汽车光纤多路传输控制系统o

汽车光纤多路传输控制系统1前言随着近年来电子技术的进步，为提高汽车可靠性、降低油耗和空气污染，车用电子控制系统、传感器和执行机构数量、电线数量不断上升，同时因电子控制系统功能的加强、控制要求的精确化，多采用集成电路，其复杂性增加，数据传输速率也在不断上升。所需汽车线束也就更多更复杂，一辆充满电子学装备的现代汽车上约计需1200根单独导线，因此，线束已成为必需解决的问题。多路传输是解决汽车布线问题的主要方法。多路传输系统与通常方式对用电设备的控制比较见图1。图1多路传输系统（串行分时通信）方式对用电设备的控制比较可见，多路传输系统可以大量减少电线数量、减小面线体积和质量、缩短导线长度、增加使用功能并使配件统一化、标准化，采用这种多路传输系统较易对电气系统进行安装、调试、检修和进行故障诊断。与光纤多路复用传输系统相比，电线多路传输系统具有电磁兼容性和保密性差，对地环问题和有缺陷的地回路敏感，抗电磁干扰能力较差等缺点。光纤在多路选通应用方面的主要优点是：频带宽度较大和多路、尺寸小、质量轻；通过效率大、信号功率损失小、与频率的关系减弱；超高绝缘、不存在短路和接地问题；耐腐蚀、灵敏度高；能够双工传输信息、抗干扰性高(特别是对汽车车上电路的脉冲干扰)；光纤允许有较高的数据传输速率和较高的信噪比——带宽积，可适用于发动机实时控制、车辆状态监测和通－断负载的开关控制等要求。两种光纤(塑料的和玻璃的)中，塑料光纤较为便宜和便于使用，在汽车中应用较广。光纤多路传输系统目前费用已与电路系统不相上下，并可望更低，因此光纤多路传输系统是汽车多路传输系统的发展方向，是汽车线束的发展方向。按系统的复杂程度、信息量、必要的动作响应速度、可靠性要求等将多路传输系统分为低速(A)、中速(B)、高速(C)三类。表1示出了美国SAE委员会优先推荐的多路传输系统的等级分类。表1SAE推荐的汽车多路通信系统分类渴系统等级冲信号种类度响应速度，编ms弦A年车身控制系顷统：灯具、朽继电器、电考动门窗、电替动座椅等秩20慎~遇50（低速创）铺B胸动态信息系渔统：导航、迫多信息、电亦话、故障诊杀断装置等绵5秀~瘦50（中速里）恩C颤实时控制系罗统：发动机厘、传动系统奴、制动系统汽、悬架控制屈系统刘1餐~徒5（高速）多路传输系统的通信方式主要有：①美国Essex方法；②联邦德国Bosch公司CAN(ControllerAreaNetwork)三线系统；③GeneralMotors方法；④英国GEC方法；⑤日本电装公司的SMN系统，该系统安装在丰田公司的安全实验样车上；⑥日本三菱电气公司与日本东京工业公司协作研制的方法；⑦日本日产公司方法。为用统一网络连接汽车电动和电子部件，ISO组织批准采用的汽车多路传输系统的标准通信协议有三个：VAN(VehicleAreaNetwork)、CAN和SCP(J1850标准)。2系统工作原理设计及硬件框图系统设计为主、从式多机通讯，主机和从机的连接方式如图2所示。用一个89C2051系统作为主机，用4个89C2051系统作为从机，以TTL电平(逻辑“1”是2.4V～5V，逻辑“0”是0V～0.4V)通信。主机接收4组控制信号，每组控制信号有8位。每组的8位信号通过一个三态逻辑器件74LS244(八缓冲器/驱动器/线接收器)，送往主机的P1口(P1.0～P1.7)。4个三态逻辑器件74LS244各自的控制端分别与主机的端口P3.3、P3.4、P3.5、P3.7相连，以实现4组控制信号的按钮分时顺序读入，从而得到与4组共32个终端用电器一一对应的32路控制信号。每一位控制信号对应一个用电器或执行机构，每组控制信号对应一个从机，每个从机可控制8个用电器或执行机构。伪图2倘所设计系统龟的主从式多买机通信结构嫁图3是析系统的硬件概框图。设计俘的系统主要僚由控制信号冒获取、光发陵射模块、三跌根总线(电竹力线、光纤共信号线、系赖统电力回线第)光接收模冻块、终端用栋电器或执行包机构组成。姐用电器电力毅回线为车壳纳，两地线分脱开以免产生梁干扰信号。捏光发射模块嫁由控制开关筐、光电隔离处器521－迁4、晶振、姻89C20闸51主机、饥813看门励狗、485夫电路(单端松输出转换为冰双端输出)膏、红外电光牢转换发射电膀路及DC－映DC直流隔钟离变换器(魔12V违捧5V)组摊成。光接收衣模块由PI穗N光电转换迁接受电路、苏信号放大整架形电路、晶滋振、89C受2051从岛机、813浸看门狗、光脑电隔离器5透21－4、已大功率场效恢应晶体管功专率开关IR游F540、稍DC－DC肯直流隔离变促换器(12夸±年12V、炸12V雕贞5V)组弃成。整个系令统由车用1免2V蓄电奶池供电。为寒稳定电源电凭压(点火系由工作时电源虑电压波动很赚大)，光发渠射模块及光灿接收模块内顿都有自己的清DC－DC臭直流隔离变甚换器，以提涂供稳定的5黄V及娃±胸12V电抄源。铅图3汽亩车光纤多路富传输控制系钱统的硬件框麻图湾系统的埋工作过程设枣计为：首先诚是获与终端产用电器或执巨行机构一一值对应的控制膛信号；然后呢信号经光电惊隔离后送主考机(主机有蚕自己的晶振饺和看门狗电组路以保证发兴生错误时能哭自动重新复浅位，从而避碑免了死机)吧；主机在发赏送从机地址姑五次(此时真发送的第九滔位数据TB马8是1)后灌，再五次发某送脉冲编码风的数据(此娘时发送的第雹九位数据T末B8是1)额后，再五次插发送脉冲编叶码的数据(雷此时TB8满置0)；电渔脉冲信号经浴485电路认后，进行电淡光转换，变凝为具有一定兽功率的经外扒光脉冲信号前；光脉冲信狐号经塑料光袋纤按分时复经用方式传至篇光接收机进铺行光电转换背、信号放大五整形后，送施从机(从机统也有自身的守晶振和81灭3看门狗电棵路)；从机减首先五次判表断主机发送瓣的地址是否哑与自己的地管址相符，若亿有一次不一昂致则放弃并屯重新接受信躲号，若五次至确认一致，寒则在置从机三的多机通信趴标志SM2更=0后继续浸接受信号，脆若接收的信僚号是地址，始则放弃并重挎新接受信号碌，若接收的扶信号是数据纽，则进行五贡次确认，若尸有一次不同眨则放弃并重侧新接受信号队，若五次确互认都一致，溜则将数据输醉出；数据信记号经光电隔缺离器521叶－4，大功厕率场效应晶厌体管功率开闸关IRF5弃40控制终缴端用电器或各执行机构的视动作。垫该系统增的1个光发免射模块可控湖制4个光接跌收模块，1狠个光接收模梁块可直接控择制8个终端球用电器或执框行机构，即谷1个光发射叉模块可控制尺32个终端群用电器或执晨行机构的动孝作。同时该烧系统还可根饼据具体需要尚进行扩展，鸦既可扩展成勇一个光发射凤模块控制多涉个光接收模锣块的中央控象制式系统，蕉也可扩展成资一个光发射趟模块控制一牲个或几个光票接收模块含帮有多个光发蚀射模块的分谎散控制式系暑统。因而，乒不管终端用查电器或执行轿机构数量多诞少，都可应颤用该系统的榴设计原理。咽光纤传绝送信息的方牧法概括而言尸有三种：时快分复用(O搭TDM)、尾波分复用(阿WDM)、冤频分复用(垃FDM)。定所设计的汽伸车光纤多路承传输控制系再统采用的是于光脉冲的串绢行时分复用享通讯方式。岂采用L朴ED发光二阴极管－阶跃仰折射率光纤习－PIN光摆电二极管检呀测器的系统庸最适合于距竟离较短且数帐据传输速率祸相对低的监货视和控制场煮合。稻系统的声硬件电路包念括光发射模贤块、光接收雅功能模块2华个部分，每钳个部分里都眼含有一个直氧流电源变换煎器。匆采用的法硬件抗干扰冻措施有：采谜用直流隔离熊电源、滤波悦电容，以抑讽制电源串扰访、共模噪声塑、差模噪声予及瞬态过电拔压干扰；光槽电隔离；监径控电路81奉3集成芯片胁的使用；4堡85电路的潮使用；用光第纤系统传输周信号；晶体获管转换开关沟的使用。陵系统软轻件中采用的宜抗噪声干扰诱措施主要有句：冗余指令违；看门狗技挨术；陷阱技塌术；信号的掀多次判定；予微机的并联菜动作；寄存沿器再设定；迹禁止对开始异地址的分割抓。刃3抗干扰轰试验坑车用微断机系统所受帽的来自系统咸外部的干扰野主要有外部敢的电磁辐射状和车载电器纯设备产生的睬干扰，如点念火系高压电节源线与光纤槐信号线的耦街合干扰，来礼自电源的瞬党态过电压干登扰及电源串律扰等。所做怪的抗干扰试狱验主要有：梨系统抗电源渡噪声试验；渴抗点火系电齐磁辐射试验奥；点火系高骗压电源线与脑光纤信号线牛的耦合干扰床试验。棚试验时杨，将所设计拖的汽车光纤积多路传输系封统与点火系已模拟装置并周联接在12算V蓄电池冶的正、负极干间，将点火崭频率在4昨500次/没min～4底1600姨次/min够间连续调节糠，观察系统敌能否正常工猛作。即用示到波器测试光岔发射模块中费485电路雕及光接收功损能模块中光教纤接收端的也跟随器、第刻一级放大器男及比较器等欺的输出信号来，用以分析贵发送和接收锻的信号是否纹一致，从而姿评价系统的脸抗干扰能力虽及工作可靠饺性。莫点火系受模拟装置见墓图4所示。瑞图中脉冲信蝴号发生器的畏频率可在4批500愤Hz～41材600若Hz间变化箩，即模拟点厨火频率可达村4500过次/mi厉n～41民600次珍/min(驰一般单缸发尿动机的点火鹿频率30忙00次/垂min、6剧缸发动机的笑点火频率3爪000雾×扣6=18锻000次农/min)韵。渠图4点帐火系统模拟左装置佩试验结塔果如下。领(1)慢发送和接收授到的信号的寺数据格式与看设定的11锅位数据格式乓一致。纯(2)慧控制信号的况加载位置与缸用示波器观北察到的相应雀信号的波形赞格式具有正沟确的一一对嗽应关系。崭(3)国系统光发射容模块发送的胡信号与光接纱收模块接收洽到的信号一所致。哈这说明圣在三个抗干雁扰试验中，沈系统具有较随强的抗干扰那能力，工作誓可靠性较高粉。4结论牙所设计睬的汽车光纤哄多路传输系锈统以三根总齿线(电源线骗、地线、光拆纤信号线)驶代替传统的含多根点－点谅并行电线，验大大减少了抱所用电