车辆工程硕士学位论文-基于PIC单片机的车身控制系统设计.pdf

合肥工业大学 硕士学位论文 基于pic单片机的车身控制系统设计 姓名：王悦 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：方锡邦 20100401 ：基于p i c 单片机的车身控制系统设计 摘要 纵观近几年汽车电子控制技术的发展可以看出发生变化最大的是车身电 器部分。大量车身电器控制模块的分离使用，使得在提高车辆舒适性的同时也 带来了成本增加、故障诊断难度逐步增大等问题。与此同时，汽车( 特别是轿车) 的偷、盗案仍然居高不下，显见随着现代信息社会的发展，安全保密也成为了 急需解决的问题。 为了解决上述的问题，通过分析对车身控制器的功能需求，提出了系统的 总体设计方案。系统由一个b c m 主机和四个遥控器组成。采用具有低功耗、运 行速度高、驱动能力强的单片机p i c l 6 f 8 8 7 为主控芯片，在设计的过程中充分 考虑系统的低功耗、低成本以及高可靠性等要求，设计了系统的硬件电路，完 成了对车身状态采集电路、输出驱动电路、电源电路、无线接收电路和遥控发 射等电路的设计。阐述了车身控制系统各个功能模块的软件设计思想和实现方 法，详细分析了滚动码安全加密方法，系统信息处理中用到的无线信息接收算 法、滚动码软件解密算法、以及各模块的控制流程。 本文所设计的车身控制系统在b c m 系统环境功能仿真台架上进行了试验， 结果表明车身控制系统的硬件电路设计的合理可行，软件采用的控制策略正确、 有效，系统运行稳定，可靠性好，满足设计的要求。 关键词：车身控制系统；p i c l 6 f 8 8 7 ；遥控器；滚动码技术 d e s i g no fb o d yc o n t r o ls y s t e mb a s e d o i lp i c a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t oe l e c t r o n i cc o n t r o lt e c h n o l o g y ，t h eb i g g e s t c h a n g ei st h ee l e c t r i c a lp a r to ft h eb o d y al a r g en u m b e ro fs e p a r a t eb o d ye l e c t r i c a l c o n t r o lm o d u l ew h i c hc a ni m p r o v ev e h i c l ec o m f o r th a v eb r o u g h tt h ec o s ti n c r e a s e s t e pb ys t e p ，t h ed i f f i c u l t yo ft h ee q u i p m e n tc o n t r o la n dm a l f u n c t i o na n a l y s i s d i a g n o s ee n l a r g e da l o t s t e a l i n go rr o b b i n ga u t o m o b i l e se s p e c i a l l yc a r s a r ev e r y s e r i o u s h e n c e ，s e c u r i t yh a sa l s ob e c o m eu r g e n tp r o b l e m sw i t ht h ed e v e l o p m e n to f m o d e r ni n f o r m a t i o ns o c i e t y b a s i n g o na n a l y z i n gt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h ev e h i c l eb o d y c o n t r o l l e r ，t h i sp a p e rp r o p o s e st h eg e n e r a ld e s i g ns c h e m et o s o l v et h ea b o v e p r o b l e m s i ti sc o m p o s e db yo n eb c m h o s ta n df o u rr e m o t ec o n t r o l l e r s p i cs i n g l e c h i pm i c r o p r o c e s s o ri sc h o s e n a st h em a i nc o n t r o lc h i pw h i c hh a sl o w p o w e r ， h i g h s p e e d ，s t r o n gd r i v i n gc a p a b i l i t ya n d s oo n t a k i n gi n t oa c c o u n to fl o w p o w e r , l o wc o s ta n dh i g hr e l i a b i l i t yr e q u i r e m e n t s ，t h eh a r d w a r ec i r c u i t sa r ed e s i g n e d i n c l u d i n gt h ec i r c u i tf o rs t a t u sa c q u i s i t i o n ，t h eo u t p u td r i v i n gc i r c u i t ，p o w e rc i r c u i t ， r a d i or e c e i v i n gc i r c u i ta n dr a d i or e m o t e c o n t r o lc i r c u i ta n ds oo n t h ed e s i g ni d e a a n dm e t h o dofe v e r ys o f t w a r em o d u l ei nb o d yc o n t r o ls y s t e ma r es e tf o r t h r o l l i n g c o d es e c u r i t ye n c i p h e r m e n ts y s t e ma n ds y s t e md a t ap r o c e s s i n gi n c l u d i n gr a d i od a t a r e c e i v i n ga l g o r i t h m ，r o l l i n gc o d es o f t w a r ed e c i p h e r i n ga l g o r i t h m ，m i c r o p r o c e s s o r a g r e e m e n ta n da p p l i e ds y s t e mc o n t r o l l i n gf l o wa r ea n a l y z e d t h et e s tb e n c ho ft h ee n v i r o n m e n t a lf u n c t i o ni nt h eb o d yc o n t r o ls y s t e mi s c a r r i e do u t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eh a r d w a r ed e s i g no fb o d yc o n t r o ls y s t e mi s r e a s o n a b l ea n dt h ec o n t r o ls t r a t e g yo fs o f t w a r ei sc o r r e c ta n de f f e c t i v e t h es y s t e m i ss t a b l ea n dr e l i a b l es oa st om e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ed e s i g nc o m p l e t e l y k e y w o r d s ：b o d yc o n t r o ls y s t e m ；p i c l 6 f 8 8 7 ；r e m o t e c o n t r o l ；k e e l o qt e c h n i q u e 插图清单 图2 - 1 系统结构简图5 图3 - 1 普通单片机的总线结构l l 图3 - 2 p i c 单片机的哈佛总线结构1 2 图3 - 3 单片机时钟电路1 6 图3 - 4 信号输入电路图1 7 图3 - 5 车速采集测量电路1 8 图3 - 6 输出驱动电路1 8 图3 - 7 电源电路1 9 图3 - 8 无线接收电路2 0 图3 - 9 液晶显示电路2 2 图4 - 1h c s 3 0 0 编码电路2 5 图4 - 2 加密密钥生成原理图2 7 图4 - 3 滚动码生成图2 7 图4 - 4 发送数据组成2 8 图4 - 5 遥控器同步值操作窗口3 0 图4 - 6p i c l 2 f 6 2 9 引脚示意图3 l 图4 - 7p i c l 2 f 6 2 9 软件解码电路3 1 图4 - 82 a s k 信号波形3 4 图4 9 遥控发射电路3 4 图5 - 1 主程序流程图3 5 图5 - 2 车速采集流程图。3 9 图5 - 3 学习程序流程图4 0 图5 - 4 数据格式4 1 图5 - 5r f 信息确认流程图4 2 图5 - 6 中控锁控制流程图4 3 图5 - 7 遥控闭锁控制流程图4 3 图5 - 8 遥控开锁流程图4 4 图6 - 1 车身控制系统功能检测台4 6 图6 - 2 遥控距离测试试验台4 7 表格清单 表3 1m i c r f 0 0 7 性能指标2 0 表3 2m i c r f 0 0 7 引脚功能2 1 表3 3 液晶显示模块接口说明2 2 表4 1h c s 3 0 0 引脚说明：2 5 表4 2h c 3 0 0 内部的e e p r o m 存储单元映射表2 6 表4 3 世界各国或地区汽车遥控装置频率使用情况3 2 表6 1 遥控器和b c m 的通信距离测试表- 4 6 表6 2 遥控各模块电流值4 7 表6 3 加密算法验证结果4 8 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外。论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 盒g 墨工些态堂 或其他教育机构的学位或证 。峙而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：互恤签字日期：d 口肜年犀月? 8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金墨互些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本 人授权 金8 墨王些盔堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：王 勉 签字日期：咖，d 年钥2 分日 学位论文作者毕业后去向： ：j - ：作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期： 电话： 邮编： 致谢 本文完成之际，谨向给予我指导、关心和支持的老师、领导以及同学和亲 致以衷心的感谢! 首先要感谢我的导师方锡邦教授。感谢方老师在我硕士学习过程中，从 习、生活、工作上所给予的帮助。方老师严谨踏实的治学态度、渊博的专业知 识和丰富的实践经验，为人师表的工作风范、诲人不倦的教学精神，以及平易 近人的态度使本人受益匪浅。本论文是在方老师的精心指导和热情关怀下完成 的，从论文的选题到课题的研究，直至最后定稿，都倾注了方老师大量的心血 ，在此向尊敬的方老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。 感谢合肥邦立电子有限公司工程师周守元先生对我论文撰写期间上的指 导，同时感谢柏林，王景蓉，王雪平，阮晓波，王国庆等同学在我课题研究和 论文撰写期间给予我的帮助。 本文中部分内容和图表引自公开发表的文献，在此对原作者表示感谢! 最后，感谢我的父母。感谢他们给我物质上的支持和精神上的鼓励。 作者：王悦 2 0 1 0 年4 月 第一章绪论 1 1 引言 近年来随着美国深陷金融危机泥沼，日本汽车质量备受诟病的时机，中国 汽车产业迎来了高速发展的机遇及挑战。我国经济的高速发展，城乡居民可支 配收入逐年提高，以及汽车产业规模化、集团化所带来的汽车整车价格的逐年 降低，我国居民购车需求变得极为旺盛。根据中国汽车工业协会权威统计数据 表明，2 0 0 9 年我国全年共生产汽车产品1 3 7 9 1 0 万辆，较2 0 0 8 年产量增长4 8 3 ， 2 0 0 9 年我国共销售汽车产品1 3 6 4 4 8 万辆，较2 0 0 8 年增长4 6 2 ，全国汽车产销 量均进入高速增长时期。 如何在机遇中快速发展中国汽车产业成为我国汽车产业人、国内专家以及 科研人员主要思考的问题。目前全球汽车技术逐渐朝向节能、环保、信息化等 方向发展，汽车电子技术作为汽车信息化的突出作用已逐渐被人们所认知。近 年来，我国在汽车电子产品的技术演进和规模生产方面都在进行积极的探索， 并大力推广汽车导航、汽车电子控制、车内电子娱乐等产品的开发及应用，从 而为我国汽车产业注入新的活力，吸引更多客户，提高市场占有率做出积极的 贡献。关于汽车电子的各项国家标准及行业标准的推出，开放系统架构、开放 式平台的逐渐推广施行也为汽车电子的高速发展铺平了前进的道路。 动力控制、底盘控制、车身电子和车载电子构成了汽车电子的四大组成部 分，据中国汽车工业协会最新发布的统计数据显示，在中国汽车产业高速发展 的直接推动下，中国汽车电子市场继续高速发展，近年汽车电子产品销售额猛 增，成为国内增速最猛的产业之一，预测未来汽车电子产业将达2 4 0 0 亿。在汽 车产业增长结构中，汽车电子增长表现尤为强烈，在整个汽车电子份额中占有 率已经达到较高地位。其中车载娱乐产品、汽车导航产品、汽车控制产品的升 级换代及新型产品的推出起了强力的推动作用。中国目前高端汽车电子产品在 国际高端汽车电子市场占有率极低，这就不难理解汽车电子产品为何被称为汽 车市场的突破点，其销售额的爆发也将成为顺理成章的事情。 2 0 1 0 年世界经济发展已逐步复苏但仍存在诸多的不确定因素，以美国、日 本为代表的汽车产业恢复仍需要一段时间，这种国际环境将在一定程度上影响 我国汽车产业的发展。由于我国宏观经济仍处于稳定、高速发展时期，2 0 1 0 年 国家对于支柱产业汽车工业的支持政策从根本上没有改变，我国居民的购车需 求依旧十分旺盛，从近10 年汽车产业的高速发展看，2 0 1 0 年及以后更长的时间 内我国汽车工业仍将呈现较好地发展态势。因此，我可以预测全年汽车产量及 汽车电子产品仍将保持高速发展，成为我国经济增长点之一。 1 2 车身控制系统概述 根据汽车电子装备在汽车不同控制系统的应用情况大致可以分为【lj ：车身 电子及防盗系统、底盘控制及安全系统、车载信息娱乐系统和发动机控制系统 等。随着汽车电子控制技术的不断发展，为了满足消费者对舒适性和安全性的 要求，汽车车身中电子与电气设备的使用数量一直在增加。车身电子及防盗系 统主要包括多种开关控制、灯光控制、防盗系统、门锁控制、车窗控制、玻璃 除霜控制、座椅控制、雨刮控制等车身电子的控制。汽车电子技术也已经走过 了单一控制的历史阶段，因此，使用基于微控制器的车身控制系统已成为大势 所趋。 车身控制系统是用来实现对车身用电器的人性化、舒适性及部分安全性控 制的系统，主要应用在经济型轿车和中高档轿车上。主要涉及中央防盗门锁、 室内灯、电动车窗、玻璃除霜、雨刮器、遥控、转向灯、前后组合灯、前雾灯、 喇叭、天窗、座椅、后视镜等的控制。汽车车身控制系统通过对电子设备的多 方面的协调，实现对多个控制目标的综合控制。汽车车身控制系统自身需要具 有通用性、可靠性、抗干扰性和可扩展性。 根据不同的控制策略，车身控制系统主要分为分散式车身控制系统、集中 式车身控制系统、分布式车身控制系统【2 】。分散式车身控制系统由多个独立的 微控制器模块组成，各个模块之间基本上不存在信息交互。集中式车身控制系 统由一个或两个微控制模块，集中采集需要控制的所有信号，并通过信号处理， 信号输出控制各相关执行机构，达到集中控制的目的。分布式车身控制系统由 多个微控制器模块组成，和分散式不同的是，这些模块之间并非独立的，而是 将它们挂接在总线上，通过总线实现通信，所以各个模块之间的通信能力就成 为了关键的问题。 对于不同性能的要求，采用不同的控制策略，这几种车身控制系统分别 应用在不同的车型上，各有利弊，只有通过综合的考虑，才能得到最优的配置。 在以前一定时期内，分散式主要应用在经济型轿车上，集中式和分布式偏重 中高档车型应用，但是由于车身控制技术的不断进步以及新技术的不断涌现， 很多中高档车上的功能也逐步应用在了低档车上1 3 】。有一些整车厂由于难以接 受改变设计而带来的高成本，依旧采用分散式车身控制系统，但这样的配置很 难说是否有市场竞争力，就发展趋势的判断，分散式车身控制系统最终会慢慢 退出。集中式车身控制系统可以充分提高微控制器的资源利用率，有效降低成 本，在降低成本的同时对于系统的功耗和可靠性提出了更高的要求，主要应用 在对价格敏感的车型上。在分布式车身控制系统模块相互之间总线通信，不仅 简化线束结构，减少线束用量，也实现了整个系统的统一调度，而且可以在原 有系统上挂接或去除其他模块，很具有灵活性，主要应用在中高端车型上。对 于控制系统的选择还是按照功能的实际要求来做出判断比较理性。对于控制相 对简单，成本要求很低的配置，这样采用集中式控制就能够完全满足要求，即 使采用分布式控制，现有性能也不会提高很多，但成本却会提高不少，这样就 不合适了。但同样，如果性能要求已经复杂到一定程度，用集中式控制可能就 需要有很多连线，甚至连线会多到很难实现的地步，这样很显然就不如采用分 布式控制了。 1 3 汽车车身控制系统国内外发展状况及趋势 随着汽车技术发展以及用户对汽车体验的增强，车身控制系统在全球市场 上的需求逐年增加，但是目前车身控制系统市场的主导份额仍把持在外国厂商 手中。英飞凌、飞思卡尔、n e c 、大陆集团等厂家为目前多数车型中车身控制系 统的主要提供商，他们根据不同的市场，开发有针对性的产品，例如大陆集团 在去年就推出了经济型和紧凑型的车身控制系统。国外企业不断地根据中国的 市场需求，改变其产品开发策略，国内的汽车电子研发企业也应该有自己的市 场定位。在车身控制技术上，中国企业和国际企业确实还存在一些差距。但与 其他汽车电子系统相比，中国企业在电子控制部分与国外的差距应该是最小的。 而中国企业也会在本土适应性、开发成本方面有一定的优势。应该说中国企业 在车身电子控制方面还是有很好的发展前景的。随着我国汽车工业高速发展， 近年来国内涌现出一批研发及生产车身控制系统的优秀厂家，湖北开特汽车电 子电器系统有限公司、浙江智慧电装有限公司、合肥通宇电子有限责任公司等 生产的产品已取得一定的市场份额。预计在今后的发展中车身控制系统在汽车 中的作用将愈加重要，车身控制系统在汽车成本中也将逐步提高。 目前车身控制系统主流技术分为分布式控制，集中式控n 2 种。分布式控制 技术设计车身控制系统可以为车内人员提供差异化及高品质的用户体验，被广 泛应用在目前主流车型及高端车型中。集中式控制技术可以有效的控制车身控 制系统的制造成本，将为今后市场发展的方向。 未来车身控制系统发展趋势应为高安全性、智能化、高集成化、广泛的通 用性、低成本等。本文中采用集中式控制设计的车身控制系统具有高安全、高 度集成、广泛的通用性以及有效控制成本等特点，并能通过升级中心处理器达 到高度智能化，符合车身控制系统设计的主要发展趋势。 1 4 课题研究的主要内容 本文通过有针对性的分析目前车身控制系统的主流技术和市场需求，设计 出满足用户使用安全性，方便性的车身控制系统，主要工作内容包括车身控制 系统的硬件设计和软件设计。 1 硬件设计 从系统的低功耗，可靠性出发，设计车身控制系统的硬件部分。本设计是 以p i c1 6 f 8 8 7 为核心搭建硬件电路，微控制器p i c l 6 f 8 8 7 有着很强的处理能力。 本设计电路包括车身状态采集模块电路、输出驱动电路、电源电路模块、无线 接收电路，遥控发射电路和液晶显示电路等。这些电路主要负责采集车身输入 信号、自动控制外部模块和显示车身状态信息和报警信息等功能。 2 软件设计 整个车身控制系统的软件包括主体车身控制程序和k e e l o q 解码程序。主体 车身控制程序包括a d 转换模块、p w m 模块、车速采集测量模块、开关量采 集模块、无线信息接收模块、遥控发射模块等几个部分。车身各个电器单元的 控制部分的软件主要完成上电后系统的初始化，对各个子模块进行检测，采集 车身输入信号，对车身各电器单元进行智能控制，显示车身设备的状态信息和 报警信息，接收遥控发射信息并控制其执行相应的操作。 4 第二章汽车车身控制系统总体设计 2 1 汽车车身控制系统总体设计 车身控制系统基本原理为通过i o 接口接收车内的一些开关信号、传感器 信号以及遥控信息等数据信号，通过微控制器实现逻辑控制，通过驱动电路实 现对外围负载的控制。 2 1 1 系统结构 系统由一个b c m 主机和4 个遥控器组成。系统主要功能表现为：雨刮器、 遥控钥匙、玻璃除霜、转向指示、自动电动车窗、室内照明、钥匙照明、4 0 k m 行驶自动闭锁、门锁联动、钥匙警示、自动亮灯、警戒报警等等。系统结构简 图如图2 一l 所示。针对以上的具体功能进行了下面几项内容的设计，包括控制 系统硬件电路设计，基于k e e l o q 技术的遥控电路设计以及系统软件的实现。 开闭锁开关 举习 灯光控制开关 行李箱 油箱盏开关 电源 璺m c u 唑 开闭镂骝动 电动窗骝动 防盗 灯光控制 行李箱油箱盖 雨副器驱动 图2 1 系统结构简图 主机部分由单片机p i c l6 f 8 8 7 ，l 4 9 4 9 电源管理芯片，7 4 h c l5 1 数据选择 器，u l n 2 0 0 3 a g 驱动芯片，m i c r f 0 0 7 组成。单片机p i c l 6 f 8 8 7 是主机部分的核心 元件，通过它控制各部分电路( 主要包括电源电路，无线接收电路及相关外围 电路) ，最后实现对室内灯、电动车窗、玻璃除霜、刮水、中控锁、遥控钥匙、 转向灯前后雾灯、喇叭、报警等的控制。 遥控器部分主要由遥控发射电路、发射天线和按键组成。发射天线部分采 用螺旋状磁性天线或微带印刷天线都是满足条件的。 薹刍 一 一 一 一 2 1 2 遥控系统工作过程 遥控器发送信号，当整个系统正常工作时，无线接收模块m i c r f 0 0 7 接收到 由遥控器发射出的信息后，将信息传输给单片机p i c l 6 f 8 8 7 ，再通过p i c l 6 f 8 8 7 对信息进行接收、解码、判别和相应的处理。如果识别密码和本车相同，那么 信息会传输给执行部件，控制继电器和相关部件动作，从而实现对汽车的无线 控制。当用户按一下遥控器上的开锁按键，打开驾驶座一侧的门锁。按一下遥 控器上的锁门按键则所有的车门被住同时车内灯熄灭。按一下遥控器的行李箱 锁键就可以打开行李箱盖锁。如果用遥控器开锁后3 0 s 内未动作，车门锁或行 李箱锁将自动锁闭，系统重新进入警戒状态。 2 2 车身控制系统功能介绍 车身控制系统具体的功能实现主要包括以下几个方面“1 ： 1 前后洗涤器连动雨刮器控制( w a s h e r w i p e rc o n t r 0 1 ) 点火开关至于0 n 档，若洗涤开关打开时间超过0 6 秒，雨刮器在洗涤开 关打开后的o 6 0 1 s 动作，直至洗涤开关关闭，再刮刷3 次，若洗涤开关 打开时间在0 2 - 0 6 秒之内，则雨刮器刮刷一次。 2 感应车速型间歇前雨刮器控制( v a r i a b l ei n t e r m i t t e n tw i p e r ) 点火开关处于o n 档，间歇开关打开0 3 s 后开始动作，雨刮器动作，每个 刮刷动作完成时间为0 7 0 1 s ，每个刮刷动作间隔时间是当车速= o k m h 时在 范围2 6 0 7 s ( v r = o kq ) 1 8 o l s ( v r = 5 0 kq ) 内可调。当车速= l o o k m h 以上 时，在范围1 0 o 2 s ( v r = o kq ) 1o 0 1 s ( v r = 5 0 kq ) 内可调。 3 后玻璃除霜时间控制( r e a rw i n d o wd e f o g g e rt i m e r ) 发电机处于工作状态，打开除霜开关，除霜继电器开始工作，并持续t 1 ( 2 0 2 m i n ) ，若两次按下除霜开关的间隔小于t 1 ，则在第二次按下除霜开关时，除 霜功能被取消。 4 点火钥匙孔照明控制( i g n i t i o nk e yh o l ei ll u m i n a t i o n ) 点火开关处于o f f 档，左右前门任意一门打开，点火锁照明灯亮，并在门 关闭后t l ( 1 0 1 s ) 后熄灭；若前门打开，当点火开关致0 n 档，照明灯熄灭。 5 驾驶员前顶灯照明控制( d e c a y e dr o o ml a m p ) 将前顶灯设置在d o o r 档，前门打开，前顶灯亮，门关闭后，若点火开关处 于a c c 档，前顶灯经过t l ( 5 5 o 5 s ) 渐灭；若点火开关处于0 n 档，前顶灯直 接熄灭。 6 启动、制动警告控制( p a r k i n gs t a r tw a r n i n g ) 点火开关处于o n 档，驻车手柄未松开，当车速高于17 k m h 时，门铃以 t 1 ( 0 3 0 1 s ) 的间隔呜叫，若此时松开驻车手柄，则停止呜叫；若车速低于 1 7 k m h ，不发出提示。 6 7 安全带声光控制( s e a tb e l tw a r n i n gt i m e r ) 点火开关处于0 n 档，驾驶员未系安全带，安全带警告灯以占空比5 0 ，时 间t 1 ( 0 3 0 1s e c ) 闪烁，门铃以t 2 ( 0 4 5 0 1 s e c ) 间隔呜叫，以t 3 ( 6 1 s e c ) 为周期；驾驶员系上安全带，警告灯闪烁一个周期，不发出提示音；解开安全 带，警告灯闪烁，并发出提示音，再系上安全带，提示音停止。未系安全带指示 灯闪烁个周期后常亮，相反，安全带指示灯闪烁一个周期后熄灭。 8 电动窗时间控制( p o w e rw i n d o wt i m e r ) 点火开关处于0 n 档，前门关闭，电动窗可操作，点火开关处于l o c k 或a c c 档时，在t 1 ( 3 0 3 s e c ) 内，电动窗可操作；若在t 1 ( 3 0 3 s e c ) 内前门打开，电 动窗不能操作。 9 尾灯自动熄灭控制( t a i ll a m pa u t oc u t ) 任何状态灯光开关( 组合开关左开关) 由o f f 到o n ，尾灯亮；尾灯熄灭有 以下几种控制： 1 ) 光开关( 组合开关左开关) 由0 n 到o f f ； 2 ) 当钥匙拔出后，驾驶席门打开，同时发生，尾灯将熄灭；若此时再将钥 匙插入，尾灯亮。 1 0 后雾灯控制 当点火开关处于o f f 档时，灯光开关打开( 组合开关左) ，并且前雾灯开关 打开条件下，打开后雾灯开关，后雾灯不亮；当点火开关处于o n 档，灯光开关 打开致小灯档( 组合开关左) ，前雾灯开关打开，此时打开后雾灯开关，后雾灯 亮，若此时关闭前雾灯，则后雾灯也同时被关闭；当灯光开关打开至灯档，后 雾灯工作不受前雾灯控制，即前雾灯开关关闭，后雾灯开关自行可以控制后雾 灯。 1 1 电动门闩控制 驾驶席与副驾驶席可控制四门的门锁，驾驶席关闭门锁，闭锁器输出闭锁 信号，门被锁住；驾驶席打开门锁，闭锁器输出开锁信号，门锁打开。副驾驶 席门锁控制过程也相同。 1 2 车钥匙管理控制 当钥匙未拔出，驾驶席门打开时，驾驶席按一下闭锁开关，闭锁器输出一 个开锁信号，门不能被锁止；若按住闭锁开关不放，t 2 秒后，闭锁器输出一个 开锁信号，并在此后再输出3 次开锁信号；若按住闭锁开关后 t 3 ( o s e c 4 0 年 运行时读写程序存储器 在线调试器( 板上) 3 低功耗特性： 待机电流： 一2 0 v 时典型值为5 0 n a 工作电流： 一3 2k h z 、2 o v 时典型值为l1 u a 一4m h z 、2 o v 时典型值为2 2 0 u a 看门狗定时器电流： 一2 0 v 时典型值为1ua 4 外设特性： 3 5 个带有方向可单独控制的i o 引脚： 一高灌拉电流可直接驱动l e d 一电平变化中断引脚 一可单独编程的弱上拉引脚 一超低功耗唤醒( u l t r al o w p o w e rw a k e - u p ，u l p w u ) 模拟比较器模块具有： 一两个模拟比较器 一可编程片上参考电压( c v r e f ) 模块( 占v d d 的百分比) 一固定的参考电压( 0 6 v ) 一可从外部访问比较器的输入和输出 一s r 锁存模式 一外部定时器选通( 使能计数) a d 转换器： 一1 0 位分辨率和1 4 个通道 t i m e r o ：带8 位可编程预分频器的8 位定时器计数器 增强型t i m e r l ： 一带预分频器的1 6 位定时器计数器 一外部选通输入模式 一专用低功耗3 2k h z 振荡器 t i m e r 2 ：带8 位周期寄存器、预分频器和后分频器的8 位定时器计 数器 增强型捕捉、比较和p w m + 模块： 一1 6 位捕捉，最大分辨率为1 2 5n s 一比较，最大分辨率为2 0 0n s 一带有l 、2 或4 个输出通道和可编程“死区时间”的1 0 位p w m ，最大 频率为2 0k h z p w m 输出转向( s t e e r i n g ) 控制 捕捉、比较和p w m 模块： 一1 6 位捕捉，最大分辨率为1 2 5 n s 一1 6 位比较，最大分辨率为2 0 0 n s 1 4 一10 位p w m ，最大频率为2 0k h z 增强型u s a r t 模块： 一支持r s - 4 8 5 、r s - 2 3 2 和l i n2 0 一自动波特率检测 一遇到起始位时自动唤醒 通过两个引脚进行在线串行编程( i n c i r c u i ts e r i a l p r o g r a m m i n g ， i c s p 删) 主同步串行口( m a s t e rs y n c h r o n o u ss e r i a l p o r t ，m s s p ) 模块支持3 线s p i ( 总共4 种模式) 和带有1 2 c 地址屏蔽功能的i2 c 伸主从模式 3 1 4p i c l 6 f 8 8 7 的功耗需求 精确的估计应用的功耗需求是很重要的，因为所期望的功耗将对电路产生 多少热量有影响。虽然p i c 微控制器的功耗只能估计到某个量级，但这一般就 足够确保电路不会太热或电池不会在所需要的执行时间前耗尽。对p i c 微控制 器本身来说，它的固有电流( 即当微控制器什么也不连接的时候消耗的电流) 可以从m i c r o c h i p 公司的数据表中得到。p i c l 6 f 8 8 7 需要4 0 v 到5 5 v 的电源 电压。在休眠模式下( 此时所有的程序执行都暂停且振荡器关闭) ，电源电压可 以直接降到1 5 v 并且r a m 中的数据仍然可以保留。电源提供的电流依赖于振荡 器频率。当器件运行在5 5 v 电压和4 m h z 下时，可以得到一个典型的电源电流 值1 6 m a ；如果振荡器的频率增加到2 0 m h z ，那么电源电流上升到7 m a 。与其他 的微控制器相比，这两个数值实际上是很好的。对于电池供电的系统，p i c l 6 f 8 8 7 的电源电压需要三个碱性电池提供大约4 5 v 的电源。假如采用3 个a a 电池供 电，每个电池的电量为8 0 0 m a h 。运行在1 6 m a ，电池可以使用5 0 0 个小时，也 就是2 0 8 天。运行在7m a ，电池可使用1 1 4 小时，也就是4 7 天。上面的计 算紧紧考虑微控制器的电能消耗，而没有考虑电路的其他部分。 3 2 单片机时钟电路 单片机要正常工作就必须由外界为它提供一个时钟信号，然后它按照时钟 节拍一步一步执行。p i c 系列单片机设计了4 种类型的时基振荡方式可供用户 选择旧1 ：标准的晶体振荡器陶瓷谐振器振荡器x t ，高频的晶体振荡器h s ( 4 m h z 以上) ，低频的晶体振荡器陶瓷谐振器l p ，外接电阻电容元件的阻容振荡方式 r c ，为了提高硬件系统的实时性和运行速度，本系统采用第二种方式高频晶体振 荡器，时钟电路如图3 3 所示。我采用频率为4 m h z 晶振作为系统的时钟，而p i c 单片机的指令周期是时钟周期的4 倍，本系统执行条汇编指令所需要的时间 为1us ，它的运行速度是很快的，这样可以保证控制系统的实时在很大程度上 减少了控制系统的误差，保证了控制系统的精度。 p i c l6 f 8 8 7 p n qo i oo 叫d 卜 c 2 4 ：_ _ ：c 一一 2 0 p f 2 0 图3 - 3 单片机时钟电路 3 3 车身状态采集模块电路 在车身控制系统中，许多控制量只需要开关量，即单片机上能识别高、低 电平，并做出控制反应。 3 3 1 开关量采集电路 1 多路数据选择器7 4 h c l 5 1 u 叼 信号输入电路接收来自传感器或驾驶员操纵按钮的电压信号，该电路采用 多路数据开关( 多路数据选择器) 7 4 h c l 5 1 接收信号。7 4 h c l 5 1 是8 选1 数据选 择器，它有8 个数据输入端d o d 7 ，1 个选通端s ，3 个数据选择端a ，b ，c 和2 个 输出端y ，w 。当三个数据选择端a ，b ，c 从0 0 0 到11 1 之间变化时，可选择不 同的通道。 2 信号输入电路 单片机采集外部信号电路如图3 4 所示，首先是通过单片机对数据选择端 发出选择信号，7 4 h c l 5 1 接收到选择信号后就把对应的输入端信号传递到单片 机的信号采集端口p 2 ，p 3 ，和p 4 。例如，当计数器为0 1 l 时7 4 h c l 5 1 的第三 个输入端( 引脚1 ) 的高电平或低电平被送至输出端y 。在本电路中，7 4 h c l 5 l 的第三输入端连至驾驶席门锁开关，如果门锁开关打开，由于上拉电阻的作用， 7 4 h c l 5 l 的输入为高电平；相反如果驾驶席门锁开关合上，7 4 h c l 5 1 的输入接 低电平。选择输出信号的同时，增强了数字电路的驱动能力，输入输出组合方便。 考虑到成本及利用率，选用了3 个8 选1 数据选择器实现对输入信号的采集， 只用6 个i o 口即可实现2 4 个外部开关信号的采集，节省p i c l 6 f 8 8 7 的接口资 源，可以充分利用p i c l 6 f 8 8 7 的硬件资源。 1 6 ? 、萋、重、霎、萋、茎、萋、霎、萋、差、薹、董、董、重、萋、重、|、茎、薹、差、董、喜、萋 曼 ：。a 一 ：9：鹭 ：墨 品r ；蛊r 砧 口 口口 口口o凸凸口占：分。皆旨 ：2 j：j：! 皇：皇 ：匀：盘 口o - 。j o口口a口口 c * 一 _ _ 一 意 1 一 奁 罩器 一 ；墓羹 ，t 一 垒 一量i1 基i吲 旧 “曩1 r 5 万_ 7 。銎 l 鎏 卜 受璺虽i盘叠il o 一戛星墓萋 基 。基i 基受 。 一 嗣 。霞：l 吖 。，l1 51 1 3止 ，睡 臣”1 0 5 0 巨器 一 _ 一翌 f l7 j m ” “k dd 1d 2pdd5d 7 1 l v 磐“”u f 嚣“” d ，湖 ” d ” d = l i ” l -，c i - c- ii -c ， l5 f l5 t l5 ，优4 - c - c雠 、 ，u l - 3 ，u l 2 ：u i - o , oj ，3 9 ，v 1 昝 i ” 图3 4 信号输入电路图 3 3 2 车速采集测量电路 在轿车的各种功能中，中控门锁为一项重要的内容。车身控制系统为实现 对在一定车速下车f - j 自动落锁的功能必须要采集汽车传感器发送的脉冲信号。 由于汽车速度传感器输出的脉冲信号的频率是随着汽车行驶速度在不断地变化 的，当汽车从静止状态开始平稳地、匀速地启动时，传感器信号频率也在匀速 上升。如果汽车在静止状态下急加速启动，或者在高速状态下急刹车减速，传 感器信号频率急剧变化。 本文采用霍尔传感器作为测量测速的检测元件，经过单片机数据处理，用 1 2 8 6 4 点阵图形液晶显示模块显示车辆的车速。 系统工作过程：测量车速的霍尔传感器与车辆动力输出轴相连接，主轴每 转周，产生一定的脉冲个数，由霍尔器件电路部分输出，成为车速计数器的 脉冲。控制计数时间即可实计数器的计数值对应动力轴的车速值。受实验条件 的限制，用直流电机的转速来代替车速，直流电机转轴上装有磁铁，霍尔元件 固定在其上方，霍尔元件三个引脚的引出线，分别是电源、地和输出。其输出 电压根据电机转速的不同，输出占空比不同。 此设计采用的是频率法测量车速，在一定的时间内，根据脉冲的个数来计 算脉冲的频率。这样电机的转速( 所模拟的车速) 也就计算出来了。p i c 单片 机识别的高电平为5v ，低电平为0v 。所以传感器传出的方波信号在送入单 片机之前要经过车速采集测量电路，如图3 5 所示。当车速信号经过此电路后， 将向单片机送入幅值5v 的方波信号。 图3 - 5 车速采集测量电路 3 4 输出驱动电路 由于单片机的驱动能力有限，所以对于较大的负载，不能直接用单片机的 i o 口进行驱动，必须外接驱动芯片，提升其驱动能力。u l n 2 0 0 3 a g 驱动芯片就 是用来提高控制信号的驱动能力，使其具有较大的驱动能力。u l n 2 0 0 3 a g 接口 电路如图3 6 所示。u l n 2 0 0 3 a g 一共控制7 路信号，以第二路为例，单片机数 字量输出端输出“0 “ 时，u l n 2 0 0 3 左侧输入端为低电平，u l n 2 0 0 3 的第二路 截止，继电器处于断开状态；当数字量输出端输出“1 “ 时，u l n 2 0 0 3 左侧输 入端为+ 5 v 高电平，u l n 2 0 0 3 的第二路导通，继电器处于闭合状态，为降低信 号的干扰，在7 个输入引脚和接地端之间各连接0 1uf 的去耦电容。 由于顶灯( 室内灯) 要求的电流较大，所以选用m o s 管对其进行单独驱动。 室内灯一端接+ 1 2 v 电源，负端由p i c l 6 f 8 8 7 引脚经过m o s 管控制。当为高电平 的时候，m o s 导通，室内灯一端为低电平，则室内灯就亮；反之，则室内灯不亮。 u s u 1 3 2 u 1 2 0 u 1 2 1 u 1 五 u 5 1 j c l 工 匠2 1 亡_ c 2 矗， c 3 3 - u 5 4 u 土9 u 工1 u 工l u 工l + l 两 a 1 4 防盗警铃 a 4 后除霜继电器 u 孓1 3 c ， 卜厂* m 量白量k ll 一， u 5 1 彳一 熹。 卜、一 rj p - ll 一，一