汽车车门电器单元的单线传输控制系统

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汽车车门电器单元的单线传输控制系统\n技术领域\n本发明涉及汽车电器控制装置，特别是涉及一种对车门的多个电器单元进行单线控制的汽车车门电器单元的单线传输控制系统。\n背景技术\n在现有汽车车门中，大多设有中控锁、电动玻璃升降器、电动后视窗及车门指示灯等电器，且每个门的电器均可从左前门由司机或从每一个门对应的控制开关控制其动作。为有效控制车门电器的正常工作，一般每一电器单元须从司机门逐一连接控制线到各门用电器，例如每个门的电动车门锁的两根控制线须并联到司机门。随着近年车门用电器逐年增加，车门内的连接线束逐年增粗增重，增加了对车内空间的占用，而且线束接点、继电器及保险也成倍增加。同时由于部分电器如电动玻璃升降器等的工作电流较大，这样使得对控制开关电性能及机械性能的要求亦越来越高，相应的成本也愈高。由此可见当前的多线控制方式既不经济，且由于大量的线束接点存在使车门电器的使用的可靠性和安全性愈低，同时由于线束的复杂性给车型改进及生产带来许多不便。\n发明内容\n本发明旨在解决上述问题，而提供一种只用一根控制(通讯)线即可实现由装在其中一个车门上的电器主控单元对其它车门上的电器被控单元进行控制的汽车车门电器单元的单线传输控制系统，以提高汽车用电设备的安全性和可靠性，并大幅提高整车的生产效率。\n为实现上述目的，本发明提供一种汽车车门电器单元的单线传输控制系统，该系统包括一个电器主控单元和多个电器被控单元，所述电器主控单元设置在其中一个车门内，而其它每个车门内分别设置一个电器被控单元，电器主控单元与各电器被控单元通过一根控制线相连。\n电器主控单元包括主控单片机、状态控制单片机、输入电路、电源电路、状态指示电路、通讯电路、高频接收电路、电可擦除存贮电路、驱动电路、输出及保护电路，其中，状态控制单片机、输入电路、状态指示电路、通讯电路分别与主控单片机连接；电源电路分别向各单元电路供给工作电源；高频接收电路、电可擦除存贮电路、驱动电路及输出电路和保护电路分别与状态控制单片机连接；主控单元高频接收电路接收特定频率和编码的遥控信号，并将高频信号转变成可供识别的数字信号，在状态控制单片机分析并确认编码后，向主控单片机发出控制信号，主控单片机据控制信号发出相应的控制代码。\n电器主控单元具有一路或多路输入端口、多路传感器或状态信号输入端口、多路输出端口及一路用于输出或接收控制代码的通讯端口。\n电器被控单元包括单片机、输入电路、电源电路、状态指示电路、通讯电路、驱动电路和输出及保护电路，其中，输入电路、通讯电路、驱动电路和状态指示电路分别与单片机连接，电源电路给各单元电路提供工作电压，输出电路与驱动电路相连接，输出保护电路分别与对应的输出电路连接。\n各电器主控单元和被控单元均有独立的地址码，地址码存放于各单片机内的存贮器中。\n电器主控单元和被控单元的通讯电路采用具有双向通讯能力的LIN(Local interconnect network局部内联网)串行单总线通讯协议。\n电源电路包括过压保护和反电压保护电路，滤波电路，低功耗稳压电路及功率分配电路，其中，滤波电路与过压保护和反电压保护电路并接，低功耗稳压电路及功率分配电路与滤波电路串接，其输出端分别与各单元电路连接，为各单元电路提供工作电压。\n输入电路包括状态信号输入电路和传感器信号输入电路，它与单片机和外围开关连接，其中，状态信号输入电路由输入接口电路、消噪电路、端口选择电路和输入缓冲电路串接而成，该输入电路设有一路或多路输入端口；传感器信号输入电路主要由模拟信号采集电路，滤波、放大和保持电路，A/D转换电路串接而成。\n高频接收电路主要由集成有高频放大电路、混频器、射频滤波电路、中频放大电路、解调电路及锁相环电路的高频接收IC及周边器件组成，其中，解调电路由滤波及信号整形电路串接而成，锁相环电路则由压控振荡器、分频电路、相位检测电路、参考振荡信号发生器串接而成，压控振荡器及相位检测电路上并接有电压转换电路，锁相环电路耦合到混频器。\n本发明的贡献在于，它完全改变了传统车门电器控制的多线控制方式，实现了对汽车车门单元电器的单线控制。这种改变所达到的技术效果是多方面的，最明显的效果是使控制装置的结构大大简化，使得车门电器单元和线束的安装更加简便，且大大节省了导线材料和其对空间的占用。同时，更为重要的是，由于减少大量线束，也减少了大量接点，使潜在故障点大幅降低，使得车门电器单元更易于控制，使汽车工作更为安全和更适于当前汽车的人性化发展的需要。还由于本发明采用了先进的数字通讯方式，使得控制装置的抗干拢能力及可靠性大大提高。本发明广泛应用于各种交通工具及其它自动化设备上。\n附图说明\n图1是本发明的整体结构框图。\n图2是本发明的电器主控单元电路结构框图。\n图3是本发明的被控单元电路结构框图。\n图4是本发明的输入电路结构框图。\n图5是本发明的电源电路结构框图。\n图6是本发明的高频接收电路结构框图。\n图7是本发明的实际应用实例示意图。\n具体实施方式\n下列实施是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。\n实施例1图1示出了本发明的整体结构，如图示，本发明的汽车车门电器单元的单线传输控制系统包括一个电器主控单元10和一个或多个被控单元20，电器主控单元与各被控单元用一根通讯线30相连接。\n所述电器主控单元10结构如图2所示，它包括主控单片机101、状态控制单片机102、输入电路103、电源电路104、状态指示电路105、通讯电路106、高频接收电路107、电可擦除存贮电路108、驱动电路109和输出及保护电路110，其中主控单片机101采用带内部程序存储器的PIC16F73(或其它型号，如PIC16C432)的单片机，它通过输入电路有一路或多路输入端口，且单片机自带串口通讯端口或直接有LI N通讯接端口，它对由外部控制开关的状态信号进行识别处理，产生对应控制的控制代码，并由其串行发送端(或LIN口)发送出相应的控制代码信号。如图5所示，电源电路104包括过压保护和反电压保护电路1041，滤波电路1042、1043，低功耗稳压电路1044及功率分配电路1045，其中，滤波电路1042、1043与过压保护和反电压保护电路并接，低功耗稳压电路及功率分配电路与滤波电路1042串接，其输出端分别与各单元电路连接，为各单元电路提供工作电压。如图4所示，输入电路103包括状态信号输入电路1031和传感器信号输入电路1032，它与单片机和外围开关连接，其中，状态信号输入电路1031由输入接口电路10311、消噪电路10312、端口选择电路10313和输入缓冲电路10314串接而成，该输入电路设有一路或多路输入端口，本例中设有多路控制开关K1、K2、K3…Kn，该控制开关经输入电路进入单片机I/O端口，很显然，输入电路端口可根据用户需求适当扩充。另一类用于传感器信号的输入电路1032主要由模拟信号采集电路10321(如传感器)，滤波、放大和保持电路10322，A/D转换电路10323串接而成，用于对模拟信号(如电压、温度等)的实时采集。通讯电路106主要由LIN协议ICTJA2510(如单片机自带LIN协议，如PIC16C432，则不需使用LIN协议集成电路)和周边分立元件组成，它与单片机的串行通讯口(RXD和TXD)相连，同时通过LIN通讯口与外部被控单元连接，用于将单片机送出的串行信号发送给被控单元和将被控单元发送来的串行信号传送给单片机，实现各单元间的双向信息的传输。状态控制单片机102、驱动电路109、输出及保护电路110组成输出全电路，其中，状态控制单片机102采用PIC16F72型单片机，它通过SPI接口与主控单片机相连，接收主控单片机的控制指令。驱动电路109用于驱动继电器(或电子开关)的工作，而输出及保护电路主要用于对本单元电器的控制及电器工作状态的监测和保护。如图6所示，高频接收电路107主要由集成有高频放大电路1071、混频器1072、射频滤波电路1073、中频放大电路1074、解调电路1075及锁相环电路1076等电路的高频接收IC及周边器件组成，其中，解调电路由滤波及信号整形电路串接而成，锁相环电路则由压控振荡器10761、分频电路10762、相位检测电路10763、参考振荡信号发生器10764串接而成，压控振荡器及相位检测电路上并接有电压转换电路10765，锁相环电路耦合到混频器，用于接收高频遥控信号(如315MHz、433MHz等高频信号)，并将高频信号转换成数字信号传送给状态控制单片机102，状态控制单片机对接收代码进行解码，并将控制信息经其SPI口传送给主控单片机101。状态指示电路105采用常规发光二极管，它由主控单片机直接驱动，用于指示电器主控单元接收各发送控制信息时的状态。\n所述被控单元20结构如图3所示，它由多个基本结构相同的单元构成，它具有且仅有一路控制信号输出\输入(输入与输出共用同一路控制通讯线)通讯端，且各单元的区别仅在于地址码不同，各个被控单元均有独立的地址码，地址码存放于各自的单片机内的存贮器中。每个被控单元包括单片机21、输入电路(包括传感器信号、状态信号输入电路)22、电源电路23、状态指示电路24、通讯电路25、驱动电路26和输出及保护电路27。其中，单片机21采用带内部存贮器的PIC16F73(或PIC16C423等)型单片机，它用于检测自身控制开关状态、接收控制代码、输入控制代码的解读及控制状态处理。电源电路23是与电器主控单元电源电路一致的电路，为被控单元各单元电路提供5V工作电压。通讯电路25采用LIN协议转换IC(如单片机内包含LIN协议转换电路，如PIC16C423等，此电路可不再另设)，该电路通过单片机的串口(或LIN接口)分别与单片机(或通讯控制线)连接，用于接收电器主控单元10的控制信号或发送本机状态信号给各控制单元。驱动电路26主要由ULN2003及分立器件组成，它连接到单片机上对应的I/O端口和输出及保护电路，主要为输出及保护电器的继电器(或电子开关)提供驱动电压。状态指示电路24采用发光二极管指示电路，它由单片机21直接驱动，主要用于接收外部控制信号状态指示及本单元向外发出控制信号状态指示。输出及保护电路27主要由功率继电器(或大功率电子开关例如IRF9Z34等)、输出端口过流保护及短路检测电路等组成，它具有多路输出端口，用以对多种用电器的工作控制及保护。\n下面对工作原理作进一步的描述，以便于了解系统的工作状态。参阅图1、图2，假设控制开关LOCK(假设为控制中控锁开/关)、控制开关K1(假设为控制右前门电动后视镜向上动作)和SW_LB(假设控制左后门单元的电玻上升/下降)的一端经输入电路103后分别与电器主控单元内单片机101(PIC16F73)的I/O口PA0、PA1、PA2、PB3和PB4连接，开关另一端常接地，若开关LOCK打至关锁控制，此时PA1上电平由高转低，单片机101检测到PA0的电平变化，经其内部程序处理并确认当前系统为开锁状态时，单片机101经其SPI通讯口发送关锁控制代码给主机单元状态控制单片机102(PIC16F72)，单片机102接收控制信息并确认控制代码的正确性后，状态控制单片机控制驱动电路的控制状态，驱动对应继电器(或电子开关)动作Tclose时间，使本单元管控的中控锁启动关锁动作。单片机在发送控制代码给单片机102后同时经单片机101的串行口发送控制代码，LIN协议IC(如TJA1020)将TTL电平信号转换成LIN通讯信号，经通讯线发送给其它被控单元，其它被控单元经各单元的通讯接收口接收控制代码并确认接收代码的准确性后，依序发送确认代码给电器主控单元10，电器主控单元确认各单元均已接收控制代码后转入下一代码发送状态，否则将继续发送关锁控制代码至响应到所有被控单元均回送的接收确认信息止。各被控单元20接收到关锁控制代码后，本单元单片机21控制驱动电路26，由本单元驱动输出电路输出Tclose时间高电压控制对应中控锁关锁动作。\n当完成上述动作时，开关K1动作，单片机101同上方式检测到开关状态的变化，经单片机程序处理后，生成对应的控制代码(控制右前门单元控制电动后视镜向上动作)。电器主控单元10同上方式将控制代码信号转换成LIN通讯信号后经LIN通讯线发送出去，各被控单元20从LIN通讯线上接收到控制信号，仅右前门控制单元确认此控制信号为本单元的控制代码，并经单片机21程序确认此控制代码的要求为控制电动后视镜向上动作，然后单机发出控制信号驱动相关继电器(或电子开关)动作，转而驱动对应的电动后视镜内马达动作，使电动后视镜朝上转动。如在电动后视镜动作中，如松开电动后视镜开关，此时电器主控单元单片机101检测到开关状态为停止时，单片机如上方式生成电动后视镜停止动作的控制代码，并同上述方式经LIN通讯线发送给被控单元20。右前门单元接收控制代码后并分析后，停止对电动后视镜内马达的驱动，从而使得电动后视镜停止动作。\n如SW_LB打至控制左后电玻上升，左前门控制单元接收并确认开关状态的变化后，同上方式生成并发送出相关的控制代码，左后控制单元从LIN通讯线上接收此控制代码后，确认此控制代码为本单元代码，并对控制代码分析，确认此控制代码要完成的工作是控制本单元电动玻璃升降器上升动作，然后转向控制驱动电路26，驱动对应继电器动作，然后电动玻璃升降器上升动作。如此时左前门控制开关一直保持当前控制状态时，当电动玻璃升降器上升到位，输出及保护电路27监测电路检测电玻到位，发出到位信号，单片机21检测到此信号后，控制驱动电路中止相关继电器动作，电玻停止动作。如在电坡未能到位，用户松开控制开关，此时左前电器主控单元会发出电玻动作停止控制代码，左后单元接收此控制代码后，将中止电玻当前动作状态。\n实施例2本实施例见于图7，通过对本系统的特殊功能的说明，可进一步增强对本发明的全面了解。\n图7示出了一实用的汽车车门单线控制系统，它由电器主控单元10(左前门控制单元：SLFU)、右前门控制单元20(SRFU)、左后控制单元20(SLBU)和右后控制单元20(SRBU)组成。\n各单元功能如下：左前门控制单元(SLFU)用于对各种左前门发生的开关信号、外部相关传感器信号和车相关状态信息(如车门关闭状态等)检测，并发出相应的控制代码。同时它亦实现对本单元电器的控制。\n右前门控制单元(SRFU)用于接收外部控制代码、对自身控制开关状态的检测、相关外部车身传感器信号和状态信号的处理和响应对本单元用电器的控制。\n左后门(SLBU)和右后门(SRBU)控制单元的作用基本同右前门控制单元功能。\n该控制系统的使用方法如下：1、门锁控制功能：A、手动开关锁：手动按左前门单元开锁键，四门车锁开启；手动按左前门单元关锁键，四门车锁关闭；B、遥控开关锁：按遥控器开锁键：四门门锁开启，转向灯闭烁二下；按遥控器关锁键：四门门锁关闭，转向灯闭烁一下；C、五次开关锁保护：15S内开关锁次数超过5次，控制系统进入锁保护状态，开关锁失效。6S后开关锁功能自动恢复。如相邻两次开锁时间超过6S，则系统开关锁本次以上累积计数清除。\nD、在车熄火状态下，车门关闭，遥控开锁30S无人上车，系统将控制车锁自动关闭；2、电动窗控制功能：A、左前控制器可控制其它三个门及左前门电动窗升降，各个门可控制自身电动窗升降；B、点动开窗\压动控制：如控制电动窗下降时，如点压(点动)开关下降控制键位一下，则对应电动窗将自动开启控制电动窗下降；如再次点动开关下降控制键位(或点动上升控制)则电动窗停止动作；如让电动窗保持自动开窗动作，则电玻下降到位后电动窗自动停止动作；如控制电动窗下降时，如压住开关下降控制键位超过1.5S，则对应电动窗将为压动控制下降动作；如松开控制开关，则电动窗停止下降动作；C、自动关窗：\n如在车熄火状态下，车门关好，车主将车匙插入左前车门锁口内，转动车匙关车门时，四门门锁启动关锁；如四车门电动窗未能关闭时，四个车窗按“右后→左后→右前→左前”顺序关闭车门电动玻璃升降器；3、电动后视镜控制功能：将左前门电动后视镜转换档打至右前门控制时，可控制右前电动后视镜上下左右动作。\n该系统的工作原理图见图4。假设此时司机准备上车，司机按遥控器的开锁按钮，左前门电器主控单元10(SLFU)的遥控接收电路107接收到遥控信号，其转换的数字信号代码传送至状态控制单片机102，单片机接收并确认此遥控代码后，控制本单元的中控锁开锁动作，发送控制代码给本单元的主控制单片机101，主控单片机生成相应的控制代码，由LIN通讯线发出控制代码，各被控单元20(SRFU、SRBU、SLFU)接收并确认控制代码后，控制各自单元继电器(或电子开关)动作，中控锁电机被驱动动作，此时车门锁开启。\n司机上车后，须开启电动玻璃升降器，按下左前门电动玻璃升降器的开窗开关，开关的信号变化经本单元(SLFU)的输入电路传送给主控单片机101，主控单片机检测到左前电动玻璃升降器的开窗开关信号变化，转而发送控制代码给状态控制单片机102，状态控制单片机确认控制代码后，控制驱动电路驱动相关继电器(或电子开关)动作，此时左前电动玻璃升降器马达动作，车窗玻璃下降开窗。如司机在1.5S内松开开窗控制开关，则单片机检测到此状态时确认电玻为点动开窗控制。车窗不因开关松开而停止开窗动作。如超过1.5S后方松开开窗控制开关，则主控单片机101程序确认此为压动开窗控制，则在主控单片机对按钮时间和开窗控制开关松开状态检测后。生成停止开窗控制代码，并经单片机的SPI通讯口发送给状态控制单片机102，状态控制单片机转而控制驱动电路停止开窗电玻电机的动作。此时左前门车窗玻璃停止下降开窗。\n如此时右前门、右后门、左后门分别有客人上车，上车后关好车门，司机启动关锁按钮(遥控或手动均可)，左前门电器主控单元10(SLFU)接收到遥控关锁(或手动关锁)信号并确认后，启动本单元中控锁关锁动作，同时经LIN通讯线发送控制代码给各被控单元20，各门被控单元接收到关锁控制代码后，启动本单元中控锁关锁，此时车门锁关锁完成。如此时各门客人想开启门窗，司机此时点按左前门右后电玻控制开关(点按时间＜1.5S)，左前电器主控单元10(SLFU)检测到右后电玻控制开关的开窗控制信号的变化，经内部程序处理后生成对应的控制代码，经LIN通讯线将控制代码发送给右后门控制单元(SRBU)，右后门控制单元(SRBU)接收控制代码并确认此控制代码，转而控制本单元电玻作自动开窗动作，如电玻开窗过程中，未有本门或左前门右后电玻开关的控制状态的变化时，右后门电玻将维持自动开窗至电玻开窗到位自行停止。左后客人按住左后电玻开窗按钮，左后门单元(SLBU)检测到开窗开关信号的变化，启动本门电动玻璃升降器开窗，如客人在电玻下降一半后(＞1.5S按开窗按钮时间)，认为当前位置已满足要求，此时松开开窗开关，此时左后单元控制电动窗停止开窗动作。\n当司机驾车行驶到目的地后，停好车，客人和司机均下车，关好车门后(车窗未关)，司机用车匙关车门锁(不是遥控)，此时左前门控制单元(SLFU)主控单片机101检测到关锁控制信号，依次向本单元状态控制单片机102及被控单元20发出关锁控制代码，各单元接收确认控制代码后关闭车门锁。左前门主控制单元(SLFU)在中控锁关闭后，本单元主控单片机101向本机状态控制单片机102发出自动关窗指令，状态控制单片机接收控制代码后，启动本单元电玻自动关窗工作，左前电动玻璃升降器关窗到位后，状态控制单片机检测到车窗已关闭，向主控单片机101发送本单元电玻已关闭到位信息。主控单片机接收此状态信息后，经通讯线发送启动右前门电动玻璃升降器自动关窗控制代码，右前控制单元(SRFU)接收此控制代码后，控制右前电动玻璃升降器自动关窗，关窗到位后本单元单片机检测到电玻关窗到位信号，转而经通讯线向电器主控单元10发送本单元电玻关窗到位代码。左前电器主控单元(SLFU)接收到右前关窗到位代码后，同上方式依序关闭左后门和右后门电动玻璃升降器，此时全车自动关窗工作完成。\n从上述应用可知，使用汽车用单线门禁系统，驾驶员可通过左前门的控制开关实现对其各门用电器的控制，同时各车门相关控制仍保存不变。实现用单根控制线取代当前大捆线束的全部作用，减少了大捆线束对车内空间的占用，大大减少了线束重量，也使整车生产的工艺大大简化。且本系统的应用可使车门用电器的可靠性、安全性及整车的自动化程度大幅度地提高，更切合汽车未来人性化发展的需要。