基于CAN總線技術的轎車車窗智能控制系統的方案設計

張軍

摘 要：在對關于CAN總線在車輛電子控制系統中的實踐運用和電動自動升降車窗防夾功能的研究基礎上，探索出一種基于CAN總線控制技術的汽車車窗智能控制系統的設計方案，實現車窗在工作正常狀態下的防夾控制功能和泊車后車窗關閉狀態自檢并自動關閉未關車窗。

關鍵詞：CAN總線;防夾;智能控制;優化方案

伴隨著微型計算機控制器的汽車電子技術在車輛控制系統中應用，汽車控制技術正不斷的從過去的電機控制系統轉變為分布網絡為基礎的智能化系統。汽車的智能化、數字網絡化、節能化成了汽車發展的大方向。汽車總線是實現數字網絡化的基礎，常用的汽車四大總線：CAN、LIN、Flexray、MOST總線;其中CAN總線是一種支持分布式和實時控制的串行通信網絡，以其高性能和高可靠性在自動控制領域廣泛應用。

1 控制系統分析

1.1 功能及技術指標要求

基于CAN總線的轎車車窗智能控制的基本要求：設計一個主模塊、一個分模塊的硬件和軟件，系統整體由1個主控模塊3個分模塊組成，利用CAN總線的技術實行模塊之間的網絡通信傳輸，主控模塊設在駕駛座，當司機泊車后主模塊通過CAN協議檢測到車窗的狀態，主模塊再將關閉車窗的信號發送到各個節點的分模塊，實現泊車后車窗關閉狀態自檢并自動關閉未關車窗。

車窗玻璃升降電機驅動限流設計的基本要求：設計一個驅動直流電動機正反轉的電路，給單片機編譯程序來控制電機過流反轉，實現車窗防夾功能。

1.2 設計內容

按設計技術指標進行車窗防夾、泊車后車窗關閉狀態自檢并自動關閉未關車窗的設計的思路。

1.3 設計思路及關鍵技術

主模塊：基于CAN總線技術的轎車車窗智能控制系統通過CAN協議將車窗控制的4個模塊作為4個節點掛在CAN總線上形成一個網絡，通過這個網絡確保模塊之間順利的溝通，該設計的硬件有CAN 控制器SJA10001塊、CAN總線的收發器CM1050T1快、單片機STC12C5A16AD1快、12M晶振1快、16M晶振1塊、30pf電容2個，22pf電容2個、1k電阻若干等組成。該設計實現的功能關鍵在于軟件，對單片機進行軟件編譯，對CAN技術進行節點子程序編譯。

2 基于CAN總線技術的轎車車窗智能控制系統設計的思路

（1）汽車泊車后車窗狀態自檢：用按鍵S1和S2模擬點火鑰匙開關和車窗落鎖開關，單片機STC12C5A16AD監控這兩個開關的狀態，實現點火鑰匙和車門狀態的信號采集，最后完成泊車后車窗狀態的自檢。

（2）汽車泊車后車窗自動關閉：在檢測到泊車后，系統通過CAN總線的技術發送所有模塊關閉車窗的信號。

（3）按鍵觸發車窗升降：按鍵觸發信號，單片機STC12C5A16AD1與 CAN 控制器SJA1000通信，CAN收發器CM1050T通過CAN協議向分模塊發出車窗升降的信號。

分模塊：一個完整的車窗玻璃升降電機驅動限流器通過晶體管導通路線的改變來驅動電機的正反轉，該設計的硬件有4個大功率NPN三極管、4個小功率三極管、2個下拉電阻、4個保護電阻、1個減流電阻、電源、直流電機等組成。該設計實現功能關鍵在于軟件，對單片機進行軟件編譯，單片機是集成的IC芯片，只需根據實際設計要求選型。其他部分都需要根據應用要求和性能指標自行設計。

3 基于車窗玻璃升降電機驅動限流器設計時的設計思路

（1）車窗的正常升降：用兩個按鍵s2和s3來控制三極管的工作路線實現直流電動機的正轉和反轉。

（2）車窗遇到障礙物下降：用兩個按鍵s2和s3來控制三極管的工作路線實現直流電動機的正轉和反轉，當車窗上升的過程中遇到障礙物，電機的電流值會上升，上升到我預先設定的門檻值時，電機馬上反轉車窗下降。

（3）車窗停止運動：用P3.4的高低電平控制電機工作和停止。

4 方案的確立

汽車上大多部分控制器都是由電子裝置控制的，在電動汽車內為了將整個各系統統一管理，實現數據共享和相互之間協同工作，利用CAN總線進行數據傳遞是一個必然的趨勢;CAN總線傳遞信息的方式，用一串高低電平表示的字符編碼，表達某個特定含義，采用串行數據傳輸，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協議支持多主控制器。目前網絡連接在汽車上的主要方式采用的是高速CAN和低速CAN兩條，高速CAN速率可達到500kb/s，主要用于驅動系統的;低速CAN速率一般為為100kb/s，主要用于車身系統;隨著車電氣電子設備的使用越來越多，無論是在發動機的控制系統到底盤傳動控制系統，還是在制動、轉向等系統的控制，以及車輛安全舒適系統，都在運用CAN-BUS系統，使汽車電子系統形成一個復雜的大系統，并且都集中在駕駛室控制。

車身系統CAN（CAN-Low，也稱舒適總線）主要連接和控制中控與防盜系統、車輛儀表與室內外照明輔助系統、車身電動裝置、車身信號裝置和故障報警系統以及其它輔助電器等;車輛經常因線束長容易產生故障，總線控制系統減少線束的長度，車身布線集約化，進一步節省成本，減少車輛故障率。由于采用總線技術，K線和L線信號線數據作為共享基線，模塊之間的信號傳遞都是通過這兩條線進行傳遞。此外，在某些車型上還采用了輔助CAN總線作為第3條信息線，即信息娛樂總線，該總線適用于衛星導航及智能通訊傳輸系統中的信息傳輸;舒適和信息娛樂總線都設有位于系統內各個控制單元中不同阻值的終端電阻，因此可實現單線傳輸。其整車管理系統的總體結構示意圖如圖1。

智能車窗系統主要應用CAN總線技術對轎車的四個車窗模塊進行網絡控制，四個車窗模塊相當于四個節點分掛在CAN總線上，左前車窗作為主控模塊檢測泊車信號和按鈕信號，并且將信號掛在網絡上，向其他模塊發送數據，實現主控的功能。其他三個模塊都作為分模塊接收主模塊發來的數據，實現動作，除此之外分模塊也具有開關自我控制升降的功能。在整個系統工作的過程中貫穿車窗防夾的功能。

設計步驟

（1）查閱手動車窗、電動車窗以及如今智能車窗的發展過程，收集CANBUS技術在汽車中應用的相關材料。在了解設計背景的前提下展開畢業設計。

（2）硬件的設計。硬件電路的設計。繪制智能車窗系統的硬件電路圖，計算電路圖中相關硬件的參數并且選用。硬件電路板的焊接。參照硬件電路將元器件焊接在焊板上，并且合理的布線，最終形成硬件實物。

（3）軟件的設計。CAN通訊主程序的設計、CAN節點子程序的設計、車窗防夾程序的設計。