用于客车车载网络与信息集成控制系统中的通用模块

1.用于客车车载网络与信息集成控制系统中的通用模块，包括CAN通信电路、频率量采集电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、阻性负载驱动电路、感性负载驱动电路、电源电路和复位电路，CAN是“控制器局域网”的英文缩写，其特征是还包括微控制器，该微控制器通过其数据总线分别与所述八个电路的输出端相连；CAN通信电路通过CAN总线接收来自发送模块的开关量采集电路、频率量采集电路和模拟量采集电路的控制信号和相关信息，由微控制器处理后形成控制信息，通过CAN总线发送到接收模块，驱动相应的阻性负载驱动电路和感性负载驱动电路动作；微控制器采用MC9S12X系列16位单片机；阻性负载驱动电路的核心元件是功率驱动芯片UP1，其采用MC33286芯片，控制信号输入引脚为A3和A4，功率输出引脚为A7和A8，输出状态反馈引脚为A2和A5，芯片接地引脚为A1，芯片电源引脚为A6；
UP1各引脚的连接关系是：A7和A8引脚用于接阻性负载；A3和A4引脚分别与微控制器的I/O口PA0和PA1引脚相连；A2和A5引脚分别与微控制器的I/O口PB0和模拟量采集口AN01相连；A6引脚与汽车电源正端VPWR相连；A1引脚与+5V电源地相连；电阻R1为下拉电阻，与UP1的A2引脚相连后接+5V电源地GND；R2为上拉电阻，与UP1的A5引脚相连后接+5V电源VDD；滤波电容C1接在汽车电源正端VPWR和汽车电源负端VPWR-之间。
2.如权利1要求所述的通用模块，其特征在于：感性负载驱动电路的核心元件是功率驱动芯片UP2，其采用MC33887芯片，控制信号输入引脚为B3和B4，功率输出引脚为B10和B11，功率输出控制引脚为B5和B6，输出状态反馈引脚为B2和B8，芯片电源引脚为B7，芯片接地引脚为B9，电荷泵引脚为B12，芯片使能输出引脚为B13，芯片散热引脚为B14；
UP2各引脚的连接关系是：B10和B11引脚用于接感性负载；B3和B4引脚分别与微控制器的I/O口PA2和PA3相连；B5引脚与微控制器的I/O口PA5相连；B6引脚接+5V电源；
A2和A8引脚分别与微控制器的I/O口PB1和模拟量输入接口AN02相连；B8引脚与+5V电源地GND之间并联接电阻R4和极性电容CE1，用于滤波；B7引脚与汽车电源正端VPWR相连；B12引脚通过电容C2接+5V电源地GND；CE2为滤波电容，接在汽车电源正端VPWR和汽车电源负端VPWR-之间。
3.如权利1要求所述的通用模块，其特征在于：开关量采集电路由开关量检测芯片UP3及其外围电路组成；UP3包含4路可编程开关量检测端口和8路低端开关量检测端口，其中
4路可编程开关量检测端口通过软件设置为高端开关接入，高端开关量信号接入前通过电阻RP1和二极管D1限幅，然后接入可编程开关量检测端口；低端开关量信号直接接入低端开关量检测端口；开关量检测芯片与微控制器通过SPI通信接口通信。
4.如权利要求3所述的通用模块，其特征在于：所述的开关量检测芯片UP3，其采用MC33993芯片，可编程开关量检测引脚为X6，低端开关量检测口为X7，SPI通信相关引脚为X2、X5、X3和X4，芯片接地引脚为X1，芯片+5V电源引脚为X8，芯片+24V电平引脚为X11，模拟量多路输出引脚为X10，中断信号输出引脚为X10；
UP3各引脚的连接关系是：高端开关信号SH0经电阻RP1降压后与开关量检测芯片UP3的SP0引脚相连；二极管D1用于将输入X6引脚口的电平进行限幅，最高不超过汽车电源VPWR；滤波电容C3并接在X6引脚与+5V电源地GND之间；低端开关信号SL0与X7引脚相连，滤波电容C4并接在X6引脚与+5V电源地GND之间；UP3与微控制器通过SPI通信接口通信，相关引脚为X2、X3、X4和X5；UP3的X10引脚与微控制器的模拟量输入接口AN03相连，并通过电容C5接地；X10引脚与微控制器的I/O口PA6相连；滤波电容C6接在汽车电源正端VPWR和汽车电源负端VPWR-之间。

用于客车车载网络与信息集成控制系统中的通用模块\n技术领域\n[0001] 本发明属于汽车电子领域，尤其是一种应用于客车车载网络与信息集成控制系统中的通用模块。\n背景技术\n[0002] 随着人们对客车动力性、安全性和舒适性要求的提高，客车ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)和电子控制装置也在不断增加，传统的点对点通讯方式已经不能满足汽车分布式实时控制的需要。由于电子设备的不断增加而导致的导线数量的几何式增长，也使得在有限车内空间布线越来越困难，限制了客车内部控制功能的进一步拓展。另一方面，客车ECU并不是仅仅与负载设备简单地连接在一起，更多的是与外围设备及其它ECU进行信息交流，并经过复杂的控制决策运算，发出控制指令。为了提高信号的利用率，要求大批数据信息在不同的客车ECU之间进行交换和共享。因此采用车载网络和信息集成技术是汽车电子发展的必然趋势。\n[0003] 客车车载网络与信息集成控制系统是一种利用现代电子信息技术、旨在提高客车行驶安全性与舒适性的控制系统，采用总线控制技术，消除传统的客车电子控制系统带来的制约客车功能增加、性能提高和降低综合成本的瓶颈，采用软件控制代替直接线束控制，可靠性大幅提升，且系统功能拓展不受限制。\n[0004] 随着客车车载网络与信息集成控制系统的发展与应用范围的不断扩大，车载网络与信息集成系统在高级公交车和高级旅游客车上的装车量不断增加，但普遍存在系统中模块数目多、价格高和模块维护、维修成本高等问题，其主要原因在于模块未能采用标准化和通用化的设计方案，导致模块种类繁多且功能特定，无法实现互换。\n[0005] 中国专利“客车车载网络控制系统”(公开号CN 2810051)公开了一种旨在提高客车行驶安全性和舒适性的车载网络控制系统，包括前灯光控制单元、后灯光控制单元、发动机信号单元、仪表显示单元和中央控制单元。中国专利“车载网络诊断系统及其车载控制装置”(公开号CN 1945257)公开了一种利用多个电子控制装置实现车载网络的诊断与控制的车载控制装置，包括编号为10～14、20～21、30、40、130等多个电子控制装置。中国期刊网中的“中国优秀博硕士论文数据库”中的“基于CAN总线的汽车车身控制系统的研究与设计”一文中介绍了利用CAN总线技术、通过多个车载网络控制单元实现车身电器控制的设计方案。以上技术的不足之处在于车载网络系统中的各控制模块未能实现标准化和通用化，且控制模块的数目较多，综合成本较高，不利于客车车载网络技术的普及。\n发明内容\n[0006] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种可实现标准化和通用化的客车车载网络与信息集成控制系统中的通用模块，以克服现有的客车车载网络和信息集成控制系统的不足。\n[0007] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括CAN(Controller Area Network，控制器局域网)通信电路、频率量采集电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、阻性负载驱动电路、感性负载驱动电路、电源电路和复位电路，CAN是“控制器局域网”的英文缩写。\n还包括微控制器，该微控制器通过其数据总线分别与所述八个电路的输出端相连；CAN通信电路通过CAN总线接收来自发送模块的开关量采集电路、频率量采集电路和模拟量采集电路的控制信号和相关信息，由微控制器处理后形成控制信息，通过CAN总线发送到接收模块，驱动相应的阻性负载驱动电路和感性负载驱动电路动作。微控制器采用MC9S12X系列16位单片机；阻性负载驱动电路的核心元件是功率驱动芯片UP1，其采用MC33286芯片，控制信号输入引脚为A3和A4，功率输出引脚为A7和A8，输出状态反馈引脚为A2和A5，芯片接地引脚为A1，芯片电源引脚为A6。UP1各引脚的连接关系是：A7和A8引脚用于接阻性负载；A3和A4引脚分别与微控制器的I/O口PA0和PA1引脚相连；A2和A5引脚分别与微控制器的I/O口PB0和模拟量采集口AN01相连；A6引脚与汽车电源正端VPWR相连；A1引脚与+5V电源地相连；电阻R1为下拉电阻，与UP1的A2引脚相连后接+5V电源地GND；R2为上拉电阻，与UP1的A5引脚相连后接+5V电源VDD；滤波电容C1接在汽车电源正端VPWR和汽车电源负端VPWR-之间。\n[0008] 本发明由于将通用化的设计方案应用于客车车载网络信息集成系统中，尤其适用于城市高级公交车和高级旅游客车。因此与现有技术相比具有以下的主要优点：\n[0009] (1)客车车载网络系统的控制模块实现了通用化，便于调试和维护，降低了综合成本；(2)满足普通客车车载网络系统的需求，可实现个性化订制；(3)实现总线化控制，控制的可靠性得到了提高，系统功能可拓展性得到了增强。\n附图说明\n[0010] 图1是本发明的结构示意图。\n[0011] 图2是图1中的阻性负载驱动电路图。\n[0012] 图3是图1中的开关量检测电路图。\n[0013] 图4是图1中的感性负载驱动电路图。\n[0014] 图5是图1中的电源电路选择策略。\n具体实施方式\n[0015] 本发明是一个由微控制器、CAN通信电路、频率量采集电路、模拟量采集电路、开关量采集电路、阻性负载驱动电路、感性负载驱动电路、电源电路和复位电路为主体所构成的用于客车车载网络与信息集成控制系统中的通用模块(见图1)。微控制器采用16位单片机，其内部集成有CAN控制器以及具有16路8位精度的A/D转换通道和可编程的频率量采集通道，A/D转换通道和频率量采集通道分别通过微控制器的数据总线与模拟量采集电路和频率量采集电路相连。CAN通信电路通过CAN总线接收来自发送模块的开关量采集电路、频率量采集电路和模拟量采集电路的控制信号和相关信息，由微控制器处理后形成控制信息，通过CAN总线发送到接收模块，驱动相应的阻性负载驱动电路和感性负载驱动电路动作。CAN通信电路的CAN控制器由微控制器内部集成的CAN控制器实现，模拟量和频率量采集分别由微控制器内部集成的模拟量采集输入接口和频率量采集输入接口实现。\n[0016] 下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，但不限定本发明。\n[0017] 本发明中阻性负载驱动电路的核心元件是功率驱动芯片UP1，其可以采用MC33286型号或其它类似的芯片。见图2：其控制信号输入引脚为A3(IN1)和A4(IN2)；功率输出引脚为A7(OUT1)和A8(OUT2)；输出状态反馈引脚为A2(CUR R)和A5(STATUS)；芯片接地引脚为A1(GND)；芯片电源引脚为A6(VBAT)。功率驱动芯片UP1的A7和A8引脚用于接阻性负载；A3和A4引脚分别与微控制器的I/O口PA0和PA1引脚相连；A2和A5引脚分别与微控制器的I/O口PB0和模拟量采集口AN01相连；A6引脚与汽车电源正端VPWR相连；A1引脚与+5V电源地相连；电阻R1为下拉电阻，与UP1的A2引脚相连后接+5V电源地GND；R2为上拉电阻，与UP1的A5引脚相连后接+5V电源VDD；C1为滤波电容，接在汽车电源正端VPWR和汽车电源负端VPWR-之间。\n[0018] 本实用新型中的开关检测电路可由开关量检测芯片UP3及其外围电路组成。UP3为该电路的核心元件，其可以采用MC33993型号或其它类似的芯片。见图3：UP3包含4路可编程开关量检测端口和8路低端开关检测端口，其中4路可编程开关量检测端口通过软件设置为高端开关接入，开关量检测芯片与微控制器通过SPI通信接口通信。高端开关信号SH0经电阻RP1降压后与开关量检测芯片UP3的可编程开关量检测口X6相连，二极管D1用于将输入X6口的电平进行限幅，最高不超过汽车电源VPWR，电容C3并接在X6口与+5V电源地GND之间，用于滤波；低端开关信号SL0与开关量检测芯片的开关量检测口X7相连，电容C4并接在X7口与+5V电源地GND之间，用于滤波；开关量检测芯片UP3与微控制器通过SPI通信接口通信，相关引脚为X2、X3、X4和X5；开关量检测芯片UP3的X9引脚为模拟量多路输出引脚，与微控制器的模拟量输入接口AN03相连，并通过电容C5接地；X10引脚为中断信号输出引脚，与微控制器的I/O口PA6相连；C6为滤波电容，接在汽车电源正端VPWR和汽车电源负端VPWR-之间。\n[0019] 本发明中感性负载驱动电路的核心元件是功率驱动芯片UP2，其可以采用MC33887型号或其它类似的芯片。见图4：控制信号输入引脚为B3(IN1)和B4(IN2)；功率输出引脚为B10(OUT1)和B11(OUT2)；功率输出控制引脚为B5(D1)和B6(D2)；输出状态反馈引脚为B2(/FS)和B8(FB)；芯片电源引脚为B7(V+)；芯片接地引脚为B9(PGND)；电荷泵引脚为B12(CCP)；芯片使能输出引脚为B13(EN)；芯片散热引脚为B14(TAB)。功率驱动芯片UP2的B10和B11引脚用于接感性负载；B3和B4引脚分别与微控制器的I/O口PA2和PA3相连；B5引脚与微控制器的I/O口PA5相连；B6引脚接+5V电源；A2和A8引脚分别与微控制器的I/O口PB1和模拟量输入接口AN02相连，B8引脚与+5V电源地GND之间并联接电阻R4和极性电容CE1，用于滤波；B7引脚与汽车电源正端VPWR相连；B12引脚通过电容C2接+5V电源地GND；CE2为滤波电容，接在汽车电源正端VPWR和汽车电源负端VPWR-之间。\n[0020] 在图5中，通用模块通过解析从CAN总线上接收的总电源开关接通或断开信息报文，若总电源开关接通(逻辑“1”)，则使能接工作电源和常通电源负载的功率芯片输出；若总电源开关断开(逻辑“0”)，则使能接常通电源负载的功率芯片输出。\n[0021] 本发明提供的通用模块，其正常工作电源可由电源电路和复位电路提供+5伏稳压电源和+5伏隔离稳压电源。\n[0022] 本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。