基于光纤通信的汽车照明及信号控制系统设计 - 全文

　　汽车照明、信号控制系统承担着汽车的照明、信号灯，以及电喇叭、倒车和刹车蜂鸣器等控制任务。传统的汽车照明、信号控制系统采用开关、继电器和专用电子振荡器等进行控制，其控制信号通过专用线束传输，不具备自诊断功能。汽车行驶过程中，当转向灯等重要控制信号出现故障时，驾驶员难以察觉，容易造成车祸 .

　　1  系统硬件平台与工作原理

　　系统由3 片单片机构成的多机系统来实现汽车照明、信号的控制。系统主电子控制单元ECU （ Elec2trONic Control Unit） 将所有输入控制信号集中编码，通过光纤以串行的方式发送到前ECU（安装在汽车前部） 和后ECU（安装在汽车尾部） .前（后） ECU 的并行输出口通过光电隔离器输出控制信号，分别对汽车前部（尾部） 各照明、信号器具进行控制，对汽车前部（尾部） 车灯、信号器具进行实时监控。一旦出现故障，前（后）ECU 立即将故障代码传回主ECU ,主ECU 报警并显示故障代码。系统硬件平台，如图1 所示。

 

图1  系统硬件平台

　　1. 1  ECU

　　系统主ECU 采用AT89C51 ,前ECU、后ECU 采用AT89C2051.AT89C51 内置4KB 可编程Flash E2PROM,128字节RAM,2 个16 位定时/ 计数器，1 个串行通讯口，6个中断源，32 条I/ O 引线，3 级程序存储器保密，静态工作频率为24 MHz.AT89C2051 内置2KB 可编程Flash E2PROM,128 字节RAM,2 个16 位定时/ 计数器，1 个片内模拟比较器，1 个串行通讯口，6 个中断源，15条I/ O 引线，两级程序存储器保密，静态工作频率为24 MHz.

　　1. 2  光纤发射/ 接收器

　　光纤发射/ 接收器采用HFBR21414/ 2416.HFBR21414/ 2416发射光波长820 nm ,最高数据传输速率155MBd ,最长传输距离4 km,工作温度范围为- 40 ℃~ +85 ℃，可适用50/ 125μm ,62. 5/ 125μm ,200μmHCS 光纤及ST、SC、SMA 和FC 4 种连接头。HFBR21414光纤发射器内含一个高效光功率激励的铝砷化 光发射器，该光发射器在60 mA 直流电流激励下能向光纤馈入光波长为820 nm 的光功率（12 dBm） .HFBR22416 光纤接收器由一个高效HN 光电二极管和一个低噪声跨阻前置放大器电路组成，光信号经光电二极管转换成模拟电信号，放大后由射极输出器缓冲输出，最大动态范围达23 dB ,频率响应从直流到125 MHz.

　　1. 3  工作原理

　　主ECU 利用两个控制字对所有输入控制信号进行编码存储，这两个控制字的存储格式相同，如图2 所示。

 

图2  控制信号存储格式

　　主ECU T0 定时1. 5 ms 中断，产生周期为3 ms 的方波信号控制汽车喇叭。利用T0 中断，软计数250 次，以产生使转向灯每分钟闪烁80 次的周期方波信号。

　　当输入开关信号变化，或者定时时间到，或者软计数次数到，则置位第1 个控制字的相应位，或对该位求反。主ECU 定时1. 5ms 比较这两个控制字，当这两个控制字不同时，主ECU 通过串口发出更新信号，并用第1 个控制字更新第2 个控制字。

　　前（后） ECU 收到主ECU 传来的控制信号后，立即与现有控制信号进行比较。若不同，则更新输出控制信号。

　　1. 4  自诊断

　　前（后） ECU 的P1. 7、P3. 2~P3. 5、P3. 7 为故障监测端口，分别输入前后照明、信号器具的自诊断信号。

　　前（后） ECU 每发出一个控制信号，在其故障监测端口就会收到一个相应的反馈信号。比较这两个信号，如果不相同，则说明相应端口的照明、信号器具发生故障，前（后） ECU 则立即向主ECU 发送故障代码。主ECU 收到故障代码后，报警，并显示故障代码。

　　2  系统软件

　　系统软件由各ECU 的初始化程序，各ECU 控制子程序，自诊断子程序，以及通讯子程序等组成。

　　主ECU 与前（后） ECU 的通信利用单片机内置的串口，通过光纤传输控制信号。主ECU、前（后） ECU 分别采用查询、中断的通信方式。系统通过对SCON（串口控制寄存器） 的TB8 赋予1 或0 来区分发送的是地址帧还是数据帧。主ECU 首先发出地址帧，被寻ECU返回本机地址。在判断地址相符后，主ECU 发出控制命令，被寻ECU 向主ECU 返回自己的状态。若被寻ECU 状态正常，主ECU 开始发送或接收数据。主ECU与前（后） ECU 的通信子程序流程如图3 所示。

 

图3  通信子程序流程

　　3  结束语

　　该系统的新颖之处在于采用3 片单片机，通过光纤传输编码控制信号，具备自诊断功能。采用光纤取代传统线束，成本低，抗干扰能力强，控制效果好。