安全實(shí)驗(yàn)樣車上；⑥日本三菱電氣公司與日本東京工業(yè)公司協(xié)作研制的方法；⑦日本日產(chǎn)公司方法。為用統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)連接汽車電動(dòng)和電子部件，ISO組織批準(zhǔn)采用的汽車多路傳輸系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議有三個(gè)：VAN(VehicleAreaNetwork)、CAN和SCP(J1850標(biāo)準(zhǔn))。2系統(tǒng)工作原理設(shè)計(jì)及硬件框圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主、從式多機(jī)通訊，主機(jī)和從機(jī)的連接方式如圖2所示。用一個(gè)89C2051系統(tǒng)作為主機(jī)，用4個(gè)89C2051系統(tǒng)作為從機(jī)，以TTL電平(邏輯“1”是2.4V～5V，邏輯“0”是0V～0.4V)通信。主機(jī)接收4組控制信號(hào)，每組控制信號(hào)有8位。每組的8位信號(hào)通過一個(gè)三態(tài)邏輯器件74LS244(八緩沖器/驅(qū)動(dòng)器/線接收器)，送往主機(jī)的P1口(P1.0～P1.7)。4個(gè)三態(tài)邏輯器件74LS244各自的控制端分別與主機(jī)的端口P3.3、P3.4、P3.5、P3.7相連，以實(shí)現(xiàn)4組控制信號(hào)的按鈕分時(shí)順序讀入，從而得到與4組共32個(gè)終端用電器一一對(duì)應(yīng)的32路控制信號(hào)。每一位控制信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)用電器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每組控制信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)從機(jī)，每個(gè)從機(jī)可控制8個(gè)用電器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。偽圖2倘所設(shè)計(jì)系統(tǒng)龜?shù)闹鲝氖蕉噘I機(jī)通信結(jié)構(gòu)嫁圖3是析系統(tǒng)的硬件概框圖。設(shè)計(jì)俘的系統(tǒng)主要僚由控制信號(hào)冒獲取、光發(fā)陵射模塊、三跌根總線(電竹力線、光纖共信號(hào)線、系賴統(tǒng)電力回線第)光接收模凍塊、終端用棟電器或執(zhí)行包機(jī)構(gòu)組成。姐用電器電力毅回線為車殼納，兩地線分脫開以免產(chǎn)生梁干擾信號(hào)。捏光發(fā)射模塊嫁由控制開關(guān)筐、光電隔離處器521－遷4、晶振、姻89C20閘51主機(jī)、饑813看門勵(lì)狗、485夫電路(單端松輸出轉(zhuǎn)換為冰雙端輸出)膏、紅外電光牢轉(zhuǎn)換發(fā)射電膀路及DC－映DC直流隔鐘離變換器(魔12V違捧5V)組攤成。光接收衣模塊由PI穗N光電轉(zhuǎn)換遷接受電路、蘇信號(hào)放大整架形電路、晶滋振、89C受2051從島機(jī)、813浸看門狗、光腦電隔離器5透21－4、已大功率場(chǎng)效恢應(yīng)晶體管功專率開關(guān)IR游F540、稍DC－DC肯直流隔離變促換器(12夸±年12V、炸12V雕貞5V)組棄成。整個(gè)系令統(tǒng)由車用1免2V蓄電奶池供電。為寒穩(wěn)定電源電憑壓(點(diǎn)火系由工作時(shí)電源慮電壓波動(dòng)很賺大)，光發(fā)渠射模塊及光燦接收模塊內(nèi)頓都有自己的清DC－DC臭直流隔離變甚換器，以提涂供穩(wěn)定的5黃V及娃±胸12V電抄源。鉛圖3汽畝車光纖多路富傳輸控制系錢統(tǒng)的硬件框麻圖灣系統(tǒng)的埋工作過程設(shè)棗計(jì)為：首先誠(chéng)是獲與終端產(chǎn)用電器或執(zhí)巨行機(jī)構(gòu)一一值對(duì)應(yīng)的控制膛信號(hào)；然后呢信號(hào)經(jīng)光電驚隔離后送主考機(jī)(主機(jī)有蠶自己的晶振餃和看門狗電組路以保證發(fā)興生錯(cuò)誤時(shí)能哭自動(dòng)重新復(fù)淺位，從而避碑免了死機(jī))吧；主機(jī)在發(fā)賞送從機(jī)地址姑五次(此時(shí)真發(fā)送的第九滔位數(shù)據(jù)TB馬8是1)后灌，再五次發(fā)某送脈沖編碼風(fēng)的數(shù)據(jù)(此娘時(shí)發(fā)送的第雹九位數(shù)據(jù)T末B8是1)額后，再五次插發(fā)送脈沖編葉碼的數(shù)據(jù)(雷此時(shí)TB8滿置0)；電漁脈沖信號(hào)經(jīng)浴485電路認(rèn)后，進(jìn)行電淡光轉(zhuǎn)換，變凝為具有一定獸功率的經(jīng)外扒光脈沖信號(hào)前；光脈沖信狐號(hào)經(jīng)塑料光袋纖按分時(shí)復(fù)經(jīng)用方式傳至篇光接收機(jī)進(jìn)鋪行光電轉(zhuǎn)換背、信號(hào)放大五整形后，送施從機(jī)(從機(jī)統(tǒng)也有自身的守晶振和81滅3看門狗電棵路)；從機(jī)減首先五次判表斷主機(jī)發(fā)送瓣的地址是否啞與自己的地管址相符，若億有一次不一昂致則放棄并屯重新接受信躲號(hào)，若五次至確認(rèn)一致，寒則在置從機(jī)三的多機(jī)通信趴標(biāo)志SM2更=0后繼續(xù)浸接受信號(hào)，脆若接收的信僚號(hào)是地址，始則放棄并重挎新接受信號(hào)碌，若接收的扶信號(hào)是數(shù)據(jù)紐，則進(jìn)行五貢次確認(rèn)，若尸有一次不同眨則放棄并重側(cè)新接受信號(hào)隊(duì)，若五次確互認(rèn)都一致，溜則將數(shù)據(jù)輸醉出；數(shù)據(jù)信記號(hào)經(jīng)光電隔缺離器521葉－4，大功廁率場(chǎng)效應(yīng)晶厭體管功率開閘關(guān)IRF5棄40控制終繳端用電器或各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的視動(dòng)作。墊該系統(tǒng)增的1個(gè)光發(fā)免射模塊可控湖制4個(gè)光接跌收模塊，1狠個(gè)光接收模梁塊可直接控?fù)裰?個(gè)終端球用電器或執(zhí)框行機(jī)構(gòu)，即谷1個(gè)光發(fā)射叉模塊可控制尺32個(gè)終端群用電器或執(zhí)晨行機(jī)構(gòu)的動(dòng)孝作。同時(shí)該燒系統(tǒng)還可根餅據(jù)具體需要尚進(jìn)行擴(kuò)展，鴉既可擴(kuò)展成勇一個(gè)光發(fā)射鳳模塊控制多涉?zhèn)€光接收模鑼塊的中央控象制式系統(tǒng)，蕉也可擴(kuò)展成資一個(gè)光發(fā)射趟模塊控制一牲個(gè)或幾個(gè)光票接收模塊含幫有多個(gè)光發(fā)蝕射模塊的分謊散控制式系暑統(tǒng)。因而，乒不管終端用查電器或執(zhí)行轎機(jī)構(gòu)數(shù)量多誕少，都可應(yīng)顫用該系統(tǒng)的榴設(shè)計(jì)原理。咽光纖傳絕送信息的方牧法概括而言尸有三種：時(shí)快分復(fù)用(O搭TDM)、尾波分復(fù)用(阿WDM)、冤頻分復(fù)用(垃F(xiàn)DM)。定所設(shè)計(jì)的汽伸車光纖多路承傳輸控制系再統(tǒng)采用的是于光脈沖的串絹行時(shí)分復(fù)用享通訊方式。豈采用L樸ED發(fā)光二陰極管－階躍仰折射率光纖習(xí)－PIN光擺電二極管檢呀測(cè)器的系統(tǒng)庸最適合于距竟離較短且數(shù)帳據(jù)傳輸速率禍相對(duì)低的監(jiān)貨視和控制場(chǎng)煮合。稻系統(tǒng)的聲硬件電路包念括光發(fā)射模賢塊、光接收雅功能模塊2華個(gè)部分，每鉗個(gè)部分里都眼含有一個(gè)直氧流電源變換煎器。匆采用的法硬件抗干擾凍措施有：采謎用直流隔離熊電源、濾波悅電容，以抑諷制電源串?dāng)_訪、共模噪聲塑、差模噪聲予及瞬態(tài)過電拔壓干擾；光槽電隔離；監(jiān)徑控電路81奉3集成芯片脅的使用；4堡85電路的潮使用；用光第纖系統(tǒng)傳輸周信號(hào)；晶體獲管轉(zhuǎn)換開關(guān)溝的使用。陵系統(tǒng)軟輕件中采用的宜抗噪聲干擾誘措施主要有句：冗余指令違；看門狗技挨術(shù)；陷阱技塌術(shù)；信號(hào)的掀多次判定；予微機(jī)的并聯(lián)菜動(dòng)作；寄存沿器再設(shè)定；跡禁止對(duì)開始異地址的分割抓。刃3抗干擾轟試驗(yàn)坑車用微斷機(jī)系統(tǒng)所受帽的來自系統(tǒng)咸外部的干擾野主要有外部敢的電磁輻射狀和車載電器純?cè)O(shè)備產(chǎn)生的睬干擾，如點(diǎn)念火系高壓電節(jié)源線與光纖槐信號(hào)線的耦街合干擾，來禮自電源的瞬黨態(tài)過電壓干登擾及電源串律擾等。所做怪的抗干擾試獄驗(yàn)主要有：梨系統(tǒng)抗電源渡噪聲試驗(yàn)；渴抗點(diǎn)火系電齊磁輻射試驗(yàn)奧；點(diǎn)火系高騙壓電源線與腦光纖信號(hào)線牛的耦合干擾床試驗(yàn)。棚試驗(yàn)時(shí)楊，將所設(shè)計(jì)拖的汽車光纖積多路傳輸系封統(tǒng)與點(diǎn)火系已模擬裝置并周聯(lián)接在12算V蓄電池冶的正、負(fù)極干間，將點(diǎn)火嶄頻率在4昨500次/沒min～4底1600姨次/min夠間連續(xù)調(diào)節(jié)糠，觀察系統(tǒng)敵能否正常工猛作。即用示到波器測(cè)試光岔發(fā)射模塊中費(fèi)485電路雕及光接收功損能模塊中光教纖接收端的也跟隨器、第刻一級(jí)放大器男及比較器等欺的輸出信號(hào)來，用以分析貴發(fā)送和接收鍛的信號(hào)是否紋一致，從而姿評(píng)價(jià)系統(tǒng)的臉抗干擾能力雖及工作可靠餃性。莫點(diǎn)火系受模擬裝置見墓圖4所示。瑞圖中脈沖信蝴號(hào)發(fā)生器的畏頻率可在4批500憤Hz～41材600若Hz間變化籮，即模擬點(diǎn)廚火頻率可達(dá)村4500過次/mi厲n～41民600次珍/min(馳一般單缸發(fā)尿動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火鹿頻率30忙00次/垂min、6劇缸發(fā)動(dòng)機(jī)的笑點(diǎn)火頻率3爪000霧×扣6=18鍛000次農(nóng)/min)韻。渠圖4點(diǎn)帳火系統(tǒng)模擬左裝置佩試驗(yàn)結(jié)塔果如下。領(lǐng)(1)慢發(fā)送和接收授到的信號(hào)的寺數(shù)據(jù)格式與看設(shè)定的11鍋位數(shù)據(jù)格式乓一致。純(2)慧控制信號(hào)的況加載位置與缸用示波器觀北察到的相應(yīng)雀信號(hào)的波形贊格式具有正溝確的一一對(duì)嗽應(yīng)關(guān)系。嶄(3)國(guó)系統(tǒng)光發(fā)射容模塊發(fā)送的胡信號(hào)與光接紗收模塊接收洽到的信號(hào)一所致。哈這說明圣在三個(gè)抗干雁擾試驗(yàn)中，沈系統(tǒng)具有較隨強(qiáng)的抗干擾那能力，工作誓可靠性較高粉。4結(jié)論牙所設(shè)計(jì)睬的汽車光纖哄多路傳輸系銹統(tǒng)以三根總齒線(電源線騙、地線、光拆纖信號(hào)線)駛代替?zhèn)鹘y(tǒng)的含多根點(diǎn)－點(diǎn)諒并行電線，驗(yàn)大大減少了抱所用電