試論LIN總線下的汽車雨刮控制系統設計

劉宗健，李曉燕，易運遠

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

隨著電子技術的發展，應用在汽車上的電子裝備逐漸增多，各種裝置之間也能通過網絡實現通訊。在汽車系統中一般使用點對點的通信方式，形成一個巨大的布線系統，讓制造維護的成本得到增加。雨刮系統作為汽車系統中十分重要的構成，使用LIN總線技術能夠有效提高其功能性。

1 LIN總線概述

LIN總線也就是區域互聯網絡，能夠進行對汽車系統的控制，其價格便宜、配置靈活，使其在分布式控制中被廣泛使用，作為汽車網絡功能的補充，讓結構設計更加靈活。LIN總線是總線網絡中常見的通用協議，一般情況下使用單主多從的結構模式。而從機節點并不需要諧振器就能實現同步。在通用接口的基礎上，進行單線傳輸，總線最長通信距離能夠達到40米長。在LIN總線中，數據的傳輸是以報文幀的格式實現的，其中包含兩個部分，分別是幀頭和響應組。同步場、標識符聯合間隔場構成了主任務幀頭，數據場聯合校驗和場構成了響應組。在LIN網絡中有著很多主節點和諸多數量的從節點，經過主機節點作用，使得LIN連接上層網絡。這樣在一個LIN網絡中能夠實現多達十六個節點的連接，但是其中只含括一個主節點，其余都是從節點。主機任務負責對總線指令的接受，對總線傳輸報文進行調度，同時對數據展開監測，能夠作為標準時鐘進行參考。從機在接收到幀頭信息后能夠進行是否做出應答和發送的判斷。

2 智能雨刮控制系統的設計方案

在汽車安裝的諸多執行器中，在雨天汽車的正常行駛需要雨刮發揮出很大作用，在雨雪天氣條件中，駕駛員的視野十分狹小，需要謹慎駕駛應對路面濕滑。在雨天駕駛汽車難度大，讓駕駛員的精力受到干擾，需要具備一套完善的雨刮控制系統，保證汽車行駛安全。智能雨刮控制系統包含主控單元以及子單元，液晶屏聯合微控制器構成了主控單元，雨量檢測、電機檢測裝置聯合驅動控制器構成了子單元。在自動狀態下的雨刮，借助于紅外傳感器檢測到雨量的大小，從而能夠對雨刮擺動頻率自動化和智能化的控制。子單元對于LIN總線進行主控單元的連接，構成了車載的LIN網絡。駕駛員在汽車上能夠使用液晶屏幕對雨刮實施控制，還能在屏幕上了解雨刮的狀態。

在降水量較大的天氣，雨刮電機間隔的時長比較短，在降水量較小的天氣，雨刮電機間隔時長也就比較長。在雨刮的工作狀態下，雨量傳感器一旦發生故障，在預設間隔時間內系統能夠自動控制雨刮電機。如果電機出現了堵轉問題，那么電樞電流必然會超出閾值電流，并維持著很長一段時間，否則雨刮也出現自動恢復原本位置。如果嘗試三次都沒有辦法，那么會回到原本位置上停止操作。與此同時LIN總線繼續發送故障報文，在液晶顯示屏上也會將故障信息反饋出來，報警功能也就得到實現。

3 硬件設計

3.1 控制器模塊

使用性能好、功耗低的電子芯片作為主控單元的微控制器，這種芯片是一種16位增強型單片機，有著128kB ROM、8kB RAM以及2kB EEPROM，有兩個通信口、八個模塊、八個比較定時器以及兩個控制器。在整個系統中最為重要的輸入就是液晶模塊，本設計中使用的是z2104型號的液晶，在液晶內部內置了控制板，屏幕是電阻屏，能夠和控制器實現通信，工作下對電壓的要求是12V。其中主控制器能夠利用串口對觸摸信號進行讀取，將觸摸信號進行轉換，轉換為LIN總線指令。利用SCI模塊將指令發送給LIN總線，能夠對子單元實現控制，也能讓雨刮狀態呈現在液晶屏幕上。

3.2 電源模塊設計

在系統中電源模塊提供電源，要利用蓄電池作為電源系統，電源電壓若小于12V，那么需要使用電平轉換的方式改變電源系統。在進行系統設計的時候，使用芯片LM2576—5作為穩壓芯片。這種芯片能夠實現高工作效率、負載調整能力以及良好的工作性能。同時能夠讓散熱片減少體積，保證電路正常穩定的運作。

3.3 雨量檢測設計

系統設計的時候，控制器用來進行雨量的檢測，掌握雨量的大小情況，對雨刮擺動的頻率進行自動化控制。在使用的時候，不需要駕駛員人為實施操作，讓汽車駕駛安全性得到提升。在設計系統的時候設計幾個檔位，和不同大小的頻率和信號一一對應，也能夠確定雨刮器頻率。在系統中設計了紅外檢測裝置的使用，通過發射器發射特定角度光束，在玻璃上投射出來，再被接收器接收。但是雨滴滴落下，部分光束受到折射和散射被分散在外部，紅外接收器接受的紅外線量會少于總量。因此根據擋風玻璃雨量的大小，需要發送刮水的請求，讓主控單元能夠實現總線通信。

3.4 霍爾位置傳感器

系統中運行傳感器監控雨刮電機，還要對電機位置以及轉速進行檢測，在檢測到具體位置的時候，單片機對位置的準確性進行判斷。若位置不準確，需要讓電機轉動恢復到正確位置上。經過內部處理繼續下一步操作，讓電機能夠以最精確速度得到控制。

3.5 電機驅動模塊

系統中最為核心的構成部分，也就是電機驅動模塊，控制電機轉向。對電流變化進行檢測，雨刮如果遇到堵轉的時候需要展開對應的處理。受到成本等多個方面的影響，在分布式控制單元中使用Freescale芯片，這種芯片能夠替代驅動器和收發器，讓外圍器件數量得到降低，讓成本得到縮減。在模塊中使用了芯片對雨刮繼電器進行控制，利用電流反饋隨時監控電機。在多路復用器的作用下，模擬選擇對應的通道，同時需要使用檢測電流的形式確認電機堵轉的發生情況。一旦出現電流超過某閾值，故障信息被單片機接收，同時進行對應的處理。通過LIN總線能夠進行傳輸，利用主控液晶屏進行顯示。片內集成收發器通過模塊讓數據鏈路層的驅動器實現LIN協議，讓總線的通信功能得以實現。

4 軟件設計

利用電機檢測模塊落實對系統狀態的檢測，在檢測信息同時發送給解析和控制模塊之后，經過分析，能夠完成電機的控制，在解析處理檢測信息之后，將檢測信息發送給LIN通信、功能處理模塊，再傳送給LIN總線，網關和系統的通信功能得以實現。診斷模塊接收處理模塊信息了解到故障信息，形成診斷結果，利用LIN通信模塊讓其獲得通信功能。控制模塊借助于檢測信息判斷電機轉速。通過輸出轉速對比檢測轉速，在算法優化之后能夠得出控制優化。通過LIN總線向主控單元發送雨刮電機電流閾值，在系統啟動時實現初始化處理。另外，LIN總線能夠讓主控單元得到信號的輸入，對雨刮電機運轉進行控制。在系統運行的時候，對電樞的電流進行實時采集，和閾值電流進行對比。假設電流的實際值有三次超過了閾值，那么需要讓雨刮電機恢復原本位置上，制停雨刮動作。在這個流程下，子控制器會將目前系統狀態的各類參數反饋給主控制器，在顯示器中實時顯示出來。

5 測試

在系統運行的時候，使用示波器采集全部LIN總線信號。了解信號波形，能夠看出報文幀中含有兩個部分，分別是幀頭和響應組，而報文中間也就是中斷場。信號的電壓峰值達到了11．2V，這也表明著LIN總線的供電模式使用的是12V，也就是說電樞電流常態下的值為6A。如果人為因素導致堵轉，電流會出現升高，可能會升高至10A。在系統工作一段時間之后，雨刮電機恢復到原本位置，不再進行刮水的動作。經過多次測驗，對系統進行調整，這樣系統才能完全依照雨量大小進行運轉的控制，實現智能化控制。

6 結語

綜上所述，本文研究了智能雨刮系統的設計，首先需要設計智能雨刮控制系統的實施方案，在硬件設計上，使用控制器模塊、電源模塊、雨量檢測、霍爾位置傳感器、電機驅動模塊，通過紅外、電流檢測以及液晶主控完成檢測和控制，根據雨量的大小完成智能控制。在軟件設計上接入LIN網絡，在降低成本的基礎上，保證安全。最后需要對系統進行測試，在保證系統穩定運行、達到預期目標基礎之上，才能投入使用。